關(guān)于懸挑梁設(shè)計幾個問題的思考

焉永強(qiáng)

摘要：本文分析了懸挑梁設(shè)計中存在的問題，重點對如何確定懸挑梁的截面高度和可否特懸挑粱主蔣錨圈干構(gòu)造柱內(nèi)兩個方面問題進(jìn)行探討，提出了設(shè)計建議，供大家參考。

關(guān)鍵詞：懸挑梁 設(shè)計 荷載 抗剪

0 引言

建筑物設(shè)計、施工乃至加固領(lǐng)域中，經(jīng)?？捎龅綉姨袅航Y(jié)構(gòu)。因為懸挑梁在整個結(jié)構(gòu)體系中的特殊性，所以一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，將對整幢建筑物構(gòu)成極大的安全隱患。懸挑結(jié)構(gòu)常常處于室外，面對雨水、二氧化碳等的直接侵蝕，且因為用戶的使用原因，荷載也存在一定的不確定性，所以一旦出現(xiàn)裂縫，將極有可能進(jìn)一步擴(kuò)大，嚴(yán)重的將危及建筑物的安全。懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計受力的合理性、設(shè)計安全儲備的控制、施工質(zhì)量的把握、對有質(zhì)量問題的懸挑梁加固的可行性和針對性都很重要，本文將對這些問題進(jìn)行深入分析與探討。

1 設(shè)計中存在的問題

1.1 設(shè)計中的常見做法 懸挑梁的設(shè)計一般先假定截面，然后再根據(jù)承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的要求，分別進(jìn)行計算和驗算。在工程設(shè)計中，設(shè)計人員一般依據(jù)文獻(xiàn)推薦的懸挑梁截面高度h取梁計算跨度1的1／8～1／6的規(guī)定初選截面。當(dāng)懸挑梁的計算跨度較大，或者由于房屋結(jié)構(gòu)開間較大，作用于懸挑梁自由端處的縱向梁上承受比較重的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，縱向梁需要比較大的截面高度時，設(shè)計人員常有意無意地增大懸挑梁的截面高度，認(rèn)為梁截面高度的增大，結(jié)構(gòu)可能偏于安全，主要從以下兩個方面考慮：①可以不必作撓度驗算。②符合按極限狀態(tài)進(jìn)行構(gòu)件承載力設(shè)計的原理。梁截面高度的增大，即R的增大。對構(gòu)件承載力的設(shè)計是有益的。但僅僅滿足上述兩上方面要求，認(rèn)為結(jié)構(gòu)偏于安全，還是不夠的。

1.2 荷載的取值 按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001)規(guī)定，應(yīng)取活荷載標(biāo)準(zhǔn)值2.5kN/m2～3.5kN/m²，而有的則取1.5kN/m²，從而造成嚴(yán)重的設(shè)計隱患。

1.3 設(shè)計計算失誤 砌體結(jié)構(gòu)中對鋼筋混凝土挑梁的抗傾覆驗算中，挑梁計算傾覆點于墻外邊緣的距離有如下規(guī)定，（見《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GBS0003-2001））應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行挑梁埋八砌體的長度計算傾覆點到墻外邊緣的距離，挑梁的截面高度。

1.4 抗剪設(shè)計的失誤 構(gòu)造規(guī)定，懸臂梁長度大于1.5m時，必須設(shè)計置一排彎起鋼筋用以抗剪，如梁端遇有集中荷載時，則須配兩排彎起筋。而現(xiàn)實中挑梁端部常因用戶的需要而在梁端設(shè)有240mm厚圍護(hù)墻的集中荷載，但設(shè)計時卻可能未作考慮，因此容易忽視這個問題，從而造成質(zhì)量事故。工程上很多懸挑梁質(zhì)量問題往往就出在剪力不夠這個問題上，而箍筋和彎起鋼筋的配置是否符合要求便成為關(guān)鍵。

2 如何確定懸挑梁的截面高度

2.1 設(shè)計中的常見做法 懸挑梁的結(jié)掏設(shè)計。主要包括承載力計算、抗傾覆驗算、撓度驗算和裂縫寬度驗算等幾個方面內(nèi)容。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，懸挑梁的截面高度取梁計算跨度的1／8～1／6時，通?？刹蛔鲹隙闰炈悖O(shè)計過程中，構(gòu)件的裂縫寬度驗算尚不能忽視。影響懸挑梁截面高度的困素，主要有：①懸挑梁承受的荷重。②懸挑梁的計算跨度。③懸挑梁受拉鋼筋的直徑。為了說明方便，引進(jìn)兩個參數(shù)：荷載跨度比和跨高比。研究表明：對于不同的荷載跨度比和鋼筋直徑，懸挑梁的跨高比有其上限及下限?？绺弑鹊纳舷?，當(dāng)荷載跨度比值較小時，Eh撓度控制；當(dāng)荷載跨度比值較大時，由抗彎承載力控制?？绺弑鹊南孪?，由裂縫寬度控制。為了不作撓度驗算,設(shè)計時減小跨高比，增大懸攜梁截面高度，如不滿足裂縫寬度的要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件將是不安全的。

