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摘要：在剪力墻結構和框架—剪力墻結構中,連接墻肢與墻肢,墻肢與框架柱的梁稱為連梁。連梁一般具有跨度小、截面大,與連梁相連的墻體剛度又很大等特點。一般在風荷載和地震荷載的作用下,連梁的內力往往很大。此外,高層建筑中,由于連梁兩端墻肢的不均勻壓縮,會引起連梁兩端的豎向位移差,這也將在連梁內產生內力。在設計時,即使采取降低連梁內力的各種措施,如:增大剪力墻的洞口寬度在連梁中部開水平縫在計算內力和位移時對連梁剛度進行折減對局部內力過大層的連梁進行調整等,仍難使連梁的設計符合要求。基于這種情況,本文將提供連梁設計的幾個建議,并且討論連梁設計時的配筋計算。

關鍵詞：高層結構連梁計算

1連梁的工作和破壞機理

在風荷載和地震荷載作用下,墻肢產生彎曲變形,使連梁產生轉角,從而使連梁產生內力。同時連梁端部的彎矩、剪力和軸力又反過來減少了墻肢的內力和變形,對墻肢起到了一定的約束作用,改善了墻肢的受力狀態。高層建筑剪力墻中的連梁在水平荷載作用下的破壞可分兩種,即脆性破壞(剪切破壞)和延性破壞(彎曲破壞)。連梁在發生脆性破壞時就喪失了承載力,在沿墻全高所有連梁均發生剪切破壞時,各墻肢喪失了連梁對它的約束作用,將成為單片的獨立梁。這會使結構的側向剛度大大降低,變形加大,墻肢彎矩加大,并且進一步增加P—Δ效應(豎向荷載由于水平位移而產生的附加彎矩),并最終可能導致結構的倒塌。連梁在發生延性破壞時,梁端會出現垂直裂縫,受拉區會出現微裂縫,在地震作用下會出現交叉裂縫,并形成塑性絞,結構剛度降低,變形加大,從而吸收大量的地震能量,同時通過塑性鉸仍能繼續傳遞彎矩和剪力,對墻肢起到一定的約束作用,使剪力墻保持足夠的剛度和強度。在這一過程中,連梁起到了一種耗能的作用,對減少墻肢內力,延緩墻肢屈服有著重要的作用。但在地震反復作用下,連梁的裂縫會不斷發展、加寬,直到混凝土受壓破壞。

2設計的建議

在墻肢和連梁的協同工作中,剪力墻應該具有足夠的剛度和強度。在正常的使用荷載和風荷載作用下,結構應該處于彈性工作狀態,連梁不應該產生塑性鉸。在地震作用下,結構允許進入彈塑性狀態,連梁可以產生塑性鉸。根據抗震設計規范總則的要求,建筑物在遭受低于本地區設防烈度的多遇地震影響時,一般不損壞或不需修復仍可使用,當遭受高于本地區設防烈度的罕遇地震時,不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。因此,剪力墻的設計應該保證不發生剪切破壞,也就是要求墻肢和連梁的設計符合強剪弱彎的原則,同時要求連梁的屈服要早于墻肢的屈服,而且要求墻肢和連梁具有良好的延性。

因此在實際工程中要使連梁設計滿足強剪弱彎的原則就必須考慮以下幾個方面:

21關于連梁剛度的折減。連梁由于跨高比小,與之相連的墻肢剛度大等原因,在水平力作用下的內力往往很大,連梁屈服時表現為梁端出現裂縫,剛度減弱,內力重分布。因此在開始進行結構整體計算時,就需對連梁剛度進行折減。根據《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規程》第417條規定:“在內力與位移計算中,所有構件均可采用彈性剛度,在框架—剪力墻結構中,連梁的剛度可予以折減,折減系數不應小于055。”一般在實際設計中我們在055—1之間取值,以符合截面設計的要求.

22加連梁跨度減少高度。在連梁設計中,剛度折減后,仍可能發生連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠的情況,這時可以增加洞口的寬度,以減少連梁剛度。減少了結構的整體剛度,也就減少了地震作用的影響,使連梁的承載力有可能不超限。如果只是部分連梁超筋或超限,則可采取調整連梁內力來解決。調整的幅度不宜大于20%,且連梁必須滿足“強剪弱彎”的要求。

23增加剪力墻厚度。亦即增加連梁的截面寬度,其結果一方面由于結構整體剛度加大,地震作用產生的內力增加,另一方面連梁的受剪承載力與寬度的增加成正比。由于該片墻厚增加以后,地震所產生的內力并不按墻厚增加的比例分配給該片剪力墻,而是小于這個比例,因此有可能使連梁的受剪承載力不超限。

24提高混凝土等級。混凝土等級提高后,結構的地震作用影響增加的比例遠小于混凝土受剪承載力提高的比例,有可能使連梁的受剪承載力不超限。

25地震區高層建筑的剪力墻連梁,在進行了上述調整后,仍有部分不符合承載力要求時,可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力。然后按“強剪弱彎”的要求,配置相應的縱向鋼筋。此時,如果不能保證連梁在大震時的延性要求,應重新計算整個結構,必要時調整結構布置,使連梁的承載力符合要求。

上述各種措施中,在能滿足整體剛度的情況下,可先采用剛度折減,如仍超限可采用其余各種措施。

3連梁的配筋計算

31根據《鋼筋混凝土高層建筑結構設計和施工規程》,在連梁設計方面,對于連梁非抗震設計,抗震設計時跨高比大于25及小于25兩種情況,在截面受剪承載力及配筋方面均有不同規定。

在結構計算時這類連梁往往發生受剪承載力的超限,這時可以將受力筋均勻布置,同時考慮到連梁以承載水平荷載為主,支座彎矩主要由水平荷載引起,在反復的水平荷載作用下支座截面上、下受拉筋面積相近,可以采用截面對稱配筋。在連梁配筋中,配置平行筋往往導致斜向受拉破壞或由于箍筋過量而發生剪切滑移破壞,這些破壞將導致連梁的滯回曲線變壞,耗能能力下降。若采用菱形配筋方式,可以克服這些不足之處。

4結語

高層建筑剪力墻連梁的設計受很多因素的制約。連梁的內力和剪力墻的多少、每片剪力墻的水平力大小、連梁的剛度、與之相連的墻肢剛度等都有關。因此在設計時,問題是比較復雜的,設計時要把互相制約的因素統一協調,以取得比較理想的結果。