关于解决剪力墙连梁设计时截面抗剪超限的几种方法的探讨

关于解决剪力墙连梁设计时截面抗剪超限的几种方法的探讨【摘要】本文以新版结构设计规范为基准，以新版结构设计软件为依托，通过总结工程设计中的经验，简述了剪力墙设计时，解决剪力墙连梁在结构整体计算中，连梁剪压比超限的几种较为简单的处理方法。【关键词】剪力墙连梁；剪压比超限连梁处理方法1引言近些年来，随着建设脚步的加快，建设场地的不断紧缩，高层建筑在建筑市场占据的比例越来越高。从现在的建筑设计实例及市场实际情况来看，剪力墙结构、框架—剪力墙结构在高层中应用的份额又占有相当大的比例，自然剪力墙的设计工作成为了每一个结构设计人员经常接触且必须熟悉掌握的内容。从结构设计方面来讲，在结构整体计算中，剪力墙连梁经常会出现断面不足、抗剪不足的超限情况，即我们常说的连梁剪压比超限。从实际工作出发，以结构设计规范为最基本的出发点，总结和掌握几种处理此类连梁超限的方法就显得尤为重要。2新建建筑结构设计时剪力墙连梁超限的几点处理方法自2010年以来新版设计规范陆续更新，在新版设计规范中，对剪力墙连梁的地震作用及抗震措施有了一定的改进及修订。较前一版规范相比，一部分概念与计算提出了更具体的解释和规定，从而让设计人员可以更清晰地理解及应用。以下就是以新版规范为基本出发点，总结多年结构设计的经验，提出的几种剪力墙连梁剪压比超限的处理办法。2.1减小连梁断面《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中第7.2.26条第1款明确指出，剪力墙连梁不满足截面抗剪时，可减小连梁截面高度或采取其他减小连梁刚度的措施。此方法是最容易让人理解也最容易应用的一种方法。当减小连梁的断面，实际上就是降低了连梁自身的刚度，在地震力或其他荷载作用时，其吸收的荷载效应就会相应减小，从而使其更容易满足截面抗剪的要求。2.2增大剪力墙开洞洞口宽度，尽量满足剪力墙连梁跨高比大于2.5此方法的基本方向就是增大剪力墙连梁的跨高比。不难理解，增大剪力墙开洞洞口宽度，随之剪力墙连梁的跨高比增大，同时也降低了与其相连的剪力墙墙肢的刚度，从而在结构整合受力分配上，降低了此处作用力的分配。另外，由《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中第7.2.22条及7.2.23条不难看出，剪力墙连梁跨高比大于2.5的与不大于2.5的调整系数是不一样的，不大于2.5的连梁要求更严格，相反的就可以得出结论，大于2.5的连梁截面更容易满足抗剪的要求。所以，在我们进行结构设计时，如果不受其他条件的限制时，应尽量将连梁的跨高比控制在5～2.5的范围之间，甚至可以将其跨高比调整至大于5的范畴，从而按框架梁进行结构设计。当然，本方法需要在工程设计中结合实际情况，由设计人员经过多次计算从而得到即保证结构整体刚度而连梁又不出现超限的最优结合点。2.3剪力墙连梁增设斜向交叉钢筋《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第11.7.10条规定，对于一、二级抗震等级的连梁，当跨高比不大于2.5时宜设置斜向交叉钢筋，并且明确规定了增设斜向交叉钢筋的连梁其截面抗剪计算的公式。而旧版规范中，只是简单说明了增设斜向交叉钢筋的构造要求，并没有计算公式，所以在过去的结构设计中，结构整体计算无法考虑斜向交叉钢筋的作用，设计人员也只能按构造性的增设斜向交叉钢筋，并没有其他实质性的设计依据。依据新版规范，现在的结构设计软件已经可以考虑斜向交叉钢筋的实际作用，从《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第11.7.10条的规定也不难看出，增设了斜向交叉钢筋的连梁，其截面抗剪比普通的跨高比大于2.5的连梁更容易满足要求。因此，我们在结构设计中，有些连梁确实是受条件限制而跨高比无法大于2.5时，我们可以在计算时约定其增设斜向交叉钢筋，截面抗剪就很容易满足了。当然了，此种方法有一个使用条件，即连梁跨高比不大于2.5且其截面宽度不得小于250mm，希望广大设计人员不要忽略。