寬扁梁的應用研究

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

簡介： 由于受建筑物層高的限制，為了改善室內(nèi)使用空間，近期內(nèi)寬扁梁的設計得到了廣泛的采用。筆者在前段時期的天健世紀花園小學風雨操場的設計中采用了寬扁梁，對寬扁梁的應用有了進一步的體會。
關鍵字：寬扁梁

工程簡介：

　　 天健世紀花園子項小學風雨操場為三層框架結(jié)構(gòu)體系，局部大空間，基礎采用鋼筋砼獨立柱基。由于建筑立面要求輕巧簡潔，三層（頂層）局部邊跨限制梁高，僅能為500高。頂層采用密肋梁結(jié)構(gòu)體系，11-A、11-5軸邊跨梁為寬扁梁，梁斷面為1000x500、600x500，采用上翻梁，平面布置如下圖一所示。

　　寬扁梁的設計：

　　對于寬扁梁的設計，2001版抗震規(guī)范僅對其斷面有規(guī)定，并沒有詳述的細則。參考國內(nèi)外的文摘和論文，國外的學者認為：節(jié)點區(qū)的所有力平衡是關鍵，寬梁的部分筋若在柱外側(cè)通過時，在斜壓桿的上下端就沒有能起平衡作用的豎向壓力，在柱外的那部分梁可能被剪壞。他們據(jù)此提出兩種解決方法，1、將梁的上部鋼筋全部配置在柱寬范圍內(nèi)；2、配置豎向筋以承擔壓桿推力產(chǎn)生的豎向分力。

　　參考國內(nèi)的文獻，前種方法僅適用于梁比柱稍寬一點的情況，否則，柱內(nèi)鋼筋將密得無法施工，若以犧牲梁的有效高度而設置多排筋，顯然也不合理，但我們要求有70%左右的鋼筋通過柱子。對第二種方法，國內(nèi)有不少的專門論述。有關實驗指出，寬扁梁在靜載和低周反復荷載作用下，破壞區(qū)域基本在節(jié)點外核心區(qū)。在外核心區(qū)設置箍筋可以起到保護內(nèi)核，轉(zhuǎn)移塑性鉸的作用，而且有必要設穿過柱內(nèi)的垂直鋼筋，以增強外核心區(qū)的強度。綜上所述，節(jié)點設計中，節(jié)點外核心區(qū)抗扭是寬扁梁的核心所在。

　　框架節(jié)點核心區(qū)水平抗剪箍筋配置：

　　  寬扁梁框架節(jié)點核心區(qū)水平抗剪箍筋除在內(nèi)核心區(qū)柱內(nèi)按現(xiàn)行混凝土結(jié)

　　構(gòu)設計規(guī)范要求設置外，還應在外核心區(qū)周邊設置，其構(gòu)造要求為：

　　  一級抗震等級   ≥φ12@100

　　  二、三級抗震等級  ≥φ10@100

　　  非抗震等級  ≥φ10@200

　　雙向?qū)挶饬汗?jié)點，可利用寬扁梁腰筋雙向貫通構(gòu)成。單向?qū)挶饬汗?jié)點，可利用寬扁梁腰筋雙向貫通附加另向水平拉結(jié)筋構(gòu)成。

　　框架節(jié)點外核區(qū)抗扭縱筋配置：

　　雙向?qū)挶饬毫焊呦嗟葧r，宜通過按計算要求增加框架梁縱向鋼筋構(gòu)成；雙向?qū)挶饬毫焊卟坏葧r，可在矮寬扁梁方向外核心區(qū)底部加設朝上開口箍筋構(gòu)成底部抗扭縱筋；單向?qū)挶饬簳r，可通過設置節(jié)點核心區(qū)附加封閉箍筋構(gòu)成（形式上相當于寬扁梁箍筋延伸進節(jié)點核心區(qū)）。

　　當采用附加封閉箍筋形式時，其構(gòu)造要求為：

　　  一級抗震等級   ≥φ12@100

　　  二、三級抗震等級  ≥φ10@100

　　  非抗震等級  ≥φ8@100

　　框架節(jié)點外核心區(qū)周邊抗扭封閉箍筋配置：

　　按計算要求通過附加外核心區(qū)角部垂直拉筋與節(jié)點外核心區(qū)寬扁梁縱向鋼筋焊接或搭接構(gòu)成。

　　附加垂直拉筋的構(gòu)造要求為：

　　  一級抗震等級   ≥φ12@100

　　  二、三級抗震等級  ≥φ10@100

　　  非抗震等級  ≥φ8@100

　　框架節(jié)點外核心區(qū)垂直抗剪箍筋配置：

　　寬扁梁框架節(jié)點外核心區(qū)內(nèi)部還應設置垂直抗剪拉筋作抗剪箍筋，勾住進入外核心區(qū)的寬扁梁縱向鋼筋并與之綁扎，其構(gòu)造要求為：

　　  一級抗震等級   ≥φ10@100

　　  二、三級抗震等級  ≥φ8@100

　　  非抗震等級  ≥φ8@100

　　本工程在用SATWE程序計算過程中并未發(fā)現(xiàn)寬扁梁計算結(jié)果的異常，可見程序并未考慮這點，故應復核。柱寬500，梁高500，梁寬分別為1000、600，經(jīng)驗算滿足承載力及構(gòu)造要求。僅以圖五為例驗算11-3軸框架節(jié)點抗剪承載力：