2.2 設(shè)計建議 ①重視正常使用極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫寬度驗算，不宜照搬某些手冊的條款。②選用輕型圍護(hù)結(jié)構(gòu)，減少作用于懸挑粱自由端處縱向梁上的荷重。③不宜選用較大開間的結(jié)構(gòu)形式，減少作用于懸挑梁自由端處縱向梁的截面高度。④選用懸挑梁的截面高度，可不作撓度及裂縫寬度驗算，僅需作抗彎及抗剪承載力計算。

3 為了滿足抗傾覆要求，可否將懸挑梁的主筋錨固于構(gòu)造柱內(nèi)

3.1 設(shè)計中的常見作法 懸挑梁的抗傾覆驗算。是結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計的重要內(nèi)容之一，《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》給出了懸挑梁抗傾覆驗算的設(shè)計原則和方法。但在工程設(shè)計中，設(shè)計人員往往覺得按規(guī)范條文進(jìn)行驗算比較麻煩，想充分發(fā)揮構(gòu)造柱的作用。介紹了這樣的作法，主要理由是，懸挑粱的主筋錨固于構(gòu)造柱里，構(gòu)造柱與懸挑梁整體澆筑，節(jié)點是可靠的，而且構(gòu)造柱與墻體之間設(shè)置了拉接筋，連接的可靠性有保證。當(dāng)室外懸挑部分采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，室內(nèi)樓蓋為預(yù)制板。懸挑梁的梁頂標(biāo)高與室內(nèi)預(yù)制板的板底標(biāo)高相差較大時，懸挑梁埋入砌體的部分不能直通，鋼筋不能全部延伸過去。有的作法是，把挑梁的受拉鋼筋全部彎入構(gòu)造柱內(nèi)；還有的作法是，在板縫內(nèi)通入懸挑梁截面的中部一根受拉鋼筋，其余的受拉鋼筋，因通不過去，則錨入構(gòu)造柱內(nèi)。

3.2 原因分析 筆者主要從構(gòu)造柱的作用進(jìn)行分析。構(gòu)造柱不是單獨的受力構(gòu)件，而是與墻體共同受力的。構(gòu)造柱的主要作用是增大磚混結(jié)構(gòu)的變形能力，地震前把構(gòu)造柱作為一種安全儲備構(gòu)件，在地震發(fā)生之際，由于墻體會不同程度地開裂，此時構(gòu)造柱以其自身的塑性變形消耗地震能量，墻體被約束在自身平面內(nèi)，墻體、圈梁和構(gòu)造柱仍能共同承擔(dān)豎向壓力和一定的地震作用，從而使結(jié)構(gòu)裂而不倒。如果讓構(gòu)造柱震前就承擔(dān)懸挑梁傳來的彎矩，這將會削弱這類結(jié)構(gòu)的安全儲備，不符合“大震不倒”的抗震設(shè)計原則，對結(jié)構(gòu)抗震是不利的。有些工程設(shè)計，利用構(gòu)造柱抗傾覆時，適當(dāng)加大了構(gòu)造柱的截面和配筋，但從設(shè)計手段上看，設(shè)計者很難判斷用于震時安全儲備的多少，對于這一問題，設(shè)計人員應(yīng)慎重對待。

4 結(jié)束語

由于懸挑梁在結(jié)構(gòu)中的重要性以及工作狀況的復(fù)雜性，因此要求設(shè)計必須規(guī)范合理，且應(yīng)注意保證結(jié)構(gòu)具有足夠的安全度。施工時也應(yīng)嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，確保達(dá)到設(shè)計的要求。上述加固方法對懸挑構(gòu)件進(jìn)行補強(qiáng)加固，在結(jié)構(gòu)計算中應(yīng)反映加固部分受力的滯后現(xiàn)象，不能是新舊結(jié)構(gòu)簡單地疊加受力，受力分布也不均勻，因此不可簡單地做疊加計算。在工程檢測中，發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)承載力達(dá)到一定程度后，加固結(jié)構(gòu)才開始受力，為了使加固后構(gòu)件更加安全，應(yīng)適當(dāng)加大設(shè)計的安全儲備。