2.4采用强连梁强连梁即跨高比相对较小的连梁，多数使用在为了平衡建筑物同一方向其两侧的刚度均衡、控制结构位移满足规范要求的情况中。此种方法增大了连梁的截面，虽然跨高比相对较小，但因其截面足够大，从而可以满足截面抗剪的要求。当然，此种方法一般是属于受条件限制的情况下不得已而采用的一种方法，建议不要优先采用，否则会提高结构的整体刚度而造成不必要的经济浪费。2.5采用开缝连梁开缝连梁是指将一道截面相对较大的连梁，在其截面高度中点位置设置一道20mm左右的缝隙，从而将原一道连梁分为两道紧挨设置的连梁。此种方法也是《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中第7.2.26条第1款规定下延伸的一种方法，与本文第2.1条所述方法有异曲同工之处，其主旨实际上也是为了降低连梁的刚度，同时分开的两道连梁其跨高比也得到相应增大，从而使其更容易满足截面抗剪的要求。本方法也是很容易理解的，由截面的抗弯刚度和抗剪刚度的计算公式不难看出，当一强连梁中间开缝变为两道连梁时，其总的抗弯刚度相对降低较多，而抗剪刚度却基本上没有降低，从而其抗剪更容易满足要求。当然，此种方法可以有效地解决一些强连梁的抗剪超限问题，但本人不推荐优先或大量使用此种方法，因为在采用此种方法时，势必会给后期的结构施工带来一定的困难，同时也不容易保证结构的施工质量。2.6合理布置剪力墙连梁位置由工程设计的实际情况及对结构整体平面布局的分析不难看出，剪力墙的布置也会对剪力墙连梁的超限产生较大的影响。例如当一片剪力墙开洞形成一道连梁时，若一端剪力墙墙肢较长，而另一端剪力墙墙肢较短时，此类连梁就很容易出现截面抗剪超限的情况，这与两片剪力墙墙肢在结构整体受力的分配上是有关系的。所以在结构设计中，在不受条件限制的情况下，应尽量避免连梁两侧墙肢刚度相差较大的情况，把剪力墙连梁截面抗剪超限出现的隐患消亡于初始状态。2.7降低剪力墙连梁刚度折减系数《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中第5.2.1条规定，高层建筑结构地震作用效应计算时，可对剪力墙连梁刚度予以折减，折减系数不宜小于0.5，且其条文解释中明确，在高设防烈度区可折减多一些。而我们在实际工程设计中，由于结构整体计算的需要或个人习惯等因素，连梁的刚度折减系数往往留有一定的余地（例如8度设防烈度区采用0.6）。而在结构整体计算基本确定后，往往有一部分连梁刚好处于截面抗剪超限的边缘（不超限或刚刚超限），此时就可以采用降低此类连梁的刚度折减系数，从而降低此类连梁的刚度，使作用力向其他部位分配，从而满足截面抗剪的要求。当然，一定要强调的是，刚度折减系数不宜小于0.5，以保证连梁承受竖向荷载的能力。2.8综合方法从标题不难看出，本方法其实就是对前述几种解决连梁截面抗剪超限方法的综合使用。此种方法需要结构设计人员结合工程的实际情况，从工程结构整体计算的超限信息所反映的超限情况，具体问题具体分析，从不断地整体计算中，采用两种或几种方法的结合，从而得到最优的解决连梁超限的方法措施。简单举一工程设计中的实例，某一跨高比大于2.5的连梁截面抗剪超限，采用了增大其断面使其跨高比小于2.5的同时增设了斜向交叉钢筋，此连梁截面抗剪满足了要求。3结语剪力墙设计在现阶段工程设计中越来越普遍，而剪力墙连梁在结构整体计算中经常会出现截面抗剪不足的问题，这成为结构设计人员普遍头疼却又不好解决的问题。随着2010年以来新版结构设计规范的陆续更新，有关剪力墙连梁结构设计时采用的措施有了更好的理论和技术支持，从而给结构设计人员提供了更多处理剪力墙连梁超限方法的支持。本文仅是简单的从理论上对几种方法的可行性进行了探讨，希望对广大结构设计人员，尤其是一些刚刚参加工作或刚刚接触剪力墙设计的人员起到一定的帮助作用。当然，方法是多种多样的，这需要结构设计人员在工程设计中，不断地总结和积累经验，从而得出更多更好的解决剪力墙连梁截面抗剪超限的方法，并不断应用到工程结构设计当中去，为社会主义的建设发挥我们的微薄之力。