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建筑结构技术通讯2008.11论文编号zby25对“双连梁”的认识与设计建议朱炳寅中国建筑设计研究院连梁作为重要的抗震耗能构件在汶川地震中起到了耗散地震能量的重要作用，“双连梁”作为对超筋连梁的一种特殊处理手段，以其在地震中的良好表现而在震后广为推崇。本文结合工程实践对水平设缝的双连梁进行探讨。1.对双连梁的等效所谓“双连梁”指在连梁中部以水平缝隔开的上下两根连梁。对双连梁的设计由来已久，一般用来处理连梁的超筋问题。当连梁超筋时，采取在连梁中部设置水平缝的办法，将整个截面高度的连梁分割成两个截面高度相等（或相近）的小截面连梁，受计算手段的限制，结构设计中通常将开缝双连梁进行简单等效，即按连梁抗剪截面面积相等的原则等效（见图1（c）），等效连梁的宽度为小截面连梁宽度的2倍，高度与小截面连梁相等，按简单等效后的连梁截面进行结构分析计算，再根据计算结果对设置水平缝的连梁进行配筋设计。2.简单等效存在的问题对“双连梁”按连梁抗剪截面面积相等的原则进行简单等效后，其截面的抗剪承载力没有改变，但等效引起了连梁实际抗弯承载力及受力状况的巨大改变，且这种改变在多遇地震及罕遇地震作用下都存在危及结构安全的重大缺陷。在水平缝上下设置的连梁为一对组合连梁，与并排设置的两根同截面连梁完全不同，两根并排设置的连梁，其截面特性可以是每根连梁的简单叠加（A=A1+A2，EI=EI1+EI2），而上下并排设置的连梁的截面特性不再遵循两根梁的简单组合原则（A=A1+A2，EI≠EI1+EI2），连梁的实际抗弯能力比两根并排设置的单梁有大幅度的提高，其主要原因是上、下设置的连梁承担着附加轴力，轴力形成的内力偶对外力起平衡作用，实际连梁的抗弯刚度与等效连梁之间存在很大的差异，此处以算例（此算例由杨婷工程师完成）比较并说明之。建筑结构技术通讯2008.11论文编号zby25（a）等效前(b)按抗弯刚度等效(c)简单等效图1对双连梁等效某单片钢筋混凝土剪力墙，墙厚200mm，其他尺寸如图1（a），比较可以发现，按抗弯刚度相等原则等效的连梁截面为200mm×1460mm，简单等效的连梁截面为400mm×900mm，前者抗弯刚度是后者的1.56倍，是不开缝连梁（200×1900）的0.454倍。对连梁抗弯刚度估算的偏差将导致结构计算内力的很大变化：1）在多遇地震作用下，连梁的超筋多为抗剪截面不够，采用简单等效的小截面高度连梁计算，则连梁刚度过小，表面的计算结果合理，掩盖了实际连梁刚度大而引起的连梁抗剪承载力的不足（连梁强弯弱剪）的矛盾。而按小截面连梁计算出的连梁纵向钢筋，配置在实际抗弯刚度较大的双连梁上，将导致实际连梁吸收过多的地震弯矩，使连梁承担比计算大得多的地震剪力，不符合强剪弱弯的基本设计原则，地震作用时，极易出现梁端的剪切破坏，使连梁过早地退出工作；2）在罕遇地震作用时，由于连梁剪切破坏而退出工作，使连梁两侧的墙肢变成独立墙肢，导致墙肢地震作用效应的急剧增加，由于结构设计时没有按《高规》第7.2.25条的规定，“考虑在大震下连梁的不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析，墙肢按两次计算所得的较大内力进行配筋设计”，大震时墙肢存在破坏可能，结构构件的各个击破，给结构的防倒塌带来威胁。3）计算连梁刚度过小时，将导致连梁分担的地震作用减小，大大加大了墙肢的负担（但还不足以承担连梁剪切破坏时墙肢的地震作用），结构设计经济性差。4）汶川地震中“双连梁”的表现，证明设置“双连梁”对抗震耗能有一定的作用，但仍无法消除结构设计人员对“双连梁”设计方法的忧虑。3.超筋连梁的处理建议1）对超筋连梁可参考文[2]的方法处理，其处理的根本目的是：在确保连梁强剪弱弯的前提下，尽可能充分利用连梁的有效截面和刚度吸收地震能量并耗能，合理确定墙肢内力及配筋，达到既满足抗震设计要求，又节约投资的目的；处理的方法是：依据连梁截面建筑结构技术通讯2008.11论文编号zby25抗剪承载能力反求连梁所能承担的最大弯矩，注意，此处与抗弯承载力控制的梁端塑性铰不同的是：塑性铰是在梁端抗剪承载力足够的情况下，寻求梁端的最大抗弯承载力，形成以梁端抗弯承载力控制的塑性铰，为便于说明问题，此处称其为“弯矩铰”；而文[2]寻求的是与连梁梁端最大抗剪承载力相匹配的最大梁端弯矩，形成以梁端抗剪承载力控制的塑性铰，此处称其为“剪力铰”。文[2]的建议是针对目前程序不具备“剪力铰”计算功能所提出的解决办法（即通过采用减小连梁计算截面高度进行试算的办法，寻求在连梁的计算剪力不大于实际连梁截面抗剪承载力的前提下，连梁的最大计算弯矩），当程序具备“剪力铰”功能时，对超筋连梁的处理将变得更加简单。4.小结1）对超筋连梁采用设置水平缝的双连梁时，应采用合适的程序（如ETABS等）计算，对连梁应采用合适的等效截面；2）对超筋连梁采用设置水平缝的双连梁，并采用简单等效方法确定连梁的计算截面时，由于在计算假定、截面选取等方面存在诸多困难，实际连梁与等效连梁在设计计算及受力模型上存在很大的差异，且难以确保大震下连梁的强剪弱弯，易造成大震下结构及构件的各个击破，难以实现大震不倒的抗震设计基本要求，不建议在抗震建筑尤其是强震区使用；3）有条件时对超筋连梁可采用文[2]建议的方法，以最大限度地利用连梁的实际承载力，优化设计。4）设计软件可设置“剪力铰”单元，以方便设计。参考文献1.高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002.北京.中国建筑工业出版社.20022.朱炳寅.混凝土剪力墙连梁的设计计算及超筋处理.建筑结构.技术通讯2007.3