淺談連梁在結(jié)構(gòu)抗震中的合理設(shè)計(jì)

1、<p>　　淺談連梁在結(jié)構(gòu)抗震中的合理設(shè)計(jì)</p><p>　　【摘要】文章分析了框架-剪力墻及剪力墻結(jié)構(gòu)體系中連梁的工作與破壞機(jī)理， 并提出對(duì)連梁合理設(shè)計(jì)的建議。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】剪力墻結(jié)構(gòu)；連梁設(shè)計(jì) </p><p><b>　　前 言 </b></p><p>　　隨著我國(guó)工業(yè)化、城市化建

2、設(shè)進(jìn)程的加快， 城市建設(shè)不斷朝著高層、超高層建筑方向發(fā)展，框架-剪力墻及剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)日漸頻繁，結(jié)構(gòu)體系中連梁不僅是墻肢之間傳力的紐帶，而且還是抗震設(shè)防的第一道防線(xiàn)和主要耗能構(gòu)件，設(shè)計(jì)是否合理直接決定建筑抗震性能好壞，其合理的剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)性影響重大。下面對(duì)連梁的工作機(jī)理進(jìn)行探討并提出連梁設(shè)計(jì)相關(guān)建議，為工程設(shè)計(jì)提供參考。 </p><p>　　1、連梁的工作和破壞機(jī)理 </p><

3、;p>　　1.1 高層建筑在風(fēng)荷載和地震力作用下， 由于連梁兩端的墻肢受到不均勻地壓縮， 在連梁兩端產(chǎn)生豎向的位移差， 并在連梁內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力。但是連梁端部的彎矩、剪力和軸力反過(guò)來(lái)減小了墻肢的內(nèi)力與變形， 對(duì)墻肢起到一定的約束作用， 并改善了墻肢的受力。 </p><p>　　1.2 高層建筑剪力墻的連梁在水平荷載作用下的破壞可分兩種， 第一種屬于脆性破壞（即剪切破壞）， 第二種屬于延性破壞（即彎曲破壞）。當(dāng)連

4、梁發(fā)生脆性破壞時(shí)其承載力喪失，如果沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞時(shí)， 各墻肢就喪失了連梁對(duì)它的約束作用， 并成為單片的獨(dú)立梁。從而造成結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大大降低， 結(jié)構(gòu)的變形加大， 并且進(jìn)一步增大P―Δ 效應(yīng)（豎向荷載由于水平位移而產(chǎn)生的附加彎矩）， 最終可能造成結(jié)構(gòu)的倒塌。當(dāng)連梁發(fā)生延性破壞時(shí)， 梁端出現(xiàn)垂直裂縫， 受拉區(qū)出現(xiàn)微裂縫， 在地震作用下會(huì)出現(xiàn)交叉裂縫， 并形成塑性?， 因此結(jié)構(gòu)剛度降低， 變形加大， 從而會(huì)吸收大量的地震能量。

5、由于通過(guò)塑性鉸仍能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力， 并對(duì)墻肢起到一定的約束作用， 使得剪力墻保持足夠的剛度和強(qiáng)度。在這一過(guò)程中， 連梁起到了一種耗能的作用， 對(duì)減少墻肢內(nèi)力， 延緩墻肢屈服有著重要的作用。但在地震反復(fù)作用下， 連梁的裂縫會(huì)不斷發(fā)展、加寬， 直到混凝土受壓破壞。 </p><p>　　2、合理結(jié)構(gòu)體系的連梁設(shè)計(jì) </p><p>　　根據(jù)以上對(duì)連梁的工作和破壞機(jī)理的分析， 為保證墻肢和連

