淺談剪力墻連梁設計-職稱論文網(wǎng)
淺談剪力墻連梁設計
王彬李麗
(淄博莊園房地產開發(fā)有限公司山東淄博255000)
(淄博市張店區(qū)房管局山東淄博255000)
摘要：連梁具有跨度小，截面大，與連梁相連的墻體剛度又很大等特點。因此，高層建筑在水平力作用下，連梁的內力往往很大。設計時，即使采取了降低連梁內力的各種措施，如：加大剪力墻的洞口寬度;在連梁中部開水平縫，在計算內力和位移時對連梁剛度進行折減，對局部內力過大層的連梁內力進行調整等，仍無法使連梁的截面設計符合要求。本文將討論高層建筑剪力墻中連梁設計的幾個問題，并提出相應的建議。
關鍵詞：連梁剪力墻建議
一、聯(lián)肢墻在水平力作用下的破壞機制
高層建筑聯(lián)肢墻在水平力作用下的破壞分為脆性破壞和延性破壞兩種。聯(lián)肢墻的脆性破壞又可分為兩種情況。一種是脆性破壞發(fā)生于墻肢。墻肢由于抗剪能力不夠而發(fā)生剪切破壞，會使剪力墻很快喪失承載能力。這是設計所應該絕對避免的。脆性破壞的第二種情況是連梁發(fā)生剪切破壞。連梁發(fā)生剪切破壞會使聯(lián)肢墻各墻肢喪失連梁對墻肢的約束作用。在沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞時，聯(lián)肢墻的各墻肢將成為單片的獨立墻，這會使結構的側向剛度大大降低。抗震規(guī)范里規(guī)定了連梁截面的剪壓比限值和抗震等級為一、二級時連梁端部剪力設計值的調整系數(shù)，也是為了防止連梁早于彎曲破壞發(fā)生剪切破壞。但是，和第一種墻肢發(fā)生剪切破壞相比，連梁發(fā)生剪切破壞時結構尚未喪失承載能力，在墻肢破壞前，只要所考慮的連梁不承擔較大的豎向荷載，還不會造成結構的倒塌。
剪力墻的延性破壞也可分為兩種情況。一種是連梁不屈服，墻肢首先發(fā)生彎曲破壞，這種墻在破壞時的極限變形較小。因此，對有抗震設防要求的建筑來說，它雖然是一種延性破壞，但吸收地震能量的能力是較低的。設計中應避免這種情況的發(fā)生。延性破壞的第二種是連梁先屈服，最后是墻肢的屈服。當連梁有足夠的延性時，它能通過塑性鉸的變形吸收大量的地震能量。同時，通過塑性鉸仍能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力，對墻肢起到一定的約束作用，使聯(lián)肢墻保持足夠的剛度和強度。這是設計時應首先考慮做到的。為了保證聯(lián)肢墻的延性要求，對連梁的延性要求是非常高的。因此，在設計高層建筑剪力墻時，必須十分注意保證連梁的延性要求。
以上主要從抗震的角度分析了聯(lián)肢墻的破壞機制。對于非抗震的情況，水平作用力主要是風荷載。風荷載是一種實實在在的荷載，不能通過結構的塑性變形來減少風荷載。但可以通過結構的塑性變形將荷載分布到其他尚未屈服的構件。通過內力重分布提高結構的整體承載能力，避免由于個別構件的破壞造成整個結構喪失承載能力。因此，以上關于聯(lián)肢墻破壞機制的討論在非抗震設計中是同樣有意義的。
二、連梁設計中的幾個問題
1.關于連梁剛度的折減應該認為，之所以考慮對連梁的剛度進行折減，是由于在側向荷載作用下，混凝土的開裂引起了剛度降低。在地震作用下，連梁的裂縫開展和塑性變形比在風荷載作用下的更大，因此，剛度降低的更多。但是，剛度折減得越多，即折減系數(shù)越小，意味著設計荷載作用下裂縫開展得越大。在超載時，如發(fā)生強大的陣風或地震烈度超過多遇地震烈度時，塑性鉸也會出現(xiàn)得更早，這就要求更加注意加強連梁的延性和使連梁符合“強剪弱彎”的要求。對于以風荷載為控制因素的建筑中，為了避免連梁在使用荷載作用下裂縫開展過大，剛度折減系數(shù)應取較大值。此外，按照高規(guī)的的規(guī)定，在計算豎向荷載作用下的內力時，對已經(jīng)考慮了調幅的連梁，不應再考慮剛度折減。
2.關于連梁剛度折減后，仍有部分連梁的承載力不符合要求時的處理
