剪力墻連梁超筋處理總結(jié)

朱政 萬翱宙

（中機(jī)國際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 湖南長(zhǎng)沙 410007）

剪力墻連梁超筋處理總結(jié)

朱政 萬翱宙

（中機(jī)國際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 湖南長(zhǎng)沙 410007）

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因連梁超筋問題在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍存在，不少設(shè)計(jì)同仁在處理中采用控制超筋連梁數(shù)量的辦法應(yīng)對(duì)，筆者認(rèn)為連梁超筋后，由于其對(duì)墻肢的約束降低，導(dǎo)致內(nèi)力重分布，會(huì)產(chǎn)生一系列相關(guān)的設(shè)計(jì)問題，需要我們?cè)谠O(shè)計(jì)中引起足夠的重視，并對(duì)其采取相應(yīng)的措施，本文結(jié)合作者設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及參考國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)總結(jié)出針對(duì)連梁超筋處理的幾種常用措施供大家參考。

剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；連梁超筋

1 引言

隨著我國工業(yè)化、城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，高層建筑、超高層建筑成了現(xiàn)代城市的一大標(biāo)志。為了滿足高層建筑在結(jié)構(gòu)和功能上的需要，結(jié)構(gòu)體系也日趨多樣，剪力墻結(jié)構(gòu)體系成了高層建筑中不可缺少的一種受力體系，剪力墻結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)分析越來越多，隨之剪力墻設(shè)計(jì)中的問題也越來越多，其中剪力墻連梁超筋問題最為典型。目前，不同的設(shè)計(jì)院對(duì)剪力墻連梁超筋問題處理方法不同，主要有以下兩種觀點(diǎn)：

（1）認(rèn)為連梁屬于耗能構(gòu)件，允許在地震中帶裂縫工作，控制超筋連梁數(shù)量在一定合理范圍內(nèi)，即認(rèn)為結(jié)構(gòu)合理。

（2）認(rèn)為連梁開裂后結(jié)構(gòu)整體剛度發(fā)生變化，地震作用也會(huì)隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致墻肢中內(nèi)力重分布，在計(jì)算中必須考慮這一因素，進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)。

針對(duì)這兩種觀點(diǎn)，筆者認(rèn)為第二種方法更接近實(shí)際狀態(tài)，因梁端開裂后截面剛度降低，對(duì)墻肢約束減弱，導(dǎo)致墻肢軸力減小，彎矩增加。而在常用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中，受力和配筋計(jì)算是分兩步走的，即在分析受力時(shí)，按照墻肢和連梁的輸入界面換算剛度，根據(jù)此初始剛度考慮了抗震等級(jí)的內(nèi)力調(diào)整后得出內(nèi)力包絡(luò)圖，而配筋時(shí)再根據(jù)此包絡(luò)圖進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。如果此時(shí)計(jì)算出連梁超筋，如果不處理，程序是無法根據(jù)梁端裂縫開展以后的實(shí)際連梁剛度去分析墻肢的軸力減小了多少，彎矩增加了多少的。墻肢軸力減小會(huì)導(dǎo)致墻肢抗剪承載力的衰減，從而使水平分布鋼筋的配置不足，彎矩的增加會(huì)導(dǎo)致豎向分布鋼筋的配置不足或者邊緣構(gòu)件的縱筋配置不足。

而國內(nèi)對(duì)連梁超筋問題模擬報(bào)道研究較少，鄭有偉[1]從分析剪力墻結(jié)構(gòu)體系的連梁工作與破壞機(jī)理，并結(jié)合工程實(shí)例，提出了解決連梁設(shè)計(jì)超筋問題的措施；紀(jì)福宏[2]結(jié)合工程實(shí)踐對(duì)連梁超筋的擊中處理方法進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述，并結(jié)合計(jì)算分析給出了解決剪力墻超筋現(xiàn)象的一般解決方法。張海永[3]通過對(duì)部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算總結(jié)轉(zhuǎn)換構(gòu)件上一層剪力墻超筋現(xiàn)象產(chǎn)生原因，并給出了此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)采取的加強(qiáng)措施。本文結(jié)合作者設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及國內(nèi)文獻(xiàn)總結(jié)出針對(duì)連梁超筋后處理措施。

2 超筋處理措施

2.1 硬抗

硬抗是指通過增大連梁的截面高度、墻肢厚度，提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高連梁的抗剪承載力。

