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      淺談剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁設(shè)計(jì)

      2019-10-21 09:43:16趙健
      關(guān)鍵詞:剪力墻結(jié)構(gòu)連梁延性

      趙健

      摘要:本文介紹了連梁(兩端與剪力墻在平面內(nèi)相連的梁)的定義、受力機(jī)理,給出了連梁的設(shè)計(jì)建議,及連梁抗剪、配筋等超限的解決措施,供設(shè)計(jì)人員參考。

      關(guān)鍵詞:連梁;剪力墻結(jié)構(gòu);延性

      在剪力墻結(jié)構(gòu)中,連接墻肢與墻肢,在墻肢平面內(nèi)相連的梁稱之為連梁。連梁一般具有如下特點(diǎn):跨度短、截面高,而與連梁相連的剪力墻剛度又很大等。一般在風(fēng)荷載和地震水平力作用下,連梁的內(nèi)力常常很大。在進(jìn)行位移計(jì)算時(shí),連梁剛度一般不折減,但在內(nèi)力計(jì)算,如配筋計(jì)算中,一般對(duì)連梁進(jìn)行剛度折減。連梁是與剪力墻連為一體,使兩端剪力墻連為一體受力的構(gòu)件。

      一般情況下,連梁可根據(jù)跨高比(ln/hb)分為深連梁(ln/hb≤1.5)、強(qiáng)連梁(1.5

      一、連梁的受力機(jī)理

      剪力墻連梁是主要的抗震耗能構(gòu)件。連梁與框架梁一樣,既承受由樓面?zhèn)鱽淼呢Q向荷載與風(fēng)荷載或地震作用的水平荷載,但與框架梁不同的是,豎向荷載對(duì)連梁的破壞形態(tài)僅起次要作用,當(dāng)剪力墻在風(fēng)、地震等水平荷載作用下,墻肢產(chǎn)生側(cè)移、發(fā)生彎曲變形時(shí),連梁由于受到兩端墻肢的約束而產(chǎn)生相應(yīng)的彎矩及剪力,反過來連梁對(duì)兩端的墻肢的約束作用減小了墻肢的內(nèi)力和變形。剪力墻彎曲變形越大,在連梁內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力就越大。在高層建筑中,一般中間樓層的層間位移角較大,這些樓層的連梁內(nèi)力一般比較大。而連梁的剛度越大,則受到的約束作用就越強(qiáng),產(chǎn)生的約束彎矩及剪力也越大。在地震荷載反復(fù)作用下,連梁兩端會(huì)產(chǎn)生斜裂縫,產(chǎn)生塑性鉸,使結(jié)構(gòu)剛度減弱,變形增大,從而吸收大量的地震能量。連梁兩端的塑性鉸還會(huì)繼續(xù)傳遞彎矩和剪力,對(duì)墻肢還有一定的約束效果,使剪力墻能夠維持夠多的剛度和強(qiáng)度。在這個(gè)過程中,連梁起到了耗能效果,降低了墻肢的內(nèi)力,減慢了墻肢的屈服,使得結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。

      二、連梁的設(shè)計(jì)建議

      剪力墻與連梁共同受力,應(yīng)該具有足夠的剛度和強(qiáng)度。剪力墻墻肢和連梁的設(shè)計(jì)應(yīng)以強(qiáng)剪弱彎為原則,設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí)按強(qiáng)墻肢弱連梁為原則,并要求墻肢和連梁具有良好的延性[3],大部分或全部的連梁破壞應(yīng)優(yōu)先于墻肢,這就需要對(duì)連梁進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整,內(nèi)力調(diào)整一般包含兩個(gè)方向,一個(gè)是內(nèi)力調(diào)幅,直接降低連梁的內(nèi)力設(shè)計(jì)值,另一個(gè)是連梁剛度折減,從而減少連梁的內(nèi)力。

      連梁做為剪力墻抗震中的第一道防線,地震時(shí)是允許破壞的,但是也需要能夠承受足夠的豎向荷載,即在正常使用荷載(包括在小震作用下),連梁都要處于彈性狀態(tài);但連梁也不能產(chǎn)生過大的剛度,若剛度太大,則地震力越大,不利于保證剪力墻的延性的,對(duì)整體結(jié)構(gòu)不利,應(yīng)使連梁在中震作用下會(huì)局部出現(xiàn)塑性鉸。

      剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁應(yīng)采用合理的截面尺寸,具有恰當(dāng)?shù)某休d力、剛度和延性,并具有較好的經(jīng)濟(jì)性,剪力墻的跨高比宜取2.5~5。連梁的抗震等級(jí)及混凝土強(qiáng)度等級(jí)同剪力墻。在計(jì)算模型中,剪力墻中連梁一般按開洞計(jì)算。

