地梁在整體結(jié)構(gòu)中的作用及設(shè)計(jì)分析

代富軍

摘要：地梁俗稱為地圈梁，圈起來(lái)有閉合的特征，與構(gòu)造柱共成抗震限裂體系，減緩不均勻沉降的負(fù)作用。理解為正負(fù)零標(biāo)高處的一層框架梁，它參與地震作用，與上部結(jié)構(gòu)共同協(xié)同工作。

關(guān)鍵詞：地梁層；作用；設(shè)計(jì)

一、前言

地梁層設(shè)置的幾種情況：當(dāng)基礎(chǔ)埋置深度較大的時(shí)候，則在±0.000標(biāo)高處設(shè)置地梁層，地梁層按照框架梁設(shè)計(jì)。這時(shí)候在PKPM建模時(shí)候，將地梁層指定為地下室，柱底取至基礎(chǔ)頂。基礎(chǔ)按照偏心受壓設(shè)計(jì)。

無(wú)地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋，獨(dú)立基礎(chǔ)埋埋置較深，在-0.05左右設(shè)有基礎(chǔ)拉梁時(shí)，應(yīng)拉梁按層1輸入。以某學(xué)生宿舍為例，該項(xiàng)目為3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，丙類建筑，建筑場(chǎng)地為Ⅱ類；層高3.3m，基礎(chǔ)埋深4.0m，基礎(chǔ)高度0.8m，室內(nèi)外高差0.45m。根據(jù)《抗震規(guī)范》第6.1.2條，在8度地震區(qū)該工程框架房屋的抗震等級(jí)為二級(jí)。設(shè)計(jì)者按3層框架房屋計(jì)算，首層層高取3.35m，即假定框架房屋嵌固在-0.05m處的基礎(chǔ)拉梁頂面；基礎(chǔ)拉梁的斷面和配筋按構(gòu)造設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)按中心受壓計(jì)算。顯然，選取這樣的計(jì)算生產(chǎn)力簡(jiǎn)圖是不妥當(dāng)?shù)?。因?yàn)椋谝?，按?gòu)造設(shè)計(jì)拉梁的斷面和配筋無(wú)法平衡柱腳彎矩；第二，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）（以下簡(jiǎn)稱《混凝土規(guī)范》第7.3.11條規(guī)定，框架結(jié)構(gòu)底層柱的高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至首層樓蓋頂面的高度。工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，這樣的框架結(jié)構(gòu)宜按4層進(jìn)行整體分析計(jì)算，即將基礎(chǔ)拉梁層按層1輸入，拉梁上如作用有荷載，應(yīng)將荷載一并輸入。這樣，計(jì)算簡(jiǎn)圖的首層層高為H1=4-0.8-0.05=3.15m，層2層高為3.35m，層3、4層高為3.3m。根據(jù)《抗震規(guī)范》第6.2.3條規(guī)定，框架柱底層柱腳彎矩設(shè)計(jì)應(yīng)行乘以增大系數(shù)1.25。當(dāng)設(shè)拉梁層時(shí)，一般情況下，要比較底層柱的配筋是由基礎(chǔ)頂面處的截面控制還是由基礎(chǔ)拉梁處的截面控制?？紤]到地基土的約束作用，對(duì)這樣的計(jì)算簡(jiǎn)圖，在電算程序總信息輸入中，可填寫地下室層數(shù)為1，并復(fù)算一次，按兩次計(jì)算結(jié)果的包絡(luò)圖進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)底層柱的設(shè)計(jì)的配筋。

二、基礎(chǔ)埋置淺或是很深而采用短柱基礎(chǔ)

當(dāng)基礎(chǔ)埋置不是很深或是很深而采用短柱基礎(chǔ)方案的時(shí)候，這時(shí)候有以下四種處理情況：

1.基礎(chǔ)埋置較深，但采用短柱基礎(chǔ)方案。地梁頂標(biāo)高同短柱頂標(biāo)高，這時(shí)地梁按照構(gòu)造拉梁設(shè)計(jì)，拉梁高為1/12-1/18跨度，梁寬為1/20-1/30跨度，拉梁按照軸心受拉構(gòu)件計(jì)算，軸拉力F=較大柱軸力的1/10；上下均配≥2φ14，箍筋≥φ8@200。柱基按照偏心受壓計(jì)算。上部結(jié)構(gòu)建模時(shí)，柱底取至基礎(chǔ)頂。

2.將地梁層底標(biāo)高同基礎(chǔ)底設(shè)置。這時(shí)地梁按照構(gòu)造拉梁設(shè)計(jì)，設(shè)置要求同第一種。柱基按照偏心受壓計(jì)算。上部結(jié)構(gòu)建模時(shí)，柱底取至基礎(chǔ)頂。

