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摘要：随着社会的发展，高层建筑越来越多，它在设计和施工的过程中对结构的抗震性能提出了更高的要求。在剪力墙结构中，连梁作为抗震设计中的第一道防线和主要耗能构件，必然应该引起极大重视。本文对高层剪力墙结构中连梁的受力和破坏机理进行分析研究，指出连梁在设计中存在的问题，并提出设计建议。
关键词：剪力墙结构；耗能构件；受力机理；破坏机理；设计建议
一.连梁的受力和破坏机理
在高层建筑中，由于受风荷载和地震荷载的双重作用，剪力墙墙肢就会弯曲变形，连梁就会形成一个转角，继而产生内力。同时，连梁两端的弯矩、剪力和轴力又会限制墙肢的内力和变形，其受力状态就会得到改善。在水平荷载作用破坏下高层建筑剪力墙中的连梁一般分两类，一是脆性破坏，二是延性破坏。
1、脆性破坏：
1.1墙肢发生剪切破坏。墙肢由于抗剪能力不够，会使剪力墙很快丧失承载能力，造成结构的突然倒塌，这是设计所应该绝对避免的。抗震规范里规定了抗震墙截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时抗震墙底部加强部位剪力设计值的放大系数，就是为了防止剪力墙早于弯曲破坏而发生剪切破坏。
1.2连梁发生剪切破坏。连梁发生剪切破坏会使联肢墙各墙肢丧失连梁对墙肢的约束作用。在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时，联肢墙的各墙肢将成为单片的独立墙，这会使结构的侧向刚度大大降低，墙肢弯矩加大。抗震规范里规定了连梁截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时连梁端部剪力设计值的调整系数，也是为了防止连梁早于弯曲破坏发生剪切破坏。但是，和第一种墙肢发生剪切破坏相比，连梁发生剪切破坏时结构尚未丧失承载能力，在墙肢破坏前，只要所考虑的连梁不承担较大的竖向荷载，还不会造成结构的倒塌。
2、延性破坏：
2.1连梁不屈服，墙肢首先发生弯曲破坏，这种墙在破坏时的极限变形较小。因此，对有抗震设防要求的建筑来说，它虽然是一种延性破坏，但吸收地震能量的能力是较低的。设计中应避免这种情况的发生。
2.2连梁发生弯曲破坏。连梁发生弯曲破坏时，梁端出现垂直裂缝，受拉区出现细微裂缝，在水平地震作用下出现交叉裂缝形成塑性铰，结构刚度降低，变形加大，从而吸收大量地震能量，同时结构的地震效应减小.在地震的反复作用下，连梁裂缝不断加长、加宽，直至混凝土受压破坏，在这一过程中连梁起到一种耗能作用。另一方面，连梁出现塑性铰后并未完全丧失承载力，它仍能通过塑性铰传递一定的弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使联肢墙保持足够的刚度和强度。
综上可见，墙肢和连梁的设计必须符合强剪弱弯的原则，要求连梁的屈服早于墙肢的屈服，并要求墙肢和连梁具有良好的延性。
二.连梁在结构设计中存在的几个问题
1.连梁刚度的折减
考虑对连梁的刚度进行折减，是由于在侧向荷载作用下，混凝土的开裂引起了刚度降低。在地震作用下，连梁的裂缝开展和塑性变形比在风荷载作用下的更大，因此，刚度降低的更多。但是，刚度折减得越多，意味着设计荷载作用下裂缝开展的越大。在超载时，如发生强大的阵风或地震烈度超过多遇地震烈度时，塑性铰也会出现得更早，这就要求更加注意加强连梁的延性和使连梁符合“强剪弱弯”的要求。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第5.2.1 条规定“：在内力与位移计算中，抗震设计的剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，折减系数不宜小于0.5”。高层建筑结构均采用弹性刚度并采用整体分析，但抗震设计的剪力墙中的连梁刚度相对墙体较小，而承受的弯矩和剪力很大，配筋设计困难。因此，可考虑在不影响竖向荷载能力的前提下，允许其适当开裂（降低刚度）而把内力转移到墙上。通常，设防烈度低时可少折减一些（6、7度时可取0.7），设防烈度高时可多折减一些（8、9度时可取0.5），折减系数不宜小于0.5，以保证连梁承受竖向荷载的能力。计算地震内力时，剪力墙连梁刚度可折减；计算位移时，连梁刚度可不折减。但是，两者情况底部剪力应相当。在计算竖向荷载作用下的内力时，对已经考虑了调幅的连梁，不应再考虑刚度折减。在计算风荷载时，连梁刚度不折减。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆跨高比大于5的连梁，地震作用效应比水平风或水平地震作用效应更为明显，此时应慎重考虑连梁刚度折减问题，必要时可不进行连梁刚度折减，以控制正常使用阶段梁裂缝的发生和发展。
