高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的連梁超筋問題

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的連梁超筋問題【摘 要】本文主要是對連梁的工作和破壞機(jī)理進(jìn)行闡述,并對 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的連梁設(shè)計(jì)以及超筋問題進(jìn)行分析?！娟P(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);連梁設(shè)計(jì);超筋處理1、連梁的工作和破壞機(jī)理高層建筑在風(fēng)荷載和地震力作用下,由于連梁兩端的墻肢受到不 均勻地壓縮, 在連梁兩端產(chǎn)生豎向的位移差, 并在連梁內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力。 但是連梁端部的彎矩、剪力和軸力反過來減小了墻肢的內(nèi)力與變 形,對墻肢起到一定的約束作用,并改善了墻肢的受力。高層建筑剪力墻的連梁在水平荷載作用下的破壞可分兩種,第一 種屬于脆性破壞,第二種屬于延性破壞。當(dāng)連梁發(fā)生脆性破壞時(shí)其 承載力喪失,如果沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞,各墻肢就

2、喪 失了連梁對它的約束作用,成為單片的獨(dú)立剪力墻,從而造成結(jié)構(gòu) 側(cè)向剛度大大降低, 結(jié)構(gòu)變形加大, 并且進(jìn)一步增大重力二階效應(yīng), 最終可能造成結(jié)構(gòu)的倒塌。當(dāng)連梁發(fā)生延性破壞時(shí),梁端受拉區(qū)出 現(xiàn)裂縫,并形成塑性鉸變形,從而吸收大量的地震能量。而塑性鉸 仍能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力,連梁仍能對墻肢起到一定的約束作用, 使得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,連梁的裂縫會不斷發(fā)展和加大,直到連梁混 凝土受壓破壞。2、合理結(jié)構(gòu)體系的連梁設(shè)計(jì)根據(jù)以上對連梁的工作和破壞機(jī)理的分析,為保證墻肢和連梁一 致協(xié)同地工作

3、,在正常的重力荷載和風(fēng)荷載作用下,結(jié)構(gòu)應(yīng)處于彈 性工作狀態(tài),連梁不應(yīng)該出現(xiàn)塑性鉸。在地震作用下,結(jié)構(gòu)允許進(jìn) 入彈塑性狀態(tài),連梁可以產(chǎn)生塑性鉸。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范總則的要 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。所以連梁的設(shè)計(jì)要求符 合強(qiáng)剪弱彎的原則,連梁的屈服要早于墻肢的屈服,并保證墻肢和 連梁具有良好的延性。因此,在日常設(shè)計(jì)中,為了建立合理的結(jié)構(gòu) 模型,我們應(yīng)該把握以下幾種方法:抗震設(shè)計(jì)時(shí),剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁的彎矩和剪力可進(jìn)行適當(dāng)塑性 調(diào)幅,以降低其剪力設(shè)計(jì)值。但在結(jié)構(gòu)計(jì)算中已對

4、連梁進(jìn)行了剛度 折減,其調(diào)幅范圍應(yīng)限制或不再調(diào)幅。當(dāng)部分連梁降低彎矩設(shè)計(jì)值后,其余部位的連梁和墻肢的彎矩應(yīng)相應(yīng)加大。一般情況下,經(jīng)全 部調(diào)幅后的彎矩設(shè)計(jì)值不宜小于調(diào)幅前的 0.7倍 (6、 7度時(shí) 和 0.5倍 (8、 9度時(shí) 。但是我們應(yīng)該注意,這調(diào)整方法考慮連梁端部的塑 性內(nèi)力重分布,對跨高比較大的連梁效果比較好,而對跨高比較小 的連梁效果較差;經(jīng)此調(diào)整,仍可確保連梁對承受豎向荷載無明顯 影響。(2加大連梁跨度、減小連梁截面高度。在連梁設(shè)計(jì)過程中,其 剛度經(jīng)折減后,仍有可能發(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,以減小連梁剛度。 減小結(jié)構(gòu)的整體剛度,

5、從而減小了地震作用的影響,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(diào)整連 梁內(nèi)力來解決。但是調(diào)整的幅度不宜大于 20%,且連梁必須滿足強(qiáng) 剪弱彎原則。(3加大剪力墻厚度,從而增加連梁的截面寬度。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。(4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。(5 處于

6、地震區(qū)的高層建筑剪力墻的連梁, 在進(jìn)行了上述調(diào)整后, 仍有部分不符合承載力要求時(shí),可取連梁截面的最大剪壓比限值確 定剪力。然后按強(qiáng)剪弱彎的要求,配置相應(yīng)的縱向鋼筋。(6連梁的鉸接處理。當(dāng)連梁的破壞對承受豎向荷載無明顯影響 時(shí),可假定該連梁在大震下破壞,對剪力墻按獨(dú)立墻肢進(jìn)行第二次 多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。實(shí)際計(jì)算時(shí),為減小結(jié)構(gòu)計(jì)算工 作量,可將連梁按兩端鉸接梁計(jì)算。3、連梁超筋處理(2連梁計(jì)算處理后的分析及相應(yīng)的配筋設(shè)計(jì)情況一,連梁調(diào)幅處理后,計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。剪力墻直接按計(jì)算結(jié)果配筋,連梁按計(jì)算結(jié)果配筋。情況三,降低連梁截面進(jìn)行計(jì)算,剪力墻配筋應(yīng)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì), 配筋取計(jì)算結(jié)果的較大值。按連梁能承受的最大剪力配置箍筋的公式可以推導(dǎo)根據(jù)連梁的 截面要求推算出連梁所能承受的最大剪力 v1, 以此作為連梁的抗 剪承載力設(shè)計(jì)值,可求出連梁的箍筋面積。4、結(jié)論總而言之,合理地進(jìn)行連梁設(shè)計(jì)與超筋處理尤顯重要。但是由于 連梁屬于剪力墻結(jié)構(gòu)體系,所以我們要使其互相制約的因素協(xié)調(diào)起 來,讓分析