6、梁一致協(xié)同地工作， 在正常的使用荷載和風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)處于彈性工作狀態(tài)， 連梁不應(yīng)該出現(xiàn)塑性鉸。在地震作用下， 結(jié)構(gòu)允許進(jìn)入彈塑性狀態(tài)， 連梁可以產(chǎn)生塑性鉸。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范總則的要求，所以連梁設(shè)計(jì)的要求符合“強(qiáng)剪弱彎”的原則， 連梁的屈服要早于墻肢的屈服， 并保證墻肢和連梁具有良好的延性。因此在日常設(shè)計(jì)中， 為了建立合理的結(jié)構(gòu)模型， 我們應(yīng)該把握以下幾種方法： </p><p>　　2.1 連梁剛度的折減

7、</p><p>　　《高規(guī)》第5.2.1 條規(guī)定：在內(nèi)力與位移計(jì)算中， 抗震設(shè)計(jì)的框架剪力墻或剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁剛度可以折減， 折減系數(shù)不宜小于0.5。之所以考慮對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減， 是由于在側(cè)向荷載作用下， 混凝土的開(kāi)裂引起了剛度降低。在地震作用下， 連梁的裂縫開(kāi)展和塑性變形比在風(fēng)荷載作用下更大， 因此剛度降低更多。剛度折減越多意味著在設(shè)計(jì)荷載作用下裂縫開(kāi)展越大。在超載時(shí)， 如發(fā)生強(qiáng)大的陣風(fēng)力或地震烈度超過(guò)多遇

8、地震烈度時(shí)， 塑性鉸就會(huì)出現(xiàn)更早， 所以要加強(qiáng)連梁的延性和使連梁符合強(qiáng)剪弱彎要求。對(duì)位移由風(fēng)荷載控制的建筑， 為避免連梁在使用荷載作用下裂縫開(kāi)展過(guò)大， 連梁剛度折減系數(shù)不宜小于0 .8 。按《高規(guī)》規(guī)定， 在計(jì)算豎向荷載作用下的內(nèi)力時(shí)， 對(duì)已經(jīng)考慮連梁調(diào)幅的， 不應(yīng)再考慮剛度折減。 </p><p>　　2.1 .2 抗震設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)連梁的彎矩和剪力可進(jìn)行適當(dāng)塑性調(diào)幅， 以降低其剪力設(shè)計(jì)值。但在結(jié)構(gòu)計(jì)算中已對(duì)連

9、梁進(jìn)行了剛度折減， 其調(diào)幅范圍應(yīng)限制或不再調(diào)幅。當(dāng)部分連梁降低彎矩設(shè)計(jì)值后， 其余部位的連梁和墻肢的彎矩應(yīng)相應(yīng)加大。一般情況下， 經(jīng)全部調(diào)幅（包括計(jì)算中連梁剛度折減和對(duì)計(jì)算結(jié)果的后期調(diào)幅）后的彎矩設(shè)計(jì)值不宜小于調(diào)幅前（完全彈性）的0.8 倍（6， 7 度）和0.5 倍（8， 9 度）。但是我們應(yīng)該注意： </p><p>　?。?）這調(diào)整方法考慮連梁端部的塑性?xún)?nèi)力重分布， 對(duì)跨高比較大的連梁效果比較好， 而對(duì)跨高

10、比較小的連梁效果較差。 </p><p>　?。?）經(jīng)此調(diào)整， 仍可確保連梁對(duì)承受豎向荷載無(wú)明顯影響。 </p><p>　　2.2 加大連梁跨度減小其高度 </p><p>　　在連梁設(shè)計(jì)過(guò)程中， 其剛度經(jīng)折減后， 仍有可能發(fā)生連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠的情況， 這時(shí)可以增加洞口的寬度， 以減小連梁剛度。減小結(jié)構(gòu)的整體剛度， 就是減小了地震力作用的