連梁高度增加后，雖然結(jié)構(gòu)總體剛度增加，連梁剪力增大，但是，截面的抗剪強(qiáng)度也相應(yīng)增大，有時(shí)候，截面抗剪強(qiáng)度增加的速度比地震剪力增加的速度快，這與結(jié)構(gòu)的整體布置，連梁的位置，墻肢及連梁的寬度及高度等很多因素有關(guān)，但是有的時(shí)候截面抗剪強(qiáng)度增加的速度比地震剪力增加的慢，就會(huì)出現(xiàn)越加高越超限的情況。墻肢厚度增加的同時(shí)連梁的寬度也同步增加，調(diào)整機(jī)制與增大連梁高度相似，但是連梁寬度增加對(duì)連梁剛度影響沒有直接調(diào)整梁高明顯，連梁對(duì)墻肢的約束變化不大，從而對(duì)連梁剪力不會(huì)產(chǎn)生很大影響?；炷量箟簭?qiáng)度的提高，對(duì)于增加混凝土的抗剪強(qiáng)度是有利的，但是彈性模量的提高，導(dǎo)致抗彎剛度EI也隨之提高，結(jié)構(gòu)整體剛度增加，地震剪力也會(huì)增大。

硬抗在設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)單易行，由于增加了連梁超筋的墻或連梁的剛度或強(qiáng)度，只會(huì)使本片墻梁的剛度增加，對(duì)于其他片的墻或連梁的剛度沒有大的影響，所以調(diào)整后如果能將地震剪力“抗”住，那么其他片墻的連梁一般不會(huì)出現(xiàn)由適筋到超筋的情況，從而更快的完成結(jié)構(gòu)調(diào)整，減小了工程師調(diào)整模型的難度。但是該方法會(huì)增加結(jié)構(gòu)工程量，不夠經(jīng)濟(jì)。

2.2 以柔克剛

以柔克剛是指通過削弱連梁，使連梁對(duì)于墻肢的轉(zhuǎn)動(dòng)約束降低，從而增大墻肢的“獨(dú)立性”，墻肢軸力減小，彎矩增大，連梁剪力降低。這里消弱連梁有兩個(gè)辦法：①減小連梁高度，對(duì)墻肢的轉(zhuǎn)動(dòng)約束降低，整片墻的剛度減少，地震剪力隨之減少，達(dá)到對(duì)連梁超筋的控制；②增加洞口寬度：洞口寬度增加，連梁的線剛度減小，同時(shí)減小了墻肢的剛度，地震剪力隨之減小，由此達(dá)到對(duì)連梁超筋的控制。

由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010），11.7.9條，消弱連梁的同時(shí)有可能會(huì)使連梁由強(qiáng)連梁（跨高比小于于2.5）轉(zhuǎn)變?yōu)槿踹B梁（跨高比大于2.5），這時(shí)，連梁的剪壓比系數(shù)由0.15變?yōu)?.2，對(duì)連梁的超筋問題改善效果更好。由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010），11.7.10條當(dāng)連梁采用了交叉斜向配筋或?qū)前祿闻浣顣r(shí)，剪壓比系數(shù)變成了0.25，對(duì)強(qiáng)連梁，截面最大抗剪能力可提高近66%；對(duì)弱連梁，也可以提高25%，且調(diào)整后不會(huì)有任何不利影響。

2.3 包絡(luò)設(shè)計(jì)法

包絡(luò)設(shè)計(jì)法也是《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010Z）中7.2.26-3中的方法，當(dāng)連梁破壞對(duì)承受豎向荷載無明顯影響時(shí)（樓面梁不以連梁為支座），可按獨(dú)立墻肢的計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行第二次多遇地震作用下的內(nèi)力分析，墻肢截面應(yīng)按兩次計(jì)算的較大值計(jì)算配筋。規(guī)范建議做法是拆除超筋梁后，對(duì)結(jié)構(gòu)二次計(jì)算，取兩次計(jì)算結(jié)果較大值進(jìn)行配筋計(jì)算。朱炳寅[4]建議做法是將超筋連梁兩端點(diǎn)鉸，相當(dāng)于保留了此連梁傳遞軸力及豎向荷載的能力。這樣做主要是由于二次計(jì)算中采用多遇地震，在多遇地震下連梁是不允許完全失效，要保證此連梁在多遇地震下豎向荷載承載能力。這樣處理后，連梁絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)抗剪超筋了，但是出現(xiàn)了新的問題，本片墻剛度降低導(dǎo)致內(nèi)力重分布，其他剪力墻連梁可能出現(xiàn)超筋，需要注意校核并對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步分析計(jì)算。

