连梁设计若干问题的探究

连梁设计若干问题的探究
在我们现代高层建筑中，剪力墙的重要性是显而易见的，它作为一个承重部位，在高度和宽度跟其他结构相比，比重都很大。

有时它的跨高比会接近1。

由于我们在设计时并没有一个明确的标准，所以往往无所适从。

因此，设计师必须在设计时进行周密的计算，以免造成结构上的不合理，给整个建筑带来危害。

一、连梁的作用
剪力墙这种结构一般都在高层的建筑中使用，为的是减轻高层建筑的重力，可以说是一种安全结构。

因为压力较大，连梁在受力不均匀的情况下会出现裂缝，甚至自身出现内力。

剪力墙中的连梁通常梁高较大，跨度却相对较小，剪力墙结构在高层民用建筑中采用，连梁跨高比小于2.5，有时甚至接近1[1]。

比较理想的剪力墙状态应该是这样的：塑性铰出现在连梁两侧的底部，并慢慢的扩散，后期扩散至整个墙底，这样会使抗震能力等性能得到大幅度提升。

延展性是连梁的一个重要性能，延展性的强弱直接关系到连梁的承载能力，并对混凝土截面起到积极的约束作用。

二、剪力墙的破环状态
剪力墙一般会在外部环境的影响下会出现结构被破环的情况，情况分为两类，第一类叫做脆性破环，第二类叫做延性破坏。

第一类破环是由于墙体的发生剪切破坏，这样的破坏很有可能直接导致突然的崩溃，但只要连梁不是承载竖向压力的连梁，就不会发生大规模的坍塌，因为连梁在被破坏的时候，会形成为数众多的单体墙，这会极大地降低危险性。

除脆性破坏之外，还会出现延性破坏。

延性破坏可以划分成两种，第一个是连梁～墙体，第二个是墙体～连梁，这里的顺序是在承受压力的作用下，墙体和连梁的被破坏顺序。

当连梁拥有很强的延性时，便会产生大量塑性铰，塑性铰可以对墙体起到约束作用，从而保证了建筑的安全。

所以，在进行连梁设计时必须注意到延性这一重要的因素。

三、连梁设计问题
我们在对连梁进行设计时，必须要解决截面宽度，并且降低内力，为此我们必须采取一些非常必要的措施。

连梁的跨高比很小，内力很大，为了解决截面的问题，我们在设计过程中规定在1到0.55这一范围里任意取数字进行计算。

因为连梁的刚度会根据混凝土的破损情况而降低，所以我们要注意对连梁的刚度进
行减小，坚持‘强剪弱弯’的原则，增强延性[2]。

我们的设计原则总是随着外部环境因素而进行变化的，当建筑是以地震作为控制因素的时候，我们应该将刚度系数取到最小，但不可低于0.55。

而如果考虑强风的话，刚度系数则不能太小，但也不可大于1。

前文提到的竖向承载是一种内力计算方法，除此之外，还有一种就是水平承载。

竖向承载的情况下，我们应该减小耦合梁的硬度，并降低梁底的弯矩。

在水平承载的情况下，连梁的硬度会下降。

在设计的同时，我们还要注意高层建筑所要面对的风荷载，当我们连梁正面截面硬度降低时，耦合梁的斜面承受压力很难调整，所以这个时候我们为了减轻每一块墙的承受能力，必须增加剪力墙的数量，或者在连梁中间部分开一条水平的缝隙。

这都是符合标准的设计方案。

四、设计时连梁截面的配筋计算
连梁是剪力墙里面最大的一个抗震构造，连梁的安全系数与剪应力有着直接的关系。

尤其是小高跨比的情况下，影响更大。

我们要对截面的面积做出规定，限制截面的平均剪应力。

在没有抗震等外部条件限制的情况下，我们的计算公式为Vb≤0.25Bcfcbbhbo，在有抗震的条件限制下，我们要看连梁跨高比，当连梁跨高比比2.5大时，我们的公式为Vb≤1CRE（0.20Bcfcbbhbo），当连梁跨高比小于2.5时，公式就变成了Vb≤1CRE（0.15Bcfcbbhbo）。

Vb是连梁的剪力设计值，bb代表了混凝土的强度，fc是混凝土的抗压能力，cre是构件的承载力调整值。

连梁的截面计算我们大致认为可以分为受弯承载力和受剪承载力两个方面。

受弯承载力和梁一样，规程中并没有什么条文限制。

由于一般的连梁都是对称配筋，所以可以按照双筋截面进行计算，这个受压区最小。

我们一般用受拉钢筋对受压钢筋的作用力为基准，可以算出受弯承载力。

斜截面的受剪承载力是连梁截面里面最重要的部分，要特别注意剪力设计值需要调整，用来保证连梁的强剪弱弯原则。

当我们需要进行抗震考虑时，公式为Vb≤1CRE（0.42ftbbhbo+fyvAsvshbo）（跨高比大于2.5），Vb≤1CRE（0.38ftbbhbo+ 0.9fyvAsvshbo）（跨高比小与2.5）非抗震时为Vb≤0.7ftbthbo+fyvAsvshbo。

Ft是混凝土的轴心抗拉强度，Asv 是全部截面面积。

Fyv是箍筋抗拉强度，s则为箍筋距离。

五、对于连梁设计的建议
剪力墙作为一个重要的结构必须要有足够的刚度和强度，当外部限制为风荷载时，我们的结构应该处在弹性的工作状态里，不能产生塑性铰。

当外部限制为抗震条件下，我们则允许结构拥有弹塑性，并允许结构产生塑性铰。

我们的设计
应该达到强剪弱弯的原则，因为我国规定建筑物在考虑到扛震准则的情况下，地震来临时建筑物如果不发生损坏仍然可以使用，但是当遭受罕见的强震时，建筑物不能够倒坍或者崩坏。

当我们在配筋时，设计者们大多数时候都会调整纵筋与箍筋的比率，用来满足设计的需求，但这个方法经过研究是没有多少效果的，并不能够改变剪切脆性破坏的属性，并且会浪费钢筋。

因此我们建议在配筋时使用菱形配筋方法，菱形配筋方法可以避免平时使用的斜交叉配筋所带来的对角线钢筋坡度平坦，抗剪能力提高不足，浪费钢筋等缺点。

连梁在进行铰接处理时，也需要进行良好的设计，当连梁没有承重任务时，可以将连梁设定为在大地震情况下不工作。

墙体应该按照经过两次计算后的内力配筋，它的本质就是将连梁按照铰接进行处理。

但它必须满足正常的使用状态。

此外我们还应该注意当连梁跨高比小于等于2时，要配置对角斜向钢筋，当连梁的跨高比小于等于1的时候，则应配置交叉暗撑。

主梁也应该避免支撑在连梁上，因为连梁并没有足够的抗扭硬度，在自身硬度不够的情况下，地震来临时也伴随着被破坏的危险。

结束语：
高层建筑中的连梁设计是建筑学里的一个重点问题，建筑标准，刚度，内力等因素都会对其产生巨大的影响。

我们必须本着‘强剪弱弯’，‘强墙弱梁’这几个设计原则进行连梁的设计，并善于利用新型技术材料。

使其在抗震抗风的外部压力中切实保证我们的建筑安全。

参考资料：
[1]冯运琴. 高层建筑剪力墙结构连梁设计中的问题[J]. 科技资讯，2013
[2]吴学敏. 高层建筑剪力墙中连梁设计的探讨[J]. 建筑结构学报，1995。