處于復(fù)雜受力狀態(tài)下的框支轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)

梁冬

摘要：本文針對(duì)在建筑工程中，存在的一些新型復(fù)雜受力的情況以及框支轉(zhuǎn)梁的實(shí)際受力情況，進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)探討，進(jìn)而在實(shí)際工程的的運(yùn)用設(shè)計(jì)中，提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜受力；框支轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)；探討

隨著人們生活與工作的需要，建筑物應(yīng)當(dāng)具備較高樓層及功能齊全的綜合用途。上部樓層通常做為居民住宅或旅社，底部樓層則大多用于商場(chǎng)、餐飲等設(shè)施。由于上下樓層的用途差別較大，因此需要采取不同的結(jié)構(gòu)形式。本文結(jié)合上下樓層的結(jié)構(gòu)差異及結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

1.工程中復(fù)雜受力情況的分析

在建筑工程中，由于業(yè)主的需求或設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)，建筑大多追求新穎的造型，豐富的功能等，這樣轉(zhuǎn)化樓層的結(jié)構(gòu)布設(shè)也出現(xiàn)了新的受力情況。由于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)相關(guān)規(guī)范中不涉及的元素，因此下文將對(duì)在當(dāng)前工程施工中出現(xiàn)的新型復(fù)雜受力情況進(jìn)行歸納分析： 一是轉(zhuǎn)換梁上方重心偏移荷載的問(wèn)題，例如，根據(jù)建筑的特殊要求，在梁的中軸線與轉(zhuǎn)換梁上剪力墻的軸線需要設(shè)置偏心距，這類情況可結(jié)合剪力墻、框支柱以及轉(zhuǎn)換梁等之間的平面位置的相對(duì)情況，可將轉(zhuǎn)換梁分為以下幾類：剪力墻完全處于轉(zhuǎn)換梁規(guī)定跨度內(nèi)，剪力墻兩側(cè)與框支柱不相連；剪力墻一側(cè)落在框支柱上，另一側(cè)處于轉(zhuǎn)換梁的跨度內(nèi)；剪力墻左右均與框支柱相連；兩片不位于同一軸線的平行剪力墻，對(duì)同一轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行支撐。在樓層較高的建筑中，通常將偏心剪力墻與框支轉(zhuǎn)換梁綜合設(shè)計(jì)，雖然具備一定的優(yōu)點(diǎn)，但使梁除了承受梁平面之內(nèi)的樓層剪力墻傳遞的荷載，也將出現(xiàn)剪力墻不滿跨及錯(cuò)位等原因?qū)е碌膹?fù)雜受力情況；由于框支轉(zhuǎn)換梁的剪力墻軸線的設(shè)計(jì)差異且大多不滿跨，很大程度上破壞了梁端的正常約束以及荷載的正常傳遞，以致轉(zhuǎn)換梁受到拉、剪、彎、扭等多種受力。二是為了盡量滿足建筑的功能要求，在設(shè)計(jì)時(shí)將框支柱的截面中線與框支梁的截面中線不相重合，進(jìn)而出現(xiàn)了一定的偏心作用。三是出現(xiàn)二次轉(zhuǎn)換，二次轉(zhuǎn)換具有較長(zhǎng)的傳力路徑，框支梁受到了一定的剪力、扭曲及彎矩等作用。二次轉(zhuǎn)換的應(yīng)用較直接加載下框支轉(zhuǎn)換梁的情況更為復(fù)雜。四是由于建筑的外型的特異，在實(shí)際施工中必將出現(xiàn)曲線、折現(xiàn)等形式的轉(zhuǎn)換梁。曲線、折現(xiàn)轉(zhuǎn)換梁是經(jīng)過(guò)復(fù)雜的受彎剪扭的受力結(jié)構(gòu)，其內(nèi)應(yīng)力的分析與直線梁相比，具有較多的特點(diǎn)及困難。如進(jìn)行彎扭耦合時(shí)，要求的支座的抗扭性能等問(wèn)題。上訴的各幾點(diǎn)都給水平曲線及折線轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)與安全施工造成了一定的影響[1]。

2.分析復(fù)雜受力狀態(tài)下的框支轉(zhuǎn)換梁的受力情況

若轉(zhuǎn)換梁出現(xiàn)上述各類復(fù)雜的受力情況，僅根據(jù)整體性質(zhì)及結(jié)合平面有限元等進(jìn)行分析，其計(jì)算的結(jié)果往往與實(shí)際存在較大的偏差。