此中拉梁截面尺寸較小，僅起到限制基礎(chǔ)的水平位移。底層柱子底部的剪力和彎矩由基礎(chǔ)平衡，所以基礎(chǔ)按照偏心受壓基礎(chǔ)設(shè)計(jì)?；A(chǔ)可能在水平作用下，可能會(huì)產(chǎn)生較大的水平位移，所以需要設(shè)置拉梁限制基礎(chǔ)水平位移。拉梁的線剛度很小，設(shè)計(jì)時(shí)按照軸心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)。這時(shí)候拉梁無(wú)法調(diào)整基礎(chǔ)的豎向位移。

3.將地梁層底標(biāo)高同基礎(chǔ)頂標(biāo)高設(shè)置，這時(shí)拉梁要考慮平衡柱頂彎矩，拉梁截面尺寸適當(dāng)增大。柱基按中心受壓計(jì)；拉梁正彎矩鋼筋全拉通，支座負(fù)彎矩筋1/2拉通；這時(shí)建模，柱底取至拉梁頂。

此中拉梁截面尺寸應(yīng)適當(dāng)增大（宜按照框架梁截面尺寸選擇，考慮拉梁截面的線剛度和底層柱線剛度的協(xié)調(diào)。）拉梁的作用除了限制基礎(chǔ)的水平位移，還起到平衡底層柱子底部的彎矩和剪力，使得基礎(chǔ)中心受壓。另外，由于拉梁截面尺寸較大，線剛度較大，可以減小底層柱子高度，所以底層柱子高度從地梁頂標(biāo)高至一層板頂標(biāo)高。

4.基礎(chǔ)埋置較淺，但采用短柱基礎(chǔ)方案。地梁頂標(biāo)高同短柱頂標(biāo)高，這時(shí)施工不便，往往較少采用。

這種基礎(chǔ)在輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎(chǔ)中比較常用。在輕鋼結(jié)構(gòu)中，跨度和柱距比較大，一般設(shè)置拉梁作用不大，所以一般不設(shè)置拉梁，有時(shí)候僅僅沿著株距方向設(shè)置拉梁，這種梁的作用僅僅作為外維護(hù)墻體基礎(chǔ)梁?；A(chǔ)按照偏心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。有時(shí)候外維護(hù)墻另做條形基礎(chǔ)（但是與獨(dú)立基礎(chǔ)分開）。

三、帶地梁層的模型計(jì)算注意事項(xiàng)

基礎(chǔ)拉梁層無(wú)樓板，用TAT或SATWE等電算程序進(jìn)行框架整體計(jì)算時(shí)，樓板厚度應(yīng)取零，并定義彈性結(jié)點(diǎn)，用總剛分板的方法進(jìn)行分析計(jì)算。有時(shí)雖然定義樓板厚度為零，也定義彈性結(jié)點(diǎn)，但未采用總剛分析，程序分析時(shí)仍然會(huì)自動(dòng)按剛性樓面假定進(jìn)行計(jì)算，與實(shí)際情況不符。房屋結(jié)構(gòu)的平面不規(guī)則時(shí)，應(yīng)特別注意這一點(diǎn)。

框架結(jié)構(gòu)建模，建兩次模型是比較科學(xué)的做法，增加地梁的模型更接近實(shí)際情況，這樣情況可視土體為無(wú)限剛度，嵌固端在正負(fù)零，且勾選地下室選項(xiàng)，認(rèn)為規(guī)定次位置無(wú)側(cè)向位移，首先無(wú)論正負(fù)零以下柱配筋多大，在此基礎(chǔ)上再放大1.1倍。其次層數(shù)多一層，地震剪力也會(huì)多累加一層。因此這部分做法有些失真，所以再建一次無(wú)地梁模型，這樣建?？梢詮浹a(bǔ)前一次建模弊端，但傳入基礎(chǔ)的荷載需要人工輸入。真的在地震作用下，地梁的受力不確定性比較大。地梁接觸地面，地梁的彎矩可視為非常小，就算板的開洞，地震力集中在地梁，有可能會(huì)受土體的約束，或者剛性地面的部分約束，地梁的作用除了減少柱子高度，增加柱子的穩(wěn)定，還同時(shí)能夠讓柱子的反彎點(diǎn)出現(xiàn)在層高位置，這是非常重要的。地梁的配筋可以不放大，本人還認(rèn)為地梁的配筋在種情況下只要滿足最小配筋率即可。

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