結構中寬扁梁設計要點及其特點探討

【摘要】寬扁梁樓蓋由于其設計特點而有助于梁柱節(jié)點的延性提高，其在工程中的應用逐漸增多，本文通過結合筆者工程實踐經(jīng)驗，對寬扁梁樓蓋設計時應當注意的設計要點等相關問題展開探討，同時結合實例加以分析寬扁梁在特殊情況下的應用優(yōu)勢，為同行提供借鑒。

【關鍵詞】結構設計；寬扁梁；抗震性能；結構布置

1.寬扁梁設計要點分析

從設計實踐經(jīng)驗表明，對于寬扁梁設計來說，其不僅僅需要滿足框架梁的設計要求，同時其還需要滿足寬扁梁自身特殊性的設計要求。

1.1寬扁梁布置以及截面尺寸選取

（1）對于一級抗震等級要求的框架結構來說，其不適宜采用寬扁梁樓蓋設計。對于框架結構中采用寬扁梁樓蓋設計時，布置寬扁梁應使其與框架柱中線重合，而且樓蓋應采取雙向布置寬扁梁。

（2）合理地選取寬扁梁的梁高是設計寬扁梁的關鍵步驟之一。結合設計實踐經(jīng)驗以及相關規(guī)范要求，寬扁梁的梁高適宜選取計算跨度的1/22-l/16，對于跨度較大者則適宜采取較大值。同時要求梁高應大于2.5倍樓板厚度。對于寬扁梁的寬度選取則應小于3倍梁高。另外，規(guī)范對于寬扁梁的截面尺寸給出了相關的設計要求如下：bb<2bc，bb≤hc+hb，hb≥16d。式中：bc為柱截面寬度，圓形截面取柱直徑的0.8倍；bb、hb——梁截面寬度和高度；d——柱縱向鋼筋直徑。

1.2寬扁梁配筋設計

對于寬扁梁樓蓋的梁柱節(jié)點核心區(qū)的配筋設計是關鍵之一。寬扁梁箍筋加密區(qū)的長度不僅應滿足抗震設計規(guī)范中規(guī)定的框架梁加密區(qū)長度，還應同時滿足自梁邊算起lnE長度以及自柱邊算起至梁邊以外b+h范圍內(nèi)長度的較大值。對于寬扁梁柱內(nèi)節(jié)點核心區(qū)的配箍量及構造要求同普通框架；當邊柱和中柱節(jié)點在扁梁交角處的板面頂層縱向鋼筋和橫向鋼筋間距較大時，可采取在板角處布置附加構造鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片伸入板內(nèi)的長度應大于板短跨方向計算跨度的1/4，并應按受拉鋼筋錨固在扁梁內(nèi)。

1.3寬扁梁抗震性能分析

（1）寬扁梁可以有效地滿足抗震設計理念，即要求結構抗震設計應滿足“強柱弱梁，強剪弱彎、強節(jié)點弱桿件”。

（2）從圖1可以看出，對于圖中的斜線部分所示節(jié)點核芯區(qū)的混凝土受到約束，使得后者抗剪強度提高。同時，前者也參與工作，成為節(jié)點的重要組成部分。

（3）寬扁梁可有效地提高節(jié)點延性。從寬扁梁節(jié)點實驗結果表明，在圖1中斜線部分所示的區(qū)域先破壞，然后才是節(jié)點核芯區(qū)破壞，從而增加了結構的抗震防線，使得結構節(jié)點延性得到提高，提高結構的變形能力。

2.寬扁梁樓蓋設計應用

某高層辦公樓設計為智能型辦公大廈，主樓占地面積6362m2，建筑面積為93652m2。大廈地下3層，地上17層，房屋總高度67.3m。建筑東西長136m，南北寬約60m。本工程柱網(wǎng)尺寸大部分為9m，但由于受城市規(guī)劃限高的限制，主要樓層層高均為3.60m。同時由于業(yè)主要求樓層凈高不得小于2.70m，走廊凈高不得小于2.40m，因此最終可采用的空間高度為900mm、1200mm，結構設計中梁板高度只能設計在400mm范圍內(nèi)。但是本工程柱網(wǎng)較大，如果采用普通的梁板結構設計，結構梁高必定會超出400mm，因而將造成空間高度不能滿足要求，因此設計時進行了多個方案的比較。

2.1方案比較分析

（1）預應力樓蓋設計。針對本工程來說，由于建筑平面復雜多變，而且樓板存在嚴重的不規(guī)則性，因此采用預應力樓蓋設計，必定會給預應力布置及其施加帶來煩瑣。另外對8度區(qū)主要受力構件宜采用有粘結預應力構件，而從工程實踐效果表明，采用400mm高的有粘結預應力梁施工較為復雜，工程成本較高。

（2）無梁樓蓋設計。鑒于本工程柱網(wǎng)尺寸大，大部分柱網(wǎng)尺寸為9m，板厚取250mm（設柱帽）。本工程8度抗震設防，場地類別為B類。對本工程采取無梁樓蓋設計后，整個建筑物的質(zhì)量較普通梁板樓蓋增加了22%左右，計算的層間彈性位移角最大達1/5l9，不能滿足規(guī)范要求。另外，板柱節(jié)點較弱，應采用增加剪力墻數(shù)量以及板厚等抗震加強措施方式，但是本工程剪力墻的布置受到使用功能的限制，變化的可能性很小，難以實現(xiàn)。

（3）寬扁梁設計。從寬扁梁結構設計要點表明，對于寬扁梁的截面高度可取跨度的1/22-1/16。基于當前對寬扁梁的試驗研究成果，本工程寬扁梁梁高設計為400mm，高跨比為l/22.5，梁寬取1000mm。經(jīng)計算結果表明，寬扁梁縱筋配筋率在2.0%以下，支座裂縫為0.19mm，跨中裂縫0.15mm，撓度為24.34mm。另外針對本工程中梁跨度大于4m者，在施工中采取起拱L/500，其中L為梁跨。經(jīng)計算，采取寬扁梁方案設計后，各項計算指標均能滿足規(guī)范的承載能力極限狀態(tài)計算和正常使用極限狀態(tài)驗算的要求。

2.2寬扁梁樓蓋結構分析

為了更進一步地研究本工程大量采用寬扁梁，結構整體計算指標的有效性，本結構設計采用中國建筑科學研究院編制的TBSA程序，分別對寬扁梁樓蓋以及普通梁板樓蓋結構方案進行了計算分析。

兩種樓蓋計算結果比較表明，把普通梁350mm×800mm、300mm×650mm梁分別用寬扁梁700mm×400mm、1000mm×400mm代替后，結構的層間彈性位移以及周期比等均有效地滿足結構設計規(guī)范要求，同時計算結果表明本結構采用寬扁梁樓蓋設計后，結構周期變長。而實際的T>Tg，根據(jù)地震影響系數(shù)曲線分析，地震影響系數(shù)T隨了增大而減小，所以對本建筑即使結構總質(zhì)量增加了，但總的水平地展作用并沒有增大，反而減小了。

3.結語

對于結構樓蓋設計來說，樓蓋有多方案可供考慮，但是合理的樓蓋方案才是結構設計人員所向往的。從研究成果表明，寬扁梁樓蓋對于樓層空間受到限制情況來說，其應用效果明顯。同時寬扁梁樓蓋由于其設計特點而有助于梁柱節(jié)點的延性提高，另外在寬扁梁樓蓋設計時還應當注意其設計要點，以有效地確保其設計的合理性。

參考文獻

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