高层剪力墙结构连梁超筋原因与设计对策研究

发表时间:2020/11/19   来源:《建筑实践》2020年19期   作者:何熊
[导读] 为了进一步探索解决连梁超筋问题的具体设计方法,在本文的研究当中首先对连梁超筋
        何熊
        成都市建筑设计研究院 四川成都 610000
        【摘要】为了进一步探索解决连梁超筋问题的具体设计方法,在本文的研究当中首先对连梁超筋的原因进行了分析,并从控制连梁的跨高比、设置双连梁、设置支撑构建与设置连梁阻尼器四个方面阐述了具体的解决策略。
        【关键词】高层建筑;剪力墙结构;连梁;超筋

        随着我国城镇化进程的发展,城市人口规模不断提升,高层建筑建设已经成为常态,剪力墙结构作为高层建筑的常用结构形式,经常遇到连梁超筋等情况。基于此种情况,在本文的研究当中,笔者结合自己的实际工作经验,对相关问题进行了探讨。
        

1.连梁超筋的原因分析
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)第7章规定。本论述所指的剪力墙连梁为一端或两端均设置在剪力墙平面内,且跨高比小于5的梁。具体位置见图1。


由于剪力墙连梁的跨度相对较小,但截面却相对较大,同时两端的剪力墙刚度也明显较大,在水平地震作用下,连梁的剪力和弯矩往往也相对较大,尤其是在抗震设防要求较高或高烈度区,连梁的受力往往较为复杂,具体则表现为容易出现超筋,这也是在设计计算中出现剪力墙连梁超筋的根本原因。实际上,剪力墙连梁出现超筋与结构布置存在着紧密的联系,必须要确保结构的整体刚度均匀性才能有效控制连梁超筋问题。为此,在初步设计阶段设计人员就必须要采用经验加试算的方式对结构布置进行调整,确保墙柱的均匀配置,避免刚度集中,避免剪力墙连梁出现超筋。

2.连梁超筋的的设计控制方法
2.1 控制连梁的跨高比
        根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)第7.2.22条与7.2.23条规定,连梁截面剪力设计值(地震设计状况)应符合下列规定:
      
对上面的几个公式进行分析则可以发现,连梁的跨高比是决定连梁承载力的一个重要因素,只要能有效控制连梁的跨高比则必然能有效降低超筋的可能性。此外,从建筑结构一致性的角度来看,降低连梁的跨高比也能提升建筑的空间净高,提升居住的舒适性。但也需要注意的是不能过度降低连梁高度,否则剪力墙将变成两个独立的小墙肢,结构的抗侧力也将会受到影响。
2.2 设置双连梁
所谓双连梁就是设置了单缝的连梁,在连梁中间预留一道50mm左右的缝隙,并采用柔性材料进行填充处理,具体如下图2中所示。从上文的分析中可以发现,导致连梁超筋的一个主要原因在于地震作用下连梁两端的强制出现了较大的弯矩,从而造成连梁两端存在剪力差,通过设置双连梁的方式能够将剪力分布到两道连梁之上,从而有效控制超筋。设置双连梁具有较大的优势,主要体现在能够有效降低结构的刚度损失,从而提升了结构的整体抗震能力。但设置双连梁也会进一步降低空间净高,从而影响建筑使用功能。此外,在实际施工过程当中,由于施工条件限制,容易出现两道连梁实际上被浇筑成一道的情况,双连梁无法发挥作用。



2.3 设置连梁交叉斜筋、对角斜筋或对角暗撑
根据《混凝土结构设计规范》的相关规定,当梁的正截面或斜截面承载力不足时可以采用设置交叉斜筋、对角斜筋或对角暗撑的方式直接进行加强。现行《16G101-1》图集也对这三种加强措施的具体构造方式进行了明确的说明,设计人员在施工图绘制时可以直接参考图集中的内容。在建模计算中可以直接在PKPM中的特殊构件补充定义中定义特殊构件。需要注意的一点是,设置交叉斜筋、对角斜筋或对角暗撑都对梁的宽度具有一定的要求,在实际工程项目当中都是以交叉斜筋为主,这主要是由于对角斜筋与对角暗撑对梁宽要求相对较高,在实际中往往缺乏足够的条件。
2.4 设置连梁阻尼器
连梁阻尼器是一种工业化生产的消能减震产品,能够有效降低地震作用下的连梁地震作用。实际上连梁阻尼器就是设置在连梁内部的屈服型阻尼器,此种阻尼器能够有效提升结构的延性变形能力,从而降低连梁所承受的剪力。但连梁阻尼器必须要提前进行工厂定制,同时价格也相对较高。

3.结语
        为了进一步探索提升高层剪力墙结构连梁设计的具体策略,在本文的研究当中对连梁超筋的原因进行了分析,并总结了解决问题的具体策略,希望能对广大设计人员有所启发。
【参考文献】
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