文金雄
广州博厦建筑设计院有限公司海口分公司， 海南 海口 570105
摘要：近年来由于住宅需求的增加和用于建造住宅的土地供应紧张，高层住宅的建造成为众多开发商的首选，而剪力墙结构以其良好的抗震性能，在高层、超高层中得到愈来愈广泛的应用。连梁作为高层建筑的一个重要组成部分，是墙的应力传递纽带的一个重要环节之间的耦合强度、刚度、延性等特性均会对剪力墙的性能产生直接影响。
关键词：高层建筑 剪力墙 连梁 超筋超限设计
一、连梁的受力原理和破坏机理
在风荷载和地震荷载作用下，墙肢产生弯曲变形，使连梁端部产生转角，从而使连梁产生内力，同时连梁端部的剪力、弯矩和轴力又反过来减小了墙肢的内力和变形，对墙肢起到一定的约束作用，改善了墙肢的受力状态。
众所周知混凝土结构的破坏可分脆性破坏和延性破坏两种，高层建筑剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏亦可分为两种，即脆性破坏(剪切破坏)和延性破坏(弯曲破坏)。抗震规范规定了连梁截面的剪压比限值和抗震等级为一级、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。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。连梁在发生延性破坏时，梁端会出现垂直裂缝，受拉区会出现微裂缝，在地震作用下会出现交叉裂缝，并形成塑性绞，结构刚度降低，变形加大，从而吸收大量的地震能量，同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中，连梁起到了一种耗能的作用，对减少墙肢内力，延缓墙肢屈服有着重要的作用。但在地震反复作用下，连梁的裂缝会不断发展、加宽，直到混凝土受压破坏.因此强剪弱弯，连梁的屈服早于墙肢的屈服是连梁设计的两条根本原则，也是对延性连梁处理的基本原则。
二、连梁设计措施 （强剪弱弯的原则）
(1) 对连梁弯矩及剪力进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。剪力墙结构与连梁相连的墙肢刚度大，梁两端的变位差很大，梁剪力就很大，因此，可考虑不影响其承受竖向荷载能力的前提下允许其适当开裂，而把内力转移到墙体，可以在开始进行结构整体计算时就对连梁刚度进行折减。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.2.1条规定，对连梁刚度进行折减。二是在内力计算后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。两种方法都是减小连梁的内力和配筋。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。为避免在正常使用或较小的地震作用下连梁上出现裂缝，调幅后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况下的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震作用组合所得的弯矩设计值。以避免在正常使用或小震作用下连梁开裂。
(2) 在连梁刚度折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，增大连梁的跨高比，以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，从而减小连梁分担的剪力，使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超筋或超限，则可采取调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于20％，且连梁必须满足“强剪弱弯”的要求，否则连梁截面上的平均剪应力超过限值时，若加大截面高度，一般会使作用在连梁上的剪力更大，反而更不利。
(3) 增加剪力墙厚度，亦即增加连梁的截面宽度。其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙，而是小于这个比例，因此也有可能使连梁的受剪承载力满足要求。
（4）提高混凝土强度等级。因混凝土强度等级提高后，其弹性模量增加的比例小于混凝土受剪承载力提高的比例，因而有可能使连梁的受剪承载力不超限。
上述各种措施中，在能满足整体刚度的情况下，应首先采用刚度折减措施，如仍有超限可结合采用其余各种措施。另外，为尽量避免连梁去抵抗平面外弯矩，楼面主梁不宜支撑在连梁上，以免连梁出现裂缝。当楼面次梁支撑在连梁上时，次梁端部应按铰接处理。
三、连梁超限的处理建议
剪力墙结构、框架-剪力墙结构中连梁及筒体结构中的连梁一般较易出现超筋超限现象。对连梁的超筋超限应进行分析判断并应采取适当的处理方法。剪力墙连梁超筋、超限时，可按《高层建筑混凝土结构技术规范》第7.2.24条及7.2.25条的要求进行如下处理：
1连梁受弯超限
连梁受弯超限主要表现为：1）梁端纵向受拉钢筋的配筋率大于2.5%；2）梁端混凝土受压区高度和有效高度之比大于规范限值，一级0.25，二、三级0.35。通过大量高烈度区结构设计实例反映，多数情况下，这类问题并不是很突出。
2抗剪截面超限
连梁抗剪截面超限，即平均剪应力不能满足规范要求。平均剪应力不满足规范要求时构件将会出现斜压破坏，裂缝宽度较大，脆性破坏特征明显；平均剪应力过大时，箍筋充分发挥作用之前，构件将受剪破坏，退出工作。所以对这种类型的超限应妥善处理。
2.1连梁刚度折减，是人为降低梁端弯矩设计值，形成塑性铰，从而控制其实际的弯矩和剪力设计值。在平均剪应力超限不多的情况下，通过连梁折减可取得较好的效果。为控制裂缝开展不要过大，刚度降低不要太多，且保证其正常使用下的工作性能，连梁刚度折减系数不宜太大，根据地震作用、风荷载及恒载下的内力比值合理取值。
2.2增大跨高比，最常用的措施是减小连梁高度，目的也是减小连梁刚度和内力，由于小剪跨比连梁剪切变形比较敏感，适当增大连梁剪跨比，可减小连梁剪切变形的比例。
2.3连梁设置水平缝（双连梁），在不同的跨高比时，横截面积相同的双连梁较单连梁具有更小的剪力和弯矩，轴力增加；由于单连梁变为双连梁，连梁的跨高比增加一倍，使其具有更好的延性。按照这种方案处理的连梁受力性能较好，不但能保证结构一定的刚度而且一般不会出现平均剪应力超限的问题，容易实现弯曲破坏，提高结构延性。
2.4增加连梁宽度。梁加宽后，连梁刚度和截面抗剪承载力线性增加，但其内力并不随梁宽线性增加，从而可使平均剪应力降低，满足规范要求。
2.5设置型钢混凝土连梁；对于一些重要的连梁，当其性能对结构影响较大，但抗剪承载力难以满足要求时，可考虑采用承载力和延性均较好的型钢混凝土梁。一般而言，用型钢混凝土连梁后承载力提高较大，造价也相应的增加。连梁还可以通过在连梁内增设暗撑和交叉钢筋来抵抗剪力。
当按以上方法处理连梁后仍然有较严重的抗剪截面不足的问题，或按以上方法处理的代价太大，可考虑按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）7.2.26条条文说明介绍的方法，即“假定连梁在大震下剪切破坏，不再能约束墙肢，因此可考虑连梁不参与工作，而按独立墙肢进行第二次结构内力分析，它相当于剪力墙的第二道防线，这种情况往往使墙肢的内力及配筋加大，可保证墙肢的安全”。一般情况下，连梁比较短，承受的竖向荷载比较小，不是在重要的部位可以考虑这种方法。
四、结语
综上所述，高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁的内力与结构抗侧力刚度、相连墙肢的刚度、连梁跨高比等因素有关。因此在设计时，问题是比较复杂的，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。因此无论采用哪一种解决方法，都要遵循“强剪弱弯”、“ 强墙弱梁”的原则，保证连梁的耗能作用，确保剪力墙在大震作用下不倒，整体结构的安全。
参考文献：
[1]《高层建筑混凝土技术规程》(JGJ3-2010) 北京：中国建筑工业出版社，2010
[2]陈景毅《连梁的结构设计》[J].建筑学报，2004