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[摘 要]随着社会经济的持续发展，高层建筑结构设计越来越普遍，设计师在高层建筑混凝土结构设计计算中不可避免的会遇到剪力墙连梁超限的问题。本文对高层建筑混凝土结构设计中连梁的受力特点、结构分析及其设计要点进行阐述，便于同行在设计剪力墙结构、框架剪力墙结构及筒体结构的连梁时能够有的放矢，做到经济合理、安全可靠。
[关键词]高层；连梁；受力和变形；
中图分类号：TP771 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0107-02
一、连梁定义
《高层建筑混凝土结 构技 术规程》（JGJ 3—2010）（简称高规）第7.1.3条文说明指出，连梁是指两端与剪力墙在平面内相连的梁。在剪力墙结构、框架-剪力墙结构以及框架核心筒结构等结构体系中，两端都与剪力墙相连，并且与剪力墙在平面内相连的钢筋混凝土梁才称之为连梁。需要特别说明的是，一端支承在剪力墙上，另一端支承在框架柱的梁，一般不作为连梁考虑，应作为普通梁考虑。
二、连梁受力和变形
在高层混凝土剪力墙结构体系中，连梁计算的调整相当频繁，跨度一般都比较小。和普通框架梁在受力特点上的明显区别是：1）竖向荷载下连梁产生的弯矩和剪力一般较小，而水平风荷载或者水平地震作用下剪力墙墙肢产生变形，连梁梁端产生相对转动，使得连梁产生弯矩和剪力；2）连梁端部的弯矩、剪力和轴力反作用于墙肢，使墙肢、连梁形成共同作用，减少了墙肢的内力和变形，对墙肢起到了一定的约束作用，改善了墙肢的受力状态。高层建筑剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种，即脆性破坏（剪切破坏）和延性破坏（弯曲破坏）。连梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力，沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时，各墙肢丧失了连梁对其的约束作用，将成为单片的独立梁。这会使结构的侧向刚度降低较大，变形增大，墙肢弯矩增大，并且进一步增加P-Δ效应，最终可能导致结构的倒塌。连梁在发生延性破坏时，梁端会出现垂直裂缝，受拉区会出现微裂缝，在地震作用下会出现交叉裂缝，并形成塑性铰，结构刚度降低，变形增大，从而吸收大量的地震能量，同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中，连梁起到了一种耗能的作用，对减小墙肢内力、延缓墙肢屈服有着重要的作用。但在地震反复作用下，连梁的裂缝会不断发展、加宽，直到混凝土受压破坏。
三、实例分析
高规中第7.1.3条规定“跨高比不小于5的连梁宜按框架梁设计”，故这类连梁宜按框架梁输入计算，并且可称这类梁为框架式连梁或“弱连梁”。《全国民用建筑工程设计技术措施结构（混凝土结构）》（2009年版）第5.1.14条将跨高比不大于2.5且梁高不小于400mm的连梁称为“较强连梁”（简称为强连梁）。故本文将连梁分为三大类：强连梁（跨高比≤2.5且梁高>400mm的连梁）、连梁（2.5<跨高比<5的连梁）、弱连梁（跨高比≥5的连梁）《建筑抗震设计规范应用与分析GB 50011—2010中建议当实际连梁截面高度<400mm且连梁跨度也较小时，也应判定为弱连梁。连梁一般情况下截面大、跨度小，且与其相连的墙体刚度大，因此在水平力作用下连梁内力往往很大，特别是抗震设防烈度较高时，连梁容易出现超筋现象。高规和《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（简称抗规）等给出了一些处理方法：1）减小连梁截面高度或采取其他减小连梁刚度的措施；2）剪力墙连梁的弯矩可塑性调幅（在内力计算前将连梁刚度进行折减或者在内力计算后将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数）；3）当连梁破坏对承受竖向荷載无明显影响时，按独立墙肢的计算简图进行多遇地震作用下的内力分析，墙肢截面按两次计算的较大值进行配筋；4）跨高比较小的连梁，可设水平缝形成双连梁、多连梁，使其破坏形态从剪切破坏变为弯曲破坏；5）跨高比小的连梁配置斜向交叉暗撑，可以改善其抗剪性能。本文通过具体实例分析了连梁计算模型，进行单、双连梁的比较，提出具体做法构造，供实际工程参考。
