鋼筋混凝土梁受彎配筋優(yōu)化分析

王 效 峰

(北京恒華偉業(yè)科技股份有限公司，北京 100011)

1 荷載輸入

1.1 理論依據(jù)

主要是指隔墻荷載。當(dāng)隔墻位于板中某位置，而不是在梁上時，“對固定隔墻的自重應(yīng)按永久荷載考慮，當(dāng)隔墻位置可靈活自由布置時，非固定隔墻的自重應(yīng)取不小于1/3的每延米墻重(kN/m)作為樓面活荷載的附加值(kN/m2)計(jì)入，且附加值不應(yīng)小于1.0 kN/m2”。

當(dāng)隔墻下面沒有梁時，設(shè)計(jì)人員一般是把板間隔墻荷載按照隔墻自重的1/3的每延米墻重作為樓面活荷載的附加值輸入。這樣，導(dǎo)致樓板傳到梁上的荷載與實(shí)際情況相比增加較多，即梁的內(nèi)力和配筋增加亦較多。特別是對于加固改造項(xiàng)目，按規(guī)范方法輸入荷載，會引起梁配筋超限或配筋不足，使本來的不需要加固的梁而需要加固。使用YJK計(jì)算軟件，可以輸入板中任意位置的荷載，從而能更加真實(shí)的計(jì)算出梁的內(nèi)力和配筋。

工程實(shí)例簡介，橫向3跨，跨度為8.4 m，5.8 m，10.4 m，縱向5跨，跨度均為8.4 m，單層面積1 033.2 m2。

1.2 板荷載布置圖對比(取中間部分)

板間隔墻荷載按隔墻自重的1/3的每延米墻重作為樓面活荷載的加值輸入，即活荷載附加3 kN/m2，實(shí)際輸入為5 kN/m2。簡稱“面活載”，如圖1所示。

板間隔墻荷載按隔墻自重取值，按恒荷載輸入，即9 kN/m。簡稱“線恒載”，如圖2所示。

1.3 單根梁與單層梁配筋前后對比

表1 單根梁與單層梁配筋前后對比表(一)

由表1可以看出，荷載布置方式的變化，能減少梁的配筋，尤其對某些梁的配筋影響較大，如次梁支座配筋優(yōu)化較多。因此，對于改造項(xiàng)目，此方法對減少梁的加固數(shù)量，效果非常明顯。

2 矩形混凝土梁按考慮樓板翼緣的T形梁配筋

2.1 理論依據(jù)

對現(xiàn)澆樓蓋和裝配整體式樓蓋，宜考慮樓板作為翼緣對梁剛度和承載力的影響。軟件在承載力設(shè)計(jì)時，將考慮每側(cè)寬度不大于板厚3倍范圍內(nèi)的板翼緣貢獻(xiàn)，按考慮翼緣后T形截面進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。該方法只對板翼緣受壓時有效。

2.2 單根梁與單層梁配筋前后對比

表2 單根梁與單層梁配筋前后對比表(二)

由表2可以看出，矩形混凝土梁按考慮樓板翼緣的T形梁配筋時，能減少梁的跨中配筋，尤其是對主梁的跨中底筋優(yōu)化較多，次梁其次。而對連續(xù)梁的支座配筋無影響，配筋不變。因此，對于新建項(xiàng)目，此法可減少用鋼量；對于改造項(xiàng)目，經(jīng)驗(yàn)算，梁底配筋量不夠時，此方法對減少梁的加固數(shù)量，效果非常明顯。

3 梁柱重疊部分簡化為剛域

3.1 理論依據(jù)

梁、柱等桿件間連接部分的剛度遠(yuǎn)大于桿件中間截面的剛度時，在計(jì)算模型中可作為剛域處理。剛域即一個不會產(chǎn)生變形的區(qū)域，梁柱重疊區(qū)由于變形極小，故一般可以看作剛域。但需要說明的是梁柱重疊區(qū)并不全是剛域，其梁柱剛域取值長度都是由計(jì)算得來的。將其看作剛域后代表梁柱的計(jì)算長度均變小，因此理論上來說，梁配筋將減小，而柱配筋則不然，當(dāng)勾選柱剛域時，由于減小了柱的計(jì)算長度，致使其剛度改變，從而較多情況下會導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果異常，所以一般使用時均不勾選柱剛域。此項(xiàng)建議盡量勾選，勾選后梁配筋會減小，更符合受力模式；而不勾選，雖使得配筋變大，表面上看更加安全，其實(shí)不然，配筋變大僅增大豎向荷載下的安全性，但導(dǎo)致強(qiáng)柱弱梁更難實(shí)現(xiàn)，即水平荷載作用下更加不利。

選擇該項(xiàng)軟件在計(jì)算時，梁、柱重疊部分作為剛域計(jì)算，梁、柱計(jì)算長度及端截面位置均取到剛域邊，否則計(jì)算長度及端截面均取到端節(jié)點(diǎn)，梁、柱端剛域可以分別控制。

梁端配筋時，可以考慮支撐梁的柱寬度的影響。此參數(shù)填0時，軟件按照梁在柱中心位置的計(jì)算彎矩計(jì)算梁端配筋，填1時按照梁在柱邊位置的計(jì)算彎矩計(jì)算梁的配筋，如果填0.8，表示按照0.8倍柱寬位置的計(jì)算彎矩計(jì)算梁的配筋。

由于梁端彎矩從柱中心向柱邊跌幅很大，因此考慮柱寬影響可以減少梁端的計(jì)算配筋。注意，如果此處考慮了“梁柱重疊部分簡化為剛域”，則不應(yīng)再勾選考慮柱寬影響，因?yàn)榱褐丿B部分簡化為剛域時，梁端內(nèi)力輸出的已經(jīng)是扣除剛域部分的值了。計(jì)算時宜考慮梁端剛域，不考慮柱端剛域；梁端配筋時，不考慮支撐梁的柱寬度的影響。

3.2 單根梁與單層梁配筋前后對比

表3 單根梁與單層梁配筋前后對比表(三)

由表3可以看出，考慮梁端剛域能減少主梁的配筋，且支座和跨中減少比例接近。因此，對于新建項(xiàng)目，此法可減少用鋼量；對于改造項(xiàng)目，經(jīng)驗(yàn)算，當(dāng)主梁支座和跨中配筋量不夠時，此方法對減少梁的加固數(shù)量，效果明顯。

4 結(jié)語

由上述實(shí)例計(jì)算分析對比，可以得出如下結(jié)論：

1)荷載輸入方式的改變、矩形混凝土梁按考慮樓板翼緣的T形梁配筋、梁柱重疊部分簡化為剛域均能減少梁的受彎配筋。

2)第一種方式單層梁優(yōu)化率為1.9%，第二種單層梁配筋優(yōu)化率為5.6%，第三種方式單層梁優(yōu)化率為3.7%。可見，第二種方式節(jié)省鋼筋更多，優(yōu)化效果更明顯。

3)改造項(xiàng)目越來越多，如果是主梁受彎鋼筋支座處配筋不足，可考慮采用第一種及第三種方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，減少加固量；如果是主梁受彎鋼筋跨中處配筋不足，可綜合考慮采用上述三種方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，減少加固量；如果是次梁受彎鋼筋支座處配筋不足，可考慮采用第一種方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，減少加固量；如果是次梁受彎鋼筋跨中處配筋不足，可考慮采用第一種及第二種方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，減少加固量。

[1] GB 50009—2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] GB 50010—2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 陳岱林,梁 博,董智力.YJK基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件從入門到精通[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.