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【摘要】本文首先阐述了剪力墙的含义、特点、分类以及其设计需遵循的基本原则，在此基础上重点讨论了高层剪力墙结构连梁的设计与分析。
【关键词】高层剪力墙；设计原则；选型
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
一、引言
改革开放以来经济取得了飞速发展，基础设施建设也日趋完善，特别是近几年来，城市化进程加速、加深，各种高层建筑拔地而起，剪力墙是高层建筑的组成部分及常见的结构施工技术，剪力墙以其良好的抗震及抗移等优点获得了广泛应用，剪力墙施工前需要根据住宅进行高层剪力墙结构连梁的设计与分析，这样才能保证其发挥应用的作用。
二、剪力墙结构的概述
1.剪力墙结构的含义
剪力墙结构即是指建筑墙肢的截面高度与厚度的比值在5—8范围内的剪力墙体。当建筑结构内的剪力墙比较多时，多采用筒体和剪力墙共同抵抗水平作用力的剪力墙结构。而在高层建筑的结构中则不宜采用全部剪力墙的结构设计。剪力墙结构的抗震设计，要求墙体承受的第一振型的底部地震倾覆力矩不小于其结构总底部所承受地震倾覆力矩的一半。同时，当墙体较少时，其承受地震倾覆力矩范围可以减少为15％～40％。
2.剪力墙的特点及分类
（一）剪力墙的特点主要包括：
（1）优点：侧移小、抗侧刚度大，吸收地震能量大、结果后自重大，室内墙面平整。
（2）缺点：造价较高、施工程序复杂。
（二）剪力墙的分类主要包括以下几种类型：
（1）实体墙。即为没有开洞或者其开洞面积小于15%的墙体。实体墙的受力特点为墙体的弯矩图既不产生反弯点，也不会发生突变。
（2）整体小开口的剪力墙。即为开洞面积在15%以内
的墙体。它的受力特点为墙体的弯矩图不会发生反弯点，但在连梁处会发生突变。
（3）双肢或多肢的剪力墙。即为洞口成列状分布或者开洞比较大的墙体。这种剪力墙的受力特点与整体小开口的剪力墙大体相似。
（4）壁式框架剪力墙。即为洞口尺寸较大，墙肢线刚度与连梁线刚度较为接近的剪力墙。它的受力特点为弯矩图会在楼层处产生突变，并在建筑的大多数楼层内产生反弯点。
3.剪力墙的结构设计原则
在进行剪力墙的结构设计时，要遵循以下几个方面的原则：
（一）楼层层高与层间最大位移之比的原则。即为在规定和规范遭遇地震作用较多的建筑楼层的最大弹性层间位移值时，除了以变形弯曲为主要形式的高层建筑外，在计算其他建筑时可以不扣除其结构整体的弯曲变形，而转为计算扭转变形。在通常的高层建筑结构计算中，其剪力墙结构的设计计算的重点多为楼层间的扭转变形和剪切变形。其中，剪切变形的控制多是由竖向构件的数量决定的，但竖向构件过多时会引起结构的扭转变形，因此，其对高层建筑的结构设计应该尽可能地减小扭转变形。
（二）连梁超限的原则。这一原则主要指的是在进行剪力墙的设计时，其连梁的跨高比值一般要大于2.5。因为若连梁的跨高比值在2.5以下，则容易造成墙体的弯矩和剪力值超过技术所规定的限值。
（三）楼层最小剪力系数的原则。即指在设计剪力墙的承受地震倾覆力矩值时，要在不超过规定系数范围的前提下尽量地减少剪力墙的布置，以便于楼层的最小剪力系数尽可能地接近设计要求所规范的限值。
三、剪力墙连梁的结构设计
连梁的强度、刚度以及延性是能够对剪力墙结构自身的抗震性能产生较大影响的因素。理想的设计是连梁应比墙肢更早屈服，且连梁的延性非常强。当连梁的端部产生塑性铰时，塑性铰能将地震能量吸收，还可将弯矩与剪力持续传递，对墙肢产生的约束弯矩使得剪力墙能够保持足够的承载力和刚度，而且墙肢底部的塑性铰同样具备延性。因此根据规范“强剪弱弯”设计原则的要求，在进行连梁和墙肢设计时，应使其具备良好的延性，为整个建筑物提供多道抗震防线。实际工程中，当剪力墙连梁截面不满足以上设计原则时，根据现行规范要求，可采取以下几项措施：
