高層建筑剪力墻結構連梁設計要點

【摘要】本文簡要介紹了高層建筑剪力
墻結構連梁設計要點，并結合本人多年從
事工程設計經驗，談談對高層建筑剪力墻
結構連梁設計中遇到的一些問題的處理和
思考。
【關鍵詞】高層 ；剪力墻 ；連梁
一、引言
在剪力墻結構和框架—剪力墻結構中，
連接墻肢與墻肢，墻肢與框架柱的梁稱為
連梁。連梁一般具有跨度小、截面大，與
連梁相連的墻體剛度又很大等特點。一般
在風荷載和地震荷載的作用下，連梁的內
力往往很大。此外，高層建筑中，由于連
梁兩端墻肢的不均勻壓縮，會引起連梁兩
端的豎向位移差，這也將在連梁內產生內
力。在設計時，即使采取降低連梁內力的
各種措施，如 ：增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
梁進行調整等，仍難使連梁的設計符合要
求�；�于這種情況，下面將提供連梁設計
的幾個建議，并且討論連梁設計時的配筋
計算。
二、連梁的工作和破壞機理
在風荷載和地震荷載作用下，墻肢產
生彎曲變形，使連梁產生轉角，從而使連
梁產生內力。同時連梁端部的彎矩、剪力
和軸力又反過來減少了墻肢的內力和變形，
對墻肢起到了一定的約束作用，改善了墻
肢的受力狀態。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）。連梁在發生脆性破壞時就喪失了承
載力，在沿墻全高所有連梁均發生剪切破
壞時，各墻肢喪失了連梁對它的約束作用，
將成為單片的獨立梁。這會使結構的側向
剛度大大降低，變形加大，墻肢彎矩加大，
并且進一步增加Ｐ—Δ 效應（豎向荷載由
于水平位移而產生的附加彎矩），并最終
可能導致結構的倒塌。連梁在發生延性破
壞時，梁端會出現垂直裂縫，受拉區會出
現微裂縫，在地震作用下會出現交叉裂縫，
并形成塑性鉸，結構剛度降低，變形加大，
從而吸收大量的地震能量，同時通過塑性
鉸仍能繼續傳遞彎矩和剪力，對墻肢起到
一定的約束作用，使剪力墻保持足夠的剛
度和強度。在這一過程中，連梁起到了一
種耗能的作用，對減少墻肢內力，延緩墻
肢屈服有著重要的作用。但在地震反復作
用下，連梁的裂縫會不斷發展、加寬，直
到混凝土受壓破壞。
在墻肢和連梁的協同工作中，剪力墻
應該具有足夠的剛度和強度。在正常的使
用荷載和風荷載作用下，結構應該處于彈
性工作狀態，連梁不應該產生塑性鉸。在
地震作用下，結構允許進入彈塑性狀態，
連梁可以產生塑性鉸。根據抗震設計規范
總則的要求，建筑物在遭受低于本地區設
防烈度的多遇地震影響時，一般不損壞或
不需修復仍可使用，當遭受高于本地區設
防烈度的罕遇地震時，不致倒塌或發生危
及生命的嚴重破壞。
三、設計的建議
剪力墻的設計應該保證不發生剪切破
壞，也就是要求墻肢和連梁的設計符合強
剪弱彎的原則，同時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。因此在實際工程中要使連梁
設計滿足強剪弱彎的原則就必須考慮以下
幾個方面 ：
1、關于連梁剛度的折減
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力往
往很大，連梁屈服時表現為梁端出現裂縫，
剛度減弱，內力重分布。因此在開始進行
結構整體計算時，就需對連梁剛度進行折
減。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》
第 4.1.7 條規定 ：“在內力與位移計算中，
所有構件均可采用彈性剛度，在框架—剪
力墻結構中，連梁的剛度可予以折減，折
減系數不應小于 0.55�！币话阍趯嶋H設計中
我們在 0.55~1 之間取值，以符合截面設計
的要求。
2、增加連梁跨度減少高度
在連梁設計中，剛度折減后，仍可能
發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，這時可以增加洞口的
寬度，以減少連梁剛度。減少了結構的整
體剛度，也就減少了地震作用的影響，使
連梁的承載力有可能不超限。如果只是部
分連梁超筋或超限，則可采取調整連梁內
力來解決。調整的幅度不宜大于 20%，且
連梁必須滿足“強剪弱彎”的要求。
3、　增加剪力墻厚度
亦即增加連梁的截面寬度，其結果一
方面由于結構整體剛度加大，地震作用產
生的內力增加，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，地震所產生的內力并不按墻厚增
加的比例分配給該片剪力墻，而是小于這
個比例，因此有可能使連梁的受剪承載力
不超限。
4、提高混凝土等級
混凝土等級提高后，結構的地震作用
影響增加的比例遠小于混凝土受剪承載力
提高的比例，有可能使連梁的受剪承載力
不超限。
5、地震區高層建筑的剪力墻連梁，在
進行了上述調整后，仍有部分不符合承載
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，應重新計算
整個結構，必要時調整結構布置，使連梁
的承載力符合要求。
上述各種措施中，在能滿足整體剛度
的情況下，可先采用剛度折減，如仍超限
可采用其余各種措施。
四、連梁的配筋計算
根據《高層建筑混凝土結構技術規程》，
在連梁設計方面，對于連梁非抗震設計，
抗震設計時跨高比大于 2.5 及小于 2.5 兩種
情況，在截面受剪承載力及配筋方面均有
不同規定。
在結構計算時這類連梁往往發生受剪
承載力的超限，這時可以將受力筋均勻布
置，同時考慮到連梁以承載水平荷載為主，
支座彎矩主要由水平荷載引起，在反復的
水平荷載作用下支座截面上、下受拉筋面
積相近，可以采用截面對稱配筋。在連梁
配筋中，配置平行筋往往導致斜向受拉破
壞或由于箍筋過量而發生剪切滑移破壞，
這些破壞將導致連梁的滯回曲線變壞，耗
能能力下降。若采用菱形配筋方式，可以
克服這些不足之處。
五、小結與展望
本文通過具體的工程設計經驗，在對
連梁設計過程中應注意的問題并結合設計
規范給出了自己的看法和見解。我國的高
層建筑自改革開放以來已有 30 年的歷史，
并在設計和施工中積累了不少經驗，隨著
經濟技術的進一步發展，高層的形式和種
類都將有更多形式的出現，對設計技術的
要求也必將更加精細。
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