对连梁设计计算及超限处理的探讨

安 健

(山西国建工程设计有限公司，山西 太原 030009)



对连梁设计计算及超限处理的探讨

安 健

(山西国建工程设计有限公司，山西 太原 030009)

介绍了连梁的概念、设计原则及破坏模式，探讨了控制连梁超限的一些措施，并阐述了工程设计中超限处理的具体方法，提出了连梁设计在PKPM程序计算中的注意事项，以供参考。

连梁，超限处理，配筋，承载力

1 连梁概述和设计原则

在剪力墙和框架剪力墙结构体系中，两端与剪力墙在平面内相连的梁称为连梁，规范规定为跨高比小于5两端与平行墙连接的梁为强连梁，跨高比大于5时为弱连梁或框架梁。连梁是结构中特别重要的构件，在地震和风荷载作用下，连梁产生弯矩、剪力和轴力使与其相连的墙体受到约束，从而减小墙肢的受力及变形，起到耗能作用，同时连梁的弯矩、剪力反作用于墙肢和墙肢形成共同受力体系，连梁和墙肢共同承担风和地震的水平作用。连梁和墙肢的设计都应符合强剪弱弯的要求。

2 连梁的两种破坏模式

1)脆性破坏：剪切破坏为脆性破坏，当连梁的抗剪承载力不足,剪压比超限时会产生剪切破坏，这时连梁会过早地出现裂缝且抗剪钢筋不能发挥作用，连梁完全丧失承载力，同时连梁对两端的墙肢完全失去约束作用，当结构大部分连梁都发生脆性破坏时，结构整体侧向刚度降低，随P-Δ效应的加大甚至会导致结构整体的倒塌。

2)延性破坏:弯曲破坏为延性破坏，连梁发生延性破坏时，连梁受拉区会出现裂缝，在地震反复作用下连梁出现塑性铰，这时连梁并未完全丧失承载力，且对两侧墙肢有约束作用，同时这一过程连梁起到耗能作用，延性破坏符合连梁设计强剪弱弯的要求，可形成整体结构抗震的第一道耗能防线。

3 控制连梁超限的措施

连梁一般为抗剪超限，对抗剪超限的控制和处理措施，结构设计通常采用以下一些方法。

3.1 减小连梁截面高度或考虑连梁刚度折减

结构整体分析时均采用弹性刚度计算，结构中的墙体刚度很大，而连梁的刚度较小且承受很大的剪力和弯矩，这时，在保证连梁能承受竖向荷载和风荷载作用的前提下，降低连梁刚度允许适当开裂让墙体多承担一些内力。设计时一般根据该建筑抗震设防烈度的高低确定连梁的刚度折减系数(6度、7度时折减系数可取0.7，8度、9度可取0.5)，且折减系数也不应小于0.5。

3.2 对连梁的弯矩进行调幅处理

当连梁对承受竖向荷载无明显影响时，可对连梁弯矩、剪力进行调幅，但对刚度折减后的连梁应限制调幅范围，连梁调幅后的内力值不应低于正常使用状况下的弯矩、剪力设计值，为了防止连梁在较小地震作用下出现裂缝，调幅处理后所得的内力值也不应小于降低一度设防烈度计算所得的地震组合弯矩、剪力设计值。一般情况下设防烈度为6度、7度时调幅系数取连梁刚度不折减时计算弯矩的80%，8度、9度时取不折减时的50%。

3.3 连梁两端完全铰接处理

假定连梁铰接处理后在大震下破坏不参与工作，对剪力墙按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析，PKPM软件电算时，可在特殊构件中对连梁两端做铰接处理，墙肢配筋按两次计算结果取大值，连梁可根据强剪弱弯要求及正常使用状况承载力进行设计。

3.4 设缝连梁的应用

连梁设缝是近来提出的一种有效的方法，就是在连梁的高度范围内增设水平缝使一根连梁变为几根连梁，从而减小连梁的刚度和跨高比，使连梁从剪切破坏转变为弯曲破坏，设缝连梁对降低单连梁的剪力和弯矩有明显作用。

