剪力墙连梁基于PKPM模型的探讨

摘要本文根据工程实例基于PKPM软件，通过对比剪力墙连梁不同的建模方式的计算结果，分析总结了各模型因连梁建模方式以及刚度折减系数的不同引起的内力分配、结构体系控制指标的差异。对剪力墙连梁的计算简化提出了建议，从而能更好的利用计算假定，设置计算参数以达到建筑模型合理简化的目的，缩短结构设计周期。

关键词：剪力墙连梁结构模型刚度

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

正文

剪力墙结构因其较强的结构整体性以及较好抗震性能，且具有一定的经济性，已被广泛的应用于一些高层建筑中。剪力墙连梁是剪力墙结构的第一道防线，既起着调节和保证剪力墙侧向刚度的作用,又起着消耗地震能量的作用。具有合适强度、刚度和良好变形性能的连梁的剪力墙,在遭受强烈地震时,多数连梁在墙肢屈服之前先屈服,发挥其塑性变形能力,耗散地震能量,有效减轻主体结构件的损坏。

剪力墙连梁承受竖向荷载、水平荷载和轴向力的共同作用。在水平荷载作用下，墙肢产生弯曲变形，从而使连梁产生内力，由于墙的刚度较大，造成剪力墙连梁超筋现象比较严重，即使采取降低连梁内力的各种措施（增加洞口的宽度、设置双连梁、连梁刚度折减），有时仍然不能满足设计要求，需要结构设计师花费大量的时间和精力来进行调整。因此，利用现有的设计软件，设置合理的计算参数，找到一种合适的剪力墙连梁简化模型具有一定的意义。

随着计算机技术的不断发展，软件的计算能力和交互性能都有了很大的提高。PKPM是其中应用最为广泛的辅助设计分析计算软件，本文将针对实际工程中剪力墙连梁的几个常见问题基于pkpm进行对比分析。

剪力墙连梁不同的建模输入方法

在PMCAD中连梁有按照传统的框架梁输入和墙上开洞两种不同的建模方法。PKPM针对两种计算模型的前处理和后处理都有所不同。

前处理方面：（1）按梁输入的连梁可在SATWE中的特殊构件补充定义中对梁的属性进行修改。程序将跨度不大于4m，且至少有一端与墙的夹角不大于25°的梁判断为剪力墙连梁，当不满足上述条件时，程序可能会判别为不调幅梁，此时需要根据工程实际合理的进行调整。对于连梁，程序将考虑连梁刚度折减系数、梁设计弯矩放大系数，不再考虑中梁刚度放大系数、梁端负弯矩调幅系数、梁扭矩折减系数；连梁的抗震等级同框架，砼强度等级同PMCAD中定义的梁的砼强度等级。（2）墙上开洞形成的连梁作为墙的一部分，不能对墙梁的属性进行修改，墙梁的砼等级同剪力墙，其它设计参数同框架梁。

后处理方面：（1）PKPM将以框架梁输入的连梁按空间杆单元参与结构整体计算，计算内力时把连梁沿长度方向等分为9个截面，软件会在各个截面上根据内力计算得到的实际配筋面积和规范规定的最小配筋面积取较大值作为配筋面积传给程序进行配筋。程序在配筋时将连梁沿长度方向分成13个截面，将前面得到的9个配筋面积向13个截面处插值，PKPM后处理将根据这13个截面处的面积进行选筋。（2）PKPM软件会把墙上开洞形成的连梁作为剪力墙的一部分，按照SATWE定义的墙元进行单元划分和内力计算，墙梁在墙和梁交界处变形协调，同样程序会沿墙梁长度方向等分9个截面并将这9个截面中配筋面积的最大值传给程序进行后处理配筋。

剪力墙连梁刚度折减系数

与剪力墙相连的梁，由于梁两端的位移差比较大，造成剪力过大，往往连梁超筋都是

抗剪截面不满足要求。剪力墙结构中剪力墙刚度大、承载力高，在连梁进入塑性状态后，卸载给相邻的剪力墙，此时的剪力墙结构还是安全可靠的，因此可以调整连梁的刚度允许这样的内力重分布出现。

规范对梁刚度系数的相应规定：《高规》JGJ 3-2010第5.2.1条规定，高层建筑结构地震作用效应计算时可对剪力墙连梁刚度予以折减，其折减系数不宜小于0.5；考虑现浇砼楼板对连梁刚度的贡献，《高规》JGJ 3-2010第5.2.2条规定，在结构内力与位移计算时，现浇楼盖和装配整体式楼盖中，梁的刚度可考虑翼缘的作用予以增大。近似考虑时，楼面梁刚度的增大系数可根据翼缘情况取1.3~2.0。

工程实例

本工程为河南濮阳的高层剪力墙住宅，地上30层，地下2层，层高2.9m，建筑高度91.650m。抗震设防类别丙类，抗震设防烈度7度（0.15g)，结构抗震等级二级。结构平面布置（标准层）如下图所示：

根据上面的结构平面布置建立了以下几个模型：模型1—连梁全部由墙上开洞形成，模型2—连梁全部按框架梁输入，模型3、4、5—墙上开洞形成连梁，连梁的刚度折减系数分别取10、0.8、0.5，模型6、7、8—连梁全部按框架梁输入，在特殊构件将框架梁定义为连梁，其刚度折减系数分别取1.0、0.8、0.5。

对模型1和模型2进行结构周期、质量、楼层侧移刚度对比，计算结果见表1：

表1

对模型3~模型8进行地面处楼层剪力、层间位移角、同层同超筋连梁内力对比，计算结果见表2： 表2

模型

通过表2可以看出墙洞模型的楼层剪力、内力均大于框梁模型，层位移角小于框梁模型，连梁的刚度折减系数越大，内力分配得到的内力就越大，从而容易超筋。

结论及建议

从结构体系来说，对大开洞率、大洞口尺寸的剪力墙结构，墙洞模型的基本周期略小，但对于洞口较少、洞口尺寸较小的剪力墙结构两种建模方式之间的差异很小，因此在连梁的跨高比较大及洞口宽度较大时，这两种建模方式都是可行的。

通过上面的工程实例可以看出连梁按框梁输入较墙上开洞在内力分配时得到的内力较小，较墙上开洞模型不容易超筋，但墙洞模型的刚度大于框梁模型。在工程设计中为了保证结构体系的抗侧移刚度，满足规范规程规定的各种指标，建筑物的外墙应尽量采用墙上开洞形成连梁（要求跨高比较小）；为了减少抗剪截面不足的连梁数，内部尽量采用跨高比较大、大洞口宽度的框梁模式，比适当的调整连梁的刚度系数以满足设计要求。需要特别注意采用不同的建模方式一定要采用不同的构造措施来绘制施工图，使结构计算模型更加符合工程实际。

五、参考文献

【1】《PKPM-SATW计算剪力墙连梁应用问题分析》陈守章,宋中法 建筑技术研究第183期

【2】《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010

【3】《建筑抗震设计规范》GB5011-2010