高烈度區剪力墻連梁超限處理方法

韓劍飛

【摘要】本文通過對高層剪力墻結構連梁的工作原理和破壞形式進行分析，針對高烈度地區剪力墻連梁的超限問題，從結構概念設計、結構構件設計和構造措施三大方面提出了處理方法，以供參考。

【關鍵詞】剪力墻結構;連梁受力機理;超筋超限;連梁設計

1、連梁的受力機理

在風荷載和地震力作用下，墻肢產生彎曲變形，連梁端部發生轉角并產生彎矩、剪力和軸力，同時，連梁端部的內力作用減弱了相連墻肢的內力，并約束墻肢的變形，提高整體結構的延性和抗震性能。連梁的破壞形式有脆性的剪切破壞和延性的彎曲破壞。當連梁發生脆性破壞時，連梁承載能力喪失，對墻肢約束作用也隨之喪失，如果沿墻全高所有連梁均發生剪切破壞，墻肢將變成單片懸臂墻，這將大量降低結構的側向剛度，導致墻肢位移和變形加大，彎矩加大，進一步加大P-△效應，導致結構產生二次破壞甚至倒塌。當連梁發生延性破壞時，連梁端部在形成塑性鉸的過程中吸收大量的地震能量，降低結構的地震效應。同時，連梁在塑性鉸形成后能繼續傳遞剪力和彎矩，使剪力墻保持充足的承載力與剛度，對延緩墻肢屈服發揮重要作用。因此，在高烈度地區剪力墻結構抗震設計中，連梁是結構的主要地震耗能構件，是抗震設防的第一道防線，其設計的合理與否直接決定著結構抗震性能的好壞。

2、連梁超限處理方法

根據多年的設計經驗，高烈度區剪力墻結構連梁很少有不超限的情況，連梁超限原因主要是連梁的剪壓比不足。為防止連梁過早發生剪切破壞，提高連梁延性，建議主要從結構概念設計、結構構件設計和構造措施三大方面對連梁進行設計。

2.1 結構概念設計

2.1.1 結構整體剛度

結構整體應具有足夠的剛度。抗震驗算時，結構每一層的水平地震剪力應符合《抗規》[1]第 5.2.5 條Veki >λ∑Gj規定。當底部總剪力相差較大時，需要重新調整結構的選型和總體布置，不能只乘以增大系數來處理。滿足最小地震剪力是后續結構抗震計算的前提，只有調整到符合最小剪力要求，才能進行相應的地震傾覆力矩、構件內力、位移等的計算分析。

2.1.2 結構抗側剛度

剪力墻結構應該具有適宜的側向剛度。抗側力構件平面布置宜簡單、規則，沿兩個主軸方向均勻布置，兩個方向的側向剛度宜接近，限制結構的扭轉效應，位移比不宜大于1.2，周期比不應大于0.9。結構平面規則、簡單、對稱，則結構地震反應清晰，抗震性能良好。剪力墻豎向布置宜連續，避免上下層剛度突變。若不滿足上述要求，應調整抗側力結構構件的布置、數量和截面尺寸。結構抗側剛度并不是越大越好，剛度越大，地震效應越大，連梁容易發生脆性破壞。

2.1.3 結構布置合理性

結構平面布置時，單片剪力墻長度不宜大于 8m，超過8m時，應在剪力墻中間開洞。洞口盡量不要布置在墻肢的端部，因為洞口兩側的墻肢剛度相差較大時，墻肢的內力差異也較大，相連墻肢的內力差會使連梁產生較大的附加內力，容易導致連梁截面超限。盡量避免樓面梁尤其是框架主梁支撐在連梁上，樓面梁支承在連梁上時，附加彎矩和剪力造成連梁扭轉，不但不能有效約束樓面梁，反而不利于連梁受力。

2.2 結構構件設計

2.2.1 連梁合理建模

結構建模時，當連梁跨高比≤2時，宜按洞口輸入，采用殼元模型，剛度折減時考慮樓板作為連梁翼緣剛度，按主梁輸入時，程序把連梁當作桿元構件計算，不考慮樓板翼緣剛度。當2<跨高比<5時，建議按洞口建模。當跨高比≥5 時，可按主梁建模。

2.2.2 連梁剛度折減

在水平風荷載作用下，折減系數不宜小于0.8，在6度、7度地震荷載作用下，折減系數取0.7，在8度、9度地震荷載作用下，折減系數最低可取0.5。跨高比大于 5 的梁，不應進行剛度折減。

2.2.3 削弱連梁與剪力墻的相對剛度

如果結構抗側剛度不足，位移比規范限制大，需增加剪力墻數量，以減少每片墻肢承擔的水平力，增加剪力墻的厚度，也增加連梁截面的寬度，以提高連梁的截面承載力，同時可以增加連梁的跨高比。

如果結構抗側剛度較大，位移比規范限制小，超筋或超限數量又較多時，則可以采取加大連梁洞口，減小連梁截面高度，使連梁的剛度減小。如果只是部分連梁超筋或超限，則可采取調整連梁內力的方法來解決，調整的幅度不宜超過20%，且連梁必須滿足“強剪弱彎”的要求。

2.2.4 設置雙連梁

通過在連梁中部設水平縫使跨高比變大，增大剪跨比，提高延性，連梁的承載力不但沒有降低，其變形能力和耗能能力反而大幅的提高，能很好解決連梁超筋超限問題。設置水平縫降低了連梁的剛度，同時降低了結構的整體剛度，也減小了地震作用的影響。

2.2.5 合理控制連梁配筋

連梁配筋時需考慮翼緣板內鋼筋對連梁彎曲承載力的增大作用。這是問題容易被忽視，翼緣板剛度和配筋會使連梁由“強剪弱彎”構件變為“強彎弱剪”構件，導致使連梁由延性的彎曲破壞變成脆性的剪切破壞。連梁配筋時應根據翼緣板內的配筋情況，適當減小連梁上部的縱筋數量，使連梁兩向抗彎承載力接近或相等，而不是簡單的上下對稱配筋。

2.2.6 設置型鋼混凝土連梁

采用型鋼混凝土連梁是解決連梁超筋超限的有效方法。在鋼筋梁內設置型鋼可以增強連梁的延性，提高連梁的抗剪、抗彎能力。當梁寬較大時，可采用鋼骨混凝土連梁;當梁寬較小時，可采用鋼板混凝土連梁，鋼板混凝土連梁施工工藝相對簡單，適用性較強。但型鋼混凝土連梁造價比較高，建議部分嚴重超限的連梁采用型鋼混凝土連梁替代。

2.2.7 鉸接處理

高烈度區的連梁在上述調整后仍有部分超筋情況，將部分連梁兩端按鉸接處理，考慮連梁在大震作用下不參與工作，采取適當的構造措施確保連梁對剪力墻的約束不能完全喪失，避免出現“獨立墻肢”。

2.2.8 提高混凝土等級

提高混凝土強度等級可以調高連梁的抗剪承載力。

2.3 構造措施

連梁設置交叉斜筋或對角暗撐[2]。通過改變小跨高比連梁的配筋方式，提高連梁的延性，使連梁發生剪切破壞時，其延性能力能夠達到地震作用時剪力墻對連梁的延性需求。

參考文獻：

[1]建筑抗震設計規范（GB50011-2010）[M].北京：中國建筑工業出版社，2010 .

[2]混凝土結構設計規范（GB50010-2010）[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.