剪力墙结构连梁超筋问题的处理

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　　摘要:本文着重分析了混凝土剪力墙结构连梁的受力机理和破坏形式,提出了连梁的概念设计方法,根据连梁受力特性的近似性,提出了在不同情况下连梁超筋的解决办法。
　　关键词:高层,剪力墙,连梁,超筋
　　
　　1.剪力墙结构的破坏形式及连梁的破坏机理
　　众所周知混凝土结构的破坏可分脆性破坏和延性破坏两种,高层建筑剪力墙结构在水平力的作用下,同样分为脆性破坏(即剪切破坏)和延性破坏(即弯曲破坏)两种。
　　剪力墙的脆性破坏又可分为两种情况,一种是发生于墙肢的脆性破坏,由于 剪力墙的墙肢抗剪能力不够而发生剪切破坏,使剪力墙很快丧失承载能力,甚至造成整体结构突然的坍塌,因此在《建筑抗震设计规范》中剪力墙的截面轴压比极限值和在一、二级时剪力墙墙底部加强部位剪力设计值的放大系数,就是为了防止墙肢早于弯曲破坏而发生剪切破坏。剪力墙的脆性破坏第二种破坏情况是连梁发生剪切破坏。
　　剪力墙的延性破坏同样可分为两种情况,一种是连梁不屈服,墙肢首先发生屈服破坏。此时的剪力墙破坏时极限变形较小,吸收地震力较少,对于抗震要求较高的建筑虽然是屈服破坏,但也是不允许出现的。另外一种延性破坏是连梁先屈服,墙肢不屈服。
　　2.连梁计算超筋问题处理
　　(1)竖向荷载及风荷载作用下超筋连梁处理
　　连梁超筋分为竖向荷载(如恒载、楼面活载)作用下超筋;水平荷载(如风荷载和水平地震力)作用下超筋。设计过程中,常采用调整连梁刚度的方法处理连梁超筋现象,但应区别对待。竖向荷载作用下,连梁刚度不易折减,其支座弯矩可以通过弯矩调幅来降低;在风荷载起控制作用的高层建筑中连梁的刚度可以折减,但折减不宜小于0.8。如果对连梁采取了刚度折减后,仍出现受弯或抗剪承载力不够时,不宜再调整连梁内力,应采取下列几点措施:增加剪力墙的厚度 ,即增加连梁截面宽度提高剪力墙刚度的同时亦提高连梁的抗剪能力,增加剪力墙数,以减少每片剪力墙的水平力,用加大洞口宽度的方式来加大连梁跨度,减少连梁截面高度或在连梁中部开水平缝(即一道连梁变成上下二道连梁)等,以降低连梁刚度。
　　(2)水平地震作用下连梁刚度折减与调幅处理
　　连梁由于跨高比小(一般小于4),与之相连的墙肢刚度大等原因,在水平力作用下的内力往往很大,连梁屈服时表现为梁端出现裂缝,刚度减弱,内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时,就需对连梁刚度进行折减。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.2.1条规定“在内力与位移计算中,抗震设计的框架-剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减,折减系数不宜小于0.5。”同时在条文说明第5.2.1中 “高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析,但抗震设计的框架-剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度相对墙体较小,而承受的弯矩和剪力很大,配筋设计困难。因此,可考虑在不影响其承受竖向荷载能力的前提下,允许其适当开裂(降低刚度)而把内力转移到墙体上。 通常,设防烈度低时可少折减一些 (6、7 度时可取0.7) ,设防烈度高时可多折减一些 (8、9 度时可取 0.5)。折减系数不宜小于0.5,以保证连梁承受竖向荷载的能力。对框架-剪力墙结构中一端与柱连接、一端与墙连接的梁以及剪力墙结构中的某些连梁,如果跨高比较大(比如大于5)、重力作用效应比水平风或水平地震作用效应更为明显,此时应慎重考虑梁刚度的折减问题,必要时可不进行梁刚度折减,以控制,正常使用阶段梁裂缝的发生和发展。
　　(3)连梁铰接处理
　　连梁经过刚度折减调整后,仍不能满足要求时,可根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.25.3条规定“当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时,可考虑在大震作用下该连梁不参与工作,按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析,墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计。”即假定连梁大震下破坏,不能约束墙肢 因此可考虑连梁不参与工作,而按独立墙肢进行二次结构内力分析。这种情况往往使墙肢的内力及配筋加大,以保证墙肢的安全。此方法所调整的连梁,为其破坏对承受竖向荷载无明显影响的连梁,即该连梁不作为次梁或主梁的支承梁;本次调整为第二次调整,是在连梁刚度折减失效后采用的方法;同时在实际操作中,经常会出现将某根超筋连梁进行铰接处理后,引起其他位置原来不超筋的连梁超筋。
　　(4)其他方法
　　连梁还可以通过在连梁内增设暗撑和交叉钢筋来抵抗剪力。
　　3.连梁截面抗震设计
　　(1)连梁跨高比大于2.5时,连梁截面尺寸要求:
　　
　　连梁斜截面受剪承载力分式为:
　　 (2)连梁跨高比不大于2.5时,连梁截面尺寸要求:
　　
　　连梁斜截面受剪承载力分式为:
　　
　　跨高比小于2.5是深连梁的一个特殊值,深梁是以承受竖向荷载为主的,在竖向荷载作用下能形成拱的作用,承受水平推力;而深连梁则以承受水平荷载为主。因此,对于跨高比小于2.5的连梁的截面配筋方式,笔者建议参考连续深梁支座部位上部纵向钢筋的配筋方式,即将受力筋均匀布置,同时考虑到连梁以承受水平荷载为主,支座弯矩主要由水平荷载引起,在反复的水平荷载作用下支座截面上下受拉筋面积相近,宜采用截面对称配筋。
　　4.结语
　　高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度、与之相连的墙肢刚度等都有关。因此在设计时,问题是比较复杂的,设计时要把互相制约的因素统一协调,以取得比较理想的结果。因此无论采用哪一种解决方法,都要遵循“强剪弱弯”、“ 强墙弱梁”的原则,保证连梁的耗能作用,确保剪力墙在大震作用下不倒,整体结构的安全。
　　
　　参考文献:
　　[1]JCJ3-2002高层建筑混凝土技术规程[S]
　　[2]朱炳寅.混凝土剪力墙连梁的设计计算及超筋处理[J].建筑结构.技术通讯 2007(3),1-2

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