1.减小连梁截面高度或增加剪力墙洞口宽度在设计连梁时，当连梁的弯矩或剪力超过规范所规定的限值时，我们一般可以采取减小连梁截面高度或增加剪力墙洞口宽度的方法来减少连梁刚度。这种作法使得结构的整体刚度和地震作用大大降低，最终设计出的连梁承载力能够满足规范要求。
2.连梁在进行抗震设计时，可对其弯矩与剪力进行塑性调幅连梁塑性调幅可采用两种方法：①在内力计算前，将连梁刚度进行折减；②在内力计算后，将连梁弯矩及剪力组合值乘以折减系数。以上两种方法的效果都是减小连梁内力和配筋。
无论用什么方法， 连梁在调幅后的弯矩及剪力设计值都不应低于使用状况下的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震作用组合下所得的弯矩设计值，其目的是避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁上出现裂缝。
抗震设计时，连梁刚度折减系数的取值，应满足连梁正常使用极限状态下的要求，一般与设防烈度有关，设防烈度高时可多折减一些，设防烈度低时可少折减一些，但一般不小于0.5。当连梁刚度折减系数取值小于0.5时，与之相连的剪力墙墙肢设计应当加强，连梁本身必须满足非抗震设计的承载能力和正常使用极限状态的设计要求。因此在内力计算时已经降低了刚度的连梁，其调幅范围应当限制或不再继续调幅，一般情况下可掌握调幅后的弯矩不小于调幅前弯矩（完全弹性）的0.8倍（6、7度）和0.5倍（8、9度）。
3.采用多道设防方法进行设计当连梁破坏后对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋設计，即假定连梁在大震下破坏，不能再约束墙肢。因此可以考虑连梁不参与工作，而按独立墙肢进行第二次结构内力分析，这时就是剪力墙的第二道防线，此时剪力墙的刚度降低，侧移允许值增大，这种情况往往使得墙肢的内力及配筋增大，以保证墙肢的安全。
4.剪力墙连梁在设计时的配筋问题在水平地震荷载作用下，剪力墙连梁的内力变形非常大，连梁的超筋、超限现象非常普遍，虽然在设计时根据规范要求采取了一定的处理措施，但有些连梁超筋、超限问题未能解决。因此有些设计人员将连梁的纵筋、箍筋配的很大，远远超出了连梁的实际最大有效配筋。这种做法不仅在工程造价上产生了极大的浪费，而且未能有效地改善连梁的整体抗震性能。试验数据表明当连梁的剪力设计值超过规范所允许的截面限值时，其所多配置的钢筋未能有效地改善连梁的承载能力，而且还会使连梁变为“强弯弱剪”构件，结构剪切变形的发生先于弯曲变形。这种做法有悖于我们的设计初衷，在设计时应当避免。因此当有些连梁出现超筋、超限且所采取的处理措施未能解决问题时，我们可按照《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.21与7.2.22条公式先计算出连梁所能承担的最大剪力设计值，根据最大剪力设计值再导算出连梁所能承担的最大弯矩设计值，由此计算出连梁纵筋和箍筋的最大配筋值，以满足设计要求。
综上，高层剪力墙连梁作为剪力墙结构体系第一道抗震防线和主要耗能构件，其设计的合理与否直接决定着建筑物抗震性能的好坏。剪力墙连梁的设计应遵循规范所要求的“强剪弱弯”原则，把连梁的延性设计与良好的耗能性能相结合统一，使之在剪力墙结构体系中充分发挥作用。
四、结束语
高层剪力墙结构连梁的设计与分析是剪力墙施工前的重要工作，其设计与分析工作是一项复杂的系统工程，需要结合地形、建筑物的特点等各种因素。
参考文献：
[1]姚琦. 高层住宅剪力墙结构的优化控制因素探讨[D].重庆大学,2011.
[2]李晓莉. 短肢剪力墙结构的抗震性能及设计理论研究[D].西安建筑科技大学,2012.
