寬扁梁的應(yīng)用

寬扁梁的應(yīng)用研究

摘要：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(shè)計得到了廣泛的采用。筆者在前段時期的****花園小學(xué)風(fēng)雨操場的設(shè)計中采用了寬扁梁，對寬扁梁的應(yīng)用有了進一步的體會。

關(guān)鍵字：寬扁梁

工程簡介：

****花園子項小學(xué)風(fēng)雨操場為三層框架結(jié)構(gòu)體系，局部大空間，基礎(chǔ)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(shè)計：

對于寬扁梁的設(shè)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(xué)者認為：節(jié)點區(qū)的所有力平衡是關(guān)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(dān)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(shè)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(guān)實驗指出，寬扁梁在靜載和低周反復(fù)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計規(guī)范要求設(shè)置外，還應(yīng)在外核心區(qū)周邊設(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)設(shè)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(yīng)復(fù)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(shè)計值按現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范執(zhí)行，查SATWE計算結(jié)果：V=419KNN=466.09KN

寬扁梁框架節(jié)點水平抗剪承載力設(shè)計值：

VJ=[0.1ηJ(1+N/fcbchc)fcbJhJ+fyvAsv(hbo-a’s)/S+0.07fcbohJ]/rRE

且VJ≤(0.3ηJfcbJhJ)/rRE

rRE：考慮地震作用組合的抗剪承載力調(diào)整系數(shù)

ηJ：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(shè)計值

當N>0.5fcbchc時,取N=0.5fcbchc

bJ：框架節(jié)點內(nèi)核心區(qū)水平抗剪截面有效寬度

hJ：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

fyv：框架節(jié)點內(nèi)水平箍筋抗拉設(shè)計強度

Asv：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

bb：寬扁梁截面寬度

hb：寬扁梁截面高度

hb0：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VJ≤(0.3ηJfcbJhJ)/rRE=(0.3x1.83x12.5x750x500)/0.85=3027.6KN

滿足設(shè)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(yīng)適當加強，圖二—圖五為本工程的幾個典型節(jié)點。

設(shè)計中應(yīng)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(yīng)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+6αEρ/(1+3.5γ’f)]

翼緣作用（γ’f)經(jīng)常是我們?nèi)菀缀雎缘?，實際上其影響很大。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(yīng)按荷載的短期效應(yīng)組合并考慮荷載長期效應(yīng)組合影響的長期剛度BL進行計算?！痹陂L期剛度公式中：BL=MSBS/[ML（θ-1）+MS]。恒載所占比例越大，則BL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(yīng)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(luò)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