第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 小跨高比剪力墙连梁在设计中的问题和处理 张毅，梁估，李昆，王宏伟 （1.云南设计院集团，昆明 660228） 摘要：自2010年开始结构专业的规范、规程、图集都发布了新版本，同时相关的计算软件也进行相应的更新和 升级.
关于剪力墙结构的设计有若干新的规定，给设计人员带来了新的课题.
其中，小跨高比连梁超限是高层剪 力墙结构设计中一种常见间题.
结合高烈度区高层剪力墙结构住宅工程实例，探讨了由概念设计入手并结合设计 软件进行增强配筋设计，可为相关的工程设计提供一些新的思路.
关键词：小跨高比连梁增强配筋 1前言 剪力墙结构中，与剪力墙连接的梁称为连梁.
剪力墙是一种承受弯剪共同作用的构件.
在外力作用下， 可能出现剪切被坏，也可能出现弯曲破坏.
联系墙肢的连梁，对剪力墙的受力产生较大的影响，其本身的 受力条件也比较复杂.
一般情况下，连梁跨高比较小，而相连的剪力墙刚度却很大.
因此，连梁超筋超限 是剪力墙结构设计中的一种常见现象.
如果连梁发生破坏，各墙肢间就会失去约束而形成几个单独受力的 墙肢：个别连梁的破坏会引起其他连梁及墙肢间的内力重分布，进而造成整片剪力墙水平位移加大，承载 能力下降.
震害调查和实验结果均表明，连梁的破坏会导致剪力墙最终丧失承载能力.
目前在进行小跨比剪力墙连梁的抗震设计中，为防止连梁过早发生剪切破坏，通常在进行结构内力分 析时，采用较大幅度地折减连梁的刚度以降低连梁的作用剪力.
近年来对混凝土剪力墙结构的非线性动力 反应分析以及对小跨高比连梁的抗震受剪性能试验表明，较大幅度人为折减连梁刚度的做法将导致地震作 用下连梁过早屈服，延性需求增大，并且仍不能避免发生延性不足的剪切破坏.
如何在实际工程中确保连梁不发生因延性不足的剪切破坏，就是设计人员必须重视的问题.
2连梁的设计理论 2.1连梁的受力机理及破坏 在地震作用下，连梁可能因为承载力超限而破坏.
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，当沿墙 全高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，将成为单片悬臂墙.
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一△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，在水平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，从而吸收大量的 地震能量，同时结构的地震效应减小，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，在这一过程中连梁起到一种耗能作用.
另一方面，连梁出现塑性铰后并未完全丧失承载力，它 仍能通过塑性较继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使剪力墙保持足够的刚度和强度.
这 对于减少墙肢内力，延缓墙肢屈服有着重要的作用.
2.2连梁设计原则 在墙肢和连梁的协同工作中，剪力墙应该具有足够的刚度和强度.
在正常的使用荷载和风荷载作用下， 作者摘介：张载（1978.8-） 男 工程硕土 高级工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 结构应该处于弹性工作状态，连梁不应该产生塑性铰.
在地震作用下，结构允许进入弹塑性状态，连梁可 以产生塑性铰.
根据抗震设计规范总则的要求，建筑物在遗受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一 重破坏.
因此，剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原 则，同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性.
2.3连梁的概念设计 为了达到上面提出的要求，就有必要在设计初期确定结构方案时应用概念设计的方法对剪力墙的平面 布置，梁高的确定等做好控制，为施工图连梁的合理设计打下良好的基础.
a剪力墙平面布置应以“均匀，分散，对称，周边”的一般性原则为主导.
均匀，分散是要求剪力墙 的片数要多，每片的刚度不要太大.
不要仅设置一两片刚度很大、连续很长的剪力墙，这是因为片数太少， 地震中万一个别剪力墙破坏后，剩下的几片墙难以承受全部地震力.
同时由于单片墙刚度太大，使得其承 受的地震弯矩也较大，从而使得连梁的截面设计也变得非常困难.
b)连梁的截面高度应适宜，连梁的刚度、承载力和变形能力能够与墙肢相匹配，避免连梁过强而使墙 肢产生较大拉力而过早出现刚度和承载力退化.
一般情况下，联肢墙宜采用弱连梁，即在地震作用下连梁 的总约束弯矩不大于该层联肢墙所承受的总弯矩的20%.
c在平面布置时，不宜将楼面主梁支承在剪力墙之间的连梁上.
因为，一方面主梁端部约束达不到要 求，连梁没有抗扭刚度来抵抗平面外弯矩：另一方面对连梁不利，连梁本身剪切应变较大，容易裂缝，主 梁支承在连梁上使得连梁更加容易出现剪切破坏.
而且计算时不宜对该连梁刚度进行折减，增加了连梁设 计的困难.
3工程实际中对超限连梁的处理方法 在工程实际中，由于建筑功能的要求，特别是高层住宅对外立面门窗洞口的尺寸限制，上述念设计 的原则不一定能全部得到满足.
而且实际情况千变万化，由于主客观条件的限制，在实际工程设计中，连 梁超筋是经常出现问题.
根据长期工程设计的经验，在此提出一些剪力墙连梁设计的方法供大家参考和交 流.
1）对连梁刚度进行折减 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.
因此在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减.
剪力墙连梁刚度予以折减，折减系数不宜小于0.5.
”同时，此条在条文说明中明确：“通常，设防烈度低 时可少折减一些（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.