4 工程设计中的超限处理的具体方法

4.1 连梁超限处理的设计原则

连梁通过以上方法调整后，如果仍然存在大部分连梁超限，说明结构体系的选取或剪力墙与连梁协调布置不合理，不符合结构的概念设计，这时应调整结构方案或墙体布置；如果通过调整后只有少量连梁超限，可以考虑地震作用下连梁对墙实际存在的约束作用，尽可能充分利用连梁的有效截面和刚度耗能，这时根据连梁设计强剪弱弯的要求进行超限处理。连梁的超筋处理可按以下两步进行：1)以连梁截面最大抗剪承载力(剪压比限值)作为连梁剪力设计值反算出连梁抗剪箍筋；2)根据该剪力值计算出连梁端部弯矩，为了保证连梁的强剪弱弯要求对弯矩作适当调幅，根据调幅后的弯矩值计算连梁纵筋。这样当多遇地震发生时，连梁端部弯矩达到极限抗弯承载力出现塑性铰且弯矩不会继续增加，梁端达到极限抗弯承载力(经过调幅后弯矩求得)时产生的剪力也不会增加且小于梁截面最大抗剪承载力，此时连梁仍能对墙肢产生一定的约束作用，并通过延性变形耗能，满足连梁设计强剪弱弯的原则。但调整后因连梁对墙肢的约束作用减小势必会增大两侧墙肢的内力，这时应对连梁两端墙肢的配筋适当调整放大，同时应对其他各楼层同一位置的连梁、墙肢的配筋作适当加强。

4.2 电算时超限处理的具体方法

在工程的具体设计中，可以通过电算减小连梁高度试算，寻找到一个理想连梁截面，此连梁承担的剪力小于调整前实际施工连梁截面的抗剪承载力，且保证层间位移角必须符合《高规》要求。计算步骤如下：暂定连梁实际截面所能承担的最大剪力[V1]，截面替换后的连梁承担的剪力为[V2]，调整连梁截面至计算承担的剪力[V2]小于连梁实际截面所能承担的最大剪力[V1]，此时电算可能仍然判断为超筋，但实际连梁截面所能承担的最大剪力[V1]已经大于[V2]。最终连梁及剪力墙的配筋为：连梁截面取第一次计算截面，按[V2]对应的[M2]配纵向筋，同时应保证连梁的最小配筋率，连梁箍筋根据抗剪承载力反算求得，剪力墙配筋取两次计算的大值。

5 连梁设计在PKPM程序计算中注意事项

1)在实际电算软件中，连梁有两种输入方法，墙体开洞或按节点以框架梁输入，但在高设防烈度地区连梁抗剪超限极为严重，以框架梁输入形成的跨高比较小的连梁表面计算好像可减少抗剪超限，但从特殊构件定义查看，这类连梁刚度折减是按连梁折减系数，但弯矩调幅系数又是按框架梁定义的，这样造成这类梁的刚度偏小配筋不足，设计时应该重新定义该连梁的调幅系数以限制刚度折减后的连梁正确的调幅范围，然后正确计算连梁及墙肢的配筋；跨高比大于2.5的连梁对墙肢约束较小，连梁配筋可以直接利用按框架梁输入方式计算的结果。

2)目前双连梁能在PKPM中特殊构件里定义，但设缝连梁必须在以框架梁输入形成的连梁中定义，程序现没有对以墙体开洞形成的连梁的设缝功能。以框架梁输入程序默认的连梁应修改调幅系数，然后定义设缝连梁，经过大量的工程的实践和计算分析,PKPM处理设缝连梁的精度误差在工程允许范围内。

6 结语

连梁是剪力墙结构、框架剪力墙结构体系中的重要构件，应合理地考虑连梁在结构中的耗能作用，既不能因刚度弱过早退出工作使墙肢增加更大的地震力，又不能刚度太大使墙肢超前破坏。所以尽量使连梁的刚度、变形及承载力与墙肢匹配，应综合考虑结构方案的概念设计、构件的设计原理与超限处理等因素，尽可能用多个不同的电算软件建立计算模型，然后认真仔细地对比分析计算结果，最后做到连梁构件安全、计算合理、施工方便。

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[5] 曹征良，丁大钧，程文壤.剪力墙结构自控连梁的实验研究[J].东南大学学报，1991(1)：120-121.

On design and calculation of coupling beam and its treatment for the limit violation

An Jian

(ShanxiGuojianEngineeringDesignCo.,Ltd,Taiyuan030009,China)

The paper introduces the concept, design principle and damage models of the coupling beam, explores some measures to control the limit violation of the beam, illustrates the methods for the treatment of limit violation in the engineering design, and points out the precautions of the coupling beam design in PKPM program calculation, for reference.

coupling beam, treatment of limit violation, reinforcement, loading capacity

1009-6825(2016)20-0036-03

2016-05-08

安 健(1977- )，男，工程师

TU318

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