3.1高层剪力墙结构实例分析
某28层住宅剪力墙结构，剪力墙抗震等级为二级，标准层层高为2800mm，其结构标准层平面布置如图1所示。运用PKPM系列软件对图1中的椭圆标注的剪力墙连梁LL1（连梁截面为250×400，跨度为1350mm，跨高比为3.4）、长方形标注的剪力墙强连梁LL2（连梁截面为250×750，跨度1800mm，跨高比为2.4）、LL3（连梁截面为250×1400，跨度为1800mm，跨高比为1.3）以及云线标注的剪力墙弱连梁LL4（连梁截面为250×450，跨度为2400mm，跨高比为5.3）分别按框架梁输入分析和按剪力墙开洞口方式输入分析，得出表1，2，3，4的计算结果。
3.2框架-剪力墙结构连梁实例分析
某23层办公框架剪力墙结构，剪力墙抗震等级为二级，标准层层高为3800mm，其结构标准层平面布置如图2所示。
运用PKPM系列软件对图3中的椭圆标注的剪力墙连梁LL1（连梁截面为300×1300，跨度为3000mm，跨高比为2.3）、长方形标注的剪力墙强连梁LL2（连梁截面为300×600，跨度为2100mm，跨高比为3.5）按框架梁输入分析和按剪力墙开洞口方式输入分析，得到表1的计算结果。
由表1可知，不同的框架-剪力墙结构连梁计算模型对内力配筋的影响很大，连梁LL1，LL2弯矩按剪力墙开洞口方式输入比按框架梁输入分别小41.35%，5.45%，连梁LL1，LL2剪力按剪力墙开洞口方式输入比按框架梁输入分别大6.3%，7.27%。由以上分析可知，框架-剪力墙结构中连梁在PKPM计算软件中输入方式也有所不同：当连梁类型为强连梁以及连梁时，应采用墙开洞模型计算；当连梁类型为弱连梁时，应采用梁元模型计算。
四、结语
高层建筑中影响连梁设计因素很多，建筑要求、连梁刚度、跨高比、墙肢的内力和刚度等均可能对其设计产生影响。因此设计连梁时要考虑连梁和墙肢的协同工作，相互影响，应根据“强墙弱梁”的设计原则，同时还应符合“强剪弱弯”的要求，使连梁的屈服早于墙肢屈服，使连梁充当第一道抗震防线，弯曲破坏早于剪切破坏，增强其延性，避免结构损伤的发生，达到理想效果。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3—2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施结构（混凝土结构）[M].北京：中国计划出版社，2012.
[关键词]高层；连梁；受力和变形；
中图分类号：TP771 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0107-02
一、连梁定义
《高层建筑混凝土结 构技 术规程》（JGJ 3—2010）（简称高规）第7.1.3条文说明指出，连梁是指两端与剪力墙在平面内相连的梁。在剪力墙结构、框架-剪力墙结构以及框架核心筒结构等结构体系中，两端都与剪力墙相连，并且与剪力墙在平面内相连的钢筋混凝土梁才称之为连梁。需要特别说明的是，一端支承在剪力墙上，另一端支承在框架柱的梁，一般不作为连梁考虑，应作为普通梁考虑。
二、连梁受力和变形
在高层混凝土剪力墙结构体系中，连梁计算的调整相当频繁，跨度一般都比较小。和普通框架梁在受力特点上的明显区别是：1）竖向荷载下连梁产生的弯矩和剪力一般较小，而水平风荷载或者水平地震作用下剪力墙墙肢产生变形，连梁梁端产生相对转动，使得连梁产生弯矩和剪力；2）连梁端部的弯矩、剪力和轴力反作用于墙肢，使墙肢、连梁形成共同作用，减少了墙肢的内力和变形，对墙肢起到了一定的约束作用，改善了墙肢的受力状态。高层建筑剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种，即脆性破坏（剪切破坏）和延性破坏（弯曲破坏）。连梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力，沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时，各墙肢丧失了连梁对其的约束作用，将成为单片的独立梁。这会使结构的侧向刚度降低较大，变形增大，墙肢弯矩增大，并且进一步增加P-Δ效应，最终可能导致结构的倒塌。连梁在发生延性破坏时，梁端会出现垂直裂缝，受拉区会出现微裂缝，在地震作用下会出现交叉裂缝，并形成塑性铰，结构刚度降低，变形增大，从而吸收大量的地震能量，同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中，连梁起到了一种耗能的作用，对减小墙肢内力、延缓墙肢屈服有着重要的作用。但在地震反复作用下，连梁的裂缝会不断发展、加宽，直到混凝土受压破坏。
