淺析高層建筑結(jié)構(gòu)中的連梁設(shè)計(jì)

1、淺析高層建筑結(jié)構(gòu)中的連梁設(shè)計(jì)1 引言 在剪力墻、框架剪力墻和框架筒體結(jié)構(gòu)體系中,銜接墻肢與墻肢、墻肢與框架柱的梁稱為連梁.連梁一般具有跨度小，截面高，與連梁相連的墻體剛度大等特點(diǎn).因此，高層建造在水平力作用下，連梁的內(nèi)力往往很大.設(shè)計(jì)時(shí)，即使實(shí)行了降低連梁內(nèi)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(jì)算內(nèi)力和位移時(shí)對(duì)連梁剛度舉行折減，對(duì)局部?jī)?nèi)力過大層的連梁內(nèi)力舉行調(diào)節(jié)等，仍無法使連梁的截面設(shè)計(jì)符合要求.因?yàn)樵O(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)此沒有明確規(guī)定，因此，設(shè)計(jì)時(shí)感到無所適叢.而設(shè)計(jì)、構(gòu)造不當(dāng)將會(huì)造成結(jié)構(gòu)在抵擋水平力時(shí)的強(qiáng)度、剛度不符合要求，進(jìn)而影響承受豎向荷載的能力.本文將爭(zhēng)論高層建造剪力墻

2、中連梁設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題，并提出相應(yīng)的建議. 2 連梁的受力機(jī)理與破壞形式在水平荷載的作用下,墻肢產(chǎn)生彎曲變形,使連梁端產(chǎn)生轉(zhuǎn)角,從而使連梁產(chǎn)生內(nèi)力, 同時(shí)連梁作用在墻肢上的約束力又限制了墻肢的進(jìn)一步變形，改善了墻肢的受力性能并與墻肢共同擔(dān)當(dāng)水平荷載. 連梁的跨度一般不大，豎向荷載也較小，相對(duì)于墻肢變形產(chǎn)生的內(nèi)力，豎向荷載產(chǎn)生的內(nèi)力所占比例.連梁受力如圖 1 所示. 在地震作用下,連梁可能因承載力超限而破壞連梁破壞有兩種狀況: 一種是脆性破壞即剪切破壞，如圖 2 所示；另一種是延性破壞,即彎曲破壞，如圖 3 所示. 在地震作用下，倘若連梁產(chǎn)生剪切破壞，連梁對(duì)墻肢的約束作用將很快地喪失.聯(lián)肢墻或筒體

3、將很快的劈成若干個(gè)單片的自立墻肢，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度快速下降，結(jié)構(gòu)變形顯著提高，造成結(jié)構(gòu)整體抗震性能下降. 連梁發(fā)生彎曲破壞時(shí),梁端消失垂直裂縫,受拉區(qū)消失微小裂縫,在水平地震作用下消失交錯(cuò)裂縫形成塑性鉸,結(jié)構(gòu)剛度降低,變形加大,從而吸收大量地震能量,同時(shí)結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)減小.在地震的反復(fù)作用下,連梁裂縫不斷加長(zhǎng)、加寬,直至混凝土受壓破壞,在這一過程中連梁起到一種耗能作用.另一方面,連梁消失塑性鉸后并未徹低喪失承載力,它仍能通過塑性鉸傳遞一定的彎矩和剪力,對(duì)墻肢起到一定的約束作用,這對(duì)于削減墻肢力、延緩墻肢屈服有著重要作用. 已有研究表明，剪跨比對(duì)混凝土梁的破壞形式有較大影響：剪跨比越小，剪切變形占

4、所有變形的比例就越大，剪切破壞的特征就愈加顯然，脆性就越大.反之，剪跨比越大，彎曲破壞的特征就愈加顯然，延性就越好. 綜上可見，墻肢和連梁的設(shè)計(jì)務(wù)必符合強(qiáng)剪弱彎的原則,要求連梁的屈服早于墻肢的屈服,并要求墻肢和連梁具有良好的延性. 3 連梁的概念設(shè)計(jì) 高層建造混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2022)(以下簡(jiǎn)稱高規(guī))第 5.2.1 條規(guī)定:在內(nèi)力與位移計(jì)算中，抗震設(shè)計(jì)的框架 - 剪力墻或剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁剛度可予以折減，折減系數(shù)不宜小于 0.5.之所以考慮對(duì)連梁的剛度舉行折減，是因?yàn)樵趥?cè)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(fēng)荷載作用下的更大，因此，

5、剛度降低的更多.但是，剛度折減得越多，意味著設(shè)計(jì)荷載作用下裂縫開展得越大.在超載時(shí)，如發(fā)生強(qiáng)大的陣風(fēng)或地震烈度超過多遇地震烈度時(shí)，塑性鉸也會(huì)消失得更早，這就要求越發(fā)留意加強(qiáng)連梁的延性和使連梁符合強(qiáng)剪弱彎的要求. 連梁剛度折減后承載力仍不滿意時(shí)，高規(guī)第7.2.25 條其次款規(guī)定:抗震設(shè)計(jì)的剪力墻中連梁彎矩及剪力可舉行塑性的調(diào)幅,以降低其剪力設(shè)計(jì)值.但在內(nèi)力計(jì)算時(shí)已經(jīng)按本規(guī)程第 5.2.1 條的規(guī)定降低了剛度的連梁,其調(diào)幅范圍應(yīng)該限制或不再連續(xù)調(diào)幅.當(dāng)部分連梁降低彎矩設(shè)計(jì)值后,其余部位連梁和墻肢的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)相應(yīng)提高. 連梁的彎矩設(shè)計(jì)值包括豎向荷載和水平荷載兩部分所產(chǎn)生的內(nèi)力.豎向荷載產(chǎn)生的彎矩已