上文所提出的各種復(fù)雜受力的轉(zhuǎn)換梁荷載偏移的作用，在相關(guān)規(guī)范規(guī)章中，并沒(méi)有提出較為有效的受力分析以及如何設(shè)計(jì)正確構(gòu)造的措施。且在建筑工程中，往往利用TAT，SATWE，F(xiàn)EQ等電子軟件進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于上述情況由于計(jì)算的模式較為局限，尚不能有效的對(duì)偏心轉(zhuǎn)換梁的受力情況模擬進(jìn)行展示。對(duì)此應(yīng)切實(shí)考慮當(dāng)上部剪力墻與轉(zhuǎn)換梁在相對(duì)垂直布設(shè)或偏心布設(shè)時(shí)，剪力墻墻端與轉(zhuǎn)換梁相接處出現(xiàn)較大的平面性外應(yīng)力，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)準(zhǔn)確借助ANSYS，SAP2000，ALGOR類型的空間有限元的程序進(jìn)行有效的分析，并對(duì)應(yīng)力的分析結(jié)果進(jìn)行記錄，之后結(jié)合曲線進(jìn)行積分，并得出精確的內(nèi)應(yīng)力數(shù)據(jù)。將偏心轉(zhuǎn)換梁與上述內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行配筋計(jì)算，采取SATWE，TAT等軟件分析的結(jié)果與配筋計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。并且在配筋的同時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)換梁箍筋與梁側(cè)拉筋的配設(shè)進(jìn)行加強(qiáng)。上述的兩面平行剪力墻不處于同一軸線的時(shí)，且又支撐在相同轉(zhuǎn)換大梁上的情況，進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析就將受到更多的制約。當(dāng)前尚未有較科學(xué)的方式進(jìn)行有效的計(jì)算。

其難點(diǎn)主要是由于難以進(jìn)行準(zhǔn)確的模型建設(shè)。在這類情況下，若將轉(zhuǎn)換梁結(jié)合墻線進(jìn)行劃分，使其成為兩根寬度不同且具有相同變形曲線的梁。在現(xiàn)實(shí)施工中由于梁的受力點(diǎn)不一致，因此很難實(shí)現(xiàn)。許多設(shè)計(jì)師考慮，在實(shí)際施工中將轉(zhuǎn)換梁直接更換為兩根相鄰的連接在同一大柱的梁，是否能夠有效的對(duì)受力提供好處，也盡量避免梁存在抗扭的問(wèn)題。使用雙柱雙梁進(jìn)行輸入，雖然對(duì)柱而言沒(méi)有較為明顯的影響。但由于兩根梁的變形難以有效協(xié)調(diào)而導(dǎo)致梁將存在較大誤差。對(duì)此可考慮將兩根梁在一定距離內(nèi)便使用一節(jié)短次梁進(jìn)行連接，使兩根梁的變形得到協(xié)調(diào)，其試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況較為符合。在進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁的實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于轉(zhuǎn)換梁的計(jì)算模型確定之后，使用ANSYS，SAP2000，ALGOR等空間性的有限元程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁部分的細(xì)致有限元分析。

針對(duì)框支梁與框支柱的截面中心線不相吻合的情況，其高程則在相關(guān)條款的規(guī)定范圍中，對(duì)于這類情況在實(shí)際工程施工中經(jīng)常出現(xiàn)，采取怎樣的有效措施，是否根據(jù)常規(guī)框架梁的方法進(jìn)行施工，則應(yīng)結(jié)合相關(guān)規(guī)范條例的具體方法進(jìn)行加強(qiáng)處理，規(guī)范中也未有效提出處理方法。在實(shí)際施工中，也對(duì)上述規(guī)范中的加強(qiáng)措施，進(jìn)行有效運(yùn)用，對(duì)轉(zhuǎn)換梁受力情況的復(fù)雜性進(jìn)行考慮，可借鑒前文相關(guān)的分析方法，將梁側(cè)拉筋與轉(zhuǎn)換梁箍筋的配置進(jìn)行有效的加強(qiáng)。