三、实例分析
高规中第7.1.3条规定“跨高比不小于5的连梁宜按框架梁设计”，故这类连梁宜按框架梁输入计算，并且可称这类梁为框架式连梁或“弱连梁”。《全国民用建筑工程设计技术措施结构（混凝土结构）》（2009年版）第5.1.14条将跨高比不大于2.5且梁高不小于400mm的连梁称为“较强连梁”（简称为强连梁）。故本文将连梁分为三大类：强连梁（跨高比≤2.5且梁高>400mm的连梁）、连梁（2.5<跨高比<5的连梁）、弱连梁（跨高比≥5的连梁）《建筑抗震设计规范应用与分析GB 50011—2010中建议当实际连梁截面高度<400mm且连梁跨度也较小时，也应判定为弱连梁。连梁一般情况下截面大、跨度小，且与其相连的墙体刚度大，因此在水平力作用下连梁内力往往很大，特别是抗震设防烈度较高时，连梁容易出现超筋现象。高规和《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（简称抗规）等给出了一些处理方法：1）减小连梁截面高度或采取其他减小连梁刚度的措施；2）剪力墙连梁的弯矩可塑性调幅（在内力计算前将连梁刚度进行折减或者在内力计算后将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数）；3）当连梁破坏对承受竖向荷載无明显影响时，按独立墙肢的计算简图进行多遇地震作用下的内力分析，墙肢截面按两次计算的较大值进行配筋；4）跨高比较小的连梁，可设水平缝形成双连梁、多连梁，使其破坏形态从剪切破坏变为弯曲破坏；5）跨高比小的连梁配置斜向交叉暗撑，可以改善其抗剪性能。本文通过具体实例分析了连梁计算模型，进行单、双连梁的比较，提出具体做法构造，供实际工程参考。
3.1高层剪力墙结构实例分析
某28层住宅剪力墙结构，剪力墙抗震等级为二级，标准层层高为2800mm，其结构标准层平面布置如图1所示。运用PKPM系列软件对图1中的椭圆标注的剪力墙连梁LL1（连梁截面为250×400，跨度为1350mm，跨高比为3.4）、长方形标注的剪力墙强连梁LL2（连梁截面为250×750，跨度1800mm，跨高比为2.4）、LL3（连梁截面为250×1400，跨度为1800mm，跨高比为1.3）以及云线标注的剪力墙弱连梁LL4（连梁截面为250×450，跨度为2400mm，跨高比为5.3）分别按框架梁输入分析和按剪力墙开洞口方式输入分析，得出表1，2，3，4的计算结果。
3.2框架-剪力墙结构连梁实例分析
某23层办公框架剪力墙结构，剪力墙抗震等级为二级，标准层层高为3800mm，其结构标准层平面布置如图2所示。
运用PKPM系列软件对图3中的椭圆标注的剪力墙连梁LL1（连梁截面为300×1300，跨度为3000mm，跨高比为2.3）、长方形标注的剪力墙强连梁LL2（连梁截面为300×600，跨度为2100mm，跨高比为3.5）按框架梁输入分析和按剪力墙开洞口方式输入分析，得到表1的计算结果。
由表1可知，不同的框架-剪力墙结构连梁计算模型对内力配筋的影响很大，连梁LL1，LL2弯矩按剪力墙开洞口方式输入比按框架梁输入分别小41.35%，5.45%，连梁LL1，LL2剪力按剪力墙开洞口方式输入比按框架梁输入分别大6.3%，7.27%。由以上分析可知，框架-剪力墙结构中连梁在PKPM计算软件中输入方式也有所不同：当连梁类型为强连梁以及连梁时，应采用墙开洞模型计算；当连梁类型为弱连梁时，应采用梁元模型计算。
四、结语
高层建筑中影响连梁设计因素很多，建筑要求、连梁刚度、跨高比、墙肢的内力和刚度等均可能对其设计产生影响。因此设计连梁时要考虑连梁和墙肢的协同工作，相互影响，应根据“强墙弱梁”的设计原则，同时还应符合“强剪弱弯”的要求，使连梁的屈服早于墙肢屈服，使连梁充当第一道抗震防线，弯曲破坏早于剪切破坏，增强其延性，避免结构损伤的发生，达到理想效果。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3—2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施结构（混凝土结构）[M].北京：中国计划出版社，2012.