宽扁梁的设计

宽扁梁的 0 Z8 A( ?! _$ m* b$ H$ p6 t/ V ! h  N6 u5 {% a$ Z　　对于宽扁梁的设计，2001版抗震仅对其断面有规定，并没有详述的。参考国内外的文摘和论文，国外的学者认为：节点区的所有力平衡是关键，宽梁的部分筋若在柱外侧通过时，在斜压杆的上下端就没有能起平衡作用的竖向压力，在柱外的那部分梁可能被剪坏。他们据此提出两种解决，1、将梁的上部钢筋全部配置在柱宽范围内；2、配置竖向筋以承担压杆推力产生的竖向分力。* ~' A% K7 `  d6 Q 1 J5 x  V  A  I2 G9 h/ a4 ~　　参考国内的文献，前种方法仅适用于梁比柱稍宽一点的情况，否则，柱内钢筋将密得无法施工，若以牺牲梁的有效高度而设置多排筋，显然也不合理，但我们要求有70%左右的钢筋通过柱子。对第二种方法，国内有不少的专门论述。有关实验指出，宽扁梁在静载和低周反复荷载作用下，破坏区域基本在节点外核心区。在外核心区设置箍筋可以起到保护内核，转移塑性铰的作用，而且有必要设穿过柱内的垂直钢筋，以增强外核心区的强度。综上所述，节点设计中，节点外核心区抗扭是宽扁梁的核心所在。 " j  E+ |* G' N2 r7 |& ~+ j) K  J5 l6 ~& u 　　框架节点核心区水平抗剪箍筋配置：8 M; I9 y+ J4 T7 ~ 　　  宽扁梁框架节点核心区水平抗剪箍筋除在内核心区柱内按现行混凝土结构设计规范要求设置外，还应在外核心区周边设置，其构造要求为：8 q8 N0 ?# }9 　　 一级抗震等级　≥φ12@1002 H$ q0 W$ L( K 8 Z& m) _2 S) L! y* e　　 二、三级抗震等级  ≥φ10@100# v9 A: m# |3 u" p0 _! @* b / f" r3 A- J1 _! z* Z  r　　 非抗震等级 ≥φ10@2005 O5 r2 n/ F0 ^( _ 　　双向宽扁梁节点，可利用宽扁梁腰筋双向贯通构成。单向宽扁梁节点，可利用宽扁梁腰筋双向贯通附加另向水平拉结筋构成。. D) \7 X4 W1 B* m+ C$ r 　　框架节点外核区抗扭纵筋配置：" h% e5 y9 r7 f, Q 　　双向宽扁梁梁高相等时，宜通过按计算要求增加框架梁纵向钢筋构成；双向宽扁梁梁高不等时，可在矮宽扁梁方向外核心区底部加设朝上开口箍筋构成底部抗扭纵筋；单向宽扁梁时，可通过设置节点核心区附加封闭箍筋构成（形式上相当于宽扁梁箍筋延伸进节点核心区）。: z1 j: A- {5 X& H   l) c: _* c" v: I/ x7 [　　当采用附加封闭箍筋形式时，其构造要求为：3 |. E# I& G8 _/ |& m3 P% H2 d2 } ( h6 c7 T4 o6 E5 l　　 一级抗震等级　≥φ12@100% q  N, _8 `  ^ b 　　 二、三级抗震等级  ≥φ10@100& v7 E' K( h% I2 　　 非抗震等级  ≥φ8@100- g) A, s, g* |5 　　框架节点外核心区周边抗扭封闭箍筋配置：1 G# M( t' V: Y+ o1 @+ X; P 　　按计算要求通过附加外核心区角部垂直拉筋与节点外核心区宽扁梁纵向钢筋焊接或搭接构成。! q/ u/ h! \" {. ~& 　　附加垂直拉筋的构造要求为：- d) ~8 V& x0 a9 B" | 　　 一级抗震等级　≥φ12@100% ]( ~% r! L! l/ K8 ~  