高层住宅剪力墙结构连梁设计探讨.doc

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1、高层住宅剪力墙结构连梁设计探讨摘要：随着社会的发展，高层住宅越来越多，从而使剪力墙结构得到了广泛的运用，本文就剪力墙结构中重要耗能构件连梁设计进行探讨。关键词：高层住宅；剪力墙结构；耗能构件；连梁一、联肢墙在水平力作用下的破坏机制。高层建筑联肢墙在水平力作用下的破坏分为脆性破坏（即剪切破坏）和延性破坏（即弯曲破坏）两种。联肢墙的脆性破坏又可分为两种情况。一种是脆性破坏发生于墙肢。墙肢由于抗剪能力不够而发生剪切破坏，会使剪力墙很快丧失承载能力。造成结构的突然倒塌。这是设计所应该绝对避免的。抗震规范里规定了抗震墙截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时抗震墙底部加强部位剪力设计值的放大系数，就是为了

2、防止剪力墙早于弯曲破坏而发生剪切破坏。脆性破坏的第二种情况是连梁发生剪切破坏。连梁发生剪切破坏会使联肢墙各墙肢丧失连梁对墙肢的约束作用。在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时，联肢墙的各墙肢将成为单片的独立墙，这会使结构的侧向刚度大大降低，墙肢弯矩j加大。抗震规范里规定了连梁截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时连梁端部剪力设计值的调整系数，也是为了防止连梁早于弯曲破坏发生剪切破坏。但是，和第一种墙肢发生剪切破坏相比，连梁发生剪切破坏时结构尚未丧失承载能力，在墙肢破坏前，只要所考虑的连梁不承担较大的竖向荷载，还不会造成结构的倒塌。剪力墙的延性破坏也可分为两种情况。一种是连梁不屈服，墙肢首先发生弯曲

3、破坏，这种墙在破坏时的极限变形较小。因此，对有抗震设防要求的建筑来说，它虽然是一种延性破坏，但吸收地震能量的能力是较低的。设计中应避免这种情况的发生。延性破坏的第二种是连梁先屈服，最后是墙肢的屈服。当连梁有足够的延性时，它能通过塑性铰的变形吸收大量的地震能量。同时，通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使联肢墙保持足够的刚度和强度。这是设计时应首先考虑做到的。为了保证联肢墙的延性要求，对连梁的延性要求是非常高的。因此，在设计高层建筑剪力墙时，必须十分注意保证连梁的延性要求。以上主要从抗震的角度分析了联肢墙的破坏机制。对于非抗震的情况，水平作用力主要是风荷载。风荷载是一种实

4、实在在的荷载，不能通过结构的塑性变形来减少风荷载。但可以通过结构的塑性变形将荷载分布到其他尚未屈服的构件。通过内力重分布提高结构的整体承载能力，避免由于个别构件的破坏造成整个结构丧失承载能力。因此，以上关于联肢墙破坏机制的讨论在非抗震设计中是同样有意义的。二、连梁设计中的几个问题在剪力墙结构中，跨高比小于5的梁定义为连梁。连梁的两端与剪力墙在平面内连接。一端与剪力墙在平面内连接，而另一端与剪力墙或梁在平面外连接，这种梁不能称之为连梁，按一般梁设计，但是与剪力墙在平面内连接的端应按框架梁采取抗震构造措施。连梁与框梁的最大区别就是，连梁不仅仅起到普通梁的作用，更是一个耗能构件。1.关于连梁刚度的折

5、减考虑对连梁的刚度进行折减，是由于在侧向荷载作用下，混凝土的开裂引起了刚度降低。在地震作用下，连梁的裂缝开展和塑性变形比在风荷载作用下的更大，因此，刚度降低的更多。但是，刚度折减得越多，即折减系数越小，意味着设计荷载作用下裂缝开展得越大。在超载时，如发生强大的阵风或地震烈度超过多遇地震烈度时，塑性铰也会出现得更早，这就要求更加注意加强连梁的延性和使连梁符合“强剪弱弯”的要求。高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）第5.2.1条，高层建筑结构地震效应作用计算时，可对剪力墙连梁刚度进行折减，不宜小于0.5。高层建筑结构均采用弹性刚度采用整体分析，但抗震设计的剪力墙中的连梁刚度相对墙体较小

6、，而承受的弯矩和剪力很大，配筋设计困难。因此，可考虑在不影响竖向荷载能力的前提下，允许其适当开裂（降低刚度）而把内力转移到墙上。通常，设防烈度低时可少折减一些（6、7度时可取0.7），设防烈度高时可多折减一些（8、9度时可取0.5），折减系数不宜小于0.5，以保证连梁承受竖向荷载的能力。计算地震内力时，剪力墙连梁刚度可折减；计算位移时，连梁刚度可不折减。但是，两者情况底部剪力应相当。在计算竖向荷载作用下的内力时，对已经考虑了调幅的连梁，不应再考虑刚度折减。 在计算风荷载时，连梁刚度不折减。跨高比比较大（比如大于5）的连梁，地震作用效应比水平风或水平地震作用效应更为明显，此时应慎重考虑连梁刚度折

7、减问题，必要时可不进行连梁刚度折减，以控制正常使用阶段梁裂缝的发生和发展。2.连梁的计算模型输入跨高比大于2.5，小于5的连梁，可以按节点方式输入电算模型，而跨高比小于2.5的连梁应按墙体开洞的方式输入。因为跨高比小于2.5的连梁协调墙肢的能力更大，更多的的剪切变形。需要注意的是，当按按节点方式输入时，应检查连梁的砼等级强度与剪力墙保持一致。高层住宅剪力墙结构计算中，当连梁超限时，多数情况下是剪压比超限，此时可以减低梁高、或采用双连梁、多连梁的布置，还可以按剪压比要求降低连梁剪力设计值及弯矩，并相应调整剪力墙的墙肢内力。3.连梁的构造要求连梁顶面、底面纵向伸入墙肢长度不应小于LaE，且不应小于600mm。沿连梁全长箍筋应的构造应符合高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）第6.3.2条框架梁梁端箍筋加密区的箍筋构造要求。连梁高度范围内的墙肢水平分布筋应在连梁内拉通作为连梁的腰筋。连梁截面高度大于700mm，两侧的腰筋直径不应小于8mm，间距不应大于200mm。跨高比不大于2.5，其两侧腰筋的总截面配筋率不应小于0.3%。为了改善跨高比不大于2.5连梁的延性，可以采用交叉斜筋、集中对角斜筋、对角暗撑配筋方式。参考文献1 建筑抗震设计规范 GB50011-20102 混凝土结构设计规范 GB50010-20103 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-20103