對(duì)于二次轉(zhuǎn)換荷載的框支轉(zhuǎn)換梁，在相關(guān)規(guī)程中指出，建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的上方豎向的抗側(cè)力的柱與墻等構(gòu)件，最好直接設(shè)置在轉(zhuǎn)換層的主體結(jié)構(gòu)上。若建筑主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件布置復(fù)雜、框支主梁同時(shí)承托轉(zhuǎn)換次梁及剪力墻等情況時(shí)，應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的應(yīng)力分析，結(jié)合應(yīng)力情況校核配筋，并注重提高對(duì)配筋構(gòu)造的相關(guān)要求。在這一情況中，應(yīng)力分析以及配筋構(gòu)造的要求應(yīng)保證明確。二次轉(zhuǎn)換荷載的框支轉(zhuǎn)換主梁的整體受力情況極為復(fù)雜，首先應(yīng)對(duì)次梁作用對(duì)主梁產(chǎn)生的扭矩的情況進(jìn)行充分考慮；其次應(yīng)考慮到在施工中往往將次梁采取二次轉(zhuǎn)換荷載的方法將力集中并傳遞至轉(zhuǎn)換梁上，因此，若在轉(zhuǎn)換梁的單跨中，設(shè)計(jì)多根次梁進(jìn)行力的傳導(dǎo)時(shí)，或設(shè)計(jì)某根次梁不位于主梁梁跨的中心時(shí)，將使轉(zhuǎn)換梁出現(xiàn)兩個(gè)或者兩個(gè)以上的剪跨比值，在不同的剪跨比值的條件下，其轉(zhuǎn)換梁的整體受力情況也將存在差異[2]。

在國(guó)內(nèi)外的相關(guān)建筑受力情況的文獻(xiàn)資料中，對(duì)于曲線與折線轉(zhuǎn)換梁記載較少，因此致力于這類空間的曲線與折線轉(zhuǎn)換梁的研究，有著重要的意義。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)換梁的受力分析準(zhǔn)確的進(jìn)行展開(kāi)，正確認(rèn)識(shí)到梁內(nèi)的剪力直接對(duì)轉(zhuǎn)換支梁起到控制作用，梁內(nèi)的剪扭復(fù)合應(yīng)力則應(yīng)有效控制曲線與折線轉(zhuǎn)換梁。并利用上文所述的相關(guān)空間有限元程序詳細(xì)的對(duì)轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行應(yīng)力的分析。以“強(qiáng)扭弱彎”及“強(qiáng)剪弱彎”等作為設(shè)計(jì)要求。充分的對(duì)這種空間性的曲線與折線轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行考慮，并采取有效的施加預(yù)應(yīng)力的措施對(duì)整體受力性能進(jìn)行改善。對(duì)曲線及折線轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的施加不僅能具有傳統(tǒng)直線轉(zhuǎn)換梁的一些優(yōu)點(diǎn)，也能憑借對(duì)抗彎預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行合適的調(diào)整，進(jìn)而使預(yù)應(yīng)力筋具備良好的抗彎承載力，也能有效的承擔(dān)一定的剪力與扭矩，使得預(yù)應(yīng)力筋的作用能夠得到充分的發(fā)揮。其中應(yīng)注意的是，在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的調(diào)整時(shí)，需要嚴(yán)格依據(jù)梁內(nèi)的扭矩的分布進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保預(yù)應(yīng)力筋的等效扭矩和外扭矩保持正確的方向[3]。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在實(shí)際的施工中，往往存在各種復(fù)雜的受力情況，對(duì)于上述幾類在相關(guān)規(guī)范規(guī)程中均無(wú)明確的處理措施或措施較為籠統(tǒng)，以致在實(shí)際施工中相當(dāng)難度較大。因此，對(duì)各種復(fù)雜受力情況下轉(zhuǎn)換梁及周邊墻體的受力研究，選擇科學(xué)的轉(zhuǎn)換梁截面、配筋及鋼筋錨固等的研究有著重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳進(jìn)，江世永，曾祥蓉.處于復(fù)雜受力狀態(tài)下的框支轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2005，14：3-4.

[2]陳進(jìn)，江世永，張蕾，曾祥蓉，張力，江正.復(fù)雜受力情況下框支轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2012，03：42-45.

[3]洪洲.復(fù)雜受力狀態(tài)下轉(zhuǎn)換大梁的分析與設(shè)計(jì)[J].廣州建筑，2007，04：20-24.