问题的提出

关于梁与墙面外连接，印象最为深刻的是2018年和某单位合作做的高层住宅转换超限项目，在沟通过程中发现了梁与墙面外连接时点铰与不点铰位移角可以从1/600+变到1/800+，分母相差了200+，按照广东省高规要求，位移角限值为1/800，如果按点铰的方案，整个项目结构需要重新进行设计。

梁与墙面外刚性连接有两个主要问题需要解决，分别是梁的钢筋锚固长度（水平段）和墙的面外承载力；若梁钢筋锚固长度（水平段）不足，那么，后果就是钢筋强度不能充分发挥，若墙面外承载力不足以平衡梁端弯矩，那么，梁与墙交接周边墙体会在梁达到抗弯承载力之前可能已经损坏了，一句话，计算所设的假定条件不成立，所做的分析结果将无意义。

相关规范规定

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第7.1.6条，明确梁与墙面外刚性连接时，需要通过计算确定暗柱配筋，但没有给出计算方法，并明确了梁纵筋在墙内的锚固水平段长度要求。

问题分析

假设混凝土强度等级为C30和C35，HRB400级钢筋，抗震等级一二级和三级时，充分利用钢筋强度的最小墙厚要求详下表：

从上表可以看到，如果梁与墙面外连接为刚接时，为了能充分发挥钢筋强度，对于200厚的剪力墙配直径为12mm的钢筋勉强可以，直径为14mm时基本要250厚墙了。

当墙厚不能满足锚固水平段所需要的宽度时，对于梁面筋可以考虑锚入相邻板内（置于板钢筋网层下）可以解决此问题；一般情况下，梁底筋在支座部位计算配筋值不会很大，往往是跨中部位最大，例如梁底部跨中计算配筋值为980，支座部位计算配筋值为300，即使选用2条25的钢筋问题也不大，因为在支座部位底筋不需要充分利用钢筋强度（混规第8.3.2条有类似规定）；当梁跨度比较小时，与连梁相似，梁底筋计算配筋值可能会比较大，此时只能改变结构布置或释放梁端约束来控制（除有条件增设扶壁柱、出梁头等措施外）。

以下图片为现场实拍梁与剪力墙面外连接实际情况：

实际现场操作时梁钢筋并不能总是伸到墙的对边进行锚固，实际水平段长度并没有我们用计算器摁出来的那么长，总会受到其它钢筋阻挡、下料长度准确性（特别是钢筋两端带弯钩的，为了施工方便总是会弄短点）、监理、施工人员责任心和开发商的重视程度（本项目大部分的梁端钢筋做得算很不错了，每层都要求去检查钢筋，每次开发商经理都在场，一有问题经理马上要求钢筋工整改）。

以下将通过通用有限元软件对墙暗柱进行分析。

计算条件：

材料：混凝土强度等级为C30，钢筋为HRB400级。

截面：剪力墙200厚，梁截面为200×600，板厚为100,层高为3000

荷载：梁下端加两个集中力100KN,也即是在墙轴线位置产生弯矩为220KN*M

计算单元：全部采用实体单元，每一单元尺寸为100x100x100

边界条件：剪力墙上下两端均为三个平动位移约束，楼板仅在自由边约束Y向平动位移（楼板未设置Z向约束，未分配到弯矩）

计算软件：MIDAS GEN

梁在墙中部平面图

梁在墙中部计算模型

梁在墙端部平面图

梁在墙端部计算模型

梁在墙中部时的分析

模型三维变形图（斜视）

模型三维变形图（侧视）

梁弯矩对墙面产生的正应力（斜视图）

梁弯矩对墙面产生的正应力（正面正视图）

正面正视局部放大图

从上图可发现，墙在梁底位置正应力比梁顶位置大，也刚好在梁边每侧1倍墙厚范围内应力比较大，与规范建议值的暗柱宽度比较接近（梁在墙端连接时也有同样情况，后续公众号会更新）；离梁顶和底一定距离后的墙面外弯矩在整个横截面分布比较均匀。

以下将分别提取墙在梁顶和梁底位置对应600宽暗范围内和整片墙横截面面外弯矩，为提取内力方便，仅保留梁高范围内墙身模型，其它单元全部钝化掉。

从上图可发现，墙在梁顶位置整片墙3000宽范围内弯矩为47.862KN*M，与梁端总弯矩比值为47.862/220=21.76%

从上图可发现，墙在梁顶位置暗柱600宽范围内弯矩为21.011KN*M，与梁端总弯矩比值为21.011/220=9.55%，与梁顶位置整片墙3000宽范围弯矩比值为21.011/47.862=43.90%。