　　寬扁梁框架節(jié)點水平剪力設計值按現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范執(zhí)行，查SATWE計算結(jié)果：V=419KN   N=466.09KN

　　寬扁梁框架節(jié)點水平抗剪承載力設計值：

　　 V_J=[0.1η_J(1+N/f_cb_ch_c)f_cb_Jh_J+f_yvA_sv(h_bo-a’_s)/S+0.07f_cb_oh_J]/r_RE

　　   且V_J≤(0.3η_Jf_cb_Jh_J)/ r_RE

　　r_RE：考慮地震作用組合的抗剪承載力調(diào)整系數(shù)

　　η_J：寬扁梁對節(jié)點的約束影響系數(shù)

　　N： 考慮地震作用組合的節(jié)點上柱軸向壓力設計值

　　  當N>0.5 f_cb_ch_c時,取N=0.5 f_cb_ch_c

　　b_J ：框架節(jié)點內(nèi)核心區(qū)水平抗剪截面有效寬度

　　h_J ：框架節(jié)點水平抗剪截面高度,一般等于節(jié)點外核心區(qū)寬度

　　a’_s ：寬扁梁受壓區(qū)縱筋合力點至受壓區(qū)邊緣的距離

　　f_yv ：框架節(jié)點內(nèi)水平箍筋抗拉設計強度

　　A_sv：框架節(jié)點內(nèi)同一水平截面內(nèi)與水平剪力同向的水平箍筋各  

　　 肢的截面積之和

　　S：框架節(jié)點區(qū)內(nèi)沿高度方向的水平箍筋間距

　　b_b：寬扁梁截面寬度

　　h_b：寬扁梁截面高度

　　h_b0：寬扁梁截面高度

　　b₀：框架節(jié)點外核心區(qū)水平抗剪截面有效寬度

　　且V_J ≤(0.3η_Jf_cb_Jh_J)/ r_RE=(0.3x1.83x12.5x750x500)/0.85=3027.6KN

　　滿足設計要求。

　　此工程中的扁寬梁為框架邊梁，除必須滿足配置協(xié)調(diào)抗扭需要的抗扭鋼筋外，尚需考慮由另一方向扁梁傳至框架邊梁的附加剪力，在該范圍內(nèi)應適當加強，圖二—圖五為本工程的幾個典型節(jié)點。

　　設計中應注意的幾個問題：

　　 在對寬扁梁的裂縫進行大量的計算后發(fā)現(xiàn)，一般由強度控制的梁，如果配筋率較大時，則裂縫寬度難以滿足，須加大配筋。根據(jù)經(jīng)驗，當配筋率達到2%左右時，就應注意裂縫問題。

　　 驗算寬扁梁的撓度時，在支撐情況和跨度一定時，其剛度就起著決定性作用，短期剛度公式如下：

　　 Bs=EsAsH₀²/[1.15Ψ+0.2+6α_Eρ/(1+3.5γ’_f)]

　　 翼緣作用（γ’_f)經(jīng)常是我們?nèi)菀缀雎缘模瑢嶋H上其影響很大。另外，寬扁梁不宜布置雙排筋。H₀的增多或減少都較明顯的影響結(jié)果。規(guī)范規(guī)定：“受彎構(gòu)件的撓度應按荷載的短期效應組合并考慮荷載長期效應組合影響的長期剛度B_L進行計算?！痹陂L期剛度公式中：B_L=M_SB_S/[M_L（θ-1）+M_S]。恒載所占比例越大，則B_L相對就越小，撓度就越大。所以對屋頂層恒荷載相對較大而活荷載很小時，更應驗算梁板撓度。

　　在計算以寬扁梁為支座的板時，當按彈性計算時，對多跨連續(xù)板計算跨度用如下公式：

　　  邊跨： L=L₀+a/2+b/2

　　   L≤L₀+h/2+b/2

　　  中間跨：  L=L₀+b

　　  L≤1.1L₀

　　 實際上，此公式對寬扁梁結(jié)構(gòu)是不合理的。研究表明，與寬扁梁重合部分的板，其作用機理已與純板完全不同，與梁共同作用并相互協(xié)調(diào)?？紤]板的內(nèi)力塑性重分布，一般對四周與梁整體連接的板中間跨的跨中截面，計算彎距可減少20%。實際上連續(xù)板跨中由于正彎距作用截面下部開裂，支座由于負彎距作用截面上部開裂，使得板的實際軸線成拱形，拱形支座位于梁邊附近。根據(jù)以上理論依據(jù)，我們對板的計算跨度取值為L=L₀+h（h為板厚）。

　　 在計算板配筋時，一般構(gòu)造手冊都規(guī)定雙向板負筋的長度取值為L₁/4（從軸線計），對一般的梁板體系，負彎距基本上能被包絡住。但對寬扁梁，如果還按這種取值，顯然欠合理。我們認為合理的取值為L₀/4+b/2（L₀為板凈跨）。

　　參考規(guī)范及文獻

　　1、混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（GBJ10-89）

　　2、傅學怡：寬扁梁設計規(guī)程（1998）

　　3、練賢榮等：寬扁梁——大跨度板的應用體會（蛇口招商購物中心設計事例）

　　4、A.H.尼爾遜，G.溫特爾：混凝土結(jié)構(gòu)設計（過鎮(zhèn)海等譯）

　　5、周起敬等：混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊（1994）