連梁超筋解決方法分析與對比

獨(dú)巍

摘要：連梁在地震耗能中具有重要作用，然工程設(shè)計(jì)中剪壓比經(jīng)常超限，快速找到合適的解決方法比較重要。本文通過對不同解決方法的分析，并結(jié)合實(shí)例，比較連梁的彎矩、剪力變化，和結(jié)構(gòu)剛度的不同影響，得出住宅工程中鋼板-混凝土（PRC）連梁和雙連梁是比較有效的方法。

關(guān)鍵詞：連梁超筋;鋼板-混凝土組合連梁;雙連梁

1連梁超筋分析

在剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁作為抗震耗能的第一道防線，在達(dá)到性能目標(biāo)的設(shè)計(jì)中具有重要作用。然工程設(shè)計(jì)中，連梁超筋是常見且棘手的問題，剪壓比超限是其主要原因。

在水平地震作用下，連梁的破壞模式為彎曲破壞和剪切破壞。當(dāng)箍筋先發(fā)生屈服時，連梁形成剪切破壞，連梁側(cè)面形成斜向交叉裂縫，在交叉裂縫的中點(diǎn)形成塑性鉸。此時連梁對墻肢的約束作用迅速減弱，達(dá)不到我們所期望的第一道防線作用。當(dāng)縱筋先發(fā)生屈服時，梁端出現(xiàn)垂直裂縫，受拉區(qū)出現(xiàn)微裂縫，最終在梁端形成塑性鉸。連梁對墻肢的約束作用減弱，變形加大，從而吸收大量的地震能量，延緩墻肢屈服，滿足概念設(shè)計(jì)要求。而跨高比較小連梁，地震作用下，墻肢豎向變形存在差異，連梁對其約束作用會產(chǎn)生較大的剪切變形，故《混規(guī)》11.7.9條對跨高比不大于2.5的連梁受剪截面的規(guī)定了上限要求0.15。

2 連梁超筋解決方法分析

對于剪壓比超限，規(guī)范提出了減小截面剛度或其他降低連梁剛度的措施。在工程設(shè)計(jì)中調(diào)整截面法很難快速找到滿足臨界值的截面。丁永君[1]提出連梁剛度調(diào)整應(yīng)避開其剪壓比最大值點(diǎn)，對于該點(diǎn)上部的連梁需要增加連梁剛度，對于該點(diǎn)下部的連梁則需要降低連梁剛度，這樣才可以降低剪壓比，這也是一個可行的方法。但工程設(shè)計(jì)中該最大值點(diǎn)不易掌握，且連梁截面變化較多不利于工程設(shè)計(jì)。

改變小跨高比連梁的配筋形式，可在不降低或有限降低連梁相對作用剪力的條件下提高連梁的延性。《混規(guī)》11.7.10提出采用斜向交叉鋼筋（截面寬度不小于250mm），采用集中對角斜筋或?qū)前祿危ń孛鎸挾炔恍∮?00mm），剪壓比要求為0.25。

鋼板-混凝土組合連梁（PRC））具有較高的受剪承載力和耗能能力，且施工方便，構(gòu)造簡單，受到眾多研究者的關(guān)注。張世江等[2]提出對低剪跨比PRC連梁，按規(guī)范JGJ3—2010和JGJ138—2016計(jì)算得到的受剪承載力計(jì)算值約為試驗(yàn)值的83.8%。可見，PRC連梁作為一種改善配筋形式，而不降低剛度的連梁具有較優(yōu)的抗震性能，值得推廣。

雙連梁，即為在樓層間再設(shè)置一道混凝土連梁，可以直接有效的降低單連梁的彎矩和剪力。胥玉祥等[3]提出跨高比為2.5時，雙連梁的最大彎矩、最大剪力之和約分別為單連梁的64%，降低效果較為明顯，且雙梁均可以單獨(dú)再進(jìn)行剛度設(shè)計(jì)，以滿足工程要求。但雙連梁存在二次支模澆筑，施工較為困難，僅建議在超筋樓層使用。

