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摘要：随着我国城市建设的发展，高层建筑呈现突飞猛进的发展态势。高层建筑由于其本身的高度，对抗震设计提出了更高的要求，必须使建筑物具有足够的侧向刚度。剪力墙以其较好的抗震性能在高层建筑的结构设计中得以广泛运用。剪力墙洞口连梁既起着调节和保证剪力墙侧向刚度的作用，又是抗震剪力墙的第一道防线，起着消耗地震能量的作用。因此对连梁进行抗震设计研究，具有重要的意义。本文首先分析了连梁的受力原理及破坏机理，在此基础上提出了高层建筑剪力墙连梁设计的总体要求，并从五个方面分析了连梁设计的具体措施，最后对其配筋要求进行了概述。
关键词：高层建筑；剪力墙；连梁；塑性铰；刚度
Abstract: along with the development of city construction, high-rise buildings by leaps and bounds of the present development situation. High-rise buildings because of its own height, the seismic design put forward higher request, must make building has enough lateral stiffness. Shear wall with its good seismic performance in the high-rise building structure design can be widely used. Shear wall hole even beam not only play a regulation and ensure that shear wall lateral stiffness effect, and seismic shear wall of the first line of defense, plays the role of the seismic energy consumption. So even the beams seismic design research, has the vital significance. This paper first analyzes the principle of the stress of the coupling beam and failure mechanism, this paper puts forward a high-rise building shear wall design of coupling beam, and overall requirements from five aspects analyzes the design of coupling beam of specific measures, and finally the reinforcement requirements are reviewed.
Keywords: high-rise buildings; Shear wall; Even the beam; Plastic hinge; stiffness
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
一、连梁的受力原理及破坏机理
在剪力墙结构和框架—剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢、墙肢与框架柱的梁称为连梁。连梁一般具有跨度小，截面高，与连梁相连的墙体刚度大等特点。因此连梁在风荷载和水平地震荷载作用下，内力往往很大。
在风荷载和地震荷载作用下，墙肢产生弯曲变形，使连梁产生转角，从而使连梁产生内力。同时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来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)（如图1）和延性破坏(弯曲破坏)（如图2）。连梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力，在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它的约束作用，将成为单片的独立梁。这会使结构的侧向刚度大大降低，变形加大，墙肢弯矩加大，并且进一步增加Ｐ—Δ效应(竖向荷载由于水平位移而产生的附加弯矩)，并最终可能导致结构的倒塌。
图1连梁的剪切破坏 图2连梁的弯曲破坏
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，并形成塑性绞，结构刚度降低，变形加大，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，对减少墙肢内力，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。因此，在设计高层建筑剪力墙时，必须十分注意保证连梁的延性要求。
二、高层建筑剪力墙连梁设计的总体要求
在墙肢和连梁的协同工作中，剪力墙应该具有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷载作用下，结构应该处于弹性工作状态，连梁不应该产生塑性铰。在地震作用下，结构允许进入弹塑性状态，连梁可以产生塑性铰。根据抗震设计规范总则的要求，建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复仍可使用，当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。因此，剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则，同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。
三、剪力墙连梁基于抗震设计的具体措施
（一）剪力墙结构中连梁刚度折减问题
之所以考虑对连梁刚度进行折减，是因为在水平荷载作用下，连梁很快进入弹塑性阶段并发展裂缝，刚度削弱，内力重分布。当连梁屈服并形成塑性铰时，就会有部分弯矩转移到墙肢上。梁的刚度和内力并不会达到按弹性阶段计算所得的数值。地震作用下连梁的裂缝开展和塑性变形比在风荷载作用下的更大，因此刚度降低得更多。但是，刚度折减得愈多，亦即取用的折减系数愈小，意味着设计荷载作用下裂缝开展得愈大。在超载时，如发生强台风或超过多遇地震烈度的地震时，塑性铰会出现得更早，这势必对连梁的延性提出更高要求。在竖向荷载作用下，当梁端出现塑性铰时，它并不能把內力转移到墙肢上，只能在该连梁内进行内力重分布。因此，在竖向荷载作用下，不应考虑连梁的刚度折减。
