混凝土剪力墙连梁的设计计算及超筋处理

1、百家论坛 建筑结构.技术通讯 2007年3月 混凝土剪力墙连梁的设计计算及超筋处理朱炳寅（中国建筑设计研究院 北京 ）剪力墙结构、框架-剪力墙结构中连梁及框筒结构中的裙梁一般较易出现超筋现象，应采取适当的处理方法。本文讨论的是在结构体系合理的情况下，当某些剪力墙连梁仍然超筋时，设计如何根据混凝土高规第7.2.25条的相关规定，进行适当地处理的方法。1 对连梁的计算处理方法1.1 连梁调幅处理（计算结果）抗震设计剪力墙中连梁的弯矩和剪力可进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。但在结构计算中已对连梁进行了刚度折减，其调幅范围应限制或不再调幅。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位的连梁和墙肢的弯矩应相应

2、加大。一般情况下，经全部调幅（包括计算中连梁刚度折减和对计算结果的后期调幅）后的弯矩设计值不宜小于调幅前（完全弹性）的0.8倍（6，7度）和0.5倍（8，9度）。注意：1）本调整方法考虑连梁端部的塑性内力重分布，对跨高比较大的连梁效果比较好，而对跨高比较小的连梁效果较差；2）经本次调整，仍可确保连梁对承受竖向荷载无明显影响。1.2 连梁的铰接处理（计算结果）当连梁的破坏对承受竖向荷载无明显影响（即连梁不作为次梁的支承梁）时，可假定该连梁在大震下破坏，对剪力墙按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析。实际计算时，为减小结构计算工作量，可将连梁按两端铰接梁计算。注意：1）事实上，通过采取恰

3、当的构造措施可确保连梁对剪力墙的约束不完全丧失，避免出现“独立墙肢”。采用铰接处理就是考虑了大震时连梁对剪力墙仍能保持一定的约束作用。2）本次调整的连梁为其破坏对承受竖向荷载无明显影响的连梁，即该连梁不作为次梁或主梁的支承梁。3）应注意到本次计算为“第二次”，是对剪力墙进行包络设计的重要步骤之一。4）实际操作中，经常会出现将某根超筋连梁进行铰接处理后，引起其他位置原来不超筋的连梁超筋。1.3 对超筋连梁的计算处理（计算结果）对采用上述1.2的方法对连梁进行计算处理（计算结果）后，结构的侧向位移不能满足规范要求，即层间位移角已不符合混凝土高规表4.6.3要求，且确无其他手段加大结构的侧向刚度时；

4、或者采用1.2的方法调整效果不好（即多次调整都不能杜绝上述情况4）的出现）时，可在计算中考虑地震作用下连梁对墙实际存在的约束作用（既没有按真实截面弹性方法计算的那么大，也不是完全铰接，而是具有一定转动约束的塑性铰），即在结构分析中采取降低连梁计算截面（但施工图的实际截面仍采用原有连梁截面尺寸）的方法。其计算控制目标是：连梁的计算剪力V3小于连梁实际截面所能承担的最大剪力V1（按混凝土高规第7.2.23条计算）即可。注意此时程序可能仍然判断为超筋（V3V3），但其判断不真实，因为其实际截面尺寸大于计算截面尺寸，连梁所能承担的最大剪力还是V1。注意：1）本次调整中的连梁为其梁破坏对承受竖向荷载无明

5、显影响的连梁，即本连梁不作为次梁或主梁的支承梁。2）本调整方法不宜作为首选方法，仅适用于上述的特殊情况。3）本次调整计算也属于“第二次”，是对剪力墙进行包络设计的重要步骤之一。2 连梁计算处理后的分析及相应的配筋设计2.1 情况一：连梁调幅处理（计算结果）后，计算结果满足规范要求。剪力墙配筋：直接按计算结果配筋。连梁配筋：按计算结果配筋。2.2 情况二：对连梁进行计算处理后（计算结果），当结构位移仍能满足规范要求，即层间弹性位移角符合混凝土高规表4.6.3要求时。剪力墙配筋：应进行包络设计，配筋取计算结果，的较大值（一般情况下，连梁铰接处理后，墙的计算结果较大），以保证墙肢的安全。连梁配筋：按