f5 t . V8 _; ?, k3 v, ^6 c* G) l" z8 @　　 二、三级抗震等级  ≥φ10@100" B4 h2 t* D" F; B' B$ h ) r4 p% u# g% @　　  非抗震等级  ≥φ8@100/ t# L3 A1 F* c 　　框架节点外核心区垂直抗剪箍筋配置：& _# T$ }! A( K 6 L3 m2 K$ j5 R3 {3 `/ M# k　　宽扁梁框架节点外核心区内部还应设置垂直抗剪拉筋作抗剪箍筋，勾住进入外核心区的宽扁梁纵向钢筋并与之绑扎，其构造要求为：7 k9 o  T8 i! ^% o4 P2 　　 一级抗震等级　≥φ10@1000 Z8 L- b9 E5 l9 \7 C" @. G 2 l, [% W+ ~) S　　 二、三级抗震等级  ≥φ8@1000 c: N' H; l6 [4 |) F" U 　　  非抗震等级  ≥φ8@1004 n: w: D; E2 p% ~ 　　本工程在用SATWE程序计算过程中并未发现宽扁梁计算结果的异常，可见程序并未考虑这点，故应复核。柱宽500，梁高500，梁宽分别为1000、600，经验算满足承载力及构造要求。仅以图五为例验算11-3轴框架节点抗剪承载力：' S; V6 r" Q1 r& v" B' T1 E/ t ; P  S6 _/ s/ h# I! W' Q　　宽扁梁框架节点水平剪力设计值按现行混凝土结构设计规范执行，查SATWE计算结果：V=419KN　N=466.09KN- C2 B5 i/ L+ Q 　　宽扁梁框架节点水平抗剪承载力设计值：6 \3 l6 {. Z- p 　　 VJ=[0.1ηJ(1+N/fcbchc)fcbJhJ+fyvAsv(hbo-a’s)/S+0.07fcbohJ]/rRE/ h% J' N 　　　且VJ≤(0.3ηJfcbJhJ)/rRE4 j: I" B  ^% v   　　rRE：考虑地震作用组合的抗剪承载力调整系数9 t$ ^1 @3 k/ l: v- @ 　　ηJ：宽扁梁对节点的约束影响系数2 [! x$ a! X2 B& b8 _! m8 c+ m) j 9 x; q, y( _/ S2 f　　N： 考虑地震作用组合的节点上柱轴向压力设计值4 o  {1 \/ B2 　　  当N>0.5 fcbchc时,取N=0.5 fcbchc& o2 u9 U9 D0 e/ [: }5 t 　　bJ ：框架节点内核心区水平抗剪截面有效宽度4 {5 H- A# C+ C: J; { 　　hJ ：框架节点水平抗剪截面高度,一般等于节点外核心区宽度; c6 K* l$ i* 　　a’s ：宽扁梁受压区纵筋合力点至受压区边缘的距离8 d. _$ @6 Z 　　fyv ：框架节点内水平箍筋抗拉设计强度7 h& \" ^  W" f/ F$ r / Z- z; {7 H8 j# B0 C; B　　Asv：框架节点内同一水平截面内与水平剪力同向的水平箍筋各　6 f! J$ L+ ' J% |' C! G% M+ N, E& @　　 肢的截面积之和% X' k% M& [$ p7 k, g' _7 l; 　　S：框架节点区内沿高度方向的水平箍筋间距( C- J5 o! v6 {' M! |. `5 　　bb：宽扁梁截面宽度1 _  \- \/ R8 s) G. D9 U; ] 　　hb：宽扁梁截面高度, Z/ g0 G" S) j  P5 t  x! X* D" B" 　　hb0：宽扁梁截面高度" b% u2 t& M; ^! Y7 t% I 　　b0：框架节点外核心区水平抗剪截面有效宽度- [, v+ m; U  r! h 　　且VJ ≤(0.3ηJfcbJhJ)/ rRE=(0.3x1.83x12.5x750x500)/0.85=3027.6KN0 q; z9 f7 " R/ N: j; m9 M. w' e7 l　　满足设计要求。 * N; y" s  R; H* N% |# p" I* K% I5 n) c( j5 ^3 [ 　　此工程中的扁宽梁为框架边梁，除必须满足配置协调抗扭需要的抗扭钢筋外，尚需考虑由另一方向扁梁传至框架边梁的附加剪力，在该范围内应适当加强，图二—图五为本工程的几个典型节点。' T! c% |) v$ k  S5 u   n0 y" b/ y9 W　　设计中应注意的几个问：$ l. S% U, B! O$ k6 o8 C; A: q ( Q7 `  l- p" g3 a9 s8 b7 E　　 在对宽扁梁的裂缝进行大量的计算后发现，一般由强度控制的梁，如果配筋率较大时，则裂缝宽度难以满足，须加大配筋。根据经验，当配筋率达到2%左右时，就应注意裂缝问题。. |& Y5 r( y# u/ B, r% b1 W  e 　　 验算宽扁梁的挠度时，在支撑情况和跨度一定时，其刚度就起着决定性作用，短期刚度公式如下：6 j9 T8 \# {5 ^- g: H- ^! E 　　 Bs=EsAsH02/[1.15Ψ+0.2+6αEρ/(1+3.5γ’f)] # h& p# X% Y2 T'　　 翼缘作用（γ’f)经常是我们容易忽略的，实际上其影响很大。另外，宽扁梁不宜布置双排筋。H0的增多或减少都较明显的影响结果。规范规定：“受弯构件的挠度应按荷载的短期效应组合并考虑荷载长期效应组合影响的长期刚度BL进行计算。”在长期刚度公式中：BL=MSBS/[ML（θ-1）+MS]。恒载所占比例越大，则BL相对就越小，挠度就越大。所以对屋顶层恒荷载相对较大而活荷载很小时，更应验算梁板挠度。/ S1 A0 J+ [# }) W + T2 b! }0 P! |* s7 R* w　　在计算以宽扁梁为支座的板时，当按弹性计算时，对多跨连续板计算跨度用如下公式：) j( U% Z8 ^; Y+ c2 　　  边跨： L=L0+a/2+b/26 f$ V- L4 m4 I: I 0 Q% C7 B% z- d$ |% {8 J　　　 L≤L0+h/2+b/2+ T% n* L; B/ \# B0 L! B& ~ 　　  中间跨：  L=L0+b" \, O" o8 y% z  U$ 　　　L≤1.1L0 ) ]/ H8 ~* ^  h/ F0 e  i " @* a$ |' e- n0 J$ }1 O　　 实际上，此公式对宽扁梁结构是不合理的。研究表明，与宽扁梁重合部分的板，其作用机理已与纯板完全不同，与梁共同作用并相互协调。考虑板的内力塑性重分布，一般对四周与梁整体连接的板中间跨的跨中截面，计算弯距可减少20%。实际上连续板跨中由于正弯距作用截面下部开裂，支座由于负弯距作用截面上部开裂，使得板的实际轴线成拱形，拱形支座位于梁边附近。根据以上理论依据，我们对板的计算跨度取值为L=L0+h（h为板厚）。7 E+ J7 E7 l5 V1 i) s 2 @/ y/ }4 N5 Y　　 在计算板配筋时，一般构造手册都规定双向板负筋的长度取值为L1/4（从轴线计），对一般的梁板体系，负弯距基本上能被包络住。但对宽扁梁，如果还按这种取值，显然欠合理。