淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的框架梁、次梁和連梁

蔣青松

（重慶惠庭都市建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所 重慶市 渝北區(qū) 401120）

淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的框架梁、次梁和連梁

蔣青松

（重慶惠庭都市建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所 重慶市 渝北區(qū) 401120）

針對連梁、框架梁、次梁和基礎(chǔ)梁的構(gòu)造和使用范圍，如果我們的設(shè)計(jì)人員不清楚這些梁的區(qū)別，導(dǎo)致設(shè)計(jì)違反建筑規(guī)范。筆者經(jīng)過幾年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)結(jié)合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)圖集和構(gòu)造手冊對這些梁加以簡單的分析說明，且重點(diǎn)討論高層剪力墻中連梁的設(shè)計(jì)和配筋計(jì)算。

高層結(jié)構(gòu)；連梁；框架梁；次梁；基礎(chǔ)梁；構(gòu)造；連梁計(jì)算

1 定義

1.1 連梁

是指兩端與剪力墻相連且跨高比小于5的梁。

1.2 框架梁

是指兩端與框架柱相連的梁，或者兩端與剪力墻相連但跨高比不小于5的梁。

1.3 次梁

次梁是指兩端搭在框架梁上的梁。

2 區(qū)別與聯(lián)系

2.1 聯(lián)系

一方面從概念設(shè)計(jì)的角度來說，在抗震時(shí)都希望首先在框架梁或連梁上出現(xiàn)塑性鉸而不是在框架柱或剪力墻上，即所謂“強(qiáng)柱弱梁”或“強(qiáng)墻弱連梁”；另一方面從構(gòu)造的角度來說，兩者都必須滿足抗震的構(gòu)造要求，具體說來框架梁和連梁的縱向鋼筋（包括梁底和梁頂?shù)匿摻睿┰阱^入支座時(shí)都必須滿足抗震的錨固長度的要求，對應(yīng)于相同的抗震等級框架梁和連梁箍筋的直徑和加密區(qū)間距的要求是一樣的。

2.2 區(qū)別

（1）次梁梁頂鋼筋在支座的錨固長度為受拉錨固長度la，而框架梁的梁頂鋼筋在支座的錨固長度為抗震錨固長度laE。

（2）次梁梁底鋼筋在支座的錨固長度一般情況下為12d，而框架梁的梁底鋼筋在支座的錨固長度為抗震錨固長度laE。

（3）次梁的箍筋沒有最小直徑的要求、沒有加密區(qū)和非加密區(qū)的要求，只需滿足計(jì)算要求即可。而框架梁根據(jù)不同的抗震等級對箍筋的直徑和間距有不同的要求，不但要滿足計(jì)算要求，還要滿足構(gòu)造要求。

（4）在平面表示法中，框架梁的編號(hào)為KL，次梁的編號(hào)為L。

（5）在次梁的平法表示中，對箍筋按加密區(qū)和非加密區(qū)來表示，如φ8@100/200等。

（6）當(dāng)次梁為單跨簡支梁時(shí)，支座的負(fù)筋數(shù)量往往不滿足“混凝土規(guī)范”第10.2.6條的規(guī)定（第10.2.6條當(dāng)梁端實(shí)際受到部分約束但按簡支計(jì)算時(shí)，應(yīng)在支座區(qū)上部設(shè)置縱向構(gòu)造鋼筋，其截面面積不應(yīng)小于梁跨中下部縱向受力鋼筋計(jì)算所需截面面積的1/4，且不應(yīng)少于兩根）。

（7）次梁是不宜搭在連梁上的，但是次梁是可以搭在框架梁上的。

（8）要求連梁的箍筋是全長加密而框架梁可以分為加密區(qū)和非加密區(qū)。

（9）綜上述，連梁、框架梁、次梁的區(qū)別可用表1來表示。

表1

3 基礎(chǔ)梁的計(jì)算方法

3.1 墻下基礎(chǔ)

可視承臺(tái)梁以上墻體為半無限平面彈性地基，基礎(chǔ)梁與墻體（半無限彈性體）共同變形，視基礎(chǔ)梁為樁頂荷載作用下的倒置彈性地基梁，按彈性理論求解基礎(chǔ)梁的反力，經(jīng)簡化后作為作用在基礎(chǔ)梁上的荷載，然后按普通連續(xù)梁計(jì)算內(nèi)力。

3.2 對柱下條形基礎(chǔ)梁

可視為彈性地基梁計(jì)算，即將樁頂反力作為集中力作用在梁上，柱為梁的支座，按普通連續(xù)梁分析其內(nèi)力，樁頂反力按彈性地基梁計(jì)算確定。對于以上兩種不同情況的基礎(chǔ)梁，在計(jì)算過程中，均曾視其為彈性地基梁，所不同者，墻下基礎(chǔ)梁視為倒置彈性地基梁，而柱下基礎(chǔ)梁則視為彈性地基梁。但應(yīng)指出的是，現(xiàn)有觀點(diǎn)的以上處理方法，是與彈性地基梁的定義不符合的。