高規(guī)7.2.25條規(guī)定了連梁可進行彎矩調幅以降低剪力設計值。首先，連梁彎矩設計值是包括豎向和水平兩部分荷載所產生的內力的。豎向荷載作用下的連梁負彎矩是不能通過提高其他構件的彎矩來調整的。因此，此處的彎矩調整不應該包括豎向荷載產生的彎矩在內。其次，對連梁的剛度已經(jīng)充分折減時，彎矩調整宜慎重。同樣，當為風荷載控制時，在對連梁剛度進行折減后，連梁的彎矩設計值不宜再進行調整。在進行塑性內力重分布時，平衡條件是必須要滿足的。但用提高其他部位連梁的彎矩來滿足平衡條件是否合理，值得考慮。假定除超筋的那些連梁外，其他所有的連梁和墻肢均未產生塑性鉸，則由于墻肢一般有相當大的抗彎剛度，內力的重分布將由墻肢承擔相當大的比例。只有當墻肢屈服了，全部不平衡彎矩才會通過墻肢的軸力向上下層的連梁轉移。而墻肢的屈服一般晚于連梁的屈服，因此，不應簡單地將不平衡彎矩向連梁轉移。同時，連梁彎矩的增加是伴隨著剪力同時增加的，因此在增大連梁的彎矩設計值時，也應同時增加連梁的剪力設計值。此外，連梁跨高比一般來說比較小，因此，在連梁抗彎達到最大承載力而未產生塑性鉸之前，連梁可能承受很大的剪應力而超過其最大抗剪承載力。高規(guī)中規(guī)定了連梁截面抗剪的最大剪壓比限值，如果超此限值，連梁的破壞將是脆性的剪切破壞。因此，當發(fā)生連梁截面抗剪承載力不夠時，應該按照“強剪弱彎”的原則，反算出連梁的彎矩，以此作為連梁的最大彎矩進行調整。同樣，調整的幅度也不宜超過20%，否則應考慮采取其他措施來降低連梁的內力。聯(lián)肢墻是一個多次超靜定結構，個別構件或節(jié)點的破壞還不會影響整個結構的安全。但在處理時也應注意：不區(qū)別情況，按最大配筋率，最大配箍率把連梁配足，然后將不足的內力向墻肢轉移，是不妥的。如前所述，內力轉移是以結構的相應部位產生塑性鉸為前提的。對連梁來說，要產生塑性鉸，就必須滿足“強剪弱彎”的條件。如果盲目的按最大配筋率把連梁的上下縱向鋼筋配足，可能會導致剪切破壞的產生，此時，連梁將較早就喪失其承載力。如果連梁還有相當?shù)呢Q向荷載作用，就會導致結構的部分坍塌，這是不能允許的。
三、設計建議
1.在內力和位移計算時，要區(qū)別豎向荷載作用下和水平荷載作用下兩種不同情況。在豎向荷載作用下，連梁剛度不宜折減，連梁支座彎矩的降低可通過支座彎矩調幅來解決。在水平荷載作用下，連梁剛度可以折減，當風荷載作用時，折減系數(shù)不宜小于0.8.
2.對于由風荷載控制的高層建筑，如果對連梁采取了剛度折減后，仍發(fā)生連梁的正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠時，不宜再調整連梁的內力，而應當采取增加剪力墻的厚度，即增加連梁截面的寬度，以提高連梁的截面承載力;增加剪力墻數(shù)量，以減少每片墻承擔的水平力;加大洞口，以增加連梁的跨度;減小連梁的截面高度或在連梁中部開水平縫，以降低連梁的剛度等方法，使連梁內力符合截面設計的要求。
3.對于地震作用控制的高層，如果對連梁采取了剛度折減后，仍發(fā)生連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠時，則可區(qū)別不同情況，采取相應的措施：如果結構的剛度較大，位移比規(guī)定的限值小得較多，而超筋或超限的連梁數(shù)量又較多時，則可采取加大連梁洞口，減小連梁截面高度等方法，使連梁的內力減小。如果只是部分連梁超筋或超限，則可采取調整連梁內力的方法來解決。調整的幅度不宜超過20%，且連梁必須滿足“強剪弱彎”的要求。不管是什么抗震等級，都應按連梁實配的縱向鋼筋，并考慮材料的超強因素后，反算出連梁的剪力，在沒有發(fā)生剪壓比超限的情況下配置足夠的箍筋。超筋或超限的連梁所不足的內力應在符合平衡條件下，按內力重分布的方法調整各層墻體和連梁的內力。如果結構的剛度較小，則不應再對連梁的內力進行調整，而應采取增加剪力墻的厚度或數(shù)量的方法，以減小連梁的內力，使之符合要求。
4.地震區(qū)高層建筑剪力墻的連梁，在進行了上述調整后，仍有不符合承載力要求時，可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力，然后按“強剪弱彎”的要求，配置相應的縱向鋼筋。此時，如果不能保證連梁在大震時的延性要求，應將這些連梁按鉸接于剪力墻上考慮，重新計算整個結構。必要時，應做彈塑性的時程分析。如果所討論的連梁還承受較大的豎向荷載，則為了比避免由于連梁端部的破壞造成結構的局部坍塌，應調整結構布置，使連梁的承載力符合要求。
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[3]《高層建筑結構設計》方鄂華錢稼如葉列平編著中國建筑工業(yè)出版社出版
