浅述剪力墙连梁设计

摘要：连梁的性能对剪力墙的抗震性能有很大影响。连梁的设计和构造需遵循“强墙弱梁”、“强剪弱弯”的原则，并严格限制截面的剪压比。本文首先阐述了剪力墙连梁的设计原则以及剪力墙连梁的影响因素及其破坏时的危害性，最后研究分析了剪力墙连梁的设计及超筋处理，以供参考。

关键词：剪力墙连梁；设计原则；影响因素；设计；超筋处理 一、剪力墙连梁的设计原则

为满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计三原则，必须将结构设计成延性结构，并合理控制结构的塑性铰可能出现部位。当结构遭受强烈地震作用时，延性结构的塑性变形可以耗散地震能量，其变形会加大而惯性力却不会上升很快。对抗震结构而言，延性结构是一种安全适用、经济合理的结构设计对策。

连梁是实现剪力墙多道设防的重要构件，连梁作为含有剪力墙的结构抗震中的第一道防线和主要耗能构件，对剪力墙的刚度、承载能力和延性有很大影响。连梁刚度较大或者配筋较多而不屈服时，剪力墙的性能将趋近于悬臂剪力墙，对于实现超静定结构和提高剪力墙的延性是不利的。由连梁过强引起的墙肢剪切破坏是一种脆性破坏，几乎没有延性或延性很小。同时，当连梁刚度和屈服弯矩较大时，连梁对墙肢的约束作用造成水平荷载作用下墙肢内的轴力相差悬殊，甚至会出现一侧墙肢完全受拉的情况。在受拉墙肢出现贯通水平裂缝或屈服以后，塑性内力重分配的结果会使受压墙肢承受的剪力大大增加，造成该墙肢发生脆性的剪压破坏。

从结构的屈服机制而言，最理想的情况是连梁先于墙肢屈服，连梁端部均出现塑性铰后，墙肢底部再出现塑性铰，特别是在连梁和墙肢均有一定延性时，具有这种屈服机制的剪力墙延性最好。由此，抗震设计的剪力墙应首先按照“强墙弱梁”原则，要求连梁的屈服早于墙肢的屈服；其次，按照“强剪弱弯”的原则设计墙肢和连梁，争取发生延性的弯曲破坏而避免剪切破坏。

二、剪力墙连梁的影响因素及其破坏时的危害性

连梁除了承受竖向荷载外，最关键的是还要抵抗水平荷载，即水平地震作用和风荷载。在水平荷载作用下，剪力墙墙肢随主体结构产生水平变形，为协调两

侧墙肢之间的变形，连梁也就相应产生了内力。连梁内力的实质是在墙肢之间传递弯矩和剪力，对两侧的墙肢起约束作用。

在正常使用期间的竖向荷载、风荷载以及小震作用下，连梁的设计均要求按弹性设计、强度控制，不能产生裂缝和破坏。当结构在强烈水平地震作用下时，连梁则可能发生破坏。连梁在水平地震作用下的破坏一般分为两种，即剪切破坏和弯曲破坏。结构设计时，我们应控制连梁发生具有延性的弯曲破坏而避免发生脆性的剪切破坏。

剪跨比是影响结构构件破坏形态的重要因素，反映了构件截面上弯矩与剪力的相对大小。剪跨比较大时，构件容易实现弯曲破坏；剪跨比较小时，构件一般都会出现剪切破坏。而对连梁而言，由于连梁两端承受反向弯曲作用，反弯点一般在跨中，连梁的跨高比就间接反映了剪跨比的影响。

但多数情况下，连梁的跨高比往往较小，除了在梁端容易出现竖向的弯曲裂缝外，连梁的中部还容易出现斜裂缝，而当抗剪能力不足或截面剪应力过大时，连梁就会发生剪切破坏或者是弯曲屈服以后的剪切破坏。为避免这些破坏就需要限制连梁的剪压比。剪压比是指截面平均剪应力与混凝土轴心抗压强度的比值。当剪压比超过一定值时，连梁将较早出现斜裂缝，单纯增加横向钢筋并不能有效提高其抗剪承载能力，连梁有可能在横向抗剪钢筋未屈服的情况下，混凝土先发生脆性的斜压破坏，或发生受弯钢筋屈服后的剪切破坏。按照规范要求严格限制连梁的剪压比是避免发生这些脆性破坏的有力措施。

