关于高层建筑剪力墙连梁设计的探讨

李娜

摘要：在剪力墙结构和框剪结构中，连梁即连接墙肢与墙肢，墙肢与框架柱的梁。它具有截面大、跨度小、与连梁相连的墙体刚度大等特点。所以高层建筑在水平力的作用下，连梁的内力往往很大。同时由于连梁两端墙肢的不均匀压缩，会引起连梁两端的竖向位移差，这也将在连梁内产生内力，使连梁的设计难以符合要求。下文笔者结合实际工作经验，对高层建筑剪力墙连梁设计展开探讨，希望可以给相关工程人员提供参考。

关键词：高层建筑；剪力墙；连梁；设计

引言

与剪力墙相连的梁称为连梁，连梁具有跨度小、截面大、与连梁相连的墙体刚度大的特点.尤其在一些抗震设防烈度较高的地区，建筑在水平力作用下，连梁的内力往往很大，超筋超限现象严重。如简单采取加大连梁截面高度和配筋的方法解决问题，则设计很不经济，也不符合“强剪弱弯”的设计原则。为此笔者对连梁设计进行初步探讨，提出几点设计的方法和建议。

1.剪力墙连梁概念及具体形式

由于钢筋混凝土剪力墙抗侧及抗扭刚度大，地震作用下变形小、承载能力大，成为高层建筑钢筋混凝土结构的主要抗侧力结构构件。剪力墙由墙肢及连梁两种构件组成，连梁是连接墙肢与墙肢、墙肢与框架柱的梁。连梁与一般形式的普通梁有区别，它不仅是单纯的受力构件，它还能在墙与墙或墙与框架柱之间通过它的连接相互传力，使两个相离的构件能整体工作。连梁的主要形式有两种：一种是在剪力墙平面内连接墙肢与墙肢，另一种是在剪力墙平面内连接墙肢与框架柱。由于连梁要能将墙与墙或墙与框架柱之间连接起来相互传力，使两个相离的构件整体工作，所以它必须具有一定的刚度才能具备这个能力。通过不断试验研究及总结，对跨高比小于5的连梁，在竖向荷载作用下的弯矩比例较小，水平荷载作用下产生的反弯使它对剪切变形十分敏感，容易出现剪切裂缝，当连梁跨高比不小于5时，在竖向荷载作用下的弯矩所占比例大，此时梁的受力特点情况更接近于框架梁，换言之此时梁的表现形式虽为“连梁”，但由于其刚度不够大，不足以起到传力作用，所以对于跨高比不小于5的“连梁”按照框架梁计算及构造设计。

2.连梁的工作机理及破坏形式

在风荷载和地震荷载作用下，墙肢产生弯曲变形，使连梁产生转角，从而使连梁产生内力。同时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了墙肢的内力和变形，对墙肢起到了一定的约束作用，改善了墙肢的受力状态。高层建筑剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种，即脆性破坏（剪切破坏）和延性破坏（弯曲破坏）。连梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力，在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时，各墙肢丧失了连梁对它的约束作用，将成为单片的独立梁。这会使结构的侧向刚度大大降低，变形加大，墙肢弯矩加大，并且进一步增加P—Δ效应（竖向荷载由于水平位移而产生的附加弯矩），并最终可能导致结构的倒塌。连梁在发生延性破坏时，梁端会出现垂直裂缝，受拉区会出现微裂缝，在地震作用下会出现交叉裂缝，并形成塑性铰，结构刚度降低，变形加大，从而吸收大量的地震能量，同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中，连梁起到了一种耗能的作用，对减少墙肢内力，延缓墙肢屈服有着重要的作用。但在地震反复作用下，连梁的裂缝会不断发展、加宽，直到混凝土受压破坏。

3.关于连梁设计的建议

在墙肢和连梁的协同工作中，剪力墙应该具有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷载作用下，结构应该处于弹性工作状态，连梁不应该产生塑性铰。在地震作用下，结构允许进入弹塑性状态，连梁可以产生塑性铰。根据抗震设计规范总则的要求，建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复仍可使用，当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏，即我们经常说的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标。因此，剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏.也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则，同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。因此在实际工程中要使连梁设计满足强剪弱弯的原则可以考虑以下几个方面：

3.1增加剪力墙厚度

亦即增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使連梁的受剪承载力不超限。

3.2合理控制连梁的跨高比

跨高比的大小决定连梁变形能力的大小，一般认为当连梁跨高比大于2时，连梁具有较好的变形能力。同时为保证连梁对墙肢的有效约束，连梁应具备足够的承载力。连梁截面高度也不宜小于400mm。当连梁的跨高比小于2时，为改善连梁的延性，可采取沿梁长截面高度中间带通缝的连梁，此方法可以增大跨高比，较大的降低连梁的刚度和强度，同时又不影响建筑功能的使用。

3.3刚度折减和减小高度

连梁由于跨高比小，而与之相连的墙肢刚度较大，在水平力作用下的内力往往很大，因此在进行结构整体计算时，为了使连梁能吸收较多的能量，保证连梁有较好的延性，又能起到有效传递弯矩和剪力的作用，需对连梁刚度进行折减。《高规》5.2.1条规定，连梁的刚度折减系数不宜小于0.5。刚度折减后，仍可能发生连梁受弯或受剪承载力不够的情况.这时可以增加洞口的高度.以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。

3.4连梁的塑性调幅

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，调整的幅度一般不宜大于20%。《高规》第7.2.26条第2款指出抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力可进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。由于连梁超筋超限往往集中于某几层或某个区域，在考虑调整连梁内力的时候应适当加强楼层其他部位的连梁和墙肢的内力设计值，以达到平衡分担地震力的目的。

3.5对个别连梁采用多道设防方法

对于连梁经过各种调整后仍然超筋时，可以假定连梁大震下破坏，不能约束墙肢，这时可考虑剪力墙的第二道防线。《高规》第7.2.26条第3款指出当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时.可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计。这时情况会使墙肢的内力加大，以保证其安全。

3.6配筋形式和构造措施

连梁配筋一般采取上下对称配筋，两侧的腰筋应同墙体的水平筋。施工时，墙体水平筋在连梁范围内可连续以方便施工（由于水平筋在外，故要把它弯入连梁箍筋内）。连梁所受剪力由箍筋与混凝土共同承担，一般不设置弯起钢筋或交叉钢筋，而箍筋则由计算确定，连梁两侧的构造钢筋用拉筋联系。拉筋直径与墙体的同，竖直和水平方向每隔300～400mm拉一道。对于配箍率太高的连梁，条件允许时，可配置斜向抗剪钢筋。由于规范规定的交叉暗撑的施工难度较大，工程界应用不多，笔者认为可退一步设置交叉斜向布筋或者布成菱形斜筋。

4.总结语

高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。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、与之相连的墙肢刚度等都有关。因此在设计时，有很多问题需要注意，设计时要把互相制约的因素统一协调，才能取得比较理想的结果。

参考文献：

[1]董磊，高层剪力墙结构连梁设计的探讨，建筑与工程，2008（31）.

[2]朱炳寅，混凝土剪力墙的连梁设计计算及超筋的处理，建筑结构技术通讯，2007（03）：1-2.

[3]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）