2.连梁刚度折减后承载力仍不符合满足时的探讨
《高规》第7.2.26 条第2款规定“：抗震设计剪力墙连梁的弯矩可塑性调幅，但在内力计算时已经按本规程第5.2.1 条的规定降低了刚度的连梁，其弯矩值不宜再调幅，或限制再调幅范围。此时，应取弯矩调幅后相应的剪力设计值校核其是否满足本规程第7.2.22条的规定，剪力墙中其他连梁的墙肢的弯矩设计值宜视调幅连梁数量的多少而相应适当增加”。连梁的弯矩设计值包括竖向荷载和水平荷载两部分所产生的内力。竖向荷载产生的弯矩已通过弯矩调幅进行调整，而且竖向荷载的弯矩不能通过其他构件的弯矩来进行调整。因此，这里所说的弯矩调整是指水平荷载产生的弯矩。
个别连梁仍有超筋情况时《高规》第7.2.26 条第3 款规定“：当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析，墙肢截面应按两次计算的较大值进行配筋”。即假定连梁大震下破坏，不能约束墙肢。这时考虑连梁不参与工作，而按独立墙肢进行二次结构内力分析，这就是剪力墙的第二道防线，这时墙肢的内力及配筋应加大，以保证墙肢安全。
三.设计建议
在正常的荷载和风荷载作用下，高层结构一般是处于弹性工作状态，这时的连梁也不会产生塑性铰。如果受地震作用，高层结构过渡到弹塑性状态，塑性铰就会在连梁中产生。只要结构是达到抗震设计规范标准，在遇到低于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物也不会被损坏或需修复，其仍可正常使用，即便在遇到高于本地区设防烈度的强烈地震时，也不会导致倒塌或发生危及生命的严重影响。所以，剪力墙的设计应根据强剪弱弯的原则来设计墙肢和连梁，这样才能确保剪切破坏的情况不会发生；同时要求连梁的弹塑性状态要早于墙肢，并且墙肢和连梁都要具有良好的延性。下面对剪力墙连梁设计时，连梁出现承载力超限或连梁截面不符合设计要求，提出设计建议。
3.1连梁刚度的折减
在内力和位移计算时，要区别竖向荷载作用下和水平荷载作用下两种不同情况。
3.1.1在竖向荷载作用下，连梁刚度不宜折减，连梁支座弯矩的降低可通过支座弯矩调幅来解决。
3.1.2在水平荷载作用下，连梁刚度可以折减，当风荷载作用时，折减系数不宜小于0.8。当地震力为控制性水平荷载时不应小于0.5。
3.2减小连梁高度
其目的是减小连梁刚度，同时由于减小了结构的整体刚度，也就减小了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。如果有部分连梁超限，这时就可以调整连梁内力的方法来解决，但连梁还是得满足“强剪弱弯”的要求。且其调整的幅度不能大于20%。
3.3增加连梁跨度
一般连梁的跨高比较小，所以，在连梁抗弯能力达到最大承载能力并在产生塑性铰之前，其最大受剪承载能力就会低于其剪应力。如果在连梁斜截面承受不了剪承载力时，可增加连梁跨度，一方面地震作用所产生的内力是随着结构整体的刚度加大而增加，另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加会同时进行。在增加连梁跨度后，地震所产生的内力就会按照小于墙厚增加的比例进行，才能使连梁的受剪承载力不超过限制。
3.4提高混凝土等级
提高混凝土等级，这时混凝土所受剪承载力提高的比例就会远远高于结构的地震作用影响增加的比例，才有可能保证连梁的受剪承载力不超限。
四、结束语
连梁作为框剪或剪力墙结构体系中主要的抗震构件，其合理的刚度对结构的安全、经济性影响重大，应通过结构分析比较，综合考虑多方面因素对连梁的变形能力、破坏形式和耗能能力的影响，并在保证延性的同时合理控制连梁刚度，要兼顾结构的整体抗震性能来进行连梁设计。
参考文献
[1]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）中国建筑工业出版社 2010
[2]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）中国建筑工业出版社 2011
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[4]建筑抗震设计规范应用与分析 朱丙寅 中国建筑工业出版社 2011
[5]高层建筑结构设计 唐兴荣 机械工业出版社 2007
[6]剪力墙连梁纵向钢筋构造配筋率探讨 黄小坤 建筑结构学报 2004
[7]高层建筑剪力墙中连梁设计的探讨 吴学敏 建筑结构学报 2011
论文作者:梁月红
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/17
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