高层建筑剪力墙的连梁设计探究

2015-10-21顾秀璋

建筑工程技术与设计 2015年19期

顾秀璋

【摘要】高层建筑是城市化进程的产物，解决了城市人口的居住空间、办公空间、活动空间压力，高层建筑的重要应用性及数量增加需要我们高度重视高层建筑的质量安全。建筑高度的增加带来荷载压力的增加，剪力墙作为建筑中主要承受地震作用引起的水平荷载或风荷载的墙体，对建筑物的质量安全意义重大，本文对连梁在剪力墙中的重要作用研究，并根据剪力墙中连梁存在问题，重点探讨了连梁设计和施工需要注意的问题。

【关键词】高层建筑；剪力墙；连梁设计

剪力墙需要承担高层建筑巨大的荷载压力，需要重视对剪力墙结构的设计和施工，連梁是在框架—剪力墙结构和剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢、墙肢与框架柱的梁，是剪力墙必不可少的组成部分。连梁不仅是具有受力作用的构件，还可以通过连梁的连接，使墙与墙之间相互传力，实现相离墙体间的整体工作。连梁的功能要求其必须达到合格的刚度，实现对压力的承载，保证剪力墙的功能发挥，保证高层建筑结构的稳定性和安全性。

一、高层建筑剪力墙的连梁工作机理和破坏机理

高层建筑受风荷载和地震荷载作用，墙肢会发生弯曲变形，使连梁产生转角并出现连梁内力。连梁设计刚度及端部的弯矩、剪力和轴力作用使墙肢的内力和变形减小，约束墙肢的同时改善墙肢的受力状态。

高层建筑剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏可分脆性破坏（剪切破坏）和延性破坏（弯曲破坏）。脆性破坏的一种情况是破坏发生于墙肢，墙肢由于抗剪能力设计不足发生剪切破坏，导致剪力墙的抗剪承载力损失，造成剪力墙结构的崩坏；另一种情况是连梁的剪切破坏。连梁的刚度设计不足发生剪切破坏，失去对剪力墙各墙肢的约束，造成各墙肢成为单片的独立墙，降低结构的侧向刚度，增加墙肢的弯矩，但剪力墙的承载力仍发挥作用，不会引起建筑物的倒塌。剪力墙的延性破坏分为连梁屈服早于墙肢屈服和连梁不屈服的状态下，墙肢发生弯曲破坏，延性破坏的程度小于脆性破坏，但对地震能量的吸收能力低，需要按照设计要求实现连梁的足够延性，保证通过塑性铰的能量变形吸收大量的能量，并通过塑性铰实现弯矩和剪力的传递，约束墙肢，保持剪力墙结构的强度和刚度。

二、剪力墙结构中连梁容易出现的问题

1、连梁水平压内压过大

高层建筑剪力墙结构设计中的连梁跨度较小，连梁两端的墙肢刚度较大等导致水平方向上连梁需要承受的压力增大，这是连梁设计中需要克服的问题，现阶段多采用减少连梁刚度的措施解决连梁水平内压大的问题，但连梁刚度的降低会导致混凝土结构出现变化，需要在设计时充分考虑。

2、计算水平和竖直荷载

剪力墙结构中连梁的设计依靠先进的计算机计算和数学模型实现对结构中竖向和水平荷载的计算，计算中要涉及折减系数的要求，保证计算结果的精确。

3、风荷载

高层建筑的高度过高特点决定剪力墙结构中连梁的设计需要充分考虑风荷载的影响，可以应用增加剪力墙厚度的方式来降低或者避免风荷载的影响，并充分在连梁设计中注意对风荷载的降低。

三、连梁设计

1、处理连梁的刚度

连梁的跨度比小和相连墙肢刚度较大会造成连梁的内力过大，连梁在荷载作用下屈服时会导致梁端产生裂缝，连梁内力随刚度的减小重新分布。连梁的刚度设计根据规定要保持折减系数在0.55到1之间。连梁设计中可以适当提高刚度及承载力，可以增加建筑的整体刚度，减少钢筋使用量的同时增强了建筑的抗风能力。为增加建筑的抗震能力，连梁设计需要连梁的尺寸不宜过大，可以增加截面厚度来调整承载力，避免剪力的增加。