綜上所述，住宅工程中，PRC連梁和雙連梁是比較直接有效的方法。

3 PRC連梁、雙連梁與普通連梁受力性能對比分析

PRC連梁隨鋼板厚度的增加，耗能能力逐步提高，且單層鋼板和雙層鋼板的受力性能相似，考慮施工方便，以8mm厚單層鋼板進(jìn)行對比分析。

邵西子等[4]提出雙連梁之間采用20mm聚苯板以滿足連梁豎向變形和施工操作的要求。故本文采用雙連梁20mm間距進(jìn)行對比分析。利用YJK軟件對比分析。連梁梁高800mm，跨高比為2.5，混凝土強(qiáng)度等級為C30，板厚140mm，樓面恒荷載為5.0kN/m2，活荷載為2.0kN/m2，剛度折減系數(shù)為0.7，層高2.9m，共18層。抗震設(shè)防烈度7度（0.1g），地震分組為第一組，場地類別為三類，全樓地震作用放大系數(shù)為3倍。PRC連梁鋼板尺寸為8mm*400mm，Q235B，雙連梁為等高400mm，間距20mm且均每層設(shè)置。

取連梁剪力最大的第4層進(jìn)行對比分析如表1，X方向周期及X方向頂點(diǎn)位移變化如表2。

由計(jì)算結(jié)果可見，相比于普通連梁，PRC連梁的彎矩、剪力和X向基底剪力均略微增加，增大幅度不超過5%，頂點(diǎn)位移和X向周期均略微減小，減小幅度不超過5%。

PRC連梁略微增加了結(jié)構(gòu)剛度，對結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)的影響較小，且對于超筋的解決有較大幫助。《組合規(guī)范》5.2.3條對于型鋼混凝土框架梁的剪壓比要求為0.36。對比《混規(guī)》11.7.9可見，通過增加鋼板，剪壓比容許范圍直接提升了1.4倍。由于缺少鋼板混凝土梁建模形式，設(shè)計(jì)軟件YJK和PKPM均采用《組合規(guī)范》5.2.3條。但《高層建筑鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》6.5.5條對PRC連梁截面提出剪壓比限制要求為0.2。該剪壓比控制要求強(qiáng)于采用對角斜筋的形式，這與侯煒等[4]試驗(yàn)研究結(jié)論存在差距。現(xiàn)階段針對PRC連梁的受力性能研究較少，規(guī)范從嚴(yán)控制，工程設(shè)計(jì)時普通連梁剪力不超過限值的15%時，可考慮采用PRC連梁形式控制剪壓比。

相比于單連梁，雙連梁的剪力之和減少了45.6%，彎矩之和減少了13.0%，基底剪力減少了17.9%，頂點(diǎn)位移增加了31.0%。每層均設(shè)置雙連梁的方式使結(jié)構(gòu)剛度減小，明顯降低了地震剪力。但連梁總抗剪截面不變，保證了連梁對剪力墻的拉結(jié)能力。且隨著間距變化，雙連梁的樓層梁和層間梁的剪力變化很小，且剪力之和只有原連梁的52.6%～54.4%。雙連梁的方式能能較好的解決連梁剪壓比超限問題，且20mm間距控制是比較適當(dāng)?shù)摹?/p>

4 結(jié)論

綜述所訴，對于住宅工程中，增加結(jié)構(gòu)剛度（改善配筋形式：鋼板）和減小結(jié)構(gòu)剛度（雙連梁）都可以較好的解決連梁剪壓比超限問題，一增一減，且可以配合共同使用，快速有效的解決連梁超筋問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁永君，付春兵.關(guān)于剪墻連梁中若干問題的探討[J].建筑結(jié)構(gòu)增刊，2013，43（5）：633-636.

[2]張世江，郭子雄，劉陽，武豪.低剪跨比內(nèi)嵌鋼板？混凝土組合剪力墻抗剪性能試驗(yàn)研究[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，52（2）：579-588.

[3]胥玉祥，朱玉華，趙昕，李學(xué)平.雙連梁受力性能研究[J].2010，26（3）：31-37.

[4]邵西子，張綺思.連梁超筋解決方案的選擇與優(yōu)化[J].結(jié)構(gòu)工程師，2016，32（2）：22-28.

（作者單位：中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司南京設(shè)計(jì)院）