[3]王涛. 高层住宅剪力墙结构设计与研究[D].山东大学,2011.
【关键词】高层剪力墙；设计原则；选型
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
一、引言
改革开放以来经济取得了飞速发展，基础设施建设也日趋完善，特别是近几年来，城市化进程加速、加深，各种高层建筑拔地而起，剪力墙是高层建筑的组成部分及常见的结构施工技术，剪力墙以其良好的抗震及抗移等优点获得了广泛应用，剪力墙施工前需要根据住宅进行高层剪力墙结构连梁的设计与分析，这样才能保证其发挥应用的作用。
二、剪力墙结构的概述
1.剪力墙结构的含义
剪力墙结构即是指建筑墙肢的截面高度与厚度的比值在5—8范围内的剪力墙体。当建筑结构内的剪力墙比较多时，多采用筒体和剪力墙共同抵抗水平作用力的剪力墙结构。而在高层建筑的结构中则不宜采用全部剪力墙的结构设计。剪力墙结构的抗震设计，要求墙体承受的第一振型的底部地震倾覆力矩不小于其结构总底部所承受地震倾覆力矩的一半。同时，当墙体较少时，其承受地震倾覆力矩范围可以减少为15％～40％。
2.剪力墙的特点及分类
（一）剪力墙的特点主要包括：
（1）优点：侧移小、抗侧刚度大，吸收地震能量大、结果后自重大，室内墙面平整。
（2）缺点：造价较高、施工程序复杂。
（二）剪力墙的分类主要包括以下几种类型：
（1）实体墙。即为没有开洞或者其开洞面积小于15%的墙体。实体墙的受力特点为墙体的弯矩图既不产生反弯点，也不会发生突变。
（2）整体小开口的剪力墙。即为开洞面积在15%以内
的墙体。它的受力特点为墙体的弯矩图不会发生反弯点，但在连梁处会发生突变。
（3）双肢或多肢的剪力墙。即为洞口成列状分布或者开洞比较大的墙体。这种剪力墙的受力特点与整体小开口的剪力墙大体相似。
（4）壁式框架剪力墙。即为洞口尺寸较大，墙肢线刚度与连梁线刚度较为接近的剪力墙。它的受力特点为弯矩图会在楼层处产生突变，并在建筑的大多数楼层内产生反弯点。
3.剪力墙的结构设计原则
在进行剪力墙的结构设计时，要遵循以下几个方面的原则：
（一）楼层层高与层间最大位移之比的原则。即为在规定和规范遭遇地震作用较多的建筑楼层的最大弹性层间位移值时，除了以变形弯曲为主要形式的高层建筑外，在计算其他建筑时可以不扣除其结构整体的弯曲变形，而转为计算扭转变形。在通常的高层建筑结构计算中，其剪力墙结构的设计计算的重点多为楼层间的扭转变形和剪切变形。其中，剪切变形的控制多是由竖向构件的数量决定的，但竖向构件过多时会引起结构的扭转变形，因此，其对高层建筑的结构设计应该尽可能地减小扭转变形。
（二）连梁超限的原则。这一原则主要指的是在进行剪力墙的设计时，其连梁的跨高比值一般要大于2.5。因为若连梁的跨高比值在2.5以下，则容易造成墙体的弯矩和剪力值超过技术所规定的限值。
（三）楼层最小剪力系数的原则。即指在设计剪力墙的承受地震倾覆力矩值时，要在不超过规定系数范围的前提下尽量地减少剪力墙的布置，以便于楼层的最小剪力系数尽可能地接近设计要求所规范的限值。
三、剪力墙连梁的结构设计
连梁的强度、刚度以及延性是能够对剪力墙结构自身的抗震性能产生较大影响的因素。理想的设计是连梁应比墙肢更早屈服，且连梁的延性非常强。当连梁的端部产生塑性铰时，塑性铰能将地震能量吸收，还可将弯矩与剪力持续传递，对墙肢产生的约束弯矩使得剪力墙能够保持足够的承载力和刚度，而且墙肢底部的塑性铰同样具备延性。因此根据规范“强剪弱弯”设计原则的要求，在进行连梁和墙肢设计时，应使其具备良好的延性，为整个建筑物提供多道抗震防线。实际工程中，当剪力墙连梁截面不满足以上设计原则时，根据现行规范要求，可采取以下几项措施：
