高層建筑結(jié)構(gòu)中的連梁設(shè)計(jì)策略探析

1、高層建筑結(jié)構(gòu)中的連梁設(shè)計(jì)謀略探析 高層建筑結(jié)構(gòu)中的連梁設(shè)計(jì)謀略探析 【摘要】剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁是指在一般剪力墻結(jié)構(gòu)中，跨高比小于5而且兩端與剪力墻相連接的梁。連梁分為無交叉暗撐及交叉鋼筋連梁、有交叉暗撐連梁、交叉鋼筋連梁三種。連梁是剪力墻結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)件，有關(guān)剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁的設(shè)計(jì)，需要考慮很多因素的影響，連梁設(shè)計(jì)的科學(xué)性，將直接關(guān)系到剪力墻的平安性能，因此如何科學(xué)合理的設(shè)計(jì)連梁結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究 【關(guān)鍵詞】剪力墻；結(jié)構(gòu)；連梁設(shè)計(jì)；措施 一 連梁在剪力墻結(jié)構(gòu)中的作用 剪力墻中的連梁通常梁高較大，跨度卻相對較小，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層民用建筑中采用，連梁跨高比小于2.5，有時(shí)甚至接近1

2、。這種連梁的受力性能不同于垂直荷載下的深梁，在水平荷載下其與墻肢相互作用，產(chǎn)生的約束彎矩和剪力在梁的兩端方向相反且力較大，可能會使梁產(chǎn)生較大的剪切變形，使之出現(xiàn)斜裂縫；同時(shí)，在高層建筑中，由于連梁兩端墻肢的不均勻壓縮，也會使連梁產(chǎn)生內(nèi)力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，即使采取在連梁中部開水平縫；剪力墻洞口寬度增加；對局部內(nèi)力過大的連梁進(jìn)行調(diào)整；在內(nèi)力和位移計(jì)算梁的剛度降低，降低連梁措施的內(nèi)在力量，是使梁的截面設(shè)計(jì)依據(jù)與相關(guān)的要求非常困難。 較理想的剪力墻極限狀態(tài)應(yīng)是：第一次出現(xiàn)在某層連梁兩端出現(xiàn)塑性鉸，然后逐漸擴(kuò)展，直到連梁兩端壁底前塑性，塑性鉸的出現(xiàn)，而其他局部的壁保持彈性，這樣對最大限度地發(fā)揮結(jié)構(gòu)抗震能力

3、作用明顯因此，在設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)中，增加連梁的延展性是關(guān)鍵，應(yīng)使其在理想的機(jī)構(gòu)中滿足需要，同時(shí)，有效增加墻肢底部的承載能力，并對該處的混凝土截面進(jìn)行足夠的約束。 二、連梁的影響和抗震概念設(shè)計(jì) 依據(jù)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中采用的三水準(zhǔn)設(shè)防的思想，應(yīng)使結(jié)構(gòu)具有足夠延性。在剪力墻結(jié)構(gòu)中.連梁應(yīng)在罕遇地震時(shí)比剪力墻較早地進(jìn)入彈塑性階段，從而保證墻肢處于彈性階段，滿足“多道設(shè)防的抗震思想。最理想的情況是連梁先于墻肢屈服，且連梁具有足夠的延性，待墻肢底部出現(xiàn)塑性鉸，多個(gè)連梁端部出現(xiàn)塑性鉸，這些塑性鉸可以吸收地震能量，又能繼續(xù)傳遞彎矩與剪力，對墻肢形成的約束彎矩使剪力墻保持足夠的剛度和承載力，墻肢底部的塑性鉸亦具有延

4、性，具有這種連梁的剪力墻延性最好。 由連梁過強(qiáng)引起的墻肢剪切破壞那么是一種脆性破壞，幾乎沒有延性或延性很小。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)總那么的要求，建筑物在遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，一般不損壞或不需修復(fù)仍可使用，當(dāng)遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。因此剪力墻的設(shè)計(jì)應(yīng)該保證不發(fā)生剪切破壞，可以按照“強(qiáng)墻弱梁的原那么設(shè)計(jì)整體剪力墻結(jié)構(gòu)，按照“強(qiáng)剪弱彎的原那么設(shè)計(jì)墻肢和連梁。如果連梁跨高比擬大而可 能出現(xiàn)剪切破壞，那么要按照“多道設(shè)防的原那么，考慮幾個(gè)獨(dú)立墻肢抵抗地震作用。 三、連梁設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議 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。在正

