高层建筑剪力墙的连梁设计探究

2015-04-07红宁

四川水泥 2015年10期

关键词：墙肢连梁延性

才红宁尧

(1长春工业大学人文信息学院，吉林长春 130122)

(2长春新星宇建筑安装有限责任公司，吉林长春 130062)

高层建筑剪力墙的连梁设计探究

才红1宁尧2

(1长春工业大学人文信息学院，吉林长春 130122)

(2长春新星宇建筑安装有限责任公司，吉林长春 130062)

剪力墙结构现在已经被广泛的应用到高层建筑工程中，在对其进行设计时尤其要做好连梁结构研究，保证其可以发挥出基础功能，降低外界因素对工程建设的影响。本文结合高层建筑剪力墙连梁结构特点，对其设计优化措施进行了分析。

高层建筑；剪力墙；连梁设计

连梁为剪力墙结构设计中重要部分，具有梁截面大、跨度小的有点，对提高建筑工程结构稳定性与安全性具有重要意义。另外，连梁结构受建筑工程风荷载、地震荷载以及水平作用力等因素的影响下，会产生比较大的内力，出现不均匀压缩的问题，导致连梁结构两端出现不同程度的竖向位移，对工程结构整体效果造成影响。因此必须要结合连梁结构特点进行分析，从不同角度对各项因素进行分析，并选择合适的措施进行优化。

一、剪力墙连梁结构特点分析

建筑工程剪力墙结构主要分为墙肢与连梁两个部分，其中连梁主要作用是连接墙肢与墙肢，但是其除了作为一个受力作用构件存在外，还可以通过结构连接的形式来实现墙与墙之间的相互传力，达到相离墙体结构之间整体工作的目的。连梁作为剪力墙结构的重要组成部分，常用的种类有两种，即连接相离墙肢（剪力墙结构）和连接框架与墙肢（框剪结构），一般在实际施工中需要结合工程结构实际情况来选择相应的方式。在对连梁结构进行设计时，需要总结以往经验，对常见的影响因素进行分析，尤其是要确保其可以达到专业要求的刚度，以免刚度不够影响基础功能的发挥效果。从实际经验角度进行分析，当跨高比设计小于5时，很容易出现剪切裂缝损坏的问题，而跨高比大于等于5时，又会对结构刚度造成影响，影响传力效果[1]。基于此为确保连梁结构能够达到刚度需求，就需要根据框架梁来进行计算分析，对结构进行优化分析。

二、高层建筑剪力墙连梁结构破坏机理分析

高层建筑工程剪力墙结构施工受水平耦合作用影响，将会产生两种破坏模式，即脆性破坏与延性破坏。第一，脆性破坏。又可以根据发生的位置不同而分为不同的形式，如发生在墙肢部位，主要是因为墙肢结构抗剪能力较低而发生剪切破坏，造成快速抗剪承载力损失，严重的甚至会导致结构崩溃。另一种则是连梁剪切破坏，使得连梁结构丧失对联肢剪力墙各墙肢的约束作用，尤其是沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏问题后，会使得联肢剪力墙各墙肢成为单片独立墙结构，对结构侧向刚度造成很大的影响，使得墙肢弯矩加大。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）里规定了连梁截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时连梁端部剪力设计值的调整系数，也是为了防止连梁早于弯曲破坏发生剪切破坏。在连梁结构出现剪切破坏问题后，短时间内并不会造成结构丧失承载能力，因此一般情况下如果墙肢破坏前，只要连梁结构未承担过大的竖向荷载，基本上不会出现结构倒塌问题。

第二，延性破坏。可以分为连梁先屈服墙肢后屈服，以及连梁不屈服墙肢首先发生弯曲破坏两种情况。此种情况极限变形损伤比较小，基于建筑工程结构抗震设计需求，即便是发生延性破坏问题，最终所具有的吸收地震能量的能力比较低，因此需要尽力避免此类问题的发生。如果连梁结构具有足够的延性，则其可以通过塑性铰的变形来吸收大量的地震能量。另外还可以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，提高联肢剪力墙的强度与刚度。