2、连梁内力的调整

连梁设计中剪力值的减小可以通过对塑性调幅的设计实现。连梁内力值的计算在折减连梁刚度之前和连梁内力值计算后，将剪切力与连梁弯矩的组合值与折减系数相乘都可以有效的降低连梁内力，实现配筋的减小。注意在弯矩值的减小要与提高其他部位的数值相适应，保证调整后的数值不得小于正常使用值，保证地震设防数据不低于该数值。

3、延展性能的提高

连梁延展性能保护建筑在地震中减少破坏程度，使用交叉斜筋配置在连梁的内部，是保证延展性的重要措施。

4、调整剪力墙的连梁截面高度

高层建筑的连梁剪应力高于限制值时，截面高度的增加会造成剪应力的增大，降低建筑的稳定性。根据计算数值调整截面高度降低时，连梁刚度降低，保证承载力在限制值以内，可以控制地震后的不利后果。增加过梁，降低连梁高度使过梁的两端嵌在剪力墙中，实现与剪力墙同时浇筑，简化了施工程序，砌块对剪力墙及连梁空隙的填补要充分注意，并且连梁高度需要在限定范围内，过小会导致能量的消耗不达标，增加墙肢的损害程度。

5、连梁中部设置水平缝解决连梁超筋

连梁截面高度处于设计标准的高端时，如在框筒结构中设置的高窗裙梁，在连梁中间预留开缝连梁，可以增加连梁跨高比，可以较好的实现在墙肢间弯矩和剪力的传递作用，减少剪切变形的影响，对斜拉剪切的破坏有效防止，充分的增加连梁的延性。

6、连梁的铰接处理

连梁在使用要求中不作为其他梁的支承梁时，连梁破坏对承受竖向荷载的影响较小，设计考虑在大震作用下该联肢墙的连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次结构内力分析，墙肢需要按两次计算的较大内力配筋，实质是将连梁进行铰接处理，这种铰接处理后的结构层间位移要满足规范要求，连梁的设计要满足非抗震的承载能力及正常使用极限状态的的设计要求。

7、提高混凝土的等级

混凝土等级的提高可以提高混凝土的承载力，其提高的比例相比结构地震作用影响增加的比例要大，满足承载力的设计要求。

8、主梁支座的设计

建筑设计的原则中包含不允许使用连梁作为主梁支座，但根据建筑的功能及建筑的使用要求需要将连梁设计为主梁支座的，需要应用相应的措施增加连梁的坚固性，充分提高配筋率，建设钢筋的倾斜方向构造，计算抗弯，增加连梁相接墙肢的钢筋使用数量。

四、高层建筑剪力墙的连梁设计注意事项

1、严格遵循国家的相关标准

剪力墙及连梁在高层建筑中的重要作用需要严格遵循国家的《建筑抗震设计规范》等规定的相关技术指标等，对剪力墙和连梁的弹性和刚度的设计，需要应用国家认可的数学模型在计算机程序中严格验算，保证数据的范围符合国家的各项标准。密切关注塑性铰，采取相应的措施加强连梁的弹性对抗塑性铰，确保连梁的设计满足“强剪弱弯”的特点。

2、连梁的跨度和高度要满足设计要求

连梁具体作用的发挥依赖高度和跨度的设计，设计中采取减小连梁的高度和提高连梁的跨度方式确保连梁在剪力墙结构中的作用效果发挥，调整的范围依据国家的行业标准不应超过20%，放置破坏剪力墙结构的情况发生。

3、提高混凝土的施工质量

注意混凝土的配置等级，并且等级的调整需要经过严格的数据计算和实验室验证，特别注意混凝土的施工质量控制，按照行业标准进行。

结束语：

高层建筑的重要应用功能和使用状态需要注意施工质量和结构设计安全，剪力墙及连梁在结构的稳定性中发挥重要作用，需要应用严格的质量控制和监督，确保剪力墙的连梁施工符合标准，保障建筑物的安全。

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