双肢墙的抗震设计：连梁与墙肢的刚度和强度选择及设计原则分析

《建筑抗震设计规范》的条文说明：

6.4.5 对于开洞的抗震墙即联肢墙，强震作用下合理的破坏过程应当是连梁首先屈服，然后墙肢的底部钢筋屈服，形成塑性铰。

双肢墙（图3.3.11）在水平地震力作用下，一肢处于压、弯、剪，而另一肢处于拉、弯、剪的复杂受力状态。双肢墙的设计应该把连梁放在抗震第一道防线，在连梁屈服之前，不让墙肢破坏。而连梁本身还要保证能做到受剪承载力高于弯曲承载力，概括起来就是“强肢弱梁”和“强剪弱弯。”

开洞剪力墙的抗震设计，重点是“大震不倒”，考虑结构的抗震耗能问题，为此要处理好设计中的三个基本原则。预计的弹性区要强、塑性区要弱，墙肢要强、连梁要弱，抗剪强度要强、抗弯强度要弱。其中，连梁的设计是设计延性剪力墙的关键，而墙肢的安全是结构裂而不倒的重要保证。抗剪强度要强、抗弯强度要弱，即所谓“强剪弱弯”原则。这一原则既应体现在整体的开洞剪力墙的设计中，又要体现在连梁、墙肢各局部构件的设计上。

进行抗震设计，认真做到“强剪弱弯”、“弹性区要强、塑性区要弱”的设计原则，就能做到保证墙肢安全，结构会继续承载，直至墙肢截面屈服。

当双肢墙的墙肢做到“强剪弱弯”后，双肢墙的破坏机制可有下列三种情况。

图3.3.11 双肢墙

图3.3.12 联肢墙三种破坏机构

a）连梁先屈服 b）连梁不屈服 c）连梁先剪坏(www.xing528.com)

1.连梁先屈服（图3.3.12a）

当连梁先于墙肢屈服，且连梁具有足够的延性，待墙肢底部出铰以后，形成如图3.3.12a所示的机构。数量众多的连梁端部塑性铰既可较多地吸收地震能量，又能继续传递弯矩与剪力；而且对墙肢形成约束弯矩，使其保持足够的刚度和承载力。墙肢底部的塑性铰也具有延性，这样的联肢剪力墙延性最好。

2.连梁不屈服（图3.3.12b）

当连梁的刚度及抗弯承载力较高时，连梁不屈服，这使联肢墙与整体悬臂墙类似，首先在墙底出现塑性铰，形成如图3.3.12b所示的机构。只要墙肢不过早剪坏，这种破坏仍然属于有延性的弯曲破坏。但是与前者相比，耗能集中在墙肢底部铰上。这种破坏结构不如前者多铰破坏机构好。

3.连梁先剪坏（图3.3.12c）

如果连梁的设计不能满足强剪弱弯的要求，会出现剪切破坏，具有脆性破坏性质，连梁破坏后退出工作，各个墙肢按照独立的悬臂梁工作。与连梁不破坏的墙相比，墙肢中轴力减小，弯矩加大，墙的侧向刚度大大降低。但是，如果能保持墙肢处于良好的工作状态，那么结构仍可继续承载，直到墙肢屈服形成机构，如图3.3.12c所示。只要墙肢塑性铰具有延性，则这种破坏也是属于延性的弯曲破坏，但同样没有多铰破坏机构好。

连梁是联肢墙中连接各墙肢协同工作的关键部件，连梁的设计要求是：

1）在小震和风荷载作用的正常使用状态下，它起着联系墙肢、加大抗震墙刚度的作用。

2）在中震下它是联肢抗震墙的第一道防线，塑性铰就发生在它的两端。应按“强剪弱弯”的原则控制连梁的破坏形态，使连梁二端出现弯曲屈服的塑性铰，耗散地震能量；应按“强墙肢弱连梁”的原则使连梁的屈服先于墙肢发生，使联肢墙形成理想的多铰机构，具有较大的延性。

可见，在开洞剪力墙的设计中，应当仔细选择连梁、墙肢的刚度和强度，按照“强肢弱梁”的原则设计开洞剪力墙；按照“强剪弱弯”的要求来设计墙肢及连梁构件，可以得到较为理想的延性剪力墙结构。只要能合理选择连梁以及墙肢的配筋率，就能设计出具有良好的耗能能力和延性的剪力墙。