高層建筑剪力墻連梁設計探析

司友深

河南省建筑設計研究院有限公司 河南鄭州 450000

摘要：剪力墻結構是高層建筑中常見的結構形式，剪力墻連梁是連接梁和剪力墻的重要結構，具有梁截面比大，跨度比小等優點，在高層建筑剪力墻結構中起著重要的作用，本文正是對高層建筑剪力墻中的連梁設計進行了研究。

關鍵詞：高層建筑；剪力墻；連梁設計

1、高層建筑剪力墻中連梁的工作和破壞機理

眾所周知，鋼筋混凝土的破壞形式可分成兩種：脆性破壞和延性破壞。此外，高層建筑聯肢墻在水平力和風荷載作用下的破壞形式同樣可以分成兩種：脆性破壞和延性破壞，這里的脆性破壞也可以稱作剪切破壞，而延性破壞就稱為彎曲破壞。

在高層建筑剪力墻中聯肢墻的脆性破壞也可以分為兩種，一種破壞是發生在墻肢，另外一種則是連梁先屈服，然后就是墻肢的屈服。墻肢破壞中，墻肢之所以發生脆性破壞主要是因為其抗剪能力不足造成的，由于其抗剪能力比較小，其剪力墻就失去了承載力，因此就造成了墻肢發生脆性破壞。這種形式的破壞，在高層建筑剪力墻中的連梁設計中是可以避免的。脆性破壞的另外一種形式就是連梁的脆性破壞，連梁一旦發生脆性破壞就會使聯肢墻各墻肢喪失連梁對墻肢的約束作用。此外，為了防止高層建筑的墻肢在發生彎曲破壞之前就發生脆性破壞，在《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）就明確的規定了抗震等級為一、二級時抗震墻底部加強部位剪力設計值和抗震墻截面的剪壓比限值放大系數

在高層建筑剪力墻中連梁的延性破壞也可以分為兩種情況，一種破壞形式是連梁不發生屈服現象。墻肢發生的是彎曲破壞，其剪力墻在破壞形式下其產生的極限變形是比較小的，所以，對于那些有抗震設防要求的高層建筑來說，它雖然是一種延性破壞，但是吸收地震能量的能力還是比較低，在其連梁的設計中是可以避免這種現象的出現。另外一種破壞形式則是連梁先屈服，然后就是墻肢的屈服。在這個破壞形式中受拉區則會出現比較細小的裂縫，且梁端也會出現一些垂直裂縫，此外，在地震作用下還會出現一些交叉裂縫，并且形成塑性鉸，此時結構的變形就會變大，剛度就會下降，使得大量的地震能量都被吸收，此外，剪力和彎矩的傳遞還能繼續通過塑性鉸進行，使得剪力墻的剛度和強度能保持足夠大，在這個破壞過程中，連梁的主要作用是耗能、延緩墻肢屈服使墻肢內力不斷減少，但是一般在反復作用下，其高層建筑剪力墻中的連梁裂縫就會不斷的變寬、增多，一直持續到混凝土出現受壓破壞。

2、關于連梁設計的相關建議

在高層建筑剪力墻結構中，連梁和墻肢是協調工作的，在這個結構中，剪力墻的強度和剛度是要滿足相關要求的。一般在風荷載和正常使用荷載的作用下，該結構的狀態是彈性狀態，在這種狀態下，連梁是不會產生塑性鉸的。根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）的要求，高層建筑在遇到比當地設防烈度還低的多遇地震影響時，其一般是不會產生破壞的，即便是產生的損壞也是不需要修復，仍然可以繼續使用。當遇到比當地設防烈度高的罕遇地震時，其產生的破壞比較嚴重，可能就會危及到生命安全。所以，在對高層建筑設計時，其連梁和墻肢的設計要滿足“強剪弱彎”的要求，這主要是保證剪力墻不會發生延性破壞，此外，在設計中連梁和墻肢必須要有較好的延性，同時還需要保證墻肢的屈服比連梁的屈服要晚。所以，實際的高層建筑剪力墻中的連梁設計時一般都需要下列幾個因素考慮其中：

