趙 鵬

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西太原 030013)

1 連梁的概念及特性

連梁是指在剪力墻結(jié)構(gòu)和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中連接剪力墻與剪力墻、剪力墻與框架柱且跨高比小于5的梁。連梁往往受建筑設(shè)計的限制具有跨度小，截面大，在水平力作用下與之相連的構(gòu)件剛度大，容易出現(xiàn)剪切斜裂縫等特點。設(shè)計時即使采取各種措施如:減小連梁高度;在結(jié)構(gòu)計算時對連梁剛度進行折減;提高混凝土強度等級;增加墻厚從而增加連梁的截面寬度等，仍無法保證全部連梁設(shè)計符合要求。連梁的設(shè)計、構(gòu)造不當(dāng)又將會造成結(jié)構(gòu)在抵抗水平力時的強度、剛度不能達(dá)到要求，進而影響結(jié)構(gòu)的豎向承載力。

2 連梁的工作機理

高層建筑在風(fēng)荷載和地震荷載的水平力作用下，墻肢彎曲變形，使梁端產(chǎn)生一定的角度，連梁由此產(chǎn)生內(nèi)力。同時連梁產(chǎn)生的內(nèi)力又對與之相連的墻肢起到了約束作用，使其能夠保持足夠的剛度和強度，從而減小墻肢的內(nèi)力和變形，改善其受力狀態(tài)。

3 連梁的破壞機制

高層建筑中連接墻肢的連梁在風(fēng)荷載和地震荷載作用下的破壞分為兩種:脆性破壞(剪切破壞)和延性破壞(彎曲破壞)。

1)連梁在發(fā)生脆性破壞時，與之相連的墻肢形成單片墻，喪失了連梁對其的約束作用，使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度減小，墻肢彎矩增大，最終導(dǎo)致喪失承載力。因此剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中要求墻肢和連梁均不發(fā)生脆性破壞，同時要求連梁的屈服應(yīng)該早于墻肢的屈服，具有良好的延性并且滿足強剪弱彎的要求。2)連梁在發(fā)生延性破壞時，梁端出現(xiàn)裂縫，形成塑性鉸，連梁的屈服早于墻肢的屈服，致使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度減小，變形加大，從而可以吸收更多的地震能量。同時連梁對墻肢仍能起到一定的約束作用，通過塑性鉸傳遞部分彎矩和剪力(這個彎矩往往是足夠承擔(dān)連梁跨度內(nèi)的荷載)，使墻肢保持足夠的剛度和強度，減少墻肢內(nèi)力，延緩墻肢屈服。連梁具有約束墻肢、增大墻肢剛度和強度，承受和傳遞彎矩、剪力的作用?？紤]到連梁在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的重要作用，對其提出了特殊設(shè)計要求:1)在小震和風(fēng)荷載正常作用狀態(tài)下，不能產(chǎn)生裂縫;2)在中震作用下應(yīng)首先出現(xiàn)彎曲屈服，起到消耗地震能量的作用;3)在大震作用下，可能出現(xiàn)剪切破壞。

4 連梁的超筋問題及措施

在結(jié)構(gòu)計算中，構(gòu)件一般考慮按彈性計算，此時墻肢的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于連梁的剛度，在水平力作用下墻肢稍微有所變形，連梁就會承擔(dān)極大的彎矩和剪力，最終導(dǎo)致連梁先出現(xiàn)開裂發(fā)生破壞，因此在實際工程中必須保證連梁的延性要求，滿足強剪弱彎的原則，使之成為抗震的第一道防線。當(dāng)剪力墻連梁不滿足截面控制條件要求時，可采取如下措施處理:1)減少連梁截面高度。根據(jù)計算我們可以得知，如果連梁截面越大，剛度則越大，越容易超筋。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》6.4.7對跨高比較小的高連梁，可設(shè)水平縫形成雙連梁、多連梁的構(gòu)造。連梁截面高度減小，則連梁抗彎剛度減小，故水平荷載作用下的梁端彎矩減小，在連梁跨度不變的情況下梁端的剪力也會減小。2)增加剪力墻厚度。一方面墻厚的增加使結(jié)構(gòu)整體剛度增大，水平力作用下的內(nèi)力也隨之增加;另一方面相應(yīng)的增加連梁截面寬度并使其受剪承載力得到提高。而地震作用分配給該片剪力墻的內(nèi)力小于墻厚增加的比例。加大連梁截面寬度雖有一定的效果，但可能影響到建筑的使用功能。3)提高混凝土強度等級。使得混凝土受剪承載力提高的比例大于結(jié)構(gòu)增加的地震作用效應(yīng)。4)對連梁進行剛度折減。由于連梁在結(jié)構(gòu)中的獨特性能，在風(fēng)荷載和地震荷載作用下的內(nèi)力很大，因此為了減小連梁內(nèi)力，需在結(jié)構(gòu)計算時對其進行剛度折減。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(2010版)6.2.13規(guī)定，在實際設(shè)計中我們可取大于0.50的調(diào)整系數(shù)，以符合截面設(shè)計的要求。在滿足結(jié)構(gòu)整體剛度的前提下，上述措施中可先考慮折減連梁剛度的方法，如果不能解決問題時可考慮其余措施進行處理。

