浅谈连梁设计及配筋计算

田文静

摘要:本文作者结合多年工作经验，对连梁设计进行了分析探讨，并对连梁设计时的配筋计算进行了讨论。

关键词：连梁；设计；配筋计算

Abstract: Combined with years of experience, the author analyses and explores the the design of coupling beam and then discusses the reinforcement calculation in coupling beam design.

Keywords: coupling beam; design; reinforcement calculation

中图分类号: TU973+.3文献标识码：A文章编号：

1 连梁简介及其特点

在剪力墙结构和框架—剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢，墙肢与框架柱的梁称为连梁。连梁一般具有跨度小、截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。一般在风荷载和地震荷载的作用下，连梁的内力往往很大。此外，高层建筑中，由于连梁两端墙肢的不均匀压缩，会引起连梁两端的竖向位移差，这也将在连梁内产生内力。在设计时，即使采取降低连梁内力的各种措施，如：增大剪力墙的洞口宽度、在连梁中部开水平缝、在计算内力和位移时对连梁刚度进行折减、对局部内力过大层的连梁进行调整等，仍难使连梁的设计符合要求。

2 连梁的工作和破坏机理

在风荷载和地震荷载作用下，墙肢产生弯曲变形，使连梁产生转角，从而使连梁产生内力。同时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了墙肢的内力和变形，对墙肢起到了一定的约束作用，改善了墙肢的受力状态。高层建筑剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种，即脆性破坏（剪切破坏）和延性破坏（弯曲破坏）。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，并且进一步增加Ｐ—Δ效应（竖向荷载由于水平位移而产生的附加弯矩），并最终可能导致结构的倒塌。为了实现连梁的强剪弱弯、推迟剪切破坏、提高延性，《高规》7.2.21给出了连梁剪力设计值的增大系数，9度抗震设计时要求用连梁实际抗弯配筋反算该增大系数。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。

3设计的建议

在墙肢和连梁的协同工作中，剪力墙应该具有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷载作用下，结构应该处于弹性工作状态，连梁不应该产生塑性铰。在地震作用下，结构允许进入弹塑性状态，连梁可以产生塑性铰。根据抗震设计规范总则的要求，建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复仍可使用，当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。因此，剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则，同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。因此在实际工程中要使连梁设计满足强剪弱弯的原则就必须考虑以下几个方面：

1）关于连梁刚度的折减。连梁由于跨高比小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝，刚度减弱，内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度，在框架—剪力墙结构中，连梁的刚度可予以折减，折减系数不应小于0.55。一般在实际设计中我们在0.55—1.0之间取值，以符合截面设计的要求。

2）加连梁跨度减少高度。在连梁设计中，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，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，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。

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，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。

4）提高混凝土等级。混凝土等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。

5）地震区高层建筑的剪力墙连梁，在进行了上述调整后，仍有部分不符合承载力要求时，可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求，配置相应的纵向钢筋。此时，如果不能保证连梁在大震时的延性要求，应重新计算整个结构，必要时调整结构布置，使连梁的承载力符合要求。

上述各种措施中，在能满足整体刚度的情况下，可先采用刚度折减，如仍超限可采用其余各种措施。

4连梁的配筋

连梁的配筋应满足《高规》7.2.27条的规定。

一、二级剪力墙底部加强部位跨高比不大于2.0，墙厚≥200mm的连梁，除普通箍筋外宜另设斜向交叉构造钢筋。配置斜向交叉钢筋作为改善连梁抗剪性能的构造要求，不计入受剪承载力。每方向的斜筋面积按下式计算：

非抗震设计时：As≥Vb/2fysina

有抗震设防时：As≥VbγRE/2fysina

式中：Vb—连梁剪力设计值；fy—斜筋的抗拉强度设计值；α—斜筋与连梁轴线夹角；γRE—承载力抗震调整系数，取0.85。

根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计和施工规程》，在连梁设计方面，对于连梁非抗震设计，抗震设计时跨高比大于2.5及小于2.5两种情况，在截面受剪承载力及配筋方面均有不同规定：

当跨高比>2.5时：V≤0.2βcfcbbhb0/γRE

当跨高比≤2.5时：V≤0.15βcfcbbhb0/γRE

V=[ηvb（Mlb+Mrb）/Ln]+VGb

9度时，尚应满足V=[1.1（Mlbua+Mrbua）/Ln]+VGb

式中：V—梁截面组合的剪力设计值；;Ln—连梁的净跨；VGb—连梁在重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值；Mlb，Mrb—分别为梁左右端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值；Mlbua，Mrbua—分别为梁左右端截面反时针或顺时针方向实际的正截面抗震能力所对应的弯矩值。

当连梁不能满足上述要求时，可做如下处理：①减小连梁截面高度（或在连梁中加水平缝）；②当连梁的破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可对连梁弯矩进行再调幅，当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位的连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高（可按减小后的连梁进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋）。

5连梁超筋处理

剪力墙结构设计中连梁超筋是一种常见现象。在某段剪力墙各墙肢通过连梁形成整体，成为联肢墙或壁式框架，使此墙段具有较大的抗侧刚度，能达到次目的主要依靠连梁的约束弯矩。连梁的超筋实质是剪力不满足剪压比的要求。从剪力墙的简化计算方法得知，连梁作为沿高度连续化的连杆处理，由总约束弯矩得每层连梁约束弯矩，再有约束弯矩得连梁剪力，从剪力得到弯矩。由于连梁一般由竖向荷载产生的剪力值较小，剪力主要由约束弯矩产生。连梁易超筋的部位，竖向楼层在一般剪力墙结构中，总高度的1/3左右楼层；平面中，当墙段较长时其中部的连梁，某墙段中墙肢截面高度（即平面中的长度）大小悬殊不均匀时，在大墙肢连梁易超筋。连梁超筋可按《高规》第7.2.26处理。

在结构计算时这类连梁往往发生受剪承载力的超限，这时可以将受力筋均匀布置，同时考虑到连梁以承载水平荷载为主，支座弯矩主要由水平荷载引起，在反复的水平荷载作用下支座截面上、下受拉筋面积相近，可以采用截面对称配筋。在连梁配筋中，配置平行筋往往导致斜向受拉破坏或由于箍筋过量而发生剪切滑移破坏，这些破坏将导致连梁的滞回曲线变坏，耗能能力下降。若采用菱形配筋方式，可以克服这些不足之处。

6结束语

高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度、与之相连的墙肢刚度等都有关。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。

参考文献

[1]混凝土设计规范(GB50010-2010).中国建筑工业出版社,2010.

[2]建筑抗震设计规范(GB50011-2010).中国建筑工业出版社,2010.

[3]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010).中国建筑工业出版社,2010.