高层建筑剪力墙的连梁设计分析

肖超+李银娟

摘 要：作为剪力墙结构中的基本构件，连梁对于改善结构的承载力与抗震性能具有重要作用。本文首先分析了高层建筑剪力墙的连梁工作原理及水平荷载下的破坏形态，然后具体阐述了连梁的设计要点，以期为相关设计与技术人员提供参考。

关键词：高层建筑；剪力墙；连梁设计

连梁是指在剪力墙结构中，框架柱与墙肢、墙肢与墙肢间连接的梁。在剪力墙结构中所使用的连梁通常跨度小、高度大，部分建筑中的高跨比要在2.5以下。在高层建筑中由于非均匀性压缩对连梁两端墙肢的影响会造成连梁两侧产生不同的位移量，进而导致连梁内形成较强内应力，若未能采取有效措施降低此种影响，则很可能引发连梁承载力降低进而造成连梁破坏。因此，加强有关高层建筑剪力墙连梁设计的分析，对于提高剪力墙的连梁承载性能具有重要的现实意义。

1 高层建筑剪力墙的连梁工作原理及水平荷载下的破坏形态

1.1 剪力墙连梁工作原理

由于地震荷载与风力荷载的共同作用，剪力墙结构中的墙肢会出现严重的变形弯曲问题，在变形应力的影响下连梁会发生转角，进而导致连梁内内形成较强的内应力。而同时由于连梁两边的轴力、剪力与弯矩作用又会使墙肢的变形与内力影响不断降低，进而调整墙肢的受力状况。

1.2 剪力墙连梁在水平荷载下的破坏形态

高层建筑中连梁的承载力、墙肢与连梁高度比、开洞范围等都会影响联肢墙在水平荷载作用下的破坏形态，通常有延性破坏与脆性破坏两种。而延性破坏的主要类型有：

1.2.1 若连梁的抗剪承载力不足则在外界作用力下连梁会首先出现剪切破坏，进而引起墙肢约束破坏构造出独立的墙肢。相比较连梁未破坏的墙肢，破坏后的墙肢轴力明显降低，弯矩扩大，且侧向刚度也大幅度减少。

1.2.2 当连梁具有较高的承载力和刚度时，连梁的屈服程度将会大幅度降低，由于开洞剪力墙具有与整体悬臂墙相同的性能，因此只有在底层发生塑性铰的状况下连梁才会出现破坏。若能保证墙肢的抗剪承载力符合设计需求，墙肢就能尽量延长剪切破坏的发生期限，因此此种破坏也是具有延性效果的弯曲破坏。

1.2.3 当连梁的抗弯承载力与刚度与墙肢相差甚大，且连梁的延性性能良好时，那么在连梁的两端会首先出现塑性铰，等到塑性铰出现在墙肢底部时才会形成破坏机构。在大量连梁两边塑性铰形成的过程中地震能量会被大部分的吸收，且塑性铰能够对弯矩与剪力持续传递，使墙肢的约束弯矩形成过程中能够保证剪力墙较高的承载力与刚度，且墙肢底部的塑性铰也具备较高的延性，这使得孔洞剪力墙具有更高的延性性能。

2 高层建筑剪力墙的连梁设计要点

在连梁与墙肢的共同配合下，剪力墙的刚度与强度要求也相对较高。通常结构在风力荷载与使用荷载的共同作用下应当保持一定的弹性工作状态，且连梁应避免出现塑性铰。而在地震荷载作用下，由于结构进入塑性状态的周期较短，所以连梁可以出现塑性铰。在实际的连梁设计中需要控制的要点有：

2.1 连梁的配筋设计

在连梁的配筋设计中，通常采用加大配筋量、控制箍筋与纵筋比率的方式来满足抗震标准，但在实际的实践研究中发现，此种方式不仅不能改善连梁的剪切脆性破坏过程，还会引起用钢量的扩大，不利于节省成本。所以应当考虑采用菱形配筋方法，此种配筋方法能够解决原有斜交叉配筋方式的多种问题：在连梁的中点重合位置安置对角线钢筋，由于此处的截面抗弯承载力失效，需要使用水平纵筋来避免截面上发生的弯矩；为避免对角线钢筋的压区，需要额外配备较多的箍筋；在斜交叉配筋中对角线的钢筋坡度较缓，在改善抗剪性能的效果方面不明显。