11、影響， 使連梁的承載力有可能不超限。如果只是部分連梁超筋或超限， 則可采取調(diào)整連梁內(nèi)力來(lái)解決。但是調(diào)整的幅度不宜大于20 %， 且連梁必須滿(mǎn)足強(qiáng)剪弱彎原則。 </p><p>　　2.3 加大剪力墻厚度 </p><p>　　為了是增加連梁的截面寬度。一方面由于結(jié)構(gòu)整體剛度加大， 地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力增加， 另一方面連梁的受剪承載力與寬度的增加成正比。由于該片墻厚增加以后， 地震所產(chǎn)生的內(nèi)力

12、并不按墻厚增加的比例分配給該片剪力墻， 而是小于這個(gè)比例， 因此有可能使連梁的受剪承載力不超限。 </p><p>　　2.4 提高混凝土等級(jí) </p><p>　　混凝土等級(jí)提高后， 結(jié)構(gòu)的地震作用影響增加的比例遠(yuǎn)小于混凝土受剪承載力提高的比例，有可能使連梁的受剪承載力不超限。 </p><p>　　2.5 處于地震區(qū)的高層建筑剪力墻的連梁 </p>

13、<p>　　在進(jìn)行了上述調(diào)整后， 仍有部分不符合承載力要求時(shí)， 可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力。然后按強(qiáng)剪弱彎的要求， 配置相應(yīng)的縱向鋼筋。此時(shí)， 如果不能保證連梁在大震時(shí)的延性要求，應(yīng)重新計(jì)算整個(gè)結(jié)構(gòu)， 必要時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置， 使連梁的承載力符合要求。 </p><p>　　2.6 連梁的鉸接處理 </p><p>　　當(dāng)連梁的破壞對(duì)承受豎向荷載無(wú)明顯影響（即連梁不作為次

14、梁的支承梁）時(shí)， 可假定該連梁在大震下破壞， 對(duì)剪力墻按獨(dú)立墻肢進(jìn)行第二次多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。實(shí)際計(jì)算時(shí)， 為減小結(jié)構(gòu)計(jì)算工作量， 可將連梁按兩端鉸接梁計(jì)算。這時(shí)我們應(yīng)該注意： </p><p>　?。?）事實(shí)上， 通過(guò)采取恰當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施可確保連梁對(duì)剪力墻的約束不完全喪失， 避免出現(xiàn)獨(dú)立墻肢。采用鉸接處理就是考慮了大震時(shí)連梁對(duì)剪力墻仍能保持一定的約束作用。 </p><p>　　

15、（2）調(diào)整的連梁為其破壞對(duì)承受豎向荷載無(wú)明顯影響的連梁， 即該連梁不作為次梁或主梁的支承梁。 </p><p>　?。?）此計(jì)算為第二次， 是對(duì)剪力墻進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)的重要步驟之一。 </p><p>　　（4）實(shí)際操作中， 經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)將某根超筋連梁進(jìn)行鉸接處理后， 引起其他位置原來(lái)不超筋的連梁超筋。上述的措施中， 在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)整體剛度的情況下， 可優(yōu)先采用剛度折減， 如果仍超限， 可采用其余措

16、施， 如在連梁中部開(kāi)水平縫等等。但是總的原則是建立合理的模型并盡可能不超筋。 </p><p><b>　　3、結(jié) 語(yǔ) </b></p><p>　　在框架-剪力墻及剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震設(shè)計(jì)中，連梁作為抗震設(shè)防的第一道防線(xiàn)和主要耗能構(gòu)件，設(shè)計(jì)是否合理直接決定建筑抗震性能好壞，其合理的剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)性影響重大。應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)合理分析比較，綜合考慮多方面因素對(duì)連梁變形

17、能力、破壞形式和耗能能力的影響，并在保證“強(qiáng)剪弱彎“的原則同時(shí)合理控制連梁的剛度。 </p><p>　　[1]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中國(guó)建筑工業(yè)出版社.JGJ3-2010. </p><p>　　[2]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中國(guó)建筑工業(yè)出版社.GB50011-2010 . </p><p>　　[3]《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)答及分析》朱炳寅.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社