我们认为合理的取值为L0/4+b/2（L0为板净跨）。 - [7 M- N# a" k % o$ T8 _9 y* {3 @. K　　参考规范及文献- R; K8 y% h8 i% A; 　　1、混凝土结构设计规范（GBJ10-89）+ U+ e! w" \7 ^) b: l8 s 1 K5 R# J- d( `# w- [　　2、傅学怡：宽扁梁设计规程（1998）' r2 k' Y: k# N1 }; k$ a7 q  u8 F' ~8 r , n6 E' p- F# F6 O$ v6 D　　3、练贤荣等：宽扁梁——大跨度板的应用体会（蛇口招商购物中心设计事例）- i% j6 L6 T3 L, o4 \( o 　　4、A.H.尼尔逊，G.温特尔：混凝土结构设计（过镇海等译）( v5 l9 }" o: y+ % t8 h4 D9 d& M: _　　5、周起敬等：混凝土结构构造手册（1994） 宽扁梁的设计 作用： 一般由于建筑立面或是设备管道要求，对于某些特殊对结构净高有限制的部位，可采用宽扁梁的结构体系。框架扁粱的外形特点是扁梁的宽度通常超过柱子横截面宽度，在结构上来说并不经济。采用相同断面积，扁平梁比正常梁惯性矩小，承载力低且挠度大，但可以节省空间，一般配筋量也稍多些。 截面： 1、高度h=(1/16~1/22)l0 且h≥2.5板厚 2、宽度b 应b/h≤3 3、b≤2bc b≤bc+h h≥16d 式中 bc—— 柱截面宽度，圆形截面取柱直径的0.8倍； b、h—— 分别为梁截面宽度和高度； d —— 柱纵筋直径。 位置： 楼板应现浇，梁中心线与柱中心线重合。 节点构造： 双向宽扁梁节点，可利用宽扁梁腰筋双向贯通构成。 单向宽扁梁节点，可利用宽扁梁腰筋双向贯通附加另向水平拉结筋构成。 配筋： 1、外核心区水平抗剪箍筋： 除在内核心区柱内按现行混凝土结构设计规范要求设置外，还应在外核心区周边设置，其构造要求为： 一级抗震等级 ≥φ12100 二、三级抗震等级 ≥φ10@100 非抗震等级 ≥φ10@200 2、外核区抗扭纵筋 双向宽扁梁梁高相等时，宜通过按计算要求增加框架梁纵向钢筋构成；双向宽扁梁梁高不等时，可在矮宽扁梁方向外核心区底部加设朝上开口箍筋构成底部抗扭纵筋；单向宽扁梁时，可通过设置节点核心区附加封闭箍筋构成（形式上相当于宽扁梁箍筋延伸进节点核心区）。 当采用附加封闭箍筋形式时，其构造要求为： 一级抗震等级 ≥φ12@100 二、三级抗震等级 ≥φ10@100 非抗震等级 ≥φ8@100 3、外核心区周边抗扭封闭箍筋 按计算要求通过附加外核心区角部垂直拉筋与节点外核心区宽扁梁纵向钢筋焊接或搭接构成。 附加垂直拉筋的构造要求为： 一级抗震等级 ≥φ12@100 二、三级抗震等级 ≥φ10@100 非抗震等级 ≥φ8@100 4、外核心区垂直抗剪箍筋 宽扁梁框架节点外核心区内部还应设置垂直抗剪拉筋作抗剪箍筋，勾住进入外核心区的宽扁梁纵向钢筋并与之绑扎，其构造要求为： 一级抗震等级 ≥φ10@100 二、三级抗震等级 ≥φ8@100 非抗震等级 ≥φ8@100 其他配筋的构造要求： 1、端节点锚入柱内的扁梁负筋宜大于60% 2、纵筋宜单排布置，间距不宜大于100，上通筋总面积宜大于1/4~1/3 3、箍筋肢距≤200，腰筋直径宜≥12，@≤200 计算复核： 1、根据SATWE的计算结果配筋，验算挠度和裂缝 2、验算梁端承载力和节点的抗剪承载力（根据《混凝土结构构造手册》上给出的公式） PAGE 8