九度區連梁超限處理方法

李 慧 毛蓉萍

(西南交通大學，四川 成都 610031)

·結構·抗震·

九度區連梁超限處理方法

李 慧 毛蓉萍

(西南交通大學，四川 成都 610031)

針對高烈度地區剪力墻連梁的超筋超限問題，歸納總結了幾種適用連梁超限的處理方法，并以抗震設防烈度為9度的某剪力墻結構為例，闡述了連梁超限處理的思路和技術，以供類似工程參考借鑒。

連梁，高烈度區，剪力墻，地震作用

連梁是剪力墻結構的重要組成部分，連梁設計是否合理直接影響到結構的整體延性和抗震能力。在強震作用下，設計合理的連梁比墻肢先屈服，產生塑性變形，消耗地震能量，從而減輕結構的破壞。但在實際工程設計中，由于高烈度區地震作用較大，連梁常常超限，比如連梁超筋、抗剪截面不足等。連梁作為結構實現二次抗震設防的重要耗能構件，合理處理連梁超限問題十分重要。因此通過結合相關研究成果[1]和九度區實際工程設計，討論連梁在九度區抗震超限處理方法，以供設計人員參考。

1 連梁的受力機理

墻肢在水平地震和風荷載作用下受到不均勻的壓縮，產生彎曲變形，因此連梁兩端產生豎向位移差，且連梁產生內力。連梁端部的內力反過來減小了墻肢的內力與變形，對墻肢起到一定的約束作用。連梁有兩種破壞形式：脆性破壞(剪切破壞)和延性破壞(彎曲破壞)。在地震作用條件下，如果連梁受到的外力超出本身的承載力，會發生脆性破壞，失去繼續承載的能力。若連梁具有良好的延性，在承受地震作用時，不會突然脆性破壞引起結構倒塌。合理的延性連梁在達到承載極限后出現塑性鉸，塑性鉸能夠吸收大量的能量，消耗結構中小于承載力的部分彎矩和剪力，從而起到聯系墻肢的作用，使墻肢保持必要的承載能力，這就使墻肢之間相互連接，整體協調受力，減少墻肢內力，延緩墻肢的屈服。剪力墻結構中，連梁與墻肢的耗能次序是：首先是弱連梁屈服，其次墻肢和強連梁內力增大，然后強連梁先于墻肢耗能屈服，最后是墻肢內力增大至耗能屈服。因此，強弱連梁在剪力墻結構受到地震作用時分別起到了第1，2道防線的耗能作用[2]。

2 連梁超限處理方法

剪力墻連梁設計所受到的因素有很多種，比如：所受內外力不同、剪力墻的承載力不同、所在區域的不同等。總之，在剪力墻設計和施工時，應做好局部細節處理和結構整體協調。常見的幾種連梁超限處理方法歸納如下：

1)控制連梁的高跨比。連梁超筋，很大程度上是因為連梁截面高度不滿足JGJ 3—2010高規第7.2.22條剪壓比的規定。JGJ 3—2010高規第7.2.26條第一款規定：“當不滿足7.2.22條規定時，可采取減小連梁截面高度或采取其他減小連梁剛度的措施。”同樣，加大連梁跨度也可降低連梁的高跨比，從而減少對剪切變形的敏感。跨高比越大，連梁承擔的剪力越大。連梁的截面減少，連梁的內力減小。連梁跨高比宜大于2.5。設置雙連梁能很好地控制連梁的跨高比，有效解決連梁超筋問題。雙連梁主要有兩種形式，一是對于跨高比較小的連梁其水平位置所形成的雙連梁；二是其中間部位所設立。設置雙連梁是一種解決連梁超筋的有效措施[3]。高跨比較大的連梁，分縫后跨高比變大，甚至可以轉為普通的淺梁，從而剪跨比增大，延性大幅提高。總之，雙連梁的設置，不僅沒有降低連梁的承載能力，還大幅提高了結構的塑性變形能力和耗能能力，是一種比較理想的耗能構件。但是，另一方面，因為雙連梁的設置一定程度上降低了連梁的剛度，在由剛度控制下的設計中，應綜合考慮雙連梁的使用。

2)連梁剛度折減。JGJ 3—2010高規第5.2.1條規定：“高層建筑結構地震作用效應計算時，可對剪力墻連梁剛度予以折減，折減系數不宜小于0.5。”在水平荷載(地震作用和風荷載)作用下，混凝土的開裂導致結構剛度的降低，所以考慮對連梁的剛度進行折減，在風荷載作用條件下折減系數不宜小于0.8，在地震作用條件下折減系數不應小于0.5。但在豎向荷載作用下，連梁剛度不宜折減，可以通過支座彎矩調幅來降低連梁支座彎矩。關于解決連梁超筋超限問題，雖然大幅降低連梁剛度是一條有效途徑，但是在高烈度區往往無法從根本上得到解決。并且當連梁跨高比比較大時，重力作用效應比水平作用效應更為明顯，此時應當慎重考慮連梁剛度折減。