6、计算结果配筋，同时应采取措施确保计算中的连梁与剪力墙的真正“铰接”。2.3 情况三：对连梁进行计算处理后（计算结果），当结构的侧向位移不能满足规范要求，且确无其他手段加大结构侧向刚度时，降低连梁截面进行计算（计算结果）。剪力墙配筋：应进行包络设计，配筋取计算结果，的较大值。连梁配筋：取实际截面，即计算结果的截面，按连梁所能承受的最大剪力V1及相应弯矩M3计算配筋，此时连梁仍能满足强剪弱弯的要求。之所以可以这样处理，是因为当连梁承受的实际弯矩达到M3后，连梁端部达到最大弯矩承载力，形成塑性铰后连梁变形加大而弯矩不再增加，因此剪力仍能保持为V3，不会超筋。注意：当模拟连梁的计算截面取值过小（从计算

7、结果中表现为V3小于V1过多）时，常出现纵向钢筋的折算值不满足最小配筋率要求，此时应适当加大至满足最小配筋率要求。3 实际纵向钢筋配置时可采用的简化方法可根据实际连梁与计算连梁有效高度的比值，对计算的连梁纵向钢筋面积（计算结果）进行调整（应同时满足最小配筋率要求）。需要说明的是，有文献提出按混凝土高规式（7.2.22-1）反算连梁梁端弯矩的方法（简称反算法），笔者认为反算法存在以下问题：1）反算法假定连梁两端弯矩相等，但当连梁两端墙肢截面刚度差异较大时，此假定误差也大，反算结果是否合理值得商榷；2）采用反算法，补充计算工作量大，作为一种近似计算方法，实用意义不大。4 按连梁能承受的最大剪力配置

8、箍筋的公式推导根据连梁的截面要求（混凝土高规第7.2.23条）可以推算出连梁所能承受的最大剪力V1，以此作为连梁的抗剪承载力设计值，可求出连梁的箍筋面积。4.1 非抗震设计时按混凝土高规式(7.2.23-1)右式与式(7.2.24-1)右式相等：0.250.7，得 （1）当连梁箍筋间距s=100mm时，非抗震设计的连梁最大箍筋面积可以查表1直接得到。4.2 抗震设计时跨高比大于2.5时，按混凝土高规式(7.2.23-2)右式与式(7.2.24-2)右式相等：0.200.42，得 （2）跨高比不大于2.5时，按混凝土高规式(7.2.23-3)右式与式(7.2.24-3)右式相等：0.150.38

9、，得 （3）当连梁箍筋间距s=100mm时，抗震设计的连梁最大箍筋面积可以查表2直接得到。非抗震设计的连梁最大箍筋面积（mm2） 表1梁宽(mm)非抗震设计C20C25C30C35C40C45C50200156199245293341383424250194249307366426478530300233298368440511574636350272348429513597669742400311398491586682765848450350447552659767861954500388497613733852956106055042754767480693710521166600466

10、596736879102311471272注：表中数据针对HPB235级钢筋；当采用HRB335级、HRB400级钢筋时，表中数值乘以0.7，0.583。下表同。抗震设计的连梁最大箍筋面积（mm2） 表2梁宽(mm)跨高比大于2.5时跨高比不大于2.5时C20C25C30C35C40C45C50C20C25C30C35C40C45C5020013917621525629633036511114117420724026929825017422026931937041345613917721725930133737330020926432338344349554716721226131136140

11、4447350243308377447517578638195248305363421471522400278352431511591660729222283348415481539596450313396484575665743820250319392467541606671500347440538639739825911278354435518602674746550382484592702813908100230639047957066274182060041752864676688699010933344255226227228088955 情况三的算例说明某连梁截面为250600，计算跨度为1400mm，一级抗震等级，C30混凝土，纵筋为HRB400，箍筋为HPB235。该连梁所能承担的最大剪力（按混凝土高规第7.2.23条计算，也可从电算结果的超筋信息中直接读取）V1= 303kN，计算结果V1=400kNV1，需调整计算，过程见表3。连梁超筋调整计算及配筋要点 表