高层建筑钢筋混凝土连梁的设计和研究

　　高层建筑是社会生产发展和人们生活需求的产物，是商业化、现代化、城市化和工业化发展的结果。它主要是体现一个国家经济和技术的发展水平。随着我国经济的快速发展，人口不断增加，高层建筑逐渐成为城市发展的标志。剪力墙结构是高层建筑中常见的结构形式，其中，高层建筑剪力墙中的连梁在高层建筑是非常重要的，它主要是连接柱和剪力墙。连梁具有非常多的优点，即梁截面比较大，跨度比较小等。所以，连梁在高层建筑风荷载、水平力以及地震荷载等外力的作用下就会产生比较大的内力。此外，高层建筑剪力墙中的连梁两端的墙肢会因为一些外力的影响产生不均匀的压缩，此时连梁的两端就会发生竖向位移，连梁容易超筋算不过。因此，对高层建筑剪力墙中的连梁设计进行研究具有非常重要的意义。

　　一、高层建筑剪力墙中连梁的工作和破坏机理

　　众所周知，钢筋混凝土的破坏形式可分成两种：脆性破坏和延性破坏。此外，高层建筑联肢墙在水平力和风荷载作用下的破坏形式同样可以分成两种：脆性破坏和延性破坏，这里的脆性破坏也可以称作剪切破坏，而延性破坏就称为弯曲破坏。

　　在高层建筑剪力墙中联肢墙的脆性破坏也可以分为两种，一种破坏是发生在墙肢，另外一种则是连梁先屈服，然后就是墙肢的屈服。墙肢破坏中，墙肢之所以发生脆性破坏主要是因为其抗剪能力不足造成的，由于其抗剪能力比较小，其剪力墙就失去了承载力，因此就造成了墙肢发生脆性破坏。这种形式的破坏，在高层建筑剪力墙设计中是应避免的。脆性破坏的另外一种形式就是连梁的脆性破坏，连梁一旦发生脆性破坏就会使联肢墙各墙肢丧失连梁对墙肢的约束作用。此外，为了防止高层建筑的墙肢在发生弯曲破坏之前就发生脆性破坏，在《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）就明确的规定了抗震等级为一、二级时抗震墙底部加强部位剪力设计值和抗震墙截面的剪压比限值放大系数。

　　在高层建筑剪力墙中连梁的延性破坏也可以分为两种情况，一种破坏形式是连梁不发生屈服现象。墙肢发生的是弯曲破坏，其剪力墙在破坏形式下其产生的极限变形是比较小的，所以，对于那些有抗震设防要求的高层建筑来说，它虽然是一种延性破坏，但是吸收地震能量的能力还是比较低，在其连梁的设计中是可以避免这种现象的出现。另外一种破坏形式则是连梁先屈服，然后就是墙肢的屈服。在这个破坏形式中受拉区则会出现比较细小的裂缝，且梁端也会出现一些垂直裂缝，此外，在地震作用下还会出现一些交叉裂缝，并且形成塑性铰，此时结构的变形就会变大，刚度就会下降，使得大量的地震能量都被吸收，此外，剪力和弯矩的传递还能继续通过塑性铰进行，使得剪力墙的刚度和强度能保持足够大，在这个破坏过程中，连梁的主要作用是耗能、延缓墙肢屈服使墙肢内力不断减少，但是一般在反复作用下，其高层建筑剪力墙中的连梁裂缝就会不断的变宽、增多，一直持续到混凝土出现受压破坏。

　　二、有限元模型

　　（1）材料模型

　　钢筋材料模型采用线弹性模型和双线性弹塑性材料模型。混凝土模型考虑受拉开裂，其受压本构关系采用不带下降段的多折线随动强化模型来定义，本构关系的具体数学模型采用混凝土规范建议的公式（上升段为二次抛物线，之后为水平的直线段）：当εc<ε0时，σc=fc[1-（1-εc/ε0）n]；当εc<ε0<εcu时，σc=fc，式中各参数含义参见混凝土规范。