综上所述，在内力和位移计算时，要区别竖向荷载作用下和水平荷载作用下两种不同情况。在竖向荷载作用下，连梁的刚度不宜折减，连梁支座弯矩的降低可通过支座弯矩调幅来解决。在水平荷载作用下，连梁的刚度可以折减，当风荷载作用时，折减系数不宜小于0.8，当地震作用时，折减系数不应小于0.55。
上述建议适用于两端与剪力墙相连的连梁。对于一端与墙一端与柱相连的连梁，则值得商榷。在剪力墙和框架柱之间的梁，扮演着双重角色：一为连梁的作用，二为框架梁的作用。当连梁屈服形成塑性铰，把弯矩转移到墙肢和框架柱时，一般情况下，墙肢的强度应当能承受这些增加的弯矩。而对于刚度远小于墙肢的柱，能承受的附加弯矩十分有限。因此，连梁的刚度折减系数不能太小，应不小于0.8 为宜。
（二）加大连梁跨度、减小连梁截面高度
在连梁设计过程中，其刚度经折减后，仍有可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减小连梁刚度。减小结构的整体刚度，从而减小了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超筋或超限，則可采取调整连梁内力来解决。但是调整的幅度不宜大于20%，且连梁必须满足强剪弱弯原则。
（三）连梁的内力调幅
将连梁弯矩与剪力进行塑性调幅，以降低剪力设计值。塑性调幅可采用两种方法，一是在内力计算前将连梁刚度进行折减，二是在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。两种方法的效果都是减小连梁内力和配筋。但是在结构计算中已对连梁进行了刚度折减的连梁，其调幅范围应当限制或不再继续调整。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。无论采用何种方法，连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝。
（四）提高混凝土等级
混凝土等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。但是在实际工程中混凝土强度不可能随意提高，故此方法应用范围也有限。
（五）连梁的铰接处理
当连梁的破坏对承受竖向荷载无明显影响时，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。
四、连梁的配筋计算 根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计和施工规程》，在连梁设计方面，对于连梁非抗震设计，抗震设计时跨高比大于2.5及小于2.5两种情况，在截面受剪承载力及配筋方面均有不同规定。在结构计算时这类连梁往往发生受剪承载力的超限，这时可以将受力筋均匀布置，同时考虑到连梁以承载水平荷载为主，支座弯矩主要由水平荷载引起，在反复的水平荷载作用下支座截面上、下受拉筋面积相近，可以采用截面对称配筋。在连梁配筋中，配置平行筋往往导致斜向受拉破坏或由于箍筋过量而发生剪切滑移破坏，这些破坏将导致连梁的滞回曲线变坏，耗能能力下降。若采用菱形配筋方式，可以克服这些不足之处。
结语
综上，在高层建筑结构中，剪力墙连梁的设计是一项复杂的工程，其结构布置直接关系到整栋建筑的安全性和经济性。高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度、与之相连的墙肢刚度等都有关。种种错综复杂的因素都对设计人员提出了更高的要求，但只要理清思路，善于把各种互相制约的因素统一协调加以处理，便能取得较理想的成果。
参考文献
[1]粟宇.高层建筑剪力墙结构设计分析[J].四川建材，2011.5.
[2]建筑抗震设计规范（GB5001l一2010）[S].中国建筑工业出版社，2010.
[3]戴意君.剪力墙结构中连梁设计[J].宁波工程学院学报，2005.4.
[4]钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程(JGJ3-91)[S].中国建筑工业出版社,1991.
[5]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）[S].中国建筑工业出版社，2010.
关键词：高层建筑；剪力墙；连梁；塑性铰；刚度
Abstract: along with the development of city construction, high-rise buildings by leaps and bounds of the present development situation. High-rise buildings because of its own height, the seismic design put forward higher request, must make building has enough lateral stiffness. Shear wall with its good seismic performance in the high-rise building structure design can be widely used. Shear wall hole even beam not only play a regulation and ensure that shear wall lateral stiffness effect, and seismic shear wall of the first line of defense, plays the role of the seismic energy consumption. So even the beams seismic design research, has the vital significance. This paper first analyzes the principle of the stress of the coupling beam and failure mechanism, this paper puts forward a high-rise building shear wall design of coupling beam, and overall requirements from five aspects analyzes the design of coupling beam of specific measures, and finally the reinforcement requirements are reviewed.