当连梁发生脆性的剪切破坏时，就意味着连梁丧失了承载能力而完全退出工作。特别是当沿剪力墙高度范围内的所有连梁均发生了剪切破坏时，墙肢就丧失了连梁对它的约束作用，变成了单片独立的悬臂墙，其侧向刚度在大大降低的同时，变形也将大大增加，最终可能会导致结构的倒塌。

当连梁发生延性的弯曲破坏时，梁端会先出现竖向裂缝而形成塑性铰，从而吸收大量的地震能量，同时结构的刚度将会有所降低，结构所受到的地震作用相应减小，变形则继续增大，结构表现出一定的延性。连梁两端产生塑性铰后，连梁通过塑性铰仍能继续工作，在墙肢间传递弯矩和剪力，仍能对墙肢起到一定的约束作用，并使剪力墙保持一定的刚度，不致发生过大水平变形而导致结构的倒塌。

三、剪力墙连梁的设计及超筋处理

为实现“强墙弱梁”，应首先对连梁进行塑性调幅，以降低连梁的剪力设计值。塑性调幅可采用两种方法，一是在内力计算前将连梁刚度进行折减，二是在内力计算之后，将连梁内力乘以折减系数，两种方法一般不同时使用。无论采用何种方法，连梁调整后的内力设计值不应低于正常使用期间的竖向荷载、风荷载以及小震作用下的设计值，以避免在这些条件下连梁出现裂缝。连梁内力得到后，就可以根据“强剪弱弯”并限制剪压比的原则进行构件的配筋设计。经刚度折减后，可能仍有部分连梁超筋。连梁超筋往往是由于剪压比超限，此时，可采取以下措施进行处理：

1、适当调低连梁刚度折减系数。

2、在结构刚度满足要求的条件下，适当加大连梁跨度或降低连梁高度。抗风结构中，连梁的刚度可以大一些，以保证结构刚度从而做到经济合理。抗震结构中，不宜设置跨高比过小的连梁，可以通过加大跨度或降低高度来减小连梁的刚度，从而减小地震作用的影响，以便满足剪压比的限制要求。

3、提高剪力墙的混凝土强度等级。强度等级提高后，结构的地震作用增加比例远小于连梁受剪承载力提高的比例，连梁的剪压比有可能不再超限。

4、若进行上述调整后，仍有少部分连梁不满足剪压比限值时，则可直接根据最大剪压比限值来确定剪力设计值，并按“强剪弱弯”的原则得到相应弯矩设计值。这种方法的实质其实是塑性内力调幅，此时，还需利用平衡条件得到调整后的墙肢的内力来进行配筋设计。

四、剪力墙连梁的延性连梁

抗震设计时，必须采用延性连梁。根据连梁的跨高比和结构形式等可以有如下延性不等的几种形式：

1、普通配箍连梁。采用传统的梁式配筋，即用纵向钢筋抗弯、竖向钢箍抗剪。这种连梁的设计、施工方便，应用普遍，但抗震性能稍差，只有在严格限制剪压比的条件下才有较好的延性。

2、交叉配筋连梁。在连梁中加设交叉配置钢筋，可以改善连梁的延性。其原理是利用交叉斜筋来抵抗地震作用下不断改变方向的剪力，斜筋的方向和主拉应力方向相近，可以有效限制了裂缝的开展、避免剪切破坏，提高了连梁的延性。一般对跨高比不大于2的连梁可采用交叉配筋方式。

3、交叉暗撑配筋连梁。将交叉配筋的钢筋换成有箍筋约束的小柱式暗撑可以大幅提高连梁的抗剪能力，防止剪切滑移破坏，并大大增加延性。此时，连梁的剪力全部由暗撑承担，连梁箍筋起抗裂作用。交叉暗撑配筋一般用于跨高比不大于2、厚度不小于300的筒体结构内筒连梁中，这种连梁的延性要求更高。

4、开缝连梁。为了加大连梁的跨高比，可以在连梁中间预留水平缝，形成开缝连梁或双层连梁。这种连梁由于跨高比较大，减少了剪切变形的影响，可以有效地防止剪切破坏，增加了延性。

结束语

综上所述，连梁的形成，一是由于剪力墙上开设门窗洞口的需要，二是部分长度较长的墙肢为避免剪切破坏而加设结构洞分成较短墙肢的需要。连梁是剪力墙墙肢之间的传力纽带，连梁的受力性能和耗能能力对剪力墙的抗震性能有很大影响。

参考文献：

[1]建筑抗震设计规范（GB50011-2010） [S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.