浅析剪力墙连梁剪压比超限原因及解决方法

摘要： 高层建筑剪力墙连梁一般跨高比较小,与其相连的剪力墙刚度又较大,在水平力作用下,连梁的内力一般较大,因此截面剪压比常出现超限，本文依据《混凝土结构设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》中有关连梁截面受剪承载力设计值的相关规定，分析水平地震作用下的剪力墙连梁受力情况，剖析剪力墙连梁剪压比超限原因及解决方法。

关键词：剪压比；剪力墙连梁；连梁超限；抗震设计

Abstract: The high-rise buildings across the high shear coupling beams generally relatively small, their associated shear stiffness and greater horizontal force, the coupling beam forces generally larger, so-sectional shear compression ratio often appear overrun, this article based on "design of Concrete Structures" and "high-rise building of concrete structures of order" in the related section of the beam shear capacity design values ​​relevant provisions of the analysis under horizontal seismic coupling beam shear force conditions, analysis of shear wall even beam shear compression ratio overrun causes and solutions.

Keywords: shear compression ratio; shear coupling beam; coupling beams overrun; seismic design

中图分类号：TU398.2文献标识码：A

1.基本概念

连梁：在剪力墙结构、框剪结构、框筒结构中 ,连接墙肢与墙肢 ,两端与剪力墙相连且跨高比小于5的梁。（依据《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010》第 7.1.3 条）

连梁剪压比：连梁承受的剪力设计值与其截面抗压承载力设计值之比，其表达形式如下：

αE=V/（βcfc）bh0

αE---连梁在水平地震作用下截面的剪压比

V---连梁剪力设计值

βc---混凝土强度影响系数

fc---混凝土轴心抗压强度设计值

b---连梁截面宽度

h0---连梁截面有效高度

高层建筑中 ,在风荷载和地震荷载作用下 ,墙肢发生弯曲变形，连梁两端墙肢不均匀压缩 ,引起连梁两端的竖向位移差 ,使连梁产生扭转 ,从而使连梁产生内力。同时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了墙肢的内力和变形 ,对墙肢起到了一定的约束作用 ,改善了墙肢的受力状态，因此连梁起着调节和保证剪力墙侧向刚度的作用。

1.1连梁剪压比超限原理及可能造成的危害

1.1.1连梁超限原理

连梁超限指的是连梁截面的剪压比超过截面剪压比限值。

连梁截面剪压比限值要求为：

当β＞2.5 时,αE≤0.20/γRE

当β≤2.5 时,αE≤0.15/γRE

β:连梁的跨高比=ln/h

ln：连梁的净跨

h：连梁的截面高度

γRE：承载力抗震调整系数

1.1.2连梁超限的危害

连梁是地震来袭时的重要抗震防线，起着消耗地震能量的作用。连梁具有足够的延性，先于墙肢屈服, 待墙肢底部出现塑性铰,多个连梁端部出现塑性铰, 这些塑性铰既能吸收消耗地震能量,又可以继续传递弯矩与剪力。

高层建筑剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏分为脆性破坏 (剪切破坏 )和延性破坏 (弯曲破坏 )。

连梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力 ,在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时 ,各墙肢丧失了连梁对它的约束作用 ,将成为单片的独立梁。这会使结构的侧向刚度大大降低 ,变形加大 ,墙肢弯矩加大 ,并且进一步增加P—Δ效应 (竖向荷载由于水平位移而产生的附加弯矩 ),并最终可能导致结构的倒塌。连梁在发生延性破坏时 ,梁端会出现垂直裂缝 ,受拉区会出现微裂缝 ,在地震作用下会出现交叉裂缝 ,并形成塑性绞 ,结构刚度降低 ,变形加大 ,在这一过程中 ,连梁起到了一种耗能的作用 ,对减少墙肢内力 ,延缓墙肢屈服有着重要的作用。但在地震反复作用下 ,连梁的裂缝会不断发展、加宽 ,直到混凝土受压破坏。

