九度区连梁超限处理方法

李 慧 毛蓉萍

(西南交通大学，四川 成都 610031)

·结构·抗震·

九度区连梁超限处理方法

李 慧 毛蓉萍

(西南交通大学，四川 成都 610031)

针对高烈度地区剪力墙连梁的超筋超限问题，归纳总结了几种适用连梁超限的处理方法，并以抗震设防烈度为9度的某剪力墙结构为例，阐述了连梁超限处理的思路和技术，以供类似工程参考借鉴。

连梁，高烈度区，剪力墙，地震作用

连梁是剪力墙结构的重要组成部分，连梁设计是否合理直接影响到结构的整体延性和抗震能力。在强震作用下，设计合理的连梁比墙肢先屈服，产生塑性变形，消耗地震能量，从而减轻结构的破坏。但在实际工程设计中，由于高烈度区地震作用较大，连梁常常超限，比如连梁超筋、抗剪截面不足等。连梁作为结构实现二次抗震设防的重要耗能构件，合理处理连梁超限问题十分重要。因此通过结合相关研究成果[1]和九度区实际工程设计，讨论连梁在九度区抗震超限处理方法，以供设计人员参考。

1 连梁的受力机理

墙肢在水平地震和风荷载作用下受到不均匀的压缩，产生弯曲变形，因此连梁两端产生竖向位移差，且连梁产生内力。连梁端部的内力反过来减小了墙肢的内力与变形，对墙肢起到一定的约束作用。连梁有两种破坏形式：脆性破坏(剪切破坏)和延性破坏(弯曲破坏)。在地震作用条件下，如果连梁受到的外力超出本身的承载力，会发生脆性破坏，失去继续承载的能力。若连梁具有良好的延性，在承受地震作用时，不会突然脆性破坏引起结构倒塌。合理的延性连梁在达到承载极限后出现塑性铰，塑性铰能够吸收大量的能量，消耗结构中小于承载力的部分弯矩和剪力，从而起到联系墙肢的作用，使墙肢保持必要的承载能力，这就使墙肢之间相互连接，整体协调受力，减少墙肢内力，延缓墙肢的屈服。剪力墙结构中，连梁与墙肢的耗能次序是：首先是弱连梁屈服，其次墙肢和强连梁内力增大，然后强连梁先于墙肢耗能屈服，最后是墙肢内力增大至耗能屈服。因此，强弱连梁在剪力墙结构受到地震作用时分别起到了第1，2道防线的耗能作用[2]。

2 连梁超限处理方法

剪力墙连梁设计所受到的因素有很多种，比如：所受内外力不同、剪力墙的承载力不同、所在区域的不同等。总之，在剪力墙设计和施工时，应做好局部细节处理和结构整体协调。常见的几种连梁超限处理方法归纳如下：

1)控制连梁的高跨比。连梁超筋，很大程度上是因为连梁截面高度不满足JGJ 3—2010高规第7.2.22条剪压比的规定。JGJ 3—2010高规第7.2.26条第一款规定：“当不满足7.2.22条规定时，可采取减小连梁截面高度或采取其他减小连梁刚度的措施。”同样，加大连梁跨度也可降低连梁的高跨比，从而减少对剪切变形的敏感。跨高比越大，连梁承担的剪力越大。连梁的截面减少，连梁的内力减小。连梁跨高比宜大于2.5。设置双连梁能很好地控制连梁的跨高比，有效解决连梁超筋问题。双连梁主要有两种形式，一是对于跨高比较小的连梁其水平位置所形成的双连梁；二是其中间部位所设立。设置双连梁是一种解决连梁超筋的有效措施[3]。高跨比较大的连梁，分缝后跨高比变大，甚至可以转为普通的浅梁，从而剪跨比增大，延性大幅提高。总之，双连梁的设置，不仅没有降低连梁的承载能力，还大幅提高了结构的塑性变形能力和耗能能力，是一种比较理想的耗能构件。但是，另一方面，因为双连梁的设置一定程度上降低了连梁的刚度，在由刚度控制下的设计中，应综合考虑双连梁的使用。

2)连梁刚度折减。JGJ 3—2010高规第5.2.1条规定：“高层建筑结构地震作用效应计算时，可对剪力墙连梁刚度予以折减，折减系数不宜小于0.5。”在水平荷载(地震作用和风荷载)作用下，混凝土的开裂导致结构刚度的降低，所以考虑对连梁的刚度进行折减，在风荷载作用条件下折减系数不宜小于0.8，在地震作用条件下折减系数不应小于0.5。但在竖向荷载作用下，连梁刚度不宜折减，可以通过支座弯矩调幅来降低连梁支座弯矩。关于解决连梁超筋超限问题，虽然大幅降低连梁刚度是一条有效途径，但是在高烈度区往往无法从根本上得到解决。并且当连梁跨高比比较大时，重力作用效应比水平作用效应更为明显，此时应当慎重考虑连梁刚度折减。

3)连梁的铰接处理。高烈度区剪力墙连梁在高跨比和刚度折减调整后仍有超筋情况，可根据《高规》7.2.26条第二款规定：“抗震设计剪力墙连梁的弯矩可塑性调幅”。当连梁不作为次梁的支承梁时，连梁破坏对竖向荷载不会造成明显的影响，此时可假定该连梁在大震下破坏，对剪力墙按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析，但要采取一定的构造措施来保证连梁对剪力墙的约束能力不完全丧失，否则就会出现“独立墙肢”，导致结构抗震性能大幅降低。但我们应注意，将连梁按两端铰接梁计算时，要满足连梁破坏后对承受竖向荷载无明显影响，连梁铰接处理后结构层间位移比应满足规范要求，并且在实际操作中，将某根超筋连梁进行铰接处理后，很可能导致其他位置原来不超筋的连梁出现超筋。