5、常的使用荷載和風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)該處于彈性工作狀態(tài)，連梁不應(yīng)該產(chǎn)生塑性鉸。在地震作用下，結(jié)構(gòu)允許進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，連粱可以產(chǎn)生塑性鉸。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)總那么的要求，建筑物在遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，一般不損壞或不需修復(fù)仍可使用，當(dāng)遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞，即我們經(jīng)常說的“小震不壞，中震可修，大震不倒的設(shè)防目標(biāo)。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)剪弱彎的原那么，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)剪弱彎的原那么可以考慮以下幾個(gè)方面：

6、 1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.合理控制連梁的跨高比 跨高比的大小決定連梁變形能力的大小，一般認(rèn)為當(dāng)連梁跨高比大于2時(shí)，連梁具有較好的變形能力。同時(shí)為保證連梁對墻肢的有效約束，連梁應(yīng)具備足夠的承載力。連梁截面高度也不宜小于400mm。當(dāng)連梁的跨高比小于2時(shí)，為改善連梁的延性，可采取沿梁長截面高度中間帶通縫的連梁，此方法可以增大跨高比，較大的降低連梁

7、的剛度和強(qiáng)度，同時(shí)又不影響建筑功能的使用。 3、提高混凝土等級 混凝土等級提高后，結(jié)構(gòu)的地震作用影響增加的比例遠(yuǎn)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。 4采用新型連梁結(jié)構(gòu) 通過近些年來的努力研究，不少學(xué)者提出了新型的連梁結(jié)構(gòu)，比方前述的傳統(tǒng)斜對角交叉配筋結(jié)構(gòu)體系，這種連梁形式的受力性能較好，延性較大，但是鋼筋用量較大、施工本錢與難度可想而知；菱形配筋結(jié)構(gòu)體系，這種連梁形式受力性能也較好，缺點(diǎn)和傳統(tǒng)連梁結(jié)構(gòu)一樣，施工本錢較高、難度較大、技術(shù)要求較高；菱形斜筋鋼筋結(jié)構(gòu)體系，該形式下鋼筋在連梁內(nèi)交叉分布較均勻，具有很好的延性；新型組合連梁結(jié)構(gòu)體系，該形式與傳統(tǒng)連梁結(jié)構(gòu)形式相

8、比，自重降低，軸力減小，而且可以很方便的安裝摩擦耗能阻尼控制裝置，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。 5、對于由風(fēng)荷載起控制作用的高層建筑中如果對連梁采取了剛度折減后，仍出 現(xiàn)受彎或抗剪承載力不夠時(shí)，不宜再調(diào)整連梁內(nèi)力，應(yīng)采取以下幾點(diǎn)措施： 5.1 增加剪力墻的厚度即增加連梁截面寬度，提高剪力墻剛度的同時(shí)亦提高連梁的抗剪能力。 5.2增加剪力墻數(shù)，以減少每片剪力墻的水平力。 5.3加大洞口寬度以加大連梁跨度。 5.4減少連梁截面高度或在連梁中部開水平縫等，以降低連粱剛度。 6. 調(diào)整樓層最小剪力系數(shù)的原那么 短肢剪力墻承受力應(yīng)滿足的條件是，在地震傾覆力矩的第一振動模式為不超過 40%的前提下，盡量減少剪力墻

9、的設(shè)置數(shù)量，以有較大的空間的剪力墻布局為目標(biāo)，使結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)膫?cè)向剛度，最大限度地減少樓層最小剪力系數(shù)，使其接近規(guī)格限制。以減輕重量，減小地震作用的輸入，降低工程造價(jià)。 7.調(diào)整層高和樓層最大位移比的原那么 根據(jù)現(xiàn)有我國高層建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在對高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少扭曲變形。在增加熟悉構(gòu)件剛度時(shí)要綜合考慮，不能只考慮層間位移。而在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，有些設(shè)計(jì)者當(dāng)看到層間位移比不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，就急于增加構(gòu)件的側(cè)向剛度，但沒有注意到這時(shí)結(jié)構(gòu)的剪重比。假設(shè)接近標(biāo)準(zhǔn)限制數(shù)值時(shí)可行，反之不可行。在剪重比擬大的情況下，應(yīng)減小相應(yīng)側(cè)的結(jié)構(gòu)剛度，減少地震作用，也可到達(dá)較好的效果。 四 總 結(jié) 綜上所述，高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁設(shè)計(jì)，制約因素往往很多。如結(jié)構(gòu)平面剪力墻的布置形式、剪力墻結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)力剛度、與連梁相連的墻體側(cè)向剛度、連梁的跨高比、連梁的混凝土強(qiáng)度等級等因素都有關(guān)系。連梁在剪力墻結(jié)構(gòu)中起著至關(guān)重要的作用，連梁超限是一個(gè)關(guān)乎結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工程平安性的問題，與剪力墻的布置、墻肢截面尺寸、墻肢的剛度、結(jié)構(gòu)洞的開設(shè)等很多因素有關(guān)，搞