连梁超筋解决方法分析与对比

独巍

摘要：连梁在地震耗能中具有重要作用，然工程设计中剪压比经常超限，快速找到合适的解决方法比较重要。本文通过对不同解决方法的分析，并结合实例，比较连梁的弯矩、剪力变化，和结构刚度的不同影响，得出住宅工程中钢板-混凝土（PRC）连梁和双连梁是比较有效的方法。

关键词：连梁超筋;钢板-混凝土组合连梁;双连梁

1连梁超筋分析

在剪力墙结构、框架-剪力墙结构中，连梁作为抗震耗能的第一道防线，在达到性能目标的设计中具有重要作用。然工程设计中，连梁超筋是常见且棘手的问题，剪压比超限是其主要原因。

在水平地震作用下，连梁的破坏模式为弯曲破坏和剪切破坏。当箍筋先发生屈服时，连梁形成剪切破坏，连梁侧面形成斜向交叉裂缝，在交叉裂缝的中点形成塑性铰。此时连梁对墙肢的约束作用迅速减弱，达不到我们所期望的第一道防线作用。当纵筋先发生屈服时，梁端出现垂直裂缝，受拉区出现微裂缝，最终在梁端形成塑性铰。连梁对墙肢的约束作用减弱，变形加大，从而吸收大量的地震能量，延缓墙肢屈服，满足概念设计要求。而跨高比较小连梁，地震作用下，墙肢竖向变形存在差异，连梁对其约束作用会产生较大的剪切变形，故《混规》11.7.9条对跨高比不大于2.5的连梁受剪截面的规定了上限要求0.15。

2 连梁超筋解决方法分析

对于剪压比超限，规范提出了减小截面刚度或其他降低连梁刚度的措施。在工程设计中调整截面法很难快速找到满足临界值的截面。丁永君[1]提出连梁刚度调整应避开其剪压比最大值点，对于该点上部的连梁需要增加连梁刚度，对于该点下部的连梁则需要降低连梁刚度，这样才可以降低剪压比，这也是一个可行的方法。但工程设计中该最大值点不易掌握，且连梁截面变化较多不利于工程设计。

改变小跨高比连梁的配筋形式，可在不降低或有限降低连梁相对作用剪力的条件下提高连梁的延性。《混规》11.7.10提出采用斜向交叉钢筋（截面宽度不小于250mm），采用集中对角斜筋或对角暗撑（截面宽度不小于400mm），剪压比要求为0.25。

钢板-混凝土组合连梁（PRC））具有较高的受剪承载力和耗能能力，且施工方便，构造简单，受到众多研究者的关注。张世江等[2]提出对低剪跨比PRC连梁，按规范JGJ3—2010和JGJ138—2016计算得到的受剪承载力计算值约为试验值的83.8%。可见，PRC连梁作为一种改善配筋形式，而不降低刚度的连梁具有较优的抗震性能，值得推广。

双连梁，即为在楼层间再设置一道混凝土连梁，可以直接有效的降低单连梁的弯矩和剪力。胥玉祥等[3]提出跨高比为2.5时，双连梁的最大弯矩、最大剪力之和约分别为单连梁的64%，降低效果较为明显，且双梁均可以单独再进行刚度设计，以满足工程要求。但双连梁存在二次支模浇筑，施工较为困难，仅建议在超筋楼层使用。

综上所述，住宅工程中，PRC连梁和双连梁是比较直接有效的方法。

3 PRC连梁、双连梁与普通连梁受力性能对比分析

PRC连梁随钢板厚度的增加，耗能能力逐步提高，且单层钢板和双层钢板的受力性能相似，考慮施工方便，以8mm厚单层钢板进行对比分析。

邵西子等[4]提出双连梁之间采用20mm聚苯板以满足连梁竖向变形和施工操作的要求。故本文采用双连梁20mm间距进行对比分析。利用YJK软件对比分析。连梁梁高800mm，跨高比为2.5，混凝土强度等级为C30，板厚140mm，楼面恒荷载为5.0kN/m2，活荷载为2.0kN/m2，刚度折减系数为0.7，层高2.9m，共18层。抗震设防烈度7度（0.1g），地震分组为第一组，场地类别为三类，全楼地震作用放大系数为3倍。PRC连梁钢板尺寸为8mm*400mm，Q235B，双连梁为等高400mm，间距20mm且均每层设置。

取连梁剪力最大的第4层进行对比分析如表1，X方向周期及X方向顶点位移变化如表2。

由计算结果可见，相比于普通连梁，PRC连梁的弯矩、剪力和X向基底剪力均略微增加，增大幅度不超过5%，顶点位移和X向周期均略微减小，减小幅度不超过5%。

PRC连梁略微增加了结构刚度，对结构整体指标的影响较小，且对于超筋的解决有较大帮助。《组合规范》5.2.3条对于型钢混凝土框架梁的剪压比要求为0.36。对比《混规》11.7.9可见，通过增加钢板，剪压比容许范围直接提升了1.4倍。由于缺少钢板混凝土梁建模形式，设计软件YJK和PKPM均采用《组合规范》5.2.3条。但《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》6.5.5条对PRC连梁截面提出剪压比限制要求为0.2。该剪压比控制要求强于采用对角斜筋的形式，这与侯炜等[4]试验研究结论存在差距。现阶段针对PRC连梁的受力性能研究较少，规范从严控制，工程设计时普通连梁剪力不超过限值的15%时，可考虑采用PRC连梁形式控制剪压比。

相比于单连梁，双连梁的剪力之和减少了45.6%，弯矩之和减少了13.0%，基底剪力减少了17.9%，顶点位移增加了31.0%。每层均设置双连梁的方式使结构刚度减小，明显降低了地震剪力。但连梁总抗剪截面不变，保证了连梁对剪力墙的拉结能力。且随着间距变化，双连梁的楼层梁和层间梁的剪力变化很小，且剪力之和只有原连梁的52.6%～54.4%。双连梁的方式能能较好的解决连梁剪压比超限问题，且20mm间距控制是比较适当的。

4 结论

综述所诉，对于住宅工程中，增加结构刚度（改善配筋形式：钢板）和减小结构刚度（双连梁）都可以较好的解决连梁剪压比超限问题，一增一减，且可以配合共同使用，快速有效的解决连梁超筋问题。

参考文献：

[1]丁永君，付春兵.关于剪墙连梁中若干问题的探讨[J].建筑结构增刊，2013，43（5）：633-636.

[2]张世江，郭子雄，刘阳，武豪.低剪跨比内嵌钢板？混凝土组合剪力墙抗剪性能试验研究[J].中南大学学报（自然科学版），2021，52（2）：579-588.

[3]胥玉祥，朱玉华，赵昕，李学平.双连梁受力性能研究[J].2010，26（3）：31-37.

[4]邵西子，张绮思.连梁超筋解决方案的选择与优化[J].结构工程师，2016，32（2）：22-28.

（作者单位：中铁上海设计院集团有限公司南京设计院）