淺析高層剪力墻延性連梁的設(shè)計(jì)

淺析高層剪力墻延性連梁的設(shè)計(jì)【摘要】本文著重分析了混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)連梁的受力機(jī)理和破壞形式，提出了連梁的延性設(shè)計(jì)方法，根據(jù)連梁的受力特性，提出了連梁超筋的解決辦法。

剪力墻；延性連梁；超筋

近年來由于住宅需求的增加和用于建造住宅的土地供應(yīng)緊張，高層住宅的建造成為眾多開發(fā)商的首選，而剪力墻結(jié)構(gòu)以其良好的抗震性能，在高層、超高層中得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。在剪力墻結(jié)構(gòu)中，連接墻肢與墻肢的梁稱為連梁。連梁即起著調(diào)節(jié)和保證連肢墻側(cè)向剛度的作用,又起著消耗地震能量的作用.靜力和動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果證明:連梁變形性能的改善能有效的改變結(jié)構(gòu)的變形性能.在遭受強(qiáng)烈地震時(shí),多數(shù)連梁在墻肢屈服前先屈服,發(fā)揮其塑形變形能力,耗散地震能量,有效減輕主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞,使結(jié)構(gòu)能達(dá)到抗震設(shè)防目標(biāo).尋找到一種既便于施工,又能保證剪切失效發(fā)生前在連梁達(dá)到較大位移時(shí)的有效連梁配筋的方法就成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須注意的重點(diǎn).

1剪力墻結(jié)構(gòu)的破壞形式及連梁的破壞機(jī)理

眾所周知混凝土結(jié)構(gòu)的破壞可分脆性破壞和延性破壞兩種，高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力的作用下，同樣分為脆性破壞（即剪切破壞）和延性破壞（即彎曲破壞）兩種。

在風(fēng)荷載和地震荷載作用下，墻肢產(chǎn)生彎曲變形，使連梁產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，從而使連梁產(chǎn)生內(nèi)力。同時(shí)連梁端部的彎矩、剪力和軸力又反過來減少了墻肢的內(nèi)力和變形，對(duì)墻肢起到了一定的約束作用，改善了墻肢的受力狀態(tài)。高層建筑剪力墻中的連梁在水平荷載作用下的破壞可分兩種，即脆性破壞(剪切破壞)和延性破壞(彎曲破壞)。連梁在發(fā)生脆性破壞時(shí)就喪失了承載力，在沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞時(shí)，各墻肢喪失了連梁對(duì)它的約束作用，將成為單片的獨(dú)立梁。這會(huì)使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大大降低，變形加大，墻肢彎矩加大，并且進(jìn)一步增加P―Δ效應(yīng)(豎向荷載由于水平位移而產(chǎn)生的附加彎矩)，并最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的倒塌。連梁在發(fā)生延性破壞時(shí)，梁端會(huì)出現(xiàn)垂直裂縫，受拉區(qū)會(huì)出現(xiàn)微裂縫，在地震作用下會(huì)出現(xiàn)交叉裂縫，并形成塑性絞，結(jié)構(gòu)剛度降低，變形加大，從而吸收大量的地震能量，同時(shí)通過塑性鉸仍能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力，對(duì)墻肢起到一定的約束作用，使剪力墻保持足夠的剛度和強(qiáng)度。在這一過程中，連梁起到了一種耗能的作用，對(duì)減少墻肢內(nèi)力，延緩墻肢屈服有著重要的作用。但在地震反復(fù)作用下，連梁的裂縫會(huì)不斷發(fā)展、加寬，直到混凝土受壓破壞.因此強(qiáng)剪弱彎，連梁的屈服早于墻肢的屈服是連梁設(shè)計(jì)的兩條根本原則，也是對(duì)延性連梁的處理的基本原則。

2連梁設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題

在墻肢和連梁的協(xié)同工作中，剪力墻應(yīng)該具有足夠的剛度和強(qiáng)度。在地震作用下，結(jié)構(gòu)允許進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，連梁可以產(chǎn)生塑性鉸。因此，剪力墻的設(shè)計(jì)應(yīng)該保證不發(fā)生剪切破壞，也就是要求墻肢和連梁的設(shè)計(jì)符合強(qiáng)剪弱彎的原則，同時(shí)要求連梁的屈服要早于墻肢的屈服，而且要求墻肢和連梁具有良好的延性。

因此在實(shí)際工程中要使連梁設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)剪弱彎的原則考慮以下幾個(gè)方面：

2.1關(guān)于連梁剛度的折減。連梁由于跨高比小，與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內(nèi)力往往很大，連梁屈服時(shí)表現(xiàn)為梁端出現(xiàn)裂縫，剛度減弱，內(nèi)力重分布。因此在開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，就需對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》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?！蓖瑫r(shí)在條文說明第5.2.1中“高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用彈性剛度參與整體分析，但抗震設(shè)計(jì)的框架-剪力墻或剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁剛度相對(duì)墻體較小，而承受的彎矩和剪力很大，配筋設(shè)計(jì)困難。因此，可考慮在不影響其承受豎向荷載能力的前提下，允許其適當(dāng)開裂（降低剛度）而把內(nèi)力轉(zhuǎn)移到墻體上。通常，設(shè)防烈度低時(shí)可少折減一些(6、7度時(shí)可取0.7)，設(shè)防烈度高時(shí)可多折減一些(8、9度時(shí)可取0.5)。折減系數(shù)不宜小于0.5，以保證連梁承受豎向荷載的能力。此調(diào)整方法考慮了梁端部的塑性內(nèi)力的重分布，對(duì)于跨高比較大的連梁較好.

2.2加連梁跨度減少高度。在連梁設(shè)計(jì)中，剛度折減后，仍可能發(fā)生連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠的情況，這時(shí)可以增加洞口的寬度，以減少連梁剛度。

2.3增加剪力墻厚度。亦即增加連梁的截面寬度，其結(jié)果一方面由于結(jié)構(gòu)整體剛度加大，地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力增加，另一方面連梁的受剪承載力與寬度的增加成正比。由于該片墻厚增加以后，地震所產(chǎn)生的內(nèi)力并不按墻厚增加的比例分配給該片剪力墻，而是小于這個(gè)比例，因此有可能使連梁的受剪承載力不超限。

2.4連梁鉸接處理

連梁經(jīng)過剛度折減調(diào)整后，仍不能滿足要求時(shí)，可根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.2.25.3條規(guī)定“當(dāng)連梁破壞對(duì)承受豎向荷載無明顯影響時(shí)，可考慮在大震作用下該連梁不參與工作，按獨(dú)立墻肢進(jìn)行第二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)力進(jìn)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與工作，而按獨(dú)立墻肢進(jìn)行二次結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。這種情況往往使墻肢的內(nèi)力及配筋加大，以保證墻肢的安全。此方法所調(diào)整連梁為其破壞對(duì)承受豎向荷載無明顯影響的連梁，即該連梁不作為次梁或主梁的支承梁；本次調(diào)整為第二次調(diào)整，是在連梁剛度折減失效后采用的方法；同時(shí)在實(shí)際操作中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)將某根超筋連梁進(jìn)行鉸接處理后，引起其他位置原來不超筋的連梁超筋。

2.5其他方法

連梁還可以通過在連梁內(nèi)增設(shè)暗撐和交叉鋼筋來抵抗剪力。

3結(jié)語

高層建筑剪力墻連梁的設(shè)計(jì)受很多因素的制約。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)要把互相制約的因素統(tǒng)一協(xié)調(diào)，以取得比較理想的結(jié)果。因此無論采用哪一種解決方法，都要遵循“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)墻弱梁”的原則，保證連梁