高层建筑剪力墙连系梁抗震结构选型

官学良　纪德刚

摘 要：目前，越来越多的剪力墙结构小高层住宅楼拔地而起，但是，随之而来的是我们发现这些剪力墙结构小高层在设计上还存在着一些质量通病，主要表现为剪力墙连系梁的抗震性差，使得工程无法满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标。本文主要通过对剪力墙连系梁的概念以及高层建筑结构设计中应该注意的问题进行分析，研究高层建筑剪力墙连系梁抗震结构的选型。

关键词：高层建筑；剪力墙连系梁；抗震选型

中图分类号：TU973.16 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）09-0095-01

1 剪力墙和连梁的概念

高层建筑剪力墙结构，是指竖直方向是钢筋混凝土墙板，在水平方向上，钢筋混凝土的大楼板搭载到墙上，从而组成了剪力墙结构。剪力墙结构常用于25～30层结构。其优点是具有良好的整体性，侧向刚度较大，能够承受相当大的水平载荷。缺点是力墙位置约束了建筑的内部空间的划分，使得内部空间狭小，因而剪力墙结构多见于宾馆类建筑.

在剪力墙结构和框架—剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢，墙肢与框架柱的梁称为连梁。连梁的主要特点是具有跨度小、截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大。在设计中，即使采取降低连梁内力的各种措施，如：增大剪力墙的洞口宽度在连梁中部开水平缝在计算内力和位移时对连梁刚度进行折减对局部内力过大层的连梁进行调整等，仍然还是难以使连梁的设计符合要求。

2 高层住宅结构设计中的主要问题

2.1 抗震与抗风

高层建筑的层数越多，建筑物的刚度则越差，因此，建筑物受到风力和地震的影响也越大。在风力和地震力的巨大影响之下，高层建筑发生了侧位移，也就使得建筑物内部的墙壁、设备、家具等遭到了破坏，严重的情况下，会导致建筑物结构形式遭受破坏，更有甚者会导致建筑物发生坍塌。因此，抗风抗震设计在高层住宅结构设计中具有十分重要的意义。

抗震与抗风主要注意的问题有如下：保證建筑物的强度，使得其能充分抵抗风荷载作用下的内力；保证建筑物具有足够的刚度，以控制在风荷载作用下允许的水平位移；采取措施保证建筑物地基的稳定性，保证建筑物小震不坏，大震不倒；尽量避免建筑物竖向体型复杂，外挑内收变化过多，刚度均匀；尽可能地减小建筑物的自身重量，降低基土的压力，从而降低地震力的影响。

2.2 选择合理的结构方案

选择适合的结构、合理布置抗震部件，把握住关键部位和次要部位，并掌握构造要求，对结构的安全性、经济性、合理性有着十分重要的意义。同时，也会影响建筑时的经济性。

2.3 层间位移的控制

高层住宅建筑的都有相同的特点即其高宽比都相当大，并且在地震以及风力的作用下会发生非常大的层间位移的现象，十分严重的情况下，层间位移范围会超出结构位移的限制数值，建筑结构形式和材料、装修等多方面因素会约束位移的限制数值。因此，在高层住宅结构设计时，应该依据实际情况以及住宅建筑物的地理位置进行设计，住宅建筑不仅应该具有足够的刚度，而且应该避免在风力和地震力影响下的位移现象，从而保证住宅建筑的稳定、舒适度。

3 剪力墙连系梁的抗震结构选型

3.1 连系梁的作用

在风荷载和地震荷载作用下，墙肢产生弯曲变形，使连梁产生转角，从而使连梁产生内力。同时，连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了墙肢的内力和变形，对墙肢起到了一定的约束作用，改善了墙肢的受力状态。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，在沿墙全高所有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，将成为单片的独立梁。这会使结构的侧向刚度大大降低，变形加大，墙肢弯矩加大，并最终可能导致结构的倒塌。

3.2 连系梁的抗震结构选型

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，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，建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复仍可使用，当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

3.2.1 剪力墙开洞

在我国的高层建筑结构设计中明确提出了：“较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较为均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8m”的要求。此规定针对剪力墙的破损问题。主要目的在于提高剪力墙的延性，避免脆性破坏。在结构设计过程中应该尽可能的在剪力墙上开大洞，形成弱连梁，提高剪力墙的支持力度。另外，针对设计中出现的框架结构梁柱偏心距较大的问题时，应该将梁宽加大或设置梁水平腋、在梁柱接点处形成较强的刚玉，提高梁柱的支撑力度。

3.2.2 梁高度选用恰当

悬挑梁在高层建筑中发挥着重要的支撑作用，当前的结构设计中设计师常选用比较小的梁高，造成梁截面受压区的应力过高。在梁高度的选择上要充分考虑梁挠度的计算，在结构计算中减少计算误差，增加挑梁的支持力度。悬挑结构对非水平地震作用非常敏感，因此，要增强挑梁的承载力，选择恰当悬挑梁的高度，防止出现梁板裂缝，保证高层建筑的支撑力度，从而保持建筑物的安全。

3.3 地震区高层建筑的剪力墙连梁

在进行了相应的调整之后，如果还有部分不符合承载力要求时，可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求，配置相应的纵向钢筋。此时，如果不能保证连梁在大震时的延性要求，应重新计算整个结构，必要时调整结构布置，使连梁的承载力符合要求。

总之，高层建筑剪力墙连梁的选型会受很多因素的制约。连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度、与之相连的墙肢刚度等都有关。因此设计时要把互相制约的因素统一协调，以取得比较理想的结果。

参考文献

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[2] 李爱群，曹征良.钢筋混凝土抗震连系梁的设计与施工[J].东南大学学报，1997（03）.

[3] 成锐，周德玉.高层剪力墙中连梁设计和配筋[J].四川建筑，2004（02）.