剪力墙连梁超筋处理总结

朱政 万翱宙

（中机国际工程设计研究院有限责任公司 湖南长沙 410007）

剪力墙连梁超筋处理总结

朱政 万翱宙

（中机国际工程设计研究院有限责任公司 湖南长沙 410007）

结构设计中，因连梁超筋问题在剪力墙结构设计中普遍存在，不少设计同仁在处理中采用控制超筋连梁数量的办法应对，笔者认为连梁超筋后，由于其对墙肢的约束降低，导致内力重分布，会产生一系列相关的设计问题，需要我们在设计中引起足够的重视，并对其采取相应的措施，本文结合作者设计经验及参考国内相关文献总结出针对连梁超筋处理的几种常用措施供大家参考。

剪力墙；结构设计；连梁超筋

1 引言

随着我国工业化、城市化建设进程的加快，高层建筑、超高层建筑成了现代城市的一大标志。为了满足高层建筑在结构和功能上的需要，结构体系也日趋多样，剪力墙结构体系成了高层建筑中不可缺少的一种受力体系，剪力墙结构体系的设计分析越来越多，随之剪力墙设计中的问题也越来越多，其中剪力墙连梁超筋问题最为典型。目前，不同的设计院对剪力墙连梁超筋问题处理方法不同，主要有以下两种观点：

（1）认为连梁属于耗能构件，允许在地震中带裂缝工作，控制超筋连梁数量在一定合理范围内，即认为结构合理。

（2）认为连梁开裂后结构整体刚度发生变化，地震作用也会随之发生变化，导致墙肢中内力重分布，在计算中必须考虑这一因素，进行后续设计。

针对这两种观点，笔者认为第二种方法更接近实际状态，因梁端开裂后截面刚度降低，对墙肢约束减弱，导致墙肢轴力减小，弯矩增加。而在常用结构设计软件中，受力和配筋计算是分两步走的，即在分析受力时，按照墙肢和连梁的输入界面换算刚度，根据此初始刚度考虑了抗震等级的内力调整后得出内力包络图，而配筋时再根据此包络图进行配筋设计。如果此时计算出连梁超筋，如果不处理，程序是无法根据梁端裂缝开展以后的实际连梁刚度去分析墙肢的轴力减小了多少，弯矩增加了多少的。墙肢轴力减小会导致墙肢抗剪承载力的衰减，从而使水平分布钢筋的配置不足，弯矩的增加会导致竖向分布钢筋的配置不足或者边缘构件的纵筋配置不足。

而国内对连梁超筋问题模拟报道研究较少，郑有伟[1]从分析剪力墙结构体系的连梁工作与破坏机理，并结合工程实例，提出了解决连梁设计超筋问题的措施；纪福宏[2]结合工程实践对连梁超筋的击中处理方法进行简要的阐述，并结合计算分析给出了解决剪力墙超筋现象的一般解决方法。张海永[3]通过对部分框支剪力墙结构的分析计算总结转换构件上一层剪力墙超筋现象产生原因，并给出了此类结构设计应采取的加强措施。本文结合作者设计经验及国内文献总结出针对连梁超筋后处理措施。

2 超筋处理措施

2.1 硬抗

硬抗是指通过增大连梁的截面高度、墙肢厚度，提高混凝土强度等级提高连梁的抗剪承载力。

连梁高度增加后，虽然结构总体刚度增加，连梁剪力增大，但是，截面的抗剪强度也相应增大，有时候，截面抗剪强度增加的速度比地震剪力增加的速度快，这与结构的整体布置，连梁的位置，墙肢及连梁的宽度及高度等很多因素有关，但是有的时候截面抗剪强度增加的速度比地震剪力增加的慢，就会出现越加高越超限的情况。墙肢厚度增加的同时连梁的宽度也同步增加，调整机制与增大连梁高度相似，但是连梁宽度增加对连梁刚度影响没有直接调整梁高明显，连梁对墙肢的约束变化不大，从而对连梁剪力不会产生很大影响。混凝土抗压强度的提高，对于增加混凝土的抗剪强度是有利的，但是弹性模量的提高，导致抗弯刚度EI也随之提高，结构整体刚度增加，地震剪力也会增大。

硬抗在设计上简单易行，由于增加了连梁超筋的墙或连梁的刚度或强度，只会使本片墙梁的刚度增加，对于其他片的墙或连梁的刚度没有大的影响，所以调整后如果能将地震剪力“抗”住，那么其他片墙的连梁一般不会出现由适筋到超筋的情况，从而更快的完成结构调整，减小了工程师调整模型的难度。但是该方法会增加结构工程量，不够经济。

2.2 以柔克刚

以柔克刚是指通过削弱连梁，使连梁对于墙肢的转动约束降低，从而增大墙肢的“独立性”，墙肢轴力减小，弯矩增大，连梁剪力降低。这里消弱连梁有两个办法：①减小连梁高度，对墙肢的转动约束降低，整片墙的刚度减少，地震剪力随之减少，达到对连梁超筋的控制；②增加洞口宽度：洞口宽度增加，连梁的线刚度减小，同时减小了墙肢的刚度，地震剪力随之减小，由此达到对连梁超筋的控制。