2.4 異步法

異步法是指在設(shè)計(jì)階段及施工圖階段對(duì)超筋連梁分別采用不同的截面，此種方法建議在以下條件下采用：

（1）該連梁的破壞不會(huì)對(duì)豎向荷載的傳遞產(chǎn)生影響。

（2）此方法僅在進(jìn)行2.1～2.2步驟調(diào)整后仍然超筋的最終解決辦法，不能作為首選做法。

異步法的具體實(shí)施步驟為：

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，對(duì)超筋連梁采用較小截面A2進(jìn)行分析，讀取在A2截面下連梁的剪力Q2及彎矩M2；

（2）在施工圖紙中采用實(shí)際的較大截面A1，補(bǔ)充A1截面在Q2時(shí)的抗剪截面及箍筋計(jì)算，根據(jù)M2相應(yīng)調(diào)整A1截面的縱筋配置。

為了方便理解，本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)異步法的實(shí)施方法介紹如下：

例題：某超筋連梁截面為300×700mm（b×h），該連梁所能承擔(dān)的最大剪力（按《高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.2.22條計(jì)算，也可從結(jié)構(gòu)分析軟件結(jié)果的超筋信息中直接讀?。Q1]=500kN，初次計(jì)算剪力為Q=600kN>[Q1]，此時(shí)該連梁在軟件中超筋，需要我們對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。減小該連梁的計(jì)算截面至300×500mm（b×h），此時(shí)連梁的計(jì)算剪力Q2=450kN<[Q1]，相應(yīng)計(jì)算彎矩變?yōu)镸2，調(diào)整計(jì)算結(jié)束。施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，連梁截面仍取為300mm×700（b×h）mm，取用內(nèi)力V2、M2計(jì)算配筋。

表1 連梁超筋調(diào)整

實(shí)際配筋時(shí)可進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理，如：

（1）連梁縱向鋼筋A(yù)s配置：根據(jù)實(shí)際連梁高度H1與計(jì)算連梁有效高度H2的比值，對(duì)計(jì)算的連梁縱向鋼筋面積進(jìn)行調(diào)整，即As=M2×（H2/H1）（應(yīng)同時(shí)滿足最小配筋率要求）；

（2）連梁抗剪箍筋配置：對(duì)超筋連梁的箍筋也可以按連梁的截面要求以Q2作為連梁的剪力設(shè)計(jì)值，用截面A1求出相應(yīng)連梁的箍筋面積，具體計(jì)算過程見《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》。

3 結(jié)論

通過以上的論述，我們可以看出當(dāng)連梁超筋時(shí)不能草草的認(rèn)為連梁作為抗震第一道防線，超筋是正常的，也不能認(rèn)為憑經(jīng)驗(yàn)人為加大邊緣構(gòu)件配筋或相鄰上下層配筋就可以解決問題，我們需要的是一個(gè)依據(jù)，對(duì)于結(jié)構(gòu)中需要加強(qiáng)鋼筋的地方往往也是通過了基本的計(jì)算后的再加強(qiáng)，例如薄弱層，加強(qiáng)層，框支梁柱等，規(guī)范對(duì)這些特殊的構(gòu)件提出了特別的加強(qiáng)措施，包括計(jì)算措施和構(gòu)造措施，也是在通過了基本計(jì)算后的再加強(qiáng)，沒有人會(huì)在這些地方?jīng)]通過計(jì)算時(shí)就隨便加鋼筋，所以連梁也不能這樣做。連梁的破壞不單會(huì)使相連的墻肢地震效應(yīng)惡化，而且也可能由于與其他墻肢剛度比的減小，惡化其他墻肢的地震效應(yīng)，不做到心里有底，我們不能盲目加強(qiáng)或者任由其超筋而不管，此時(shí)我們可以通過本文列舉的四種方法，調(diào)整結(jié)構(gòu)布置或者采用合適的計(jì)算方法，確定合理的加強(qiáng)措施，使我們對(duì)構(gòu)件的加強(qiáng)有的放矢，這樣不單可以使我們對(duì)自己設(shè)計(jì)成果做到心中有數(shù)，而且會(huì)是整個(gè)結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)。

[1]鄭有偉.高層建筑混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)及超筋處理問題探討[J].福建建設(shè)科技，2010，4.

[2]紀(jì)福宏，郭慧琴.剪力墻連梁超筋的處理[J].山西建筑，2015，31（7）.

[3]張海永，鐘玉斌.轉(zhuǎn)換構(gòu)件上部一層剪力墻超筋現(xiàn)象分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2014，13（133）.

[4]朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問答及分析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

TU375.1

A

1673-0038（2015）24-0055-02

2015-5-22

朱政（1981-），男，工程師，本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

萬翱宙（1988-），男，助理工程師，研究生，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。