2）减小连梁截面高度 当连梁名义剪应力超过限制值时，加大截面高度会吸引更多剪力，更为不利.
减小截面高度，连梁刚 度也随之减小，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.
3）加大洞口宽度 洞口宽度加大后，连梁跨度也虽之增大，在连梁截面高度不变的情况下，同样起到了减小连梁刚度的 作用 4）考虑连梁不参与工作 显影响时，可按独立墙肢的计算简图进行第二次多遇地震地震作用下的内力分析，墙肢截面应按两次计算 的较大值计算配筋.
”同时，此条的条文说明中明确：“假定连梁在大震下剪切破坏，不再能约束墙肢，因
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 此可考虑连梁不参与工作，而按独立独立墙肢进行第二次结构内力分析，他相当于剪力墙的第二道防线， 这种情况往往使墙肢的内力及配筋加大，可保证墙肢的安全.
第二道防线的计算没有了连梁的约束，位移 会加大，但是大震作用下就不必按小震作用要求限制其位移.
在工程实践中，通常是把连梁两端改成铰支座或把连梁高度改为小于300mm（在pkpm的satwe程序 中，当连梁高度小于300mm时即不考虑连梁作用）.
5）连梁中配置斜向钢筋 连梁相对作用剪力（即不折减或有限折减连梁刚度）的条件下提高连梁的延性，使该类连梁发生剪切破坏 时，其延性能力能够达到地震作用时剪力墙对连梁的延性需求.
根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 第11.7.10条的规定：“对于一、二级抗震等级的连梁，当跨高比不大于2.5时，除普通箍筋外宜另配置斜 向连梁中配置斜向钢筋”.
同时，在《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（现浇混 凝土框架、剪力墙、梁、板）11G101-1图集中提出三中形式：连梁交叉斜筋配筋构造、连梁集中对角斜筋 配筋构造、连梁对角暗撑配筋构造.
在以往工程中，由于电算程序不支持、手工计算配筋工作量大，采用 此方法并不多.
在pkpm2010升级为2012.6.30版本后提供斜向配筋的计算，使连梁中配置斜向钢筋在工程 中应用可以大力推广.
4工程实例 昆明某小区地上32层剪力墙住宅，建筑面积30000m2，结构平面布置如图1所示.
16层剪力墙厚 300mm 7~15层剪力墙厚250mm，16层以上为200mm;墙混凝土标号15层以下C40 16~24层C35 25层以 上为C30.抗震设防烈度8度，Ⅱ类场地土.
标准层结构平面布置图见图1.
4.1电算结果比较 00 99 $9 19 9 9 9 9 9 9 099 68 8 图1某高层剪力墙住宅结构平面布置图
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 连超限 连梁超限 图2第5层连梁超限计算结果图（左右单元对称） 配置交叉科能连票 电算漏足 配置交天斜游连梁 电算满足 图3第5层连梁配置交叉斜筋计算结果图（左右单元对称）
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 由计算结果可知，超限连梁主要集中地刚度较大的建筑平面四角部位.
住宅项目对门窗洞口、剪力墙 布置等可调整的范围较小，因此主要通过对连梁配置交叉斜筋解决连梁超限的问题.
SATWE电算结果见图 2、图3.
3.2交叉斜筋连梁计算 选取超限值较大的连梁进行计算，因连梁的宽度为300mm.
根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 第11.7.10-2）条之规定，斜截面受剪承载力应符合下列要求： Vub ≤[0.4f;bhg (2.0sin 0.6 ) fyAs] (1) (sfyAyt) (2) 式中：n一箍筋与对角斜筋的配筋强度比，当小于0.6=时取0.6，当大于1.2时取1.2： a一对角斜筋于梁纵轴的夹角： fyd一对角斜筋的抗拉强度设计值： Asd-单向对角斜筋的截面面积： Asv一同一截面内箍筋各肢的全部截面面积.
连梁跨高比为1200/600=2，当V=761KN时，Asg=1200mm2.
根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 第11.7.11条之规定，剪力墙及筒体洞口连梁的纵向钢筋、斜筋及箍筋的构造应符合下列要求：“1连梁沿 上、下边缘单侧纵向钢筋的最小配筋率不应小于0.15%，且配筋不宜少于2012：交叉斜筋配筋连梁单向对 角斜筋不宜少于2012，单组折线筋的截面面积可取为单向对角斜筋截面面积的一半，且直径不宜小于 12mm;2交叉斜筋配筋连梁的对角斜筋在梁端部应设置不少于3根拉筋，拉筋的间距不应大于连梁宽度和 200mm的较小值，直径不应小于6mm.
“故此连梁的配筋见表1.
表1连梁交叉斜筋配置表 连梁编号 单侧对角斜筋 单侧折线筋 梁端拉筋 LL (JX) XX 2 25(982mm²) 2 18(509mm) 10e200 注：梁端左右对称配置 三、构件设计验算信息 二个哥量大是 RSteel Aev =- 360. (kNm) 031 0 1 0.49 826. （3） 720. 556. 0.31 0.31 0.31 55 556 ( 0.31 0 31 849 0.51 Rav 2234 223 2193 2152 2i4 289 Aat' 301. Fv=D.18*fc*BHo 592. 589. > Fv=0. 1β*fc*BHo= 586 > Fv=0. 1B*fc*BHo= Fv=0. 1Bfc*BHo= 564. 683 664: 564. 743. 图4某连梁超限计算结果图