　　（2）模型建立

　　采用有限元软件ANSYS进行模拟分析，根据实际情况，对钢筋分布比较均匀的剪力墙和楼板采用整体式建模，连梁纵筋采用分离式建模，箍筋按配筋率弥散在混凝土中。混凝土采用Solid65单元模拟，钢筋采用Link8单元模拟，这些单元可以模拟混凝土中的加强钢筋以及混凝土的拉裂、压碎现象，并得到钢筋的应力、应变分布。建模过程中，不考虑钢筋与混凝土之间的滑移，划分网格时钢筋与混凝土单位共用节点，同时不考虑混凝土的压碎。计算时，混凝土闭合裂缝剪切传递系数取为0.95，剪力墙部位张开裂缝剪切传递系数取0.125，连梁部位张开裂缝剪切传递系数取0.5。建模时，墙肢底部所有节点施加全约束，水平荷载施加在模型左端顶部，为使计算收敛，在施加集中荷载处增加刚性垫片。荷载步取10kN逐级加载，直到结构破坏为止。

　　三、连梁的设计措施

　　（1）调整连梁截面高度

　　当高层建筑连梁剪应力比设定的限制值比较高时，此时是不能增加截面高度，主要是因为增加截面高度，其剪应力就会随之增大，其建筑的稳定性就会变差。在截面经调整之后其高度变小之后，此时连梁的刚度也会随之下降，就能保证承载力不高过限制值，其地震作用产生的不利后果就能得到控制。增加过梁，降低连梁高度这是一种比较实用的方法，这种方法使得过梁的两端嵌在剪力墙中，能与剪力墙同时浇筑，大大方便了工程施工。此外，还需要用砌块将剪力墙与连梁之间的空隙填补好。在采用这种方法时连梁的高度设置要合理，不过过大，也不能过小。连梁高度过大，建筑物的稳定性就会下降；连梁高度过小，就不能将过多的能量给消耗掉，墙肢的损害程度也不会降低。

　　（2）设缝变双连梁

　　为了解决连梁减压比不满足要求时的问题，我们可以通过设缝方案来有效解决此问题。连梁水平缝的设置通常可以沿着梁跨度方向全开，当然也可只在梁的两端预留，这种方法可以有效的降低了连梁截面的高度，从而使其跨高比显著提高，当地震发生时，在连梁的中部形成薄弱部分，大变形下在此处开裂形成水平缝，使其形成双梁，使结构承受的地震剪力降低，从而减小了连梁被破坏的机率。

　　（3）折减连梁的刚度

　　高层建筑中的连梁由于其自身特点，其在水平力的作用下产生的内力是比较大的，连梁发生屈服时，其刚度就会逐渐变小，内力也会出现重分布现象，连梁的两端也会出现一些裂缝。所以，在对高层建筑剪力墙连梁设计时就需要将结构的整体计算出来，对连梁的刚度进行折减。在实际高层建筑中连梁的设计一般取值是在0.55到1之间，这主要是为了符合截面设计的要求。对于那些以风荷载为主要控制因素的高层建筑，其折减系数就应该取较大点的数值。

　　四、结语

　　钢筋混凝土连梁在高层建筑中的作用是极为重要的，它的设计是否满足要求将关乎到整栋建筑结构的稳定和使用者的人身财产安全。因此，在进行对连梁设计时，相关设计人员要仔细认真的考虑整栋建筑结构的整体抗震性能。根据建筑工程实践证明只有合理的结构形式才能从根本上解决我们进行结构设计中所遇到的问题，才能保证建筑的整体稳定性，促进我国建筑行业的可持续发展。

相信经过以上的介绍，大家对高层建筑钢筋混凝土连梁的设计和研究也是有了一定的认识。欢迎登陆鲁班乐标，查询更多相关信息。