為什麼設置底部加強區？高寬比、邊緣構件、連梁等概念的内在邏輯是什麼？連梁到底是怎麼耗能的，為什麼是第一道防線？

第一部分

從梁的受力原理來理解剪力牆的受力

（以下摘《自材料力學》和《混凝土結構設計原理》）

結論：

混凝土梁的正截面受彎承載力計算得知，梁應力應變最大的位置出現在距離中性軸最遠處（應力應變是相輔相成的，胡克定律的基本原理），因此梁的受力鋼筋總是在梁的頂部或者底部，而不會在中間位置。

第二部分 高層建築結構的受力原理

高層建築結構可以認為是從其自身地基上升起的豎向懸臂構件，可以認為是一個懸臂梁，承受着水平荷載(風、地震)和豎向荷載（恒活荷載），對于高層建築結構，由于其受力的本質是懸挑，因此高層建築結構受水平荷載(風、地震)的影響要大于豎向荷載的影響（底部彎矩與高度是正比平方的關系），此處是區别于多層建築結構的地方。鑒于此，高層建築結構的抗側力構件肯定區别于多層結構（柱子），我們要找到抗側能力更強的一種結構構件。

鋼筋混凝土牆由于其平面内剛度很大，因此成為高層建築結構中最重要的一種構件，我們利用建築專業給定的牆體，布置鋼筋混凝土牆（即剪力牆），從受力上講剪力牆實質就是一個懸挑梁(平面内受力)。（别名：抗規是抗震牆、高規是剪力牆、也稱之為鋼筋混凝土牆）解釋平面内：力的方向平行于牆體所在的平面就是平面内。

結論：

（一）剪力牆鋼筋配置的内在邏輯

水平風荷載或水平地震作用下，牆體應力應變最大的位置在牆體的端部，如果按照一個梁來理解牆體的話（牆體比懸挑梁多了一個豎向荷載作用下的壓力），牆體兩端需要設置豎向受力鋼筋，因《高規》做了以下規定：（即牆體兩端的配筋既要滿足7.2.14的構造要求，又要滿足計算要求）；而牆體中部豎向鋼筋類比梁的構造腰筋，故隻需按照最小配筋率配筋即可。

部分截圖作參考

（二）為什麼設置底部加強區

先說一下懸挑梁，懸挑梁是無多餘約束的幾何不變體系——是靜定結構，因此一旦梁的根部出現裂縫，整個梁容易變為機構體系，發生傾覆破壞，因此我們在設計懸挑梁的時候上部鋼筋一般會放大1.3倍，這樣才有足夠的安全儲備；而類比懸挑梁的這個受力特點，高層建築結構也應該有類似的規定，因此，《高規》有了以下規定：（通過設置底部加強區，對底部加強部位采取高于其他部位的抗震構造措施，保證剪力牆底部出現塑性鉸後具有足夠大的延性）

7．1．4 抗震設計時，剪力牆底部加強部位的範圍，應符合下列規定：

1 底部加強部位的高度，應從地下室頂闆算起；

2 底部加強部位的高度可取底部兩層和牆體總高度的1／10二者的較大值，部分框支剪力牆結構底部加強部位的高度應符合本規程第10．2．2條的規定；

3 當結構計算嵌固端位于地下一層底闆或以下時，底部加強部位宜延伸到計算嵌固端。

條文7．1．4 抗震設計時，為保證剪力牆底部出現塑性鉸後具有足夠大的延性，應對可能出現塑性鉸的部位加強抗震措施，包括提高其抗剪切破壞的能力，設置約束邊緣構件等，該加強部位稱為“底部加強部位”。剪力牆底部塑性鉸出現都有一定範圍，一般情況下單個塑性鉸發展高度約為牆肢截面高度hw，但是為安全起見，設計時加強部位範圍應适當擴大。本規定統一以剪力牆總高度的1／10與兩層層高二者的較大值作為加強部位（02規程要求加強部位是剪力牆全高的1／8）。第3款明确了當地下室整體剛度不足以作為結構嵌固端，而計算嵌固部位不能設在地下室頂闆時，剪力牆底部加強部位的設計要求宜延伸至計算嵌固部位。

（三）高層建築結構的高寬比

還是要從懸挑梁說起，下圖為同樣梁截面尺寸且同樣荷載條件下的兩個懸挑梁的受力，一個跨度為三米，一個跨度為五米：

很明顯，當梁高不變的時候，跨度加大，梁截面就明顯不足，也就是，在同樣荷載條件下，懸挑梁是有一個合理的跨高比的，當跨高比太大的時候，就很難算過去。

以上的原理同樣适用于高層建築結構，因此有了最大高寬比的概念，設防烈度表達的是荷載，寬度是指建築結構最外側抗側力構件的間距（xy兩個方向，因此寬度有兩個，取最小的），如下圖所示：（旋轉90度正好就類似一個懸挑梁）

對剪力牆結構來說，非抗震設計和6度區時高寬比最大，烈度越高高寬比越小，類比懸挑梁理解的話就是：同樣一個跨度的懸挑梁，所受的豎向荷載越大，梁高就越大；

同樣位于7度區的剪力牆結構，高寬比最大是6，當建築結構高度越高的時候，建築物盡量做的越寬一些，類比懸挑梁理解的話就是：在同樣荷載條件下的懸挑梁，梁的跨度越大，梁高就越大；

您還能想到其他結構概念中的一些類比嗎？

第三部分 連梁的工作原理和破壞機理

剪力牆結構體系是指：剪力牆和由于剪力牆開洞而形成的連梁組成的結構。

連梁是指兩端與剪力牆在平面内相連的梁。一般在風荷載和地震荷載的作用下 ,連梁的内力往往很大。連梁是第一道防線，能夠很好地起到耗能的作用。(高層剪力牆結構中梁的種類)

要能夠形象地理解連梁的工作原理：

在水平力作用下，牆肢産生彎曲變形，連梁為了協調這種變形，産生内力，梁端産生的彎矩、剪力、軸力反作用于牆肢，約束牆肢變形，反複作用下，梁端形成塑性絞，結構剛度降低，變形加大，從而吸收大量的地震能量，同時通過塑性鉸仍能繼續傳遞彎矩和剪力，也就是可以繼續消耗地震能量，對牆肢起到一定的約束作用，延緩牆肢破壞，使剪力牆保持足夠的剛度和強度，不至于立即發生傾覆和倒塌，此即為延性破壞。在這一過程中，連梁起到了一種耗能的作用，對減少牆肢内力，延緩牆肢屈服有着重要的作用。此種工作狀态是最理想的狀态，屬于延性破壞，塑性鉸的形成對耗能起到了很大的作用，而耗能能力的大小取決于塑性鉸的轉動能力。此種情況一般出現在連梁跨高比較大的時候（不小于5，高規275頁7.1.2建議宜大于6就是這個原因）。而脆性破壞是指對于跨高比較小的連梁，剛度大，吸收的地震力也大，發生剪切破壞時，各牆肢喪失了連梁對它的約束作用，将成為單片的獨立牆。這會使結構的側向剛度大大降低，變形加大，牆肢彎矩加大，由于沒有連梁的約束，可能導緻結構的倒塌（根源在于轉動能力很弱，以及牆體變為獨立牆肢）。連梁越柔，協調變形的能力越強，延性越好。

高層剪力牆結構中，連梁是第一道防線，要保證連梁是延性破壞，起到耗能的作用，保證強牆弱連梁。設計時盡量避免采用強連梁（跨高比小于2.5的連梁），盡量采取減小梁高加大跨度的辦法達到設計的要求。

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