在进行斜截面承载力计算时，为避免连梁出现较严重的剪切破坏，应当增强连梁的抗剪承载力，所以在计算时应当通过强屈比来控制剪力的设计值。计算时要满足：

Ky*V≤Vcs

其中Ky表示强屈比，即指连梁截面的极限破坏剪力与纵筋屈服时的剪力比，通常取1.10；V表示在连梁边际截面所需的剪力设计值；Vcs表示连梁的抗剪承载力，其通常由主钢筋斜向段、横向钢筋与钢筋混凝土共同承担的剪力值构成。

2.2 连梁的截面设计

连梁作为剪力墙结构的重要承力构件，若出现了较大的平均剪应力，则在箍筋未发生作用时连梁就已经出现了剪切破坏。按照相关实践研究计算发现，连梁的截面内平均剪应力大小会严重影响连梁的破坏性能，特别是在小高跨比因素影响下，所以应当恰当控制连梁的截面尺寸，从而调整截面处的平均剪应力。连梁截面设计公式为：

Vb≤1/γRE（0.15βcfcbbhbo）

其中Vb表示连梁的剪力设计值；γRE表示构件的承载力抗震调整系数；βc表示混凝土的强度影响系数；fc表示混凝土的轴心抗压强度设计值；bb闭式连梁的截面宽度值；hbo表示连梁截面的有效高度。

在连梁的截面验算时应当考虑斜截面受剪承载力与正截面的受弯承载力两方面的内容。斜截面受剪承载力是连梁截面计算的重点，尤其在剪力设计值计算时要通过控制增大受剪承载力来提高连梁的强剪抗弯性能；由于连梁通常采用对称配筋方式，所以可以采用双筋截面验算连梁截面，采用受拉钢筋对受压钢筋取矩就能获得相应的受弯承载力。

2.3 使用开缝连梁方式

在连梁设计时，在其高度中央制成较长的水平缝，以此降低延性的弯曲破坏。此种方式能够解决旧抗震连梁的许多问题。在小等级地震作用实践中发现，由于连系梁具有较强的刚度，采用此种连梁方式可以有效约束墙肢、保证剪力墙的抗侧刚度满足要求；在大等级地震中，混凝土键发生开裂而形成2个独立受弯的构件，剪切脆性破坏转变为弯曲延性破坏，同时利用混凝土的剪摩擦作用可以明显分散地震能量，提升剪力墙的抗震性能。

2.4 减少连梁的弯矩

在进行连梁设计时通过减少连梁的弯矩能够有效降低连梁的抗弯承载力，进而使连梁的塑性铰出现在早期，同时改善了连梁的平均剪应力，提高其延性。减少连梁的弯矩可以通过以下两种方式：一是采用弹性分析方式调整内应力，通过调整后的弯矩对连梁的配筋过程进行控制。通常是调整降低中部弯矩中的较大部分，调幅比弹性计算降低应不大于20%；二是在采用弹性内力分析时，合理降低连梁的刚度。按照规程，在计算分析位移与内应力时，抗震设计的框架即剪力墙结构或框架剪力墙结构中的连梁刚度可以及进行适当的折减，其折减系数应当在0.5以上。

3 结语

连梁构件的设计质量将直接关系着高层建筑剪力墙的抗震性能，因此，相关技术与设计人员应当加强有关高层建筑剪力墙的连梁设计分析，总结连梁设计中的技术措施与设计要点，以逐步改善高层建筑剪力墙结构连梁设计质量。

参考文献

[1] 王惠敏.高层建筑剪力墙中连梁设计的建议[J].浙江建筑，2011，12 （29）.

[2] 房凯，张桂艳，杨明杰.高层建筑剪力墙中连梁设计的探讨[J].辽宁建材，2012，13（14）.