浅析高层建筑结构中连梁超筋问题的解决方法

【摘要】在风荷载和地震作用下，连梁的内力往往很大。此外，高层建筑中，由于连梁两端墙肢的不均匀压缩会引起连梁两端的竖向位移差，这也将在连梁内产生内力。在水平荷载作用下，墙肢发生弯...

【摘 要】本文针对在高层建筑结构设计中，对连梁出现超筋的情况进行分析，讨论提出相应的解决方法和建议，供有关设计人自参考。

【关键词】高层建筑结构;结构；连梁超筋

中图分类号：TU97文献标识码： A

在剪力墙结构和框架一剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢、墙肢与框架柱的梁称为连梁。连粱一般具有跨度小，截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。

1、连梁超筋的原因

在风荷载和地震作用下，连梁的内力往往很大。此外，高层建筑中，由于连梁两端墙肢的不均匀压缩会引起连梁两端的竖向位移差，这也将在连梁内产生内力。在水平荷载作用下，墙肢发生弯曲变形，使连梁端部产生转角，从而使连粱产生内力，同时连梁端部的内力又反过来减小与之相连的墙肢的内力和变形，对墙肢起到一定的约束作用，改善墙肢的受力状态。

连梁对于剪力墙结构框架一剪力墙结构中的剪力墙尤为重要，它在起到连接墙肢作用的同时，还对所连接的墙肢起到一定的约束作用。但在设计时，即使采取降低连梁内力的各种措施，如增大剪力墙的洞口宽度、在连梁中部开水平缝、在计算内力和位移时对连梁刚度进行折减，对局部内力过大楼层的连梁进行调整等，仍难以使连粱的设计符合要求。由于设计规范对此没有明确规定，故使设计者在设计时感到无所适从。而设计及构造不当将会造成结构在抵抗水平力时的强度及刚度不符合要求，进而影响承受竖向荷载的能力。连梁易超筋的部位，在一般剪力墙结构中，竖向自下而上总高度1/3左右的竖向楼层的连梁；在平面中，较长墙段中部的连梁，某墙段中墙肢截面高度悬殊不均匀时，在大墙肢连梁易超筋。

2、连梁超筋处理办法

在高层结构中连梁超筋的现象很常见，下面介绍几种常用的处理方法，设计人员可以根据工程实际情况灵活运用。

2．1在整体计算中进行连梁刚度的折减((钢筋混凝土高层建筑结构设计规程》(JGJ3—2002)(以下简称高规》)第5.2.1条规定：在内力与位移计算中，抗震设计的框架一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。考虑对连粱的刚度进行折减，主要是由于在侧向荷载作用下，混凝土的开裂引起了刚度降低。在地震作用下，连梁的裂缝开展和塑性变形比在风荷载作用下的更大，因此刚度降低得更多。

刚度折减得越多，即折减系数越小，意味着设计荷载作用下裂缝开展得越大。在超载时，如发生强大的阵风或地震烈度超过多遇地震烈度时，塑性铰也会出现得更早，这就要求更加注意加强连梁的延性和使连梁符合“强剪弱弯”的要求。对于以风荷载为控制因素的建筑幸，为了避免连梁在使用荷载作用下裂缝开展过大，刚度折减系数应取较大值。此外，按照《高规》的规定，在计算竖向荷载作用下的内力时，对已经考虑了调幅的连梁，不应再考虑剐度折减。

2．2减小梁截面高度，降低连梁截面刚度剪力墙连梁输入有两种模型，连梁都是按变形情况来区分。若是连梁受到的是剪切变形，则按开洞口输入，直接词整门洞高度以减小连梁截面高度；若是由弯扭变形为主，则按粱来输入。随着跨高比的增大，剪切变形减小，弯扭变形增大。跨高比不大于2.5时，连梁按开洞口输入；跨高比不小于5.0时按普通梁输入。跨高比在2.5—5.0之间可根据具体情况选择输入方式。根据《高规》第7.1.8条，当连梁跨高比不小于5时，宜按框架梁进行设计。另外，当连梁截面高度较高时，可以通过设置双连办法来解决，同时应在上下梁间嵌填轻质材料，而且上下梁间的水平缝应避开于楼板建接部位，保障结构的整体性。

2．3对连梁弯矩及剪力进行调幅对连梁弯矩及剪力进行调幅，但在整体计算时已将连梁刚度进行过折减的，不应再考虑调幅。《高规》第7.2.25条第二款规定：“抗震设计的剪力墙中连粱弯矩及剪力可进行塑性的调幅，以降低其剪力设计值。但在内力计算时已经按本规程第5.2.1条的规定降低了剐度的崖粱，其凋幅范围应当限制或不再继续调幅。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。在结构内力计算后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数进行调幅。一般情况下，经全部调幅(包括计算中连梁刚度折减和对计算结果的后期调幅)后的弯矩设计值不宜小于调幅前(完全弹性)的0.8倍(6，7度)和0.5倍(8，9度)。连梁调幅后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况下的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震作用组台所得的弯矩设计值，前面所述的采用内力计算折减连粱刚度也应满足此要求，其目的是避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁上出现裂缝。

2．4 经上述调整仍不符合要求时地震区高层建筑剪力墙的连梁，在进行了上述调整后，仍不符合承载力要求时，可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力，然后按“强剪弱弯” 的要求，配置相应的纵向钢筋。此时，如果不能保证连梁在大震时的延性要求，应将这些连梁按铰接于剪力墙上考虑，重新计算整个结构，必要时应做弹塑性的时程分析。在实际设计中，可在超筋部位的连梁按铰接处理进行整体分析计算，若采用中国建筑科学研究院 PKPMCAD 工程部开发研制的结构计算系列软件计算时，可按下述方法处理：在用 PM 建模时应在洞口两侧各增设一个节点，然后在两节点间按普通梁布置，而后用 SATWE “特殊构件定义”中将此梁设两端铰接。但此时应注意按此法处理后结构层间位移比尚需满足规范的要求，配筋按两次计算所得的较大内力配筋。连梁交接处理后， 主要承受竖向荷载，施工时仍为整浇， 连梁上筋按构造设置处理。 此时应注意此梁附近的墙肢及连梁配筋可能会加大。如果所讨论的连梁还承受较大的竖向荷载，为了避免由于连梁端部的破坏造成结构的局部坍塌， 则应调整结构布置，使连梁的承载力符合要求。

各种震害表明，要使建筑经受得住较大水平力的作用，连梁的延性起到很大的作用。 因此，在设计过程中，不但要保证连梁在内力计算中符合要求，而且构造措施也是重要的一环，只有构造合理才能保证计算受力的实施。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高，对于门洞，上述2种情况的梁的高度是一样的，但对于窗底，连梁高度如果从窗顶算到上一层窗底，有时高度太高，高跨比太大。因此，连梁高度应当从洞顶算到板面或屋面，窗洞可由窗洞向下边一直开到楼板面， 此部分窗台再用其它轻质材料填筑，以减低连梁高度。连梁配筋一般采用上下对称配筋，连梁两侧的腰筋应同墙体的水平筋。

3、总结

总之，连梁超筋的解决方法，首选是控制连梁的刚度折减，再者是内力调幅， 但应遵循“强剪弱弯”的原则，如调幅未果，可考虑连梁不参与工作，这时就相当于按“强墙弱梁” 计算，把结构的剪力墙变成第二道防线，这种情况下需加大墙肢的内力和配筋，以保证墙肢安全。最后，还得注意加强连梁的构造措施。

参考文献

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