6、通過彎矩調(diào)幅舉行調(diào)節(jié),而且豎向荷載的彎矩不能通過其他構(gòu)件的彎矩來舉行調(diào)節(jié).因此,這里所說的彎矩調(diào)節(jié)是指水平荷載產(chǎn)生的彎矩. 個(gè)別連梁仍有超筋狀況時(shí),高規(guī)第 7.2.25 條第 3 款規(guī)定：當(dāng)連梁破壞對(duì)承受豎向荷載無顯然影響時(shí)，可考慮在大震作用下該連梁不參加工作，按自立墻肢舉行其次次多遇地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，墻肢應(yīng)按兩次計(jì)算所得的較大內(nèi)力舉行配筋設(shè)計(jì).即假定連梁大震下破壞，不能約束墻肢.因此可考慮連梁不參加工作，而按自立墻肢舉行二次結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，這時(shí)就是剪力墻的其次道防線，這種狀況往往使墻肢的內(nèi)力及配筋加大，以保證墻肢的平安. 4 設(shè)計(jì)措施 在內(nèi)力和位移計(jì)算時(shí)，要區(qū)分豎向荷載作用下和水平荷載作

7、用下兩種不憐憫況的連梁剛度折減系數(shù).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(diào)幅來解決.在水平荷載作用下，連梁剛度可以折減，當(dāng)風(fēng)荷載作用時(shí)，折減系數(shù)不宜小于 0.8.當(dāng)?shù)卣鹆榭刂菩运胶奢d時(shí)不應(yīng)小于 0.5. 連梁剛度折減后承載力仍不滿意時(shí),對(duì)風(fēng)荷載起控制作用的高層建造中應(yīng)實(shí)行下列幾點(diǎn)措施: （1）增強(qiáng)剪力墻的厚度即增強(qiáng)連梁截面寬度,提高剪力墻剛度的同時(shí)亦提高連梁的抗剪能力； （2）增強(qiáng)剪力墻數(shù),以削減每片剪力墻的水平力； （3）加大洞口寬度以加大連梁跨度，如圖 4 所示； （4）削減連梁截面高度或在連梁中部開水平縫等,以降低連梁剛度，如圖 5 所示.對(duì)于地震作用

8、控制的連梁，倘若結(jié)構(gòu)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(shí)，則可實(shí)行加大連梁洞口，減小連梁截面高度等方法，使連梁的內(nèi)力減小.倘若結(jié)構(gòu)的剛度較小，則不應(yīng)再對(duì)連梁的內(nèi)力舉行調(diào)節(jié)，而應(yīng)實(shí)行增強(qiáng)剪力墻的厚度或數(shù)量的方法，以減小連梁的內(nèi)力，使之符合要求. 經(jīng)上述調(diào)節(jié)后,仍不符合承載力要求時(shí),可取連梁截面的最大剪壓比限值決定剪力,然后按強(qiáng)剪弱彎的要求,配置相應(yīng)的縱向鋼筋.此時(shí),倘若不能保證連梁在大震時(shí)的延性要求,應(yīng)將這些連梁按鉸接于剪力墻上考慮,重新計(jì)算囫圇結(jié)構(gòu),須要時(shí)應(yīng)做彈塑性的時(shí)程分析.在實(shí)際設(shè)計(jì)中,可在超筋部位的連梁按鉸接處理舉行整體分析計(jì)算,若采用中國(guó)建造科學(xué)研究院 PKPM CAD 工程部開辟研制的結(jié)構(gòu)計(jì)算系列軟件計(jì)算時(shí),可按下述方法處理:在用 PM建模時(shí)應(yīng)在洞口兩側(cè)各增設(shè)一個(gè)節(jié)點(diǎn),然后在兩節(jié)點(diǎn)間按平凡梁布置, 而后用 SATWE特別構(gòu)件定義中將此梁設(shè)為兩端鉸接.但此時(shí)應(yīng)留意按此法處理后結(jié)構(gòu)層間位移比尚需滿意規(guī)范的要求,配筋按兩次計(jì)算所得的較大內(nèi)力配筋.連梁鉸接處理后,主要承受豎向荷載,施工時(shí)仍為整澆,連梁上筋按構(gòu)造設(shè)置處理. 5 結(jié)論 高層建造剪力墻連梁的設(shè)計(jì)受許多因素的制約.連梁的內(nèi)力和剪力墻的多少、每片剪力墻的水平力大小、連梁的剛度、與之相連的墻肢剛度等都有關(guān).因此在設(shè)計(jì)時(shí),問題是比較復(fù)雜的,設(shè)計(jì)時(shí)要把相互制約的因素統(tǒng)一協(xié)