      三、連梁超限的處理辦法

      首先復(fù)核結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度及結(jié)構(gòu)布置是否合理。結(jié)構(gòu)整體應(yīng)具有足夠的剛度,抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置宜均勻?qū)ΨQ,兩個(gè)正交方向的剛度宜接近;選用較高的混凝土強(qiáng)度等級(jí),一般普通結(jié)構(gòu)可用到C60;加大連梁的跨高比,即降低連梁高度或加大連梁跨度,會(huì)明顯降低連梁及結(jié)構(gòu)的剛度,從而減小連梁受力,相應(yīng)增大剪力墻肢的受力。當(dāng)連梁內(nèi)力的降低幅度大于連梁承載力的降低幅度時(shí),使得連梁的截面剪壓比及斜截面抗剪承載力能夠滿足規(guī)范要求;增設(shè)剪力墻扶壁柱,是連梁寬度相應(yīng)增加,此時(shí)連梁受剪承載力加大,使連梁不超限[4];采用設(shè)縫雙連梁,將連梁在梁高方向分成跨高比較大的雙梁,從而降低了連梁的剛度,減小了連梁的彎矩和剪力,使連梁的延性增強(qiáng),構(gòu)造上,水平縫處留模板或泡沫隔開上下梁即可,上下梁之間一般留20mm縫;對(duì)有地震作用效應(yīng)組合工況,均可考慮連梁剛度折減,由于連梁剛度本身就很大,“能者多勞”,連梁在地震時(shí)會(huì)吸引很多的能量,為了不讓其他構(gòu)件先于連梁破壞,就需要對(duì)連梁進(jìn)行剛度折減,但折減系數(shù)不宜小于0.5,以保證連梁承受豎向荷載能力,對(duì)于重力荷載、風(fēng)荷載作用計(jì)算應(yīng)不考慮連梁剛度折減[1];連梁中設(shè)置對(duì)角斜筋、交叉配筋或?qū)前祿?當(dāng)豎向荷載對(duì)連梁不起控制作用時(shí),可考慮該連梁在大震下破壞,對(duì)剪力墻按單獨(dú)墻肢進(jìn)行第二次小震作用下的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析[5],單獨(dú)墻肢和其他連梁按照兩次計(jì)算的較大值進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí),可將連梁按兩端定義鉸接(應(yīng)注意強(qiáng)連梁的情況,實(shí)際鉸接難以采用)梁計(jì)算。

      四、其它注意事項(xiàng)

      一般情況下,連梁不應(yīng)作為樓面梁的支座。因?yàn)檫B梁做為第一道防線,地震作用的時(shí)候是允許破壞的,一旦連梁失效,搭在連梁上面的樓面梁及樓板就會(huì)相應(yīng)破壞。若有樓面梁搭在連梁上,導(dǎo)致其承受較大重力荷載,會(huì)產(chǎn)生以下的不利因素:一方面樓面梁端部達(dá)不到一定剛度要求,連梁無法全部抵抗平面外彎矩;另一方面因連梁本來剪切應(yīng)力就很大大,在增加樓面梁傳來的內(nèi)力會(huì)使連梁出現(xiàn)更大的剪切斜裂縫;而且連梁作為耗能構(gòu)件,在地震作用下會(huì)首先開裂甚至破壞,從而,樓面梁失去支撐作用而相應(yīng)破壞。因此在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)避免連梁做為其他樓面梁的支座。

      當(dāng)確實(shí)無條件避免時(shí),則必須要保證連梁能夠承受樓面梁帶來的不利作用,一般應(yīng)采取如下措施:考慮超限的連梁退出抗震(連梁兩端簡(jiǎn)支)、剪力墻按獨(dú)立墻肢復(fù)核。連梁應(yīng)有足夠的抗剪、抗剪能力;連梁中應(yīng)設(shè)置鋼板或型鋼,確保滿足抗剪要求。

      五、結(jié)語:

      剪力墻連梁的設(shè)計(jì)經(jīng)常受到很多因素的影響。本文介紹了連梁的受力機(jī)理、設(shè)計(jì)建議、超限的處理辦法及其他的一些注意事項(xiàng),因此,剪力墻連梁設(shè)計(jì)時(shí),需要設(shè)計(jì)人員從理論到實(shí)際,不斷的分析、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上才能做出合理的設(shè)計(jì)。

      參考文獻(xiàn):

      [1] JGJ 3-2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

      [2] 中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一措施[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2018.

      [3] 李奎明, 孫春毅, 李杰. 高性能混凝土雙連梁短肢剪力墻試驗(yàn)研究[J]. 地震工程與工程振動(dòng), 2006, 26(3):121-123.

      [4]林雪. 高層建筑連梁設(shè)計(jì)探討[J]. 福建建筑,2015(9):49-51.

      [5]朱炳寅. 混凝土剪力墻連梁的設(shè)計(jì)計(jì)算及超筋處理[J].建筑結(jié)構(gòu).技術(shù)通訊,2007,1~2.

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