5 連梁的設(shè)計及構(gòu)造要求

1)剪力墻開洞形成的跨高比小于5的梁，應(yīng)按連梁設(shè)計，此梁均應(yīng)取與剪力墻相同的抗震等級，且剪力墻洞口宜上下對齊，洞口邊端柱不宜小于300 mm。當(dāng)連梁跨高比不小于5時，此梁受力狀況和一般框架梁相似，故宜按框架梁進行設(shè)計。2)剪力墻結(jié)構(gòu)和部分框支剪力墻中，剪力墻不宜過長，較長的剪力墻宜設(shè)置跨高比較大連梁，將一道剪力墻分成長度均勻的若干墻段，各墻段的高度與墻段長度之比不宜小于4，墻段長度不宜大于8 m。3)連梁的剛度折減依據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》6.2.13規(guī)定不宜小于0.5。4)連梁的剪力設(shè)計值應(yīng)符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》7.2.22規(guī)定。5)連梁的斜截面受剪承載力應(yīng)符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》7.2.23規(guī)定。6)跨高比不大于1.5和大于1.5的連梁縱向鋼筋的最小配筋率應(yīng)分別符合圖集《建筑物抗震構(gòu)造詳圖》11G329-1第39頁表43和表44的規(guī)定。并要求連梁上下邊緣單側(cè)縱向鋼筋的最小配筋率不應(yīng)小于0.15%，且配筋不宜少于2，12。7)連梁縱向鋼筋的最大配筋率應(yīng)符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》7.2.25規(guī)定。8)連梁配筋構(gòu)造應(yīng)符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》7.2.27規(guī)定。9)各類結(jié)構(gòu)中，樓面主梁不宜支承在剪力墻洞口的連梁上，但為了滿足設(shè)計需求必須設(shè)置在連梁上時，應(yīng)當(dāng)增強該連梁配筋。10)根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》7.2.26.3規(guī)定，假定連梁在大震下破壞，不再對墻肢起到約束作用，可考慮連梁不參與工作。11)連梁出現(xiàn)超筋超限時，可根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施》附錄G進行相關(guān)計算。12)對于一、二級抗震等級的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)及筒體結(jié)構(gòu)連梁，當(dāng)跨高比不大于2.5且需采用交叉筋或?qū)前祿螘r，連梁構(gòu)造詳見《建筑物抗震構(gòu)造詳圖》11G329-1第4頁～第5頁、第4頁～第6頁。

6 結(jié)語

連梁設(shè)計作為剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中一項重要環(huán)節(jié)，受內(nèi)力、剛度等很多因素的制約，所以應(yīng)當(dāng)首先了解其工作機理及特性，并從概念設(shè)計的需要和可能，在滿足各項要求的情況下對其進行設(shè)計。

［1］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］建筑物抗震構(gòu)造詳圖11G329-1［Z］.

［4］北京市建筑設(shè)計研究院.建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［5］高立人.高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計［M］.北京:中國計劃出版社，2005.

［6］方鄂華.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)概念設(shè)計［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2005.

［7］王志全.高層建筑剪力墻中的連梁設(shè)計［J］.山西建筑，2007，33(31):79-80.

［8］徐 建.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計常見及疑難問題解析［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.