摘要： 连梁在剪力墙结构或核心筒结构中通常被设计成抵抗地震的第一道防线，因此在工程中应避免将连梁设计成脆性破坏。然而在实际工程中，由于需要满足建筑结构的功能需求，常常将连梁设计成小跨高比连梁，小跨高比连梁的抗剪承载力低，在强震中容易发生剪切破坏，本文将就小跨高比连梁的抗震性能的优化方案进行讨论，为设计及研究人员提供参考。
Abstract： Coupling beams are always designed as the first line of defense against earthquake in shear wall structure or core tube structure. Therefore， the coupling beams should not be designed to the brittle failure in engineering. However， in practical engineering， because of the need to meet the functional requirements of building structure， coupling beams often designed to small span-to-depth ratio. The small span-to-depth ratio coupling beams have low bearing capacity of shear， they are easy to be shear damaged in strong earthquake. This paper will discuss the aseismic performance optimization scheme of small span-to-depth ratio coupling beam， and provide reference for the designer and researcher.
關键词： 跨高比；连梁；抗震；优化设计
Key words： span-to-depth ratio；coupling beam；anti-seismic；optimal design
中图分类号：TU973 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）14-0173-04
0 引言
随着国内外经济及城市化的快速发展，建筑结构的高度及难度不断增大，普通的框架结构已经难以满足要求，需要高效的建筑材料及高性能的结构形式，具有优秀抗侧刚度、较好的抗震性能的剪力墙结构、框-剪结构以及核心筒结构成为超高层建筑结构中的主流。核心筒结构、剪力墙结构由于建筑功能需求不可避免需要开洞口，需要通过连梁将相邻的两墙肢连系起来。由于建筑结构的功能需求，实际工程中，连梁通常被设计成小跨高比形式，跨高比过小（跨高比小于2.5[1]）的情况下容易在地震中发生剪切破坏，属于脆性破坏。然而，在实际工程中，往往将剪力墙结构或者核心筒结构中的连梁设计为抗震的第一道防线，因而，为满足建筑及结构的需求，国内外学者提出了各式各样的小跨高比连梁的优化设计，本文将就几种不同的小跨高比连梁抗震性能优化进行阐述。
1 连梁的破坏形式
在地震发生时，连梁主要受垂直于梁方向的竖向荷载作用，主要有脆性破坏（剪切破坏）和延性破坏（弯曲破坏）两种形式。对于脆性破坏的连梁，其抗剪承载力较差，在强震下容易瞬间丧失承载力，导致破坏的连梁两端的墙肢失去约束，成为独立的墙肢，则使整体结构的抗侧刚度降低，变形加大。对于延性破坏的连梁，其抗剪承载力高，在强震下会形成交叉的裂缝，但不至于瞬间破坏，连梁会在地震反复过程中吸收大量能量的同时对墙肢起到约束作用，使剪力墙结构在震中仍能保持足够的强度和刚度，从而保证整体结构的抗侧刚度。
连梁在抗震设计中被设计成第一道防线，在地震发生时，期望其能够发生延性破坏并且能够耗散地震能量，起到保护其他更重要构件的目的。因此，在工程设计中需将连梁设计成延性的弯曲破坏。
2 连梁优化主流方案
对于小跨高比连梁，其容易发生脆性剪切破坏，在工程中，不允许连梁的刚度过大，且连梁作为结构抗震设防的第一道防线，在设计中需做到“弱连梁”，即保证连梁先与剪力墙或框架柱先破坏。在实际工程设计中，常常遇到连梁超限的情况，需对连梁抗震性能进行优化。
2.1 连梁尺寸
在连梁超限时，工程设计人员首先对连梁的尺寸进行优化，这也是最有效果的。由梁的截面刚度EI=bh3/12可知，连梁截面高度对连梁的截面刚度影响较大，故设计人员通常通过减小连梁截面高度、增大截面宽度的方法来减小连梁的刚度。此外，增大连梁的跨度来增大连梁的跨高比也可以达到避免连梁发生剪切破坏的目的。但改变连梁的截面尺寸及跨度需配合整体建筑、结构的功能来设计。
2.2 刚度折减
由于连梁在剪力墙结构或核心筒结构中受力和变形非常集中，在结构设计中通过对连梁的刚度进行折减，考虑连梁较早进入塑性状态后刚度退化的影响，从而达到“弱连梁”的效果，使其在地震发生充分耗散地震能量而保护剪力墙构件。《高规》中做出：“在内力与位移计算中，抗震设计的框架-剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度可予折减，折减系数不宜小于0.5”[34]的规定。范重[35]通过建立精细的连梁弹塑性模型，研究了连梁在地震中刚度退化与结构耗能的情况，认为可以根据连梁的弹塑性响应来确定连梁的等效刚度折减系数。
2.3 配筋方案
在小跨高比连梁中，传统的纵筋及竖向的箍筋对抗剪承载力及抗震性能的作用很小，甚至在剪切破坏处若无箍筋覆盖，箍筋将起不到抗剪作用。基于此，国外学者Paulay[7]提出了一种将钢筋斜对角安置，形成一种带有斜对角暗柱的连梁如图1，该方法能够有效利用斜钢筋的抗拉性能，有效提高小跨高比连梁的抗震性能。其他学者[8]也在此基础上做了相关试验研究，结果均表明，采用该优化方法的小跨高比连梁具有较好的延性和抗震耗能能力。目前，我们规范中提出了当连梁截面宽度大于400mm时，可采用该配筋方法[1]。