高层建筑结构中的连梁设计策略探析

董磊

【摘要】剪力墙结构中的连梁是指在一般剪力墙结构中，跨高比小于5而且两端与剪力墙相连接的梁。连梁分为无交叉暗撑及交叉钢筋连梁、有交叉暗撑连梁、交叉钢筋连梁三种。连梁是剪力墙结构中的一个重要结构件，有关剪力墙结构中连梁的设计，需要考虑很多因素的影响，连梁设计的科学性，将直接关系到剪力墙的安全性能，因此如何科学合理的设计连梁结构，需要进行系统的分析研究

【关键词】剪力墙；结构；连梁设计；措施

一 连梁在剪力墙结构中的作用

剪力墙中的连梁通常梁高较大，跨度却相对较小，剪力墙结构在高层民用建筑中采用，连梁跨高比小于2.5，有时甚至接近1。这种连梁的受力性能不同于垂直荷载下的深梁，在水平荷载下其与墙肢相互作用，产生的约束弯矩和剪力在梁的两端方向相反且力较大，可能会使梁產生较大的剪切变形，使之出现斜裂缝；同时，在高层建筑中，由于连梁两端墙肢的不均匀压缩，也会使连梁产生内力。在结构设计中，即使采取在连梁中部开水平缝；剪力墙洞口宽度增加；对局部内力过大的连梁进行调整；在内力和位移计算梁的刚度降低，降低连梁措施的内在力量，是使梁的截面设计依据与相关的要求非常困难。

较理想的剪力墙极限状态应是：第一次出现在某层连梁两端出现塑性铰，然后逐渐扩展，直到连梁两端壁底前塑性，塑性铰的出现，而其他部分的壁保持弹性，这样对最大限度地发挥结构抗震能力作用明显因此，在设计的剪力墙结构中，增加连梁的延展性是关键，应使其在理想的机构中满足需要，同时，有效增加墙肢底部的承载能力，并对该处的混凝土截面进行足够的约束。

二、连梁的影响和抗震概念设计

依据结构抗震设计中采用的三水准设防的思想，应使结构具有足够延性。在剪力墙结构中.连梁应在罕遇地震时比剪力墙较早地进入弹塑性阶段，从而保证墙肢处于弹性阶段，满足“多道设防”的抗震思想。最理想的情况是连梁先于墙肢屈服，且连梁具有足够的延性，待墙肢底部出现塑性铰，多个连梁端部出现塑性铰，这些塑性铰可以吸收地震能量，又能继续传递弯矩与剪力，对墙肢形成的约束弯矩使剪力墙保持足够的刚度和承载力，墙肢底部的塑性铰亦具有延性，具有这种连梁的剪力墙延性最好。

由连梁过强引起的墙肢剪切破坏则是一种脆性破坏，几乎没有延性或延性很小。根据抗震设计规范总则的要求，建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复仍可使用，当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。因此剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，可以按照“强墙弱梁”的原则设计整体剪力墙结构，按照“强剪弱弯”的原则设计墙肢和连梁。如果连梁跨高比较大而可 能出现剪切破坏，则要按照“多道设防”的原则，考虑几个独立墙肢抵抗地震作用。

三、连梁设计的几点建议

在墙肢和连梁的协同工作中，剪力墙应该具有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷载作用下，结构应该处于弹性工作状态，连梁不应该产生塑性铰。在地震作用下，结构允许进入弹塑性状态，连粱可以产生塑性铰。根据抗震设计规范总则的要求，建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复仍可使用，当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏，即我们经常说的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标。因此，剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏.也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则，同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。因此在实际工程中要使连梁设计满足强剪弱弯的原则可以考虑以下几个方面：

1增加剪力墙厚度

亦即增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。

2.合理控制连梁的跨高比

跨高比的大小决定连梁变形能力的大小，一般认为当连梁跨高比大于2时，连梁具有较好的变形能力。同时为保证连梁对墙肢的有效约束，连梁应具备足够的承载力。连梁截面高度也不宜小于400mm。当连梁的跨高比小于2时，为改善连梁的延性，可采取沿梁长截面高度中间带通缝的连梁，此方法可以增大跨高比，较大的降低连梁的刚度和强度，同时又不影响建筑功能的使用。

3、提高混凝土等级

混凝土等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。

4采用新型连梁结构

通过近些年来的努力研究，不少学者提出了新型的连梁结构，比如前述的传统斜对角交叉配筋结构体系，这种连梁形式的受力性能较好，延性较大，但是钢筋用量较大、施工成本与难度可想而知；菱形配筋结构体系，这种连梁形式受力性能也较好，缺点和传统连梁结构一样，施工成本较高、难度较大、技术要求较高；菱形斜筋钢筋结构体系，该形式下钢筋在连梁内交叉分布较均匀，具有很好的延性；新型组合连梁结构体系，该形式与传统连梁结构形式相比，自重降低，轴力减小，而且可以很方便的安装摩擦耗能阻尼控制装置，提高结构的抗震性能。

5、对于由风荷载起控制作用的高层建筑中如果对连梁采取了刚度折减后，仍出

现受弯或抗剪承载力不够时，不宜再调整连梁内力，应采取下列几点措施：

5.1 增加剪力墙的厚度即增加连梁截面宽度，提高剪力墙刚度的同时亦提高连梁的抗剪能力。

5.2增加剪力墙数，以减少每片剪力墙的水平力。

5.3加大洞口宽度以加大连梁跨度。

5.4减少连梁截面高度或在连梁中部开水平缝等，以降低连粱刚度。

6. 调整楼层最小剪力系数的原则

短肢剪力墙承受力应满足的条件是，在地震倾覆力矩的第一振动模式为不超过 40%的前提下，尽量减少剪力墙的设置数量，以有较大的空间的剪力墙布局为目标，使结构具有适当的侧向刚度，最大限度地减少楼层最小剪力系数，使其接近（或不小于）规格限制。以减轻重量，减小地震作用的输入，降低工程造价。

7.调整层高和楼层最大位移比的原则

根据现有我国高层建筑设计规范规定，在对高层建筑设计时应尽量减少扭曲变形。在增加熟悉构件刚度时要综合考虑，不能只考虑层间位移。而在实际工程设计中，有些设计者当看到层间位移比不能满足设计要求时，就急于增加构件的侧向刚度，但没有注意到这时结构的剪重比。若接近规范限制数值时可行，反之不可行。在剪重比较大的情况下，应减小相应侧的结构刚度，减少地震作用，也可达到较好的效果。

四 总 结

综上所述，高层建筑剪力墙结构中的连梁设计，制约因素往往很多。如结构平面剪力墙的布置形式、剪力墙结构的整体抗侧力刚度、与连梁相连的墙体侧向刚度、连梁的跨高比、连梁的混凝土强度等级等因素都有关系。连梁在剪力墙结构中起着至关重要的作用，连梁超限是一个关乎结构稳定、工程安全性的问题，与剪力墙的布置、墙肢截面尺寸、墙肢的刚度、结构洞的开设等很多因素有关，搞清楚结构破坏机理，对连梁的设计至关重要，能否科学合理的设计连梁关系到整个剪力墙结构的安全与稳定，是确保建筑整体稳定的重要环节。

参考文献

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[2]张晓刚，路福.浅析高层建筑结构中的连梁设计[J].赤峰学院学报（自然科学版）.2010（02）.