浅谈高层建筑剪力墙结构连梁设计

浅谈高层建筑剪力墙结构连梁设计

王志禹

佳木斯市建筑设计研究院

【摘要】现如今，高层建筑越来越多，连梁结构作为高层建筑的重要组成部分，在发生地震灾害时，墙肢结构大部分能保持完好，但是连梁结构大多遭到破坏。可见，如果连梁结构设计不合理，水平作用力会使之受到很大压力，结构两端还会受到不同程度墙肢的挤压作用，使连梁结构受力过大，使其使用寿命缩短。本文将通过分析高层建筑剪力墙结构中连梁的特性、工作机理、和破坏机制等内容，对于连梁结构出现超筋超限问题提出相应建议。

【关键词】连梁结构；剪力墙；高层建筑

前言

高层建筑是人口增多，社会发展进步，城市现代化的产物。高层建筑的增多体现了我国经济和技术水平的发展，是现代化都市的标志。剪力墙是高层建筑中常见的形式，而连梁是剪力墙结构中在两墙肢之间起连接作用的梁。连梁梁截面比较大，跨度比较小，刚度比较大，高层建筑剪力墙中的连梁在高层建筑中起到非常重要的耗能作用。所以其两端的墙肢会因为一些外力的作用产生不均匀的挤压，这时连梁的两端就会发生竖向位移，使高层建筑的质量受到影响。因此，对高层建筑剪力墙中的连梁设计进行分析研究，对于提高高层建筑的质量具有非常重要的意义。

1高层建筑剪力墙发生破坏的几种情况

1.1脆性破坏发生于墙肢

剪力墙发生的脆性破坏有通常两种情况。其一是脆性破坏发生在墙肢部位，导致其发生的主要原因是墙肢结构抗剪能力较差而出现剪切破坏，导致快速抗剪承载力丢失，严重时甚至可能造成结构崩溃。另一种情况是连梁发生剪切破坏，使连梁的结构失去对联肢剪力墙各个墙肢的约束作用，在沿墙所有连梁都发生剪切破坏时，这会使得联肢剪力墙的各个墙肢变成单个的独立墙结构，这样对结构侧向刚度产生很大影响，墙肢弯矩会因此增大。但是即使连梁结构被破坏，结构仍然不会丧失全部的承载能力，所以，只要在连梁结构所承受的竖向载荷在允许范围内，大多数情况不会造成建筑物的倒塌。因此，为了防止高层建筑的墙肢在发生弯曲破坏之前就发生脆性破坏，《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)里明确的规定连梁截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时连梁抗震墙底部加强部位剪力设计值的调整系数和抗震墙截面的剪压比限值放大系数。

1.2连梁比墙肢先屈服以及连梁不屈服而墙肢弯曲两种延性破坏

剪力墙的延性破坏,同样可以分为两类。其一是连梁不屈服，弯曲破坏首先在墙肢发生。墙肢发生弯曲破坏时，它的剪力墙在这种破坏形式下所产生的极限形变损伤不是很大，对于基于建筑工程结构有抗震设防要求的高层建筑来说，它虽然是一种延性破坏，但对地震能量的吸收还是比较低，因此，在高层建筑连梁的设计中，要尽量避免这种问题的发生，以提高建筑的抗震能力。如果连梁结构延性足够大，它便能通过塑性铰的能量的变形吸收大量的能量。另外，它还能通过塑性铰来传递剪力与弯矩，提高对墙肢结构的约束作用，使联肢剪力墙保持足够的刚度和强度。总之，为了满足对梁的延性剪力墙延性的要求,对连梁的延性要求是非常高的。因此,在设计高层建筑剪力墙,应该重点做好延性研究，确保连梁结构具有良好的性能。

2有关连梁设计的建议

2.1减小连梁的刚度

对于高层建筑剪力墙连梁结构来说，高层建筑中的连梁因为其自身特质，其在水平力的作用一般均具有比较高的内力，可以结含这一特点来选择合适的方法进行连梁的优化设计。连梁由于跨高比小，即跨度比较小，并且与其相连的墙肢刚又很大，这样发生屈服时，其结构刚度就会逐渐变小，连梁在屈服时两端也会出现一些裂缝，同时也会使得连梁内力出现重分布现象。所以,为了解决连梁截面设计的问题,设计过程中可以根据实际情况来施行折减刚度的处理，来满足截面设计的要求。从连梁结构刚度角度进行研讨，可以在规范规定的1～0.55的范围内随意取值,但是一定要将折减系数控制在0.55以上，一般情况就能够保证完全满足工程建设需求。

此外，受风力荷载作用力对于高层建筑工程上部结构的影响作用也比较大，对于那些以风荷载是主要影响因素的高层建筑，想要避免连梁在使用荷载作用下裂缝开展过大的情况,刚度折减系数应取较大值，所以可以适当的提高结构刚度以及承载力，来增大整体工程刚度，同时钢筋用量也可以减少。而且由于当在设计竖向荷载作用下的内力时，对已经已经将连梁的调整幅度考虑进去了，不应再考虑刚度折减。

2.2改善连梁结构延性性能

据相关调查显示，在发生地震时，连梁延展性对保护建筑不受到地震破坏的方面起到非常大的作用，由此可见，通过改善连梁结构的延性性能，能够使高层建筑的工程结构得到有效地提高，使地震作用对工程结构产生的影响降低。在针对延性内容进行分析时，应该保证连梁所受内力在设计允许范围内，同时还要满足其建筑结构设置构造合理。普遍的改善方式是施工时将交又斜筋设置到连梁结构内部，来使连梁的延性性能得意提高。同时，还应选择好混凝土材料，以保证连梁所受剪切力在允许范围内，特别注意不能随意增加混凝土等级。

2.3调整连梁截面高度

如果连梁结构剪应力大于设定的限制值，在确定其截面高度时，是不能增加截面高度的，需要以专业规范为依据，以免截面高度过大而造成剪应力增大，使建筑结构稳定性变差。但是结合以往经验来看，如果调整截面降低连梁截面高度，连梁的刚度也会随之下降，并可以把结构承载力保证在限制范围内，降低地震作用造成的不利损伤，加强对地震作用力的抵抗作用。特备是要注意设计门窗部位结构时控制好参数，并避免出现连梁超筋的问题，通过调整界面高度来改进结构设置，达到优化其效果的目的。

结语

剪力墙结构中最重要的抗震构件便是连梁了，然而连梁结构在发生地震时又很容易被破坏，因此，其刚度的合理对建筑结构的安全性、经济性都有很大的影响作用。想要提高工程结构的设计效果，就必须要更加重视连梁结构的设计。高层建筑剪力墙连梁的结构设计受到很多方面因素的影响，连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度等。所以在进行高层建筑剪力墙连梁设计的时候，要具体结合工程的特点，根据实际情况，要把有相互制约关系的因素协调统一起来，充分了解其工作机理，掌握其破坏机理，再把这些影响因素和连梁结构的特点结合到一起，确定设计要点，有针对性的实行优化，注意每个细节，对其进行更高效果的设计。

参考文献：

[1]王志全.高层建筑剪力墙中的连梁设计[J].山西建筑.2007(31).

[2]刘满红，王东波.对剪力墙结构中连梁设计问题的讨论[J].山西建筑.2012(6).

[3]张东辉.高层建筑剪力墙连梁设计遇到的问题[J].中国科技信息.2009(12).

[4]杨睿.刍议高层建筑剪力墙的连梁设计[J].山西建筑.2013(32).