4)连梁设计超限的其他处理方法。a.增大剪力墙的厚度，减小连梁的相对刚度，从而减小连梁承受的剪力；b.设置型钢混凝土梁，但其造价较高且可能会引起结构的位移等变大[4]；c.设置交叉暗撑和交叉斜筋：《高规》第9.3.8条规定：跨高比不大于2的框筒梁和内筒连梁宜增配对角斜向钢筋，跨高比不大于1的框筒梁和内筒连梁宜采用交叉暗撑。交叉暗撑对提高构件抗震性能有较好的作用，但其施工有一定的难度。

3 工程实例

四川某校教师公租房，共12层，结构总高度为36.5 m。建筑层高：1层为3.3 m，2层～11层为2.9 m，12层为4.6 m，室内外高差为0.45 m。抗震设防等级为9度(0.4g)，设计地震分组为第二组，Ⅲ类建筑场地。采用PKPM有限元软件进行计算。典型层结构平面图如图1所示。

从图1中可以看出，该结构剪力墙基本对称布置，剪力墙尽可能围合，让强、弱连梁有机相连结合，使之协同工作，以实现结构良好的耗能机制；剪力墙围成筒体，可以提供较大的抵抗力偶，更有利于实现结构整体抗扭。

此工程在九度区，由于地震作用很大，连梁超筋超限问题比较突出，要对连梁进行不断地设计、计算、调整、再设计，这需要花费大量的时间和精力。在进行设计计算时，最大的问题是较多连梁抗剪截面超限，用上述常规方法均无法有效解决，四角和中间部位均有较多剪力墙连梁考虑刚度折减后，仍不能满足规范的要求。首先对部分建筑方案进行调整，实现结构整体协调，局部协同工作，四角和中部的剪力墙尽可能围合，形成封闭体系，成为剪力墙筒体，从而提供较大的抗扭、抗弯刚度；然后增加平面X，Y向贯通墙体，同时注重剪力墙结构的耗能机制与耗能次序，局部细分剪力墙间的强、弱连梁；减小超限较严重连梁的高跨比，再进行整体计算分析，若发现结构仍存在超限问题，再通过改变高跨比反复调整模型，不断计算，但最后中间位置仍有小部分高跨比较大的连梁超限严重，对其部分设置交叉斜筋和部分采用双连梁，直到基本满足要求。总之，在九度区采用连梁刚度折减处理连梁超限的效果不是很明显，控制连梁的高跨比往往有很好的效果；其次，在高烈度区剪力墙的平面布置结构的受力影响很大，剪力墙应尽量贯通；对于高跨比较大的连梁，交叉暗撑和双连梁是很好的选择，效果比较明显，但是暗撑对连梁的宽度和墙厚有一定的要求，两种方法施工过程也相对麻烦[5]。

4 结语

1)高层剪力墙结构体系在高烈度区强地震作用下所受水平力很大，连梁的内力往往很大，在高烈度区，连梁超限是存在的一个普遍问题，它作为抗震设计的第一道防线和主要耗能构件，其设计直接影响到结构性能的好坏，应妥善处理连梁超限问题，并合理控制连梁配筋。

2)设置双连梁一般可以很好地解决连梁超限问题，但是考虑到双连梁施工较麻烦，应尽量避免。而连梁超限处理的另外两种方法：设置型钢混凝土和两端按铰接处理，鉴于其局限性，也应当慎重考虑后使用。

3)剪力墙位置和数量的不同，连梁对整体结构的影响也会随之发生很大的变化。连梁布置应遵循“强连梁不强、弱连梁不弱”的“强剪弱弯”原则，应进行合理的概念设计，具体问题具体分析，做好整体协调。

[1] 谷 倩.双连梁与深连梁剪力墙结构抗震性能对比分析[J].土木工程学报，2010,43(sup):46.

[2] 冯 军，李运检.高烈度区某高层建筑综合楼设计分析[J].建筑结构，2011,39(8):69-76.

[3] 朱炳寅.混凝土剪力墙连梁的设计计算及超筋处理[J].建筑结构，2007(3):1-2.

[4] 雷万里.钢连梁及型钢混凝土连梁的抗震性能分析[D].成都：西南交通大学硕士学位论文，2008:11.

[5] 蔡思远，詹佳明，劳叶华.高烈度区剪力墙连梁超限处理方法[J].山西建筑，2015,41(15):51-52.

Treatment method for over-reinforcing coupling beam in nine-degree intensive seismic regions

Li Hui Mao Rongping

(SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)

According to the off-gauge reinforcement of the shearing wall coupling beam at the intensive seismic regions, the paper sums up some treatment methods for the over-reinforcing coupling beam, and illustrates the ideas and techniques for the coupling beam off-gauge treatment by taking some shearing wall structure with the nine-degree intensive seismic regions as the example, so as to provide some engineering reference.

coupling beam, intensive seismic region, shearing wall, seismic effect

2016-11-07

李 慧(1992- )，女，在读硕士； 毛蓉萍(1965- )，女，副教授

1009-6825(2017)02-0043-02

TU398.2

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