高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中及連梁超筋問題

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的連梁超筋問題【摘 要】本文主要是對連梁的工作和破壞機理進行闡述，并對結(jié)構(gòu)設(shè)計中的連梁設(shè)計以及超筋問題進行分析?！娟P(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計；連梁設(shè)計；超筋處理1、連梁的工作和破壞機理高層建筑在風(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、剪力和軸力反過來減小了墻肢的內(nèi)力與變形，對墻肢起到一定的約束作用，并改善了墻肢的受力。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，第二種屬于延性破壞。當(dāng)連梁發(fā)生脆性破壞時其承載力喪失，如果沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞，各墻肢就喪失了連梁對它的

2、約束作用，成為單片的獨立剪力墻，從而造成結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大大降低，結(jié)構(gòu)變形加大，并且進一步增大重力二階效應(yīng)，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，梁端受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫，并形成塑性鉸變形，從而吸收大量的地震能量。而塑性鉸仍能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力，連梁仍能對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度。在這一過程中，連梁起到了一種耗能的作用，對減少墻肢內(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，連梁的裂縫會不斷發(fā)展和加大，直到連梁混凝土受壓破壞。2、合理結(jié)構(gòu)體系的連梁設(shè)計根據(jù)以上對連梁的工作和破壞機理的分析，為保證墻肢和連梁一致協(xié)同地工作，在正常的重力荷載和風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)

3、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)計規(guī)范總則的要求，建筑物在遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時，一般不損壞或不需修復(fù)仍可使用，當(dāng)遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。所以連梁的設(shè)計要求符合強剪弱彎的原則，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：（1）連梁剛度的折減：高規(guī)第5.2.1條規(guī)定：在內(nèi)力與位移計算中，抗震設(shè)計的框架剪力墻結(jié)構(gòu)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

4、對連梁剛度進行折減，是由于在水平荷載作用下，連梁混凝土的開裂引起了剛度降低。而地震作用下，連梁的裂縫開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)計荷載作用下裂縫開展越大?？拐鹪O(shè)計時，剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁的彎矩和剪力可進行適當(dāng)塑性調(diào)幅，以降低其剪力設(shè)計值。但在結(jié)構(gòu)計算中已對連梁進行了剛度折減，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)幅后的彎矩設(shè)計值不宜小于調(diào)幅前的0.7倍(6、7度時)和0.5倍(8、9度時)。但是我們應(yīng)該注意，這調(diào)整方法考慮連梁端部的塑性內(nèi)力重分布，對跨高比較大的連梁效果比較好

5、，而對跨高比較小的連梁效果較差；經(jīng)此調(diào)整，仍可確保連梁對承受豎向荷載無明顯影響。（2）加大連梁跨度、減小連梁截面高度。在連梁設(shè)計過程中，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，從而減小了地震作用的影響，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)力來解決。但是調(diào)整的幅度不宜大于20%，且連梁必須滿足強剪弱彎原則。（3）加大剪力墻厚度，從而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

6、以后，地震所產(chǎn)生的內(nèi)力并不按墻厚增加的比例分配給該片剪力墻，而是小于這個比例，因此有可能使連梁的受剪承載力不超限。（4）提高混凝土等級?；炷恋燃壧岣吆?，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。（5）處于地震區(qū)的高層建筑剪力墻的連梁，在進行了上述調(diào)整后，仍有部分不符合承載力要求時，可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力。然后按強剪弱彎的要求，配置相應(yīng)的縱向鋼筋。（6）連梁的鉸接處理。當(dāng)連梁的破壞對承受豎向荷載無明顯影響時，可假定該連梁在大震下破壞，對剪力墻按獨立墻肢進行第二次多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。實際計算時，為減小結(jié)構(gòu)計算工作量，可將

7、連梁按兩端鉸接梁計算。3、連梁超筋處理（1）對超筋連梁的計算處理(連梁在等彎矩情況下，截面替換后的連梁及相應(yīng)剪力墻的配筋計算結(jié)果暫稱為)。對采用上述第“2-6”的方法時連梁進行計算處理后，結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移不能滿足規(guī)范要求，即層問位移角已不符合高規(guī)表4.6.3要求，且確無其他手段加大結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度時；或者采用第“2-6”的方法調(diào)整效果不好時，可在計算中考慮地震作用下連梁對墻實際存在的約束作用，在結(jié)構(gòu)分析中采取降低連梁計算截面的方法。其計算控制目標(biāo)是，連梁的計算剪力v3小于連梁實際截面所能承擔(dān)的最大剪力v1即可。注意此時程序可能仍然判斷為超筋(v3)但其判斷不真實，因為其實際截面尺寸大于計算截面尺寸，連梁所能承擔(dān)的最大剪力還是v1。（2）連梁計算處理后的分析及相應(yīng)的配筋設(shè)計情況一，連梁調(diào)幅處理后，計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。剪力墻直接按計算結(jié)果配筋，連梁按計算結(jié)果配筋。情況二，對連梁進行計算處理后，當(dāng)結(jié)構(gòu)位移仍能滿足規(guī)范要求，即層間彈性位移角符合高規(guī)表4.6.3要求時。情況三，降低連梁截面進行計算，剪力墻配筋應(yīng)進行包絡(luò)設(shè)計，配筋取計算結(jié)果的較大值。按連梁能承受的最大剪力配置箍筋的公式可以推導(dǎo)根據(jù)連梁的截面要求推算出連梁所能承受的最大剪力v1，以此作為連梁的抗剪承載力設(shè)計值，可求出連梁的箍筋面積。4、結(jié)論總而言之，合理地進行連梁設(shè)計與超筋處理尤顯重要。但是由于連梁屬于剪力墻結(jié)