4 梁的工作和破壞機(jī)理

在風(fēng)荷載和地震荷載作用下，墻肢產(chǎn)生彎曲變形，使梁產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，從而使梁產(chǎn)生內(nèi)力。同時(shí)梁端部的彎矩、剪力和軸力又反過來減少了墻肢的內(nèi)力和變形，對墻肢起到了一定的約束作用，改善了墻肢的受力狀態(tài)。高層建筑剪力墻梁在水平荷載作用下的破壞有兩種：脆性破壞（剪切破壞）和延性破壞（彎曲破壞）。梁在發(fā)生脆性破壞時(shí)就喪失了承載能力，沿墻全高所有梁均發(fā)生剪切破壞時(shí)，各墻肢喪失了梁對它的約束作用，成為單片獨(dú)立墻。使結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大大降低，變形加大，墻肢彎矩加大，并且進(jìn)一步增加△-P效應(yīng)，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌。梁發(fā)生延性破壞時(shí)，梁端出現(xiàn)垂直裂縫，受拉區(qū)出現(xiàn)微裂縫，在地震作用下出現(xiàn)交叉裂縫，并形成塑性絞，結(jié)構(gòu)剛度降低，變形加大，從而吸收大量的地震能量，同時(shí)通過塑性鉸仍能繼續(xù)傳力，對墻肢起到一定約束作用，使剪力墻保持足夠剛度和強(qiáng)度。此過程梁起耗能作用，對減少墻肢內(nèi)力、延緩墻肢屈服有著重要的作用。但在地震反復(fù)作用下，裂縫會(huì)不斷發(fā)展，直至混凝土壓碎破壞。

5 抗震設(shè)計(jì)的建議

在墻肢和梁協(xié)同工作中，剪力墻應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度。在正常使用荷載和風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)處于彈性工作狀態(tài)，梁不應(yīng)產(chǎn)生塑性鉸。在地震作用下，結(jié)構(gòu)允許進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，梁可以產(chǎn)生塑性鉸。根據(jù)《抗規(guī)》要求，當(dāng)建筑物遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，一般不損壞或不需修復(fù)仍可使用；當(dāng)遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。因此，剪力墻設(shè)計(jì)應(yīng)保證不發(fā)生剪切破壞，也就是要求墻肢和梁設(shè)計(jì)符合強(qiáng)剪弱彎的原則，同時(shí)要求梁屈服要早于墻肢屈服，且要求墻肢和梁具有良好的延性。因此在實(shí)際工程中要使梁設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)剪弱彎的原則就必須考慮以下幾個(gè)方面：

5.1 梁剛度折減

由于跨高比小，與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下內(nèi)力大，梁屈服時(shí)表現(xiàn)為梁端出現(xiàn)裂縫，剛度減弱，內(nèi)力重分布。因此在開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，須對梁剛度進(jìn)行折減。根據(jù)《高規(guī)》第5.2.1條規(guī)定：“高層建筑結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)計(jì)算時(shí)，可對剪力墻梁剛度予以折減，折減系數(shù)不宜小于0.5。”一般在實(shí)際設(shè)計(jì)中我們在0.55～1.0之間取值，以符合截面設(shè)計(jì)的要求。

5.2 增加跨高比

在梁設(shè)計(jì)中，剛度折減后，仍可能發(fā)生梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不滿足的情況，此時(shí)可以增加洞口寬度，以減少梁剛度。減小結(jié)構(gòu)整體剛度，也就減少了地震作用影響，使梁承載力有可能不超限。如果只是部分梁超筋或超限，則可采取調(diào)整梁內(nèi)力來解決，調(diào)整幅度不宜大于20%。

5.3 增加剪力墻厚度

增加剪力墻厚度，一方面結(jié)構(gòu)整體剛度加大，地震作用力增加，另一方面梁受剪承載力與寬度增加成正比。由于該片墻厚增加，地震作用力并不按墻厚增加的比例分配給該片剪力墻，而是小于這個(gè)比例，因此有可能使梁受剪承載力不超限。

5.4 提高混凝土等級

混凝土等級提高后，結(jié)構(gòu)地震作用影響增加的比例遠(yuǎn)小于混凝土受剪承載力提高的比例，有可能使梁受剪承載力不超限。上述各種措施中，在能滿足整體剛度的情況下，可先采用剛度折減，如仍超限可采用其余各種措施。

6 結(jié)語

綜上所知，其實(shí)連梁、框架梁、次梁的構(gòu)造和使用范圍都是很明確，我們的設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)圖集和構(gòu)造手冊認(rèn)真區(qū)分，恰當(dāng)使用。同時(shí)，高層建筑剪力墻連梁的設(shè)計(jì)受很多因素的制約。連梁的內(nèi)力和剪力墻的多少、每片剪力墻的水平力大小、連梁的剛度、與之相連的墻肢剛度等都有關(guān)。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要把互相制約的因素統(tǒng)一協(xié)調(diào)，以取得比較理想的結(jié)果。

[1]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）（第一版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（第一版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）（第一版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）（第一版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[5]《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》（11G101-1）（第一版）[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2011.

TU375.4

A

1673-0038（2015）37-0030-02

2015-8-13

蔣青松（1986-），男，助理工程師，大學(xué)本科，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。