浅析剪力墙连梁特性及设计要点

中图分类号：TU74 文献标识码：A

一． 连梁的特性和破坏形式

1.连梁的特性

在剪力墙结构和框架—剪力墙结构中 ,连接墙肢与墙肢 ,连梁是指两端与剪力墙相连且跨高比小于5的梁。连梁一般具有跨度小、截面大 ,与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。一般在风荷载和地震荷载的作用下 ,连梁的内力往往很大。而连梁刚度变化，对整体结构影响较大，它是整体结构的刚度调节器。震害情况及试验研究都表明，连梁容易产生受弯或受剪破坏导致剪力墙最后丧失承载能力。所以连梁设计的合理与否在高层剪力墙结构中显得尤为重要。连梁的设计是设计延性剪力墙的关键，而墙肢的安全是结构裂而不倒的重要保证。连梁应该作为在联肢墙的设计中抗震第一道防线，在连梁屈服之前，不让墙肢破坏。而连梁本身还要保证能做到受剪承载力高于弯曲承载力，概括起来就是“强肢弱梁”和“强剪弱弯”。

2.破坏形式

高层建筑剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种，即延性破坏(弯曲破坏 )和脆性破坏(剪切破坏 )。

连梁先屈服（图a）

当连梁先于墙肢屈服，且连梁具有足够的延性，待墙肢底部出现塑性铰以后，形成如

图a所示的机构。数量众多的连梁端部塑性铰既可较多地吸收地震能量，又能继续传递弯矩与剪力；而且对墙肢形成约束弯矩，使其保持足够的刚度和承载力。墙肢底部的塑性铰也具有延性，这样的联肢剪力墙延性最好。

连梁不屈服（图b）

当连梁的刚度及抗弯承载力较高时，连梁不屈服，这使联肢墙与整体悬臂墙类似，首先在墙底出现塑性铰，形成如图b所示的机构。只要墙肢不过早剪坏，这种破坏仍然属于延性的弯曲破坏。但是与前者相比，耗能集中在墙肢底部铰上。这种破坏结构不如前者多铰破坏机构好。

连梁先破坏（图c）

如果连梁的设计不能满足强剪弱弯的要求，会出现剪切破坏，具有脆性破坏性质，连梁破坏后退出工作，各个墙肢按照独立的悬臂梁工作。与连梁不破坏的墙相比，墙肢中轴力减小，弯矩加大，墙的侧向刚度大大降低。但是，如果能保持墙肢处于良好的工作状态，那么结构仍可继续承载，直到墙肢屈服形成机构，如图c所示。只要墙肢塑性铰具有延性，则这种破坏也是属于延性的弯曲破坏，但同样没有多铰破坏机构好。

连梁在水平荷载下与墙肢相互作用产生的约束弯矩与剪力较大，且约束弯矩在梁两端呈同时针方向。这种反弯作用使梁产生很大的剪切变形，对剪应力十分敏感，容易出现斜裂缝。在反复荷载作用下，连梁易形成交叉斜裂缝使混凝土酥裂，延性较差。普通配箍连梁有三种破坏形态：剪切滑移破坏、剪切斜拉破坏和弯曲破坏。弯曲破坏和剪切滑移破坏具有一定延性，而剪切斜拉破坏几乎没有延性。为使连梁具有延性，连梁应按“强剪弱弯”进行设计，连梁的设计剪力应等于或大于连梁的抗弯极限承载力。上述破坏形态是针对跨高比较小的连梁。当跨高比大于2.5是，连梁的破坏形态以弯曲破坏为主；当跨高比大于5时，连梁的力学性能与框架梁一样。因此，对跨高比大于5的连梁，其设计方法与框架梁相同。

二．连梁的设计要点：

1. 一般规定

连梁刚度的折减

连梁由于跨高比小，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，可考虑在不影响竖向荷载能力的前提下，允许适当开裂（降低刚度）而把内力转移到墙体上。通常，设防烈度低是可少折减一些（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，如果跨度比较大（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。

增加连梁跨度减少其高度

连梁超筋是一个很普遍的问题，尤其是在高烈度设防区，连梁刚度按要求折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超限或超筋，则可采用调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于20%，且连梁必须满足“强剪弱弯”的要求。

增加剪力墙厚度。

亦即增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力

增加，另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。

提高混凝土等级。

混凝土等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比

例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。

按最大剪压比限值调整

地震区高层建筑的剪力墙连梁，在进行上述调整后，仍有部分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，应重新计算整体结构，必要时调整结构布置，使连梁的承载力符合要求。

2．构造要求

跨高比（l/hb）不大于1.5的连梁，非抗震设计时，其纵向钢筋的最小配筋率可取为0.2%；抗震设计时，其纵向钢筋的最小配筋率宜符合表1的要求；跨高比大于1.5的连梁，其纵向钢筋的最小配筋率可按框架梁的要求采用。

表1 跨高比不大于1.5的连梁纵向钢筋的最小配筋率（%）

跨高比 最小配筋率（采用较大值）

l/hb ≤0.5 0.2, 45ft/fy

0.5

剪力墙结构连梁中，非抗震设计时，顶面及底面单侧纵向钢筋的最大配筋率不宜大于2.5%；抗震设计时，顶面及底面单侧纵向钢筋的最大配筋率宜符合表2的要求。如不满足则按实配钢筋进行连梁强剪弱弯的验算。

表2 连梁纵向钢筋的最大配筋率（%）

跨高比 最小配筋率（采用较大值）

l/hb ≤1.0 0.6

1.0

2.0

连梁顶面、底面纵向水平钢筋深入墙肢的长度，抗震设计时不应小于laE，非抗震设计时不应小于la，且均不应小于600mm。抗震设计时，沿连梁全长箍筋的构造应符合框架梁两端加密区的箍筋构造要求；非抗震设计时，沿连梁全长的箍筋直径不应小于6mm，间距不应大于150mm。顶层连梁纵向水平钢筋深入墙肢的长度范围内应配置箍筋，箍筋间距不宜大于150mm，直径与该梁的箍筋直径相同。连梁高度范围内的墙肢水平分布钢筋应在连梁内拉通作为连梁的腰筋。连梁截面高度大于700mm时，其两侧面腰筋的直径不应小于8mm，间距不应大于200mm；跨高比不大于2.5的连梁，其两侧腰筋的总面积配筋率不应小于0.3%。

结束语：

高层剪力墙结构中连梁的设计，受到诸多因素的制约。连梁内力与剪力墙的多少，每片剪力墙所承担的水平力大小，连梁刚度、与连梁相连的墙肢刚度等都有关。所以，需要设计人员熟悉各种规范，并在实践中不断的予以总结，尽量符合“强剪弱弯”的原则，以取得比较理想的结果。

参考文献：[1] 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010 中国建筑工业出版社

[2] 建筑抗震设计规范GB50011-2010中国建筑工业出版社

[3] 混凝土结构设计规范GB50010-2010中国建筑工业出版社