基于框架結(jié)構(gòu)的選煤廠房彎矩調(diào)幅計算

李永祥

（中煤科工集團北京華宇工程有限公司北京　100120）

基于框架結(jié)構(gòu)的選煤廠房彎矩調(diào)幅計算

李永祥

（中煤科工集團北京華宇工程有限公司北京100120）

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是選煤廠房結(jié)構(gòu)中常見的形式，框架梁在荷載的作用下，會出現(xiàn)塑性內(nèi)力重分布的情況，主要是由混凝土裂縫所引力，導(dǎo)致鋼筋的錨固出現(xiàn)移動的情況，形成塑性鉸而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力。因此，采用“彎矩調(diào)幅法”來考慮內(nèi)力的重分布情況。

框架結(jié)構(gòu)；梁端彎矩；調(diào)幅計算

1　進行彎矩調(diào)幅的原因

彈性分析法是選煤廠房中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析中常見的方法，此方法需要同時考慮混凝土的塑性變形。工程實踐和大量的實驗都證實了選煤廠房中混凝土結(jié)構(gòu)的實際承載力比按彈性設(shè)計計算的結(jié)果要大，只要一個結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力達到極限承載力，那么整個結(jié)構(gòu)就會遭受破壞。但是由于選煤廠房中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并不是完全的剛性結(jié)構(gòu)，某個截面達到極限承載力后，結(jié)構(gòu)承載力還會維持一段時間，但是若承載力再過大，截面承受力過大的時候，就會導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)變成一個幾何可變體系，結(jié)構(gòu)就會失穩(wěn)而遭受破壞。所以工程中，我們可以充分利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的此種特性，考慮其塑性性能，在設(shè)計中對梁端負彎矩進行調(diào)幅，從而能夠正確的評估結(jié)構(gòu)的承載力，同時在結(jié)構(gòu)破壞時有多個截面達到極限承載力，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)塑性的潛力，有效的節(jié)約材料。

（1）梁端彎矩調(diào)幅一定程度上考慮了梁端塑性鉸出現(xiàn)后混凝土?xí)_裂，而且由于梁端混凝土開裂則梁的剛度退化會產(chǎn)生內(nèi)力重分布，跨中的正彎矩會顯著的增大，所以才需要進行彎矩調(diào)幅，調(diào)幅為0的話就接近于點鉸接（但并不像鉸這樣完全釋放桿端彎矩），近似于按照簡支梁來計算，這樣計算出來的結(jié)果是允許結(jié)構(gòu)梁端開裂，但是保證跨中不會開裂，保證了梁的承載力在使用階段不會出問題，同時對梁端進行彎矩調(diào)幅，可以加大梁的彎曲變形，提高了結(jié)構(gòu)的延性。

（2）在選煤廠房中混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，由于在地震荷載作用下框架梁端負彎矩較大，考慮到地震作用的偶然性，為了減少支座的配筋量，使支座配筋的擁擠狀況有所改善，便于節(jié)點澆灌混凝土，確保混凝土框架節(jié)點施工質(zhì)量，很有必要運用彎矩調(diào)幅法對豎向荷載作用下框架梁端負彎矩調(diào)幅。

2　框架梁端彎矩調(diào)幅的計算比較

考慮到梁端負彎矩較大，通常框架梁端負彎矩為跨中正彎矩的1.6～2倍，在柱梁節(jié)點處配筋較多且施工不便，所以在豎向荷載作用下，考慮塑性內(nèi)力重分布，將梁端負彎矩降低來配筋?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）的5.2.3條要求，裝配整體式框架梁端負彎矩調(diào)幅系數(shù)可以取為0.7～0.8，現(xiàn)澆框架梁端負彎矩的調(diào)幅系數(shù)可以取為0.8～0.9，PKPM一般默認取值為0.85。同時注意的是，規(guī)范規(guī)定只有在豎向荷載作用下梁端負彎矩才允許調(diào)幅，而水平荷載作用下的梁端彎矩不做調(diào)幅。正確的計算是應(yīng)該先將豎向荷載作用下的彎矩進行調(diào)幅，然后與水平荷載產(chǎn)生的彎矩進行組合?，F(xiàn)以某選煤廠房中鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)某梁端為例，已知該梁端彎矩標準值如下：永久荷載作用下：MGK=171kN·m、可變荷載（樓層滿布時）作用下：MQK= 56.4kN·m、水平地震荷載作用下：MEK=73.6kN·m按《荷載規(guī)范》要求，組合后設(shè)計值應(yīng)按以下兩式計算取較大值：

式中：γ0-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，本結(jié)構(gòu)取γ0=1.0；γRE-承載力抗震調(diào)整系數(shù)，取γRE=0.75。

（1）彎矩調(diào)幅法——豎向荷載作用下的梁端彎矩向下調(diào)幅15%。

已知采用矩形梁截面：寬×高=b×h=300×700，As=30mm，h0= 670mm，ξb=0.35。

混凝土采用C30，fc=14.3N/mm2；HRB400級鋼筋fy=360N/mm2。

（2）按彎矩不調(diào)幅法且可變荷載作用下的M擴大10～30%（考慮可變荷載作用最不利布置），這里取20%。

M=1.0×（1.35×171+1.4×56.4×1.2）=325.6kN·m；設(shè)計值取M= 325.6kN·m。

（3）比較彎矩調(diào)幅法與彎矩不調(diào)幅法的對比。

調(diào)幅：263.3M（kN·m），計算面積1181.7mm2，配筋面積1256mm2，配筋相對值0.79；

不調(diào)幅：325.6M（kN·m），計算面積1485.1mm2，配筋面積1570mm2，配筋相對值1。

由以上數(shù)據(jù)對比分析可知：在框架梁端負彎矩調(diào)幅系數(shù)0.85下，梁端配筋面積為梁端負彎矩調(diào)不調(diào)幅的0.79倍，更加有利于梁端鋼筋的擺放，給施工帶來極大的方便。

3　結(jié)語

綜上所述，調(diào)幅時應(yīng)與其它因素綜合考慮：所取的彎矩分布從靜力學(xué)的角度考慮應(yīng)該是可以接受的，也就是說不論對于結(jié)構(gòu)或者任何構(gòu)件，所選的彎矩圖都要滿足平衡條件（平衡）。塑性鉸區(qū)的轉(zhuǎn)動能力足以使這一假定的彎矩分布在極限荷載下能夠形成（轉(zhuǎn)角相容）。在使用荷載作用下結(jié)構(gòu)的開裂和撓度能夠滿足正常使用極限狀態(tài)下的相關(guān)規(guī)定（適用性）。

TU318

A

1673-0038（2015）26-0226-01

2015-6-1

李永祥（1982-），男，北京人，工學(xué)碩士，主要從事選煤廠工程設(shè)計方面的工作。