Keywords: high-rise buildings; Shear wall; Even the beam; Plastic hinge; stiffness
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
一、连梁的受力原理及破坏机理
在剪力墙结构和框架—剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢、墙肢与框架柱的梁称为连梁。连梁一般具有跨度小，截面高，与连梁相连的墙体刚度大等特点。因此连梁在风荷载和水平地震荷载作用下，内力往往很大。
在风荷载和地震荷载作用下，墙肢产生弯曲变形，使连梁产生转角，从而使连梁产生内力。同时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来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)（如图1）和延性破坏(弯曲破坏)（如图2）。连梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力，在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它的约束作用，将成为单片的独立梁。这会使结构的侧向刚度大大降低，变形加大，墙肢弯矩加大，并且进一步增加Ｐ—Δ效应(竖向荷载由于水平位移而产生的附加弯矩)，并最终可能导致结构的倒塌。
图1连梁的剪切破坏 图2连梁的弯曲破坏
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，并形成塑性绞，结构刚度降低，变形加大，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，对减少墙肢内力，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。因此，在设计高层建筑剪力墙时，必须十分注意保证连梁的延性要求。
二、高层建筑剪力墙连梁设计的总体要求
在墙肢和连梁的协同工作中，剪力墙应该具有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷载作用下，结构应该处于弹性工作状态，连梁不应该产生塑性铰。在地震作用下，结构允许进入弹塑性状态，连梁可以产生塑性铰。根据抗震设计规范总则的要求，建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复仍可使用，当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。因此，剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则，同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。
三、剪力墙连梁基于抗震设计的具体措施
（一）剪力墙结构中连梁刚度折减问题
之所以考虑对连梁刚度进行折减，是因为在水平荷载作用下，连梁很快进入弹塑性阶段并发展裂缝，刚度削弱，内力重分布。当连梁屈服并形成塑性铰时，就会有部分弯矩转移到墙肢上。梁的刚度和内力并不会达到按弹性阶段计算所得的数值。地震作用下连梁的裂缝开展和塑性变形比在风荷载作用下的更大，因此刚度降低得更多。但是，刚度折减得愈多，亦即取用的折减系数愈小，意味着设计荷载作用下裂缝开展得愈大。在超载时，如发生强台风或超过多遇地震烈度的地震时，塑性铰会出现得更早，这势必对连梁的延性提出更高要求。在竖向荷载作用下，当梁端出现塑性铰时，它并不能把內力转移到墙肢上，只能在该连梁内进行内力重分布。因此，在竖向荷载作用下，不应考虑连梁的刚度折减。
综上所述，在内力和位移计算时，要区别竖向荷载作用下和水平荷载作用下两种不同情况。在竖向荷载作用下，连梁的刚度不宜折减，连梁支座弯矩的降低可通过支座弯矩调幅来解决。在水平荷载作用下，连梁的刚度可以折减，当风荷载作用时，折减系数不宜小于0.8，当地震作用时，折减系数不应小于0.55。
上述建议适用于两端与剪力墙相连的连梁。对于一端与墙一端与柱相连的连梁，则值得商榷。在剪力墙和框架柱之间的梁，扮演着双重角色：一为连梁的作用，二为框架梁的作用。当连梁屈服形成塑性铰，把弯矩转移到墙肢和框架柱时，一般情况下，墙肢的强度应当能承受这些增加的弯矩。而对于刚度远小于墙肢的柱，能承受的附加弯矩十分有限。因此，连梁的刚度折减系数不能太小，应不小于0.8 为宜。
（二）加大连梁跨度、减小连梁截面高度
在连梁设计过程中，其刚度经折减后，仍有可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减小连梁刚度。减小结构的整体刚度，从而减小了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超筋或超限，則可采取调整连梁内力来解决。但是调整的幅度不宜大于20%，且连梁必须满足强剪弱弯原则。
（三）连梁的内力调幅
将连梁弯矩与剪力进行塑性调幅，以降低剪力设计值。塑性调幅可采用两种方法，一是在内力计算前将连梁刚度进行折减，二是在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。两种方法的效果都是减小连梁内力和配筋。但是在结构计算中已对连梁进行了刚度折减的连梁，其调幅范围应当限制或不再继续调整。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。无论采用何种方法，连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝。
（四）提高混凝土等级
混凝土等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。但是在实际工程中混凝土强度不可能随意提高，故此方法应用范围也有限。
（五）连梁的铰接处理
当连梁的破坏对承受竖向荷载无明显影响时，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。
四、连梁的配筋计算 根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计和施工规程》，在连梁设计方面，对于连梁非抗震设计，抗震设计时跨高比大于2.5及小于2.5两种情况，在截面受剪承载力及配筋方面均有不同规定。在结构计算时这类连梁往往发生受剪承载力的超限，这时可以将受力筋均匀布置，同时考虑到连梁以承载水平荷载为主，支座弯矩主要由水平荷载引起，在反复的水平荷载作用下支座截面上、下受拉筋面积相近，可以采用截面对称配筋。在连梁配筋中，配置平行筋往往导致斜向受拉破坏或由于箍筋过量而发生剪切滑移破坏，这些破坏将导致连梁的滞回曲线变坏，耗能能力下降。若采用菱形配筋方式，可以克服这些不足之处。
结语
综上，在高层建筑结构中，剪力墙连梁的设计是一项复杂的工程，其结构布置直接关系到整栋建筑的安全性和经济性。高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度、与之相连的墙肢刚度等都有关。种种错综复杂的因素都对设计人员提出了更高的要求，但只要理清思路，善于把各种互相制约的因素统一协调加以处理，便能取得较理想的成果。
参考文献
[1]粟宇.高层建筑剪力墙结构设计分析[J].四川建材，2011.5.
[2]建筑抗震设计规范（GB5001l一2010）[S].中国建筑工业出版社，2010.
[3]戴意君.剪力墙结构中连梁设计[J].宁波工程学院学报，2005.4.
[4]钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程(JGJ3-91)[S].中国建筑工业出版社,1991.
[5]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）[S].中国建筑工业出版社，2010.