剪力墙结构设计中连梁超筋问题及处理措施

剪力墙结构设计中连梁超筋问题及处理措施

葛亮

提要：随着社会的发展，如今越来越多的住宅结构形式采用剪力墙结构，尤其对于高烈度区，或者体形比较不规则的剪力墙结构，连梁超筋是不可不免的。本文分析了高层剪力墙结构设计时连梁超筋的原因，并给出了常用的处理措施。

关键词：连梁超筋；处理措施；

引言

高层住宅建筑的结构设计，近年来以剪力墙的形式居多，而新修改的规范也提出了更加严格的设计标准。本文仅对剪力墙结构设计时出现的连梁超筋问题提出一些解决办法。

连梁指在剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢，在墙肢平面内相连且与剪力墙轴线夹角不大于25度，跨高比小于5的短跨梁。连梁一般具有跨度小、截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。一般在风荷载和地震作用下，连梁的内力往往很大。所以连梁超限问题在剪力墙中是很常见的，尤其是在高烈度区，经常会遇到连梁超限的情况。

地震工况下除了竖向荷载产生的内力外，连梁产生内力的原因一般有两种，一是连梁两端竖向构件变形不一致使连梁产生的相对位移；二是连梁两端竖向构件弯曲变形使连梁产生转角。而连梁超限的原因一般有两种，第一种是受弯超限，具体表现为连梁纵向受拉钢筋配筋率超过2.5%，或梁端混凝土受压区高度和有效高度之比大于规范限制，连梁受弯超限一般也可以通过调整连梁截面尺寸或计入受压区钢筋贡献来解决，这类超限一般是比较好解决的；第二种是连梁不满足减压比控制要求，此时连梁的破坏形式为斜压破坏，脆性特征明显，需妥善处理，根据规范建议结合实际工程经验，一般有效的解决方法有以下几种：

1、连梁刚度折减

这是规范推荐也是工程中常用的方法，在计算中，由于考虑构件是按弹性考虑的，墙的刚度远大于连梁的刚度，在墙稍有变形的情况下，连梁会承担极大的弯矩和剪力。此时连梁会先开裂，这正是抗震所要求的连梁成为抗震的第一道防线，也是计算中允许对连梁刚度折减的原因。为了保证连梁正常使用状态下的工作性能，控制裂缝不要开展过大，连梁折减系数不要取得太小，设计时要根据建筑的抗震设防烈度的高低确定连梁的刚度折减系数，通常6、7度地区可取0.7；8、9度地区可取0.5，非抗震设防地区和风荷载控制为主的地区不折减或少折减。且根据规范规定，连梁折减系数不宜小于0.5。

2、增大连梁跨高比

通过减小连梁高度或增大连梁跨度可以增大连梁的跨高比，从而减小连梁的线刚度，使之承担的地震剪力减小，使连梁的受剪承载力满足规范要求。

3、提高连梁混凝土等级抗震等级

提高连梁混凝土等级可以在不增大连梁地震剪力的情况下提高连梁的抗剪承载力，但不是很经济，尤其是每层只有个别连梁超限，不可能因为几道连梁而提高整层墙体的混凝土强度等级，这种方法通常在本层多数连梁均超限且超过规范要求数值不大的情况采用。

4、增大连梁宽度

增加墙厚，增加连梁的截面宽度。墙厚增加的抗剪承载力提高大于地震作用的增加，从而使平均剪应力降低，满足规范要求。但增加墙厚这种方法往往需要与建筑专业沟通后，在不影响建筑功能使用的情况下方可采用。

5、设双缝连梁

根据计算，我们可以得知，连梁截面越大，刚度越好，其越容易超筋。因此，在计算时出现连梁超筋，不要一味地调大连梁高度。对洞口高度较小，上部有较大高度时，可以考虑设成两根连梁，避免出现一根高度很大的连梁。通过在连梁中间设缝可以在不减小连梁抗剪总截面的情况下将一根连梁拆分为两个跨高比较大的连梁，使连梁从剪切破坏转变为弯曲破坏，设缝连梁对降低单连梁的剪力和弯矩有明显作用。

6、配置斜向交叉钢筋

对于一、二级抗震等级的连梁，当跨高比不大于2.5时，除普通钢筋外宜另配置斜向交叉钢筋，以提高斜截面受剪承载力的要求。交叉钢筋分类和设置条件如下：

①交叉钢筋设置条件：连梁的跨高比≤2.5且连梁宽度≥250mm时，设置交叉钢筋。

②集中对角斜筋设置条件：连梁的跨高比≤2且连梁宽度≥400mm时，设置集中对角斜筋。

③交叉暗撑设置条件：连梁的跨高比≤1且连梁宽度≥400mm时，设置交叉暗撑。

结论

本文分析了高层剪力墙结构设计时，对于抗剪超限的连梁，可以采用连梁刚度折减、增大连梁跨高比、提高连梁混凝土等级、增大连梁宽度、连梁中间设缝、配置斜向交叉钢筋六种方式进行调整。

随着建筑科技时代的到来，高层建筑的剪力墙结构设计种类日益增多，在针对不同的工程进行具体设计时，应按照项目特征，通过计算处理剪力墙的受力状态及破坏形态，综合考虑以便保证结构的安全性。充分了解并系统熟悉建筑规范，具备完善的结构思维，才会使设计结果在满足安全和经济适用的基础上，达到更高的水准。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范(GB50011-2010（2016版）)》北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)》北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3]《混凝土结构设计规范（GB50010-2010（2015版））》北京：中国建筑工业出版社，2011.