2. 连梁内力分析计算

由于连梁在水平力的作用下,内力往往很大,《高规》允许连梁刚度予以折减。折减系数不应小于0.5。在PKPM的SATWE计算中,应先根据《高规》相关规定区分出连梁。剪力墙开洞形成的跨高比不小于5的宜按框架梁设计，小于5时按连梁设计。

连梁剪力设计值计算:

有地震作用组合的一、二、三级抗震等级时,连梁的剪力设计值应按下式进行调整:

Vb =ηvb*（M1b+Mrb/1n)+VGb

M1b,Mrb———分别为梁左、右端顺时针或反时针方向考虑地震作用组合的弯矩设计值;

ln ———连梁的净跨;

VGb———在重力荷载代表值作用下,按简支计算的梁端截面剪力设计值;

ηvb ———连梁剪力增大系数,三级取1. 1,二级取1. 2;

连梁的正截面抗震受弯承载力计算：

aREM ≤α1 fc bx ( h0 -X/2) + fy’ As’ ( h0 - as’)

a1 fc bx = fyAs - fy’ As’

x ≤ζb h0

x ≥ 2as’

M—弯矩设计值;

a1—系数,当混凝土强度等级不超过C50时, a1取为1. 0;

fc —混凝土轴心抗压强度设计值;

As、As’—分别是受拉区和受压区纵向普通钢筋的截面面积;

b—矩形截面的宽度;

h0 —截面有效高度;

as’—受压区纵向普通钢筋合力点至截面受压边缘的距离。

连梁的斜截面抗震受剪承载力计算：

有地震作用组合时,跨高比大于2. 5时: V b ≤ 1/rRE(0. 42ft bb hb0 +fyvAsvhbo/s )

跨高不大于2. 5时: V b ≤ 1/rRE(0. 38ft bb hb0 + 0. 9fyvAsvhbo/s)

3.连梁超限的解决方法

3.1增加梁跨度，调整梁高

通过供应阳光小区2#住宅楼计算结果分析，模型调整比对，得出可以增大洞口，增加跨高比来减小连梁刚度，达到减少地震作用的目的，也可以通过减小梁高来减小连梁刚度，这也是减小地震作用（参见《高规》7.2.26），计算结果分析得出会降低墙体的刚度,导致侧移加大。

3.2塑性调幅方法

抗震设计剪力墙连梁的弯矩可以塑性调幅。内力计算时已经按《高规》5.2.1条规定降低了刚度的连梁，其弯矩值不宜再调幅，或限制再调幅范围。此时，应取弯矩条幅后相应的剪力设计值校核其是否满足《高规》7.2.22条的规定；剪力墙中的其他连梁和墙肢的弯矩设计值宜视调幅连梁数量的多少而相应适当增大。

《高规》规定当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可按独立墙肢计算简图进行第二次多遇地震作用下的内力分析，即可考虑在大震作用下该连梁不参与工作。我们可以调低连梁刚度折减系数，即降低连梁刚度到较低水平，模拟地震力作用时连梁几乎不受力，退出工作状态时，全部由其余的墙、梁、柱等构件承担的状况，从而可以忽略连梁超限，用其余构件足够的安全储备承担地震作用力。

综述

连梁的刚度、强度和延性对开洞剪力墙的抗震性能有很大的影响，因此连梁设计是高层建筑剪力墙设计中的重要环节,设计时应遵循强剪弱弯的原则 ,保证连梁具有良好的延性，全面考虑影响连梁性能特点各种因素， 合理解决连梁剪压比超限问题。

参考文献:

[1]JGJ3 - 2010, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]GB50011 - 2010. 建筑抗震设计规范[S].

[3]GB50010 - 2010. 混凝土结构设计规范[S].

[4]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.

[5]王志全. 高层建筑剪力墙中的连梁设计[J ]. 山西建筑,2007 ,33 (31) :79280.

[6]刘大海. 高层建筑结构方案优选[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 1996.

[7]方鄂华. 高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M] . 北京:机械工业出版社,2005

[8]王墨耕. 新编多层及高层建筑钢筋混凝土结构设计手册. 安徽:安微科学技术出版社, 1992.