3)連梁的鉸接處理。高烈度區剪力墻連梁在高跨比和剛度折減調整后仍有超筋情況，可根據《高規》7.2.26條第二款規定：“抗震設計剪力墻連梁的彎矩可塑性調幅”。當連梁不作為次梁的支承梁時，連梁破壞對豎向荷載不會造成明顯的影響，此時可假定該連梁在大震下破壞，對剪力墻按獨立墻肢進行第二次多遇地震作用下的結構內力分析，但要采取一定的構造措施來保證連梁對剪力墻的約束能力不完全喪失，否則就會出現“獨立墻肢”，導致結構抗震性能大幅降低。但我們應注意，將連梁按兩端鉸接梁計算時，要滿足連梁破壞后對承受豎向荷載無明顯影響，連梁鉸接處理后結構層間位移比應滿足規范要求，并且在實際操作中，將某根超筋連梁進行鉸接處理后，很可能導致其他位置原來不超筋的連梁出現超筋。

4)連梁設計超限的其他處理方法。a.增大剪力墻的厚度，減小連梁的相對剛度，從而減小連梁承受的剪力；b.設置型鋼混凝土梁，但其造價較高且可能會引起結構的位移等變大[4]；c.設置交叉暗撐和交叉斜筋：《高規》第9.3.8條規定：跨高比不大于2的框筒梁和內筒連梁宜增配對角斜向鋼筋，跨高比不大于1的框筒梁和內筒連梁宜采用交叉暗撐。交叉暗撐對提高構件抗震性能有較好的作用，但其施工有一定的難度。

3 工程實例

四川某校教師公租房，共12層，結構總高度為36.5 m。建筑層高：1層為3.3 m，2層～11層為2.9 m，12層為4.6 m，室內外高差為0.45 m。抗震設防等級為9度(0.4g)，設計地震分組為第二組，Ⅲ類建筑場地。采用PKPM有限元軟件進行計算。典型層結構平面圖如圖1所示。

從圖1中可以看出，該結構剪力墻基本對稱布置，剪力墻盡可能圍合，讓強、弱連梁有機相連結合，使之協同工作，以實現結構良好的耗能機制；剪力墻圍成筒體，可以提供較大的抵抗力偶，更有利于實現結構整體抗扭。

此工程在九度區，由于地震作用很大，連梁超筋超限問題比較突出，要對連梁進行不斷地設計、計算、調整、再設計，這需要花費大量的時間和精力。在進行設計計算時，最大的問題是較多連梁抗剪截面超限，用上述常規方法均無法有效解決，四角和中間部位均有較多剪力墻連梁考慮剛度折減后，仍不能滿足規范的要求。首先對部分建筑方案進行調整，實現結構整體協調，局部協同工作，四角和中部的剪力墻盡可能圍合，形成封閉體系，成為剪力墻筒體，從而提供較大的抗扭、抗彎剛度；然后增加平面X，Y向貫通墻體，同時注重剪力墻結構的耗能機制與耗能次序，局部細分剪力墻間的強、弱連梁；減小超限較嚴重連梁的高跨比，再進行整體計算分析，若發現結構仍存在超限問題，再通過改變高跨比反復調整模型，不斷計算，但最后中間位置仍有小部分高跨比較大的連梁超限嚴重，對其部分設置交叉斜筋和部分采用雙連梁，直到基本滿足要求。總之，在九度區采用連梁剛度折減處理連梁超限的效果不是很明顯，控制連梁的高跨比往往有很好的效果；其次，在高烈度區剪力墻的平面布置結構的受力影響很大，剪力墻應盡量貫通；對于高跨比較大的連梁，交叉暗撐和雙連梁是很好的選擇，效果比較明顯，但是暗撐對連梁的寬度和墻厚有一定的要求，兩種方法施工過程也相對麻煩[5]。

4 結語

1)高層剪力墻結構體系在高烈度區強地震作用下所受水平力很大，連梁的內力往往很大，在高烈度區，連梁超限是存在的一個普遍問題，它作為抗震設計的第一道防線和主要耗能構件，其設計直接影響到結構性能的好壞，應妥善處理連梁超限問題，并合理控制連梁配筋。

2)設置雙連梁一般可以很好地解決連梁超限問題，但是考慮到雙連梁施工較麻煩，應盡量避免。而連梁超限處理的另外兩種方法：設置型鋼混凝土和兩端按鉸接處理，鑒于其局限性，也應當慎重考慮后使用。

3)剪力墻位置和數量的不同，連梁對整體結構的影響也會隨之發生很大的變化。連梁布置應遵循“強連梁不強、弱連梁不弱”的“強剪弱彎”原則，應進行合理的概念設計，具體問題具體分析，做好整體協調。

[1] 谷 倩.雙連梁與深連梁剪力墻結構抗震性能對比分析[J].土木工程學報，2010,43(sup):46.

[2] 馮 軍，李運檢.高烈度區某高層建筑綜合樓設計分析[J].建筑結構，2011,39(8):69-76.

[3] 朱炳寅.混凝土剪力墻連梁的設計計算及超筋處理[J].建筑結構，2007(3):1-2.

[4] 雷萬里.鋼連梁及型鋼混凝土連梁的抗震性能分析[D].成都：西南交通大學碩士學位論文，2008:11.

[5] 蔡思遠，詹佳明，勞葉華.高烈度區剪力墻連梁超限處理方法[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，在讀碩士； 毛蓉萍(1965- )，女，副教授

1009-6825(2017)02-0043-02

TU398.2

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