（上图已旋转把梁底倒过来）

从上图可发现，墙在梁底位置整片墙3000宽范围内弯矩为94.019KN*M，与梁端总弯矩比值为94.019/220=42.74%

（上图已旋转把梁底倒过来）

从上图可发现，墙在梁底位置暗柱600宽范围内弯矩为40.793KN*M，与梁端总弯矩比值为40.793/220=18.57%，与梁底位置整片墙3000宽范围弯矩比值为40.793/94.019=43.39%。

综合以上分析，暗柱600宽范围内墙面外弯矩最大值在梁底位置，弯矩为40.793KN*M，占梁端总弯矩220KN*M的18.57%，占梁底位置整片墙3000宽范围弯矩的43.39%，暗柱配筋设计时是否可按梁端总弯矩的18.57%进行设计？若暗柱仅平衡梁端总弯矩的18.57%，那么，墙身强度是否可以平衡得了剩下的面外弯矩？

现针对以上提出的问题对暗柱、墙身和结构梁配筋计算复核：

暗柱纵筋面积（方法一）：假设墙身轴压比为0.4，则暗柱轴力N=600x200x14.3×0.4=686.4KN,弯矩为40.793KN*M，计算暗柱单边配筋面积为247mm²，两边配筋率为2×247/(600×200)=0.41%,比一般墙身配筋率0.25%大些，需要单独设置暗柱。

墙身纵筋面积：假设墙身轴压比为0.4，则墙身轴力N=（3000-600）x200x14.3×0.4=2745.6KN,弯矩为94.019-40.793=53.226KN*M，计算墙身单边配筋面积小于零，为构造配筋。

与墙面外连接的结构梁纵筋面积：结构梁弯矩为220 KN*M，配筋面积为1341 mm²（一般设计时都会控制梁配筋值不可过大，当比较大时可人为释放部分梁端弯矩，否则选钢筋时需要比较粗的钢筋，锚固水平段难满足要求，钢筋强度不能充分利用）。

暗柱纵筋面积（方法二）：利用EXCEL编制公式，基本思路是根据梁实际配筋反算承载力作为暗柱配筋计算需要的总弯矩，此总弯矩根据上下层墙线刚度进行分配给上下两层（未考虑分配给楼板），分配后得到的本层弯矩完全由本层暗柱平衡，计算的暗柱单边配筋面积为1727mm²,与以上利用实体单元有限元计算的暗柱单边配筋面积247mm²大了很多。

由以上分析可知，梁纵向钢筋面积为1341 mm2时对应暗柱单边配筋面积为247mm²就够了，梁端弯矩不需要全部由暗柱来平衡，当梁配筋不大时，即使为刚接，也是允许不设置暗柱的，因为此时暗柱宽范围内墙身钢筋可能都足够了；墙身钢筋为构造即可，与墙身长短有比较大关系。

小结（仅针对本分析模型个案）

（1）我们结构设计的计算模型是做了很多假定情况下进行计算的，梁与墙的刚性或铰接连接只是其中的一部分，不管是刚接还是铰接，都得采用相应措施使得计算假定条件与实际情况基本或尽可能相一致，否则计算结果将与实际不相符；

（2）梁与墙刚性连接时，只能尽量控制计算配筋量最大值，选用多根小直径钢筋；对于住宅梁宽多为200，墙厚一般多数为200，少量为250，可控制配筋量最大值在900mm²以内，对应最大钢筋为6条14分两排；

（3）通过以上分析可知，暗柱600宽范围内墙面外弯矩最大值在梁底位置，占梁端总弯矩的18.57%，占梁底位置整片墙3000宽范围弯矩的43.39%，影响范围主要集中在暗柱宽度范围；

（4）通过以上分析可知，梁纵向钢筋面积为1341 mm²时（对应弯矩为220KN*M）对应暗柱单边配筋面积仅为247mm²，若控制梁纵向钢筋面积为900 mm²以内时，暗柱配筋按规范构造要求可能都够了，或者暗柱都允许不设置；暗柱弯矩会随梁高的减少有所增大，当梁高由600改为400时，暗柱600宽范围内墙面外弯矩占梁端总弯矩的22.78%（后续公众号会更新）；

（5）在项目设计中不可能对每个节点都做那么详细的分析，只能从分析的结果了解一定的规律，在写本文以前，一直以为暗柱需要承受梁端全部弯矩来设计，并用EXCEL编制了一系列公式进行计算，通过以上分析后是不需要的。

来源：王的结构设计笔记。

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