三、高层建筑剪力墙连梁结构设计要点分析

1.连梁内力分析

通过对塑性调服的设计可以改变结构的剪力值，进而可以适当的对结构内力进行调整。一般在选择进行塑性调幅处理时，可以从两个方面来进行，一方面为计算出内力值后，把连梁弯矩以及剪切力组合值与折减系数相乘；另一方面则是在折减连梁刚度之前完成内力值的计算。两种方法的应用需要从实际需求出发，无论是选择用哪种均可以降低连梁内里，并且在一定程度上减少配筋量。但是就实际经验分析，如果在结构计算是已经完成刚度折减处理，将会对折减调幅范围造成限制，影响设计效果。在实际设计中，无论是选择用哪种方案，均要确保连梁调幅后数值要大于正常使用值，并且要做好对地震设防数据的分析，保证连梁结构在受到地震作用影响后，建筑不会出现裂缝，以降低工程结构的安全威胁。

2.连梁刚度分析

对于高层建筑剪力墙连梁结构来说，一般均具有比较高的内力，可以结合此特点来选择合适的措施进行优化设计。连梁跨度比较小，并且与其相连的墙肢刚度非常大，这样连梁在屈服时就会导致梁端部位出现裂缝，降低了结构刚度，同时也会使得连梁内力被重新分配。从结构刚度角度进行分析，设计时可以依据实际情况来进行折减处理，但是必须要将折减系数控制在0.55以上。一般情况可以在0.55～1范围内取值，确保可以完全满足工程建设需求[2]。

另外，高层建筑工程上部结构受风力荷载作用力影响也比较大，基于此在进行设计时，可以适当的提高结构刚度以及承载力，来增大工程整体刚度，同时也可以减少钢筋用量。同时还需要采取措施来做好抗震设计，结合当地地质地形以及气候环境等，控制好连梁结构的尺寸，避免尺寸过大造成剪力作用增大，提高结构的稳定性。

3.连梁延性设计

通过对连梁结构延性的优化设计，可以提高建筑工程结构的抗震性能，降低地震作用对工程结构造成的影响。在针对延性内容进行分析时，要保证连梁所受内力在设计允许范围内，并且还要提高建筑结构设置的合理性。常用的优化方式为使用交叉斜筋，施工时将其设置到连梁结构内部，争取提高结构延性性能。连梁设计中，刚度折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口宽度，以减少连梁刚度[3]。

4.主梁结构支座设计

在对连梁结构进行设计时，尤其是对于部分建筑工程为追求特殊功能，而利用连梁作为主梁支座。针对此种情况进行设计时，必须要采取合适的措施对其进行加固处理，确保结构不会受外界因素影响而发生损坏。如提高结构配筋率、抗弯计算优化以及加设倾斜方向构造钢筋等，也可以针对实际情况来适当增加与连梁相接墙肢的钢筋数量，尽最大程度上来削减外部因素对连梁结构稳定性与坚固性造成的影响。

5.连梁截面高度设计

如果遇到连梁剪应力大于限制值情况是，只需要按照要求来设计截面高度即可，但应避免截面高度过大而造成剪应力增大，影响建筑工程结构的稳定性。如果适当的降低连梁截面高度，会使得连梁刚度降低，确保可以将结构承载力控制在限制值范围内，削减地震作用对工程结构造成的不良影响。尤其是要注意门窗部位结构的设计，经常会存在连梁超筋问题，即可以通过调整截面高度的方法对结构设置效果进行优化。如果只是部分连梁超筋或超限，则可采取调整连梁内力来解决，调整幅度不宜大于20%，且连梁必须满足“强剪弱弯”的要求[4]。其中，必须要保证连梁截面高度的适宜度，避免连梁高度过小，所能够削弱的地震作用能力较小，并不能有效减弱对墙肢结构造成的损坏。