1.减小连梁截面高度或增加剪力墙洞口宽度在设计连梁时，当连梁的弯矩或剪力超过规范所规定的限值时，我们一般可以采取减小连梁截面高度或增加剪力墙洞口宽度的方法来减少连梁刚度。这种作法使得结构的整体刚度和地震作用大大降低，最终设计出的连梁承载力能够满足规范要求。
2.连梁在进行抗震设计时，可对其弯矩与剪力进行塑性调幅连梁塑性调幅可采用两种方法：①在内力计算前，将连梁刚度进行折减；②在内力计算后，将连梁弯矩及剪力组合值乘以折减系数。以上两种方法的效果都是减小连梁内力和配筋。
无论用什么方法， 连梁在调幅后的弯矩及剪力设计值都不应低于使用状况下的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震作用组合下所得的弯矩设计值，其目的是避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁上出现裂缝。
抗震设计时，连梁刚度折减系数的取值，应满足连梁正常使用极限状态下的要求，一般与设防烈度有关，设防烈度高时可多折减一些，设防烈度低时可少折减一些，但一般不小于0.5。当连梁刚度折减系数取值小于0.5时，与之相连的剪力墙墙肢设计应当加强，连梁本身必须满足非抗震设计的承载能力和正常使用极限状态的设计要求。因此在内力计算时已经降低了刚度的连梁，其调幅范围应当限制或不再继续调幅，一般情况下可掌握调幅后的弯矩不小于调幅前弯矩（完全弹性）的0.8倍（6、7度）和0.5倍（8、9度）。
3.采用多道设防方法进行设计当连梁破坏后对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋設计，即假定连梁在大震下破坏，不能再约束墙肢。因此可以考虑连梁不参与工作，而按独立墙肢进行第二次结构内力分析，这时就是剪力墙的第二道防线，此时剪力墙的刚度降低，侧移允许值增大，这种情况往往使得墙肢的内力及配筋增大，以保证墙肢的安全。
4.剪力墙连梁在设计时的配筋问题在水平地震荷载作用下，剪力墙连梁的内力变形非常大，连梁的超筋、超限现象非常普遍，虽然在设计时根据规范要求采取了一定的处理措施，但有些连梁超筋、超限问题未能解决。因此有些设计人员将连梁的纵筋、箍筋配的很大，远远超出了连梁的实际最大有效配筋。这种做法不仅在工程造价上产生了极大的浪费，而且未能有效地改善连梁的整体抗震性能。试验数据表明当连梁的剪力设计值超过规范所允许的截面限值时，其所多配置的钢筋未能有效地改善连梁的承载能力，而且还会使连梁变为“强弯弱剪”构件，结构剪切变形的发生先于弯曲变形。这种做法有悖于我们的设计初衷，在设计时应当避免。因此当有些连梁出现超筋、超限且所采取的处理措施未能解决问题时，我们可按照《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.21与7.2.22条公式先计算出连梁所能承担的最大剪力设计值，根据最大剪力设计值再导算出连梁所能承担的最大弯矩设计值，由此计算出连梁纵筋和箍筋的最大配筋值，以满足设计要求。
综上，高层剪力墙连梁作为剪力墙结构体系第一道抗震防线和主要耗能构件，其设计的合理与否直接决定着建筑物抗震性能的好坏。剪力墙连梁的设计应遵循规范所要求的“强剪弱弯”原则，把连梁的延性设计与良好的耗能性能相结合统一，使之在剪力墙结构体系中充分发挥作用。
四、结束语
高层剪力墙结构连梁的设计与分析是剪力墙施工前的重要工作，其设计与分析工作是一项复杂的系统工程，需要结合地形、建筑物的特点等各种因素。
参考文献：
[1]姚琦. 高层住宅剪力墙结构的优化控制因素探讨[D].重庆大学,2011.
[2]李晓莉. 短肢剪力墙结构的抗震性能及设计理论研究[D].西安建筑科技大学,2012.
[3]王涛. 高层住宅剪力墙结构设计与研究[D].山东大学,2011.