1）折減連梁的剛度。高層建筑中的連梁由于其自身特點，其在水平力的作用下產生的內力是比較大的，連梁發生屈服時，其剛度就會逐漸變小，內力也會出現重分布現象，連梁的兩端也會出現一些裂縫。所以，在對高層建筑剪力墻連梁設計時就需要將結構的整體計算出來，對連梁的剛度進行折減。在實際高層建筑中連梁的設計一般取值是在0.55到1之間，這主要是為了符合截面設計的要求。對于那些以風荷載為主要控制因素的高層建筑，其折減系數就應該取較大點的數值，此外，在對豎向荷載內力計算時不需要再將其剛度折減考慮進去，因為在計算時已經將連梁的調幅考慮進去了。

2）減小連梁高度，增大連梁跨度。在高層建筑剪力墻連梁設計中，在對其剛度進行折減之后，其連梁的斜截面受剪承載力或正截面受彎承載力不足的現象仍然可能會發生，在此時為了減少連梁的剛度可以采取洞口寬度增加的方式。連梁的整體剛度減小，不僅僅可以使連梁的承載力滿足要求，而且還可以大大的建少地震作用產生的影響。如果高層建筑中只是少部分的連梁超限或者超筋，那么就可以采用連梁內力調整方式進行調整，但是其調整的幅度不能超過20%。此外，連梁需要滿足“強剪弱彎”的要求。

3）增加剪力墻厚度。由于增大結構整體剛度，其結構在地震作用下的內力也會不斷增加，此外，連梁的受剪承載力和寬度的增加成正比，這就需要增加連梁的截面寬度。由于增加剪力墻厚度，其地震所產生的內力就不會按剪力墻增加的比例來分給該區域的剪力墻。

4）混凝土等級的提高。在提高混凝土等級之后，其混凝土的承載力會不斷的提高，其提高的比例比起結構地震作用影響增加的比例還要大，這樣就會使連梁的承載力滿足要求。

5）提高延展性能。根據相關調查發現，在發生地震時，連梁延展性是保護建筑物不受地震破壞的主要結構，由此可見，提高連梁的延展性能是十分重要的。此外，在對連梁進行設計時，要考慮連梁所承受的內力不僅僅需要在規定的范圍之內，而且還要滿足其建筑結構合理構造，連梁延展性提高的最有效的措施就是使用交叉斜筋。為了在一定程度上保證連梁的延展性，就需要將交叉斜筋配置在連梁內部。

6）調整連梁截面高度。當高層建筑連梁剪應力比設定的限制值比較高的時，此時是不能增加截面高度，主要是因為增加截面高度，其剪應力就會隨之增大，其建筑的穩定性就會變差。在截面經調整之后其高度變小之后，此時連梁的剛度也會隨之下降，就能保證承載力不高過限制值，其地震作用產生的不利后果就能得到控制。增加過梁，降低連梁高度這是一種比較實用的方法，這種方法使得過梁的兩端嵌在剪力墻中，能與剪力墻同時澆筑，大大方便了工程是施工。此外，還需要用砌塊將剪力墻與連梁之間的空隙填補好。在采用這種方法時連梁的高度設置要合理，不過過大，也不能過小。連梁高度過大，建筑物的穩定性就會下降；連梁高度過小，就不能將過多的能量給消耗掉，墻肢的損害程度也不能降低。

3、結束語

綜上可知，在上述所有措施中，在結構整體剛度滿足的條件下，剛度折減措施可以優先采用，如果采用剛度折減措施其仍然出現超限的現象，此時再考慮其它的處理措施。由此可見，在進行高層建筑剪力墻連梁設計時，要根據工程的特點，結合實際情況，充分了解和掌握其工作和破壞機理后，再對其進行設計。

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