由《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010），11.7.9条，消弱连梁的同时有可能会使连梁由强连梁（跨高比小于于2.5）转变为弱连梁（跨高比大于2.5），这时，连梁的剪压比系数由0.15变为0.2，对连梁的超筋问题改善效果更好。由《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010），11.7.10条当连梁采用了交叉斜向配筋或对角暗撑配筋时，剪压比系数变成了0.25，对强连梁，截面最大抗剪能力可提高近66%；对弱连梁，也可以提高25%，且调整后不会有任何不利影响。

2.3 包络设计法

包络设计法也是《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010Z）中7.2.26-3中的方法，当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时（楼面梁不以连梁为支座），可按独立墙肢的计算简图进行第二次多遇地震作用下的内力分析，墙肢截面应按两次计算的较大值计算配筋。规范建议做法是拆除超筋梁后，对结构二次计算，取两次计算结果较大值进行配筋计算。朱炳寅[4]建议做法是将超筋连梁两端点铰，相当于保留了此连梁传递轴力及竖向荷载的能力。这样做主要是由于二次计算中采用多遇地震，在多遇地震下连梁是不允许完全失效，要保证此连梁在多遇地震下竖向荷载承载能力。这样处理后，连梁绝对不会出现抗剪超筋了，但是出现了新的问题，本片墙刚度降低导致内力重分布，其他剪力墙连梁可能出现超筋，需要注意校核并对其进行进一步分析计算。

2.4 异步法

异步法是指在设计阶段及施工图阶段对超筋连梁分别采用不同的截面，此种方法建议在以下条件下采用：

（1）该连梁的破坏不会对竖向荷载的传递产生影响。

（2）此方法仅在进行2.1～2.2步骤调整后仍然超筋的最终解决办法，不能作为首选做法。

异步法的具体实施步骤为：

（1）在结构设计阶段，对超筋连梁采用较小截面A2进行分析，读取在A2截面下连梁的剪力Q2及弯矩M2；

（2）在施工图纸中采用实际的较大截面A1，补充A1截面在Q2时的抗剪截面及箍筋计算，根据M2相应调整A1截面的纵筋配置。

为了方便理解，本文结合工程实例对异步法的实施方法介绍如下：

例题：某超筋连梁截面为300×700mm（b×h），该连梁所能承担的最大剪力（按《高层混凝土结构设计规范》第7.2.22条计算，也可从结构分析软件结果的超筋信息中直接读取）[Q1]=500kN，初次计算剪力为Q=600kN>[Q1]，此时该连梁在软件中超筋，需要我们对其进行调整。减小该连梁的计算截面至300×500mm（b×h），此时连梁的计算剪力Q2=450kN<[Q1]，相应计算弯矩变为M2，调整计算结束。施工图设计时，连梁截面仍取为300mm×700（b×h）mm，取用内力V2、M2计算配筋。

表1 连梁超筋调整

实际配筋时可进行适当的简化处理，如：

（1）连梁纵向钢筋As配置：根据实际连梁高度H1与计算连梁有效高度H2的比值，对计算的连梁纵向钢筋面积进行调整，即As=M2×（H2/H1）（应同时满足最小配筋率要求）；

（2）连梁抗剪箍筋配置：对超筋连梁的箍筋也可以按连梁的截面要求以Q2作为连梁的剪力设计值，用截面A1求出相应连梁的箍筋面积，具体计算过程见《混凝土结构设计规范》。

3 结论

通过以上的论述，我们可以看出当连梁超筋时不能草草的认为连梁作为抗震第一道防线，超筋是正常的，也不能认为凭经验人为加大边缘构件配筋或相邻上下层配筋就可以解决问题，我们需要的是一个依据，对于结构中需要加强钢筋的地方往往也是通过了基本的计算后的再加强，例如薄弱层，加强层，框支梁柱等，规范对这些特殊的构件提出了特别的加强措施，包括计算措施和构造措施，也是在通过了基本计算后的再加强，没有人会在这些地方没通过计算时就随便加钢筋，所以连梁也不能这样做。连梁的破坏不单会使相连的墙肢地震效应恶化，而且也可能由于与其他墙肢刚度比的减小，恶化其他墙肢的地震效应，不做到心里有底，我们不能盲目加强或者任由其超筋而不管，此时我们可以通过本文列举的四种方法，调整结构布置或者采用合适的计算方法，确定合理的加强措施，使我们对构件的加强有的放矢，这样不单可以使我们对自己设计成果做到心中有数，而且会是整个结构更加经济。

[1]郑有伟.高层建筑混凝土剪力墙结构连梁设计及超筋处理问题探讨[J].福建建设科技，2010，4.

[2]纪福宏，郭慧琴.剪力墙连梁超筋的处理[J].山西建筑，2015，31（7）.

[3]张海永，钟玉斌.转换构件上部一层剪力墙超筋现象分析[J].建筑结构，2014，13（133）.

[4]朱炳寅.建筑结构设计问答及分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

TU375.1

A

1673-0038（2015）24-0055-02

2015-5-22

朱政（1981-），男，工程师，本科，主要从事建筑结构设计工作。

万翱宙（1988-），男，助理工程师，研究生，主要从事结构设计工作。