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剪力墙连梁超限问题的处理方法

黄起益

【期刊名称】《《福建建筑》》

【年(卷),期】2019(000)008

【总页数】6页(P40-45)

【关键词】高层建筑;剪力墙结构;连梁;超限

【作者】黄起益

【作者单位】厦门大学嘉庚学院福建漳州363105

【正文语种】中文

【中图分类】TU973

0引言

在高层建筑混凝土结构设计中，不论是剪力墙结构、框架-剪力墙结构，还是筒体结构，剪力墙连梁都很容易发生超筋超限现象。尤其是设防烈度高、基本风压大的地区，该现象更为明显[1-2]。

从汶川地震的破坏现场可以看到，虽然剪力墙连梁是一种很重要的耗能构件，但是当连梁过早发生剪切破坏时，便失去了作为耗能构件的意义，不仅不能起到良好的耗能效果，也未能起到保护墙体的作用[3]。迄今为止尽管各种新型剪力墙的相关研究成果非常丰富，但在超高层建筑和高层建筑中现浇钢筋混凝土结构仍然是应用最为普遍的一种[4]。研究钢筋混凝土剪力墙结构及其破坏模式仍具有普遍适用性，而作为耗能构件的连梁，如何保证连梁不发生剪切破坏，并解决在设计过程中遇到的超筋超限问题便成为一个棘手又重要的研究内容。

1连梁定义

通常把利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构。在抗震地区，也称为抗震墙结构。

剪力墙结构设计时，剪力墙布置不宜过长，《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)(以下简称《高规》)规定墙段长度不宜大于8m[5]。为此，墙长超过8m剪力墙通常会进行开洞处理，形成联肢剪力墙(双肢或多肢)。联肢剪力墙之间，两端与剪力墙在平面内相连的梁即为连梁。

当梁一端为框架柱另一端为剪力墙或两端均为剪力墙但跨高比不小于5时，宜按框架梁设计。在梁平法施工图[6]中，前者用KL或WKL编号，后者用LLk编号，如图1所示。为了避免靠近墙侧梁端发生剪切破坏，梁箍筋宜全长加密，并适当加强(如加大箍筋直径、增加箍筋肢数或减少箍筋间距)。

(a)(b)

(c)(d)

(c)图1梁编号

(a)两端均为墙肢(跨高比5)；

(b)两端均为墙肢(跨高比≥5)；

(c)一端为框架柱，一端为剪力墙；

(d)两端均为框架柱；

(e)一端在剪力墙平面内，一端在剪力墙平面外。

2联肢剪力墙破坏形态与连梁设计原则

在剪力墙结构延性设计中，连梁是最主要的抗震耗能构件。吸能耗能是连梁很重要的一个作用。

当连梁的刚度和抗弯承载力远远小于墙肢的刚度和抗弯承载力，且连梁具有足够的延性时，则连梁端部会先形成塑性铰、墙肢底部塑性铰后形成，这样的剪力墙结构延性最好[7]，如图2(a)所示。

(a)(b)

(c)(d)图2联肢剪力墙的破坏形态

连梁端部在形成塑性铰的过程中能够吸收地震能量，起到一定耗能作用。同时，连梁在形成塑性铰的时候，能够继续传递弯矩和剪力，对墙肢形成的约束弯矩使剪力墙保持足够的刚度与承载力，从而使墙肢底部的塑性铰同样具有一定的延性。

(a)连梁端部先形成塑性铰，墙肢底部塑性铰后形成；

(b)连梁未屈服，墙肢底部出现塑性铰；

(c)连梁发生剪切破坏，墙肢底部出现塑性铰；

(d)墙肢底部剪切破坏。

当连梁的刚度和抗弯承载力很大时，连梁很难屈服，无法形成塑性铰，又或者当连梁的刚度和抗弯承载力很小时，连梁发生剪切破坏，同样无法形成塑性铰。此两种情况连梁均无法有效吸收地震能量，所以只能靠墙肢自身吸收。当墙肢底部具有足够延性时，此两种情况都能促使墙肢底部形成塑性铰，结构具有一定延性，属于延性的弯曲破坏，如图2(b)、(c)所示。

当连梁的刚度和抗弯承载力过大，且墙肢底部延性不足时，墙肢底部有可能发生剪切破坏，如图2(d)所示。这是一种脆性破坏，对结构最不利，在结构设计中应当避免。另外，还要对受压墙肢采取一定的加强措施，防止因受拉墙肢发生水平裂缝或屈服引起的塑性内力重分布对受压墙肢产生的不利影响。

剪力墙作为多道防线概念设计的第一道防线，其延性设计非常重要。结合以上联肢剪力墙的破坏形态，联肢剪力墙延性设计时应该按照“强墙弱梁”原则进行设计。

要设计“强墙弱梁”的联肢剪力墙，可以按以下步骤设计：

(1)设计延性墙肢，确保墙肢不会发生剪切破坏；

(2)让连梁屈服早于墙肢屈服；

(3)设计延性连梁，防止连梁过早出现剪切破坏。

基此，当连梁屈服后，可以吸收地震能量，同时又能继续起到约束墙肢的作用，使联肢墙的刚度与承载力均维持在一定水平。而为了让连梁屈服早于墙肢屈服，对连梁刚度进行折减(《高规》规定折减系数不宜小于0.5)或者对连梁梁端负弯矩进行调幅(参照《高规》框架梁负弯矩调幅系数，可取0.8～0.9)来降低梁端负弯矩，然后按降低后的弯矩进行配筋，这样可以使连梁梁端抗弯承载力降低，较早出现塑性铰，进而降低梁中的平均剪应力，达到延性设计目的。

要使连梁具有延性，还要按照“