宽扁梁与肋梁楼盖体系在抗震性能与经济性方面比较分析

宽扁梁与肋梁楼盖体系在抗震性能与经济性方面比较分析 宽扁梁与肋梁楼盖体系抗震性能与经济性比较分析 (已于2007。12月发表) 摘要:通过计算实例分别对采用宽扁梁与肋梁楼盖两种体系的结构分析，比较两种结构方案 在抗震性能与经济性方面的特点和优缺点，并对宽扁梁设计提出具体构造要求和设计应注意 的几个问题 关键词:宽扁梁 肋梁 构造 裂缝 挠度 1 前言 宽扁梁楼盖是从无梁楼盖基础上发展起来的，介于肋梁楼盖与无梁楼盖之间的一种新型楼盖体系，由于其在结构设计中较容易实现“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的抗震设计理念，而且宽扁梁只要设计、构造措施得当，能够改善框架节点的延性，增加节点区在地震作用下的变形能力。也有效避免了在施工过程中框架节点区钢筋过于密集，混凝土难以灌注、振捣的尴尬局面。所以宽扁梁楼盖体系在结构设计中近年来得到了较多的应用。随着我国高层建筑的发展，在城市建设中建筑物高度受到城市规划规定的限制的情况越来越多，也促进了宽扁梁楼盖体系的发展和应用。另一方面，宽扁梁楼盖体系与肋梁楼盖在经济方面相比也具有一定的优势。以下本文将对宽扁梁与肋梁楼盖体系在抗震性能与经济性方面作计算分析比较。 2 结构方案概述及计算分析结果 2 本工程处于7度抗震设防烈度区，属三类场地，基本风压0.45kN/m,框架抗震等级三级。X方向总长6.3x6=37.8 米，Y方向总长7.2x3,21.6米。宽扁梁楼盖体系:结构总高度为3.0米x9层,27米，框架柱600x600，外围框架梁考虑到门窗洞口的设置以及避免形成边框架扁梁偏心的因素，采用300x600，其余内框架梁800x400，次梁400x400(见图1);肋梁楼盖体系:结构总高度为3.3米x9层,29.7米，框架柱600x600，框架梁300x600，次梁250x500(见图2)。 为了探讨采用宽扁梁与普通肋梁楼盖两种方案的地震作用效应，现运用中国建筑科学研究院PKPM系列SATWE软件分别对其进行计算分析，结果见表1。从表中数据可以看出:在地震作用下，两种楼盖体系具有相似的地震效应，尤其是两个方向的地震平动效应。肋梁楼盖体系具有相对较高的楼层抗侧刚度，而宽扁梁楼盖体系具有相对较高的楼层抗扭刚度。这是因为在水平地震作用下，肋梁具有较高的抗弯刚度，对柱端的约束作用相对较强，抵消了层高的影响后仍然表现出更高的层间刚度; 而宽扁梁在楼板平面内的约束则具有更高的刚度，在抵抗地震扭转作用时充分发挥了这些刚度的平衡作用，从而表现出更好的结构整体抗扭性能。这两方面的地震反应特性在进行结构概念设计,结构方案选择时具有一定的参考价值。 3 两种结构方案经济性比较 从表2的数据中可以看出，采用肋梁楼盖体系比采用宽扁梁楼盖体系钢筋用量节省26,左右，混凝土用量节省8,左右，但采用宽扁梁楼盖体系则可以节省高度差范围的维护结构(框架填充墙或玻璃幕墙等)的费用。在不考虑结构总高度的情况下，采用肋梁楼盖体系具有一定的经济优势，但若在结构总高度为确定值的情况下，采用宽扁梁楼盖体系则具有可以在原有楼层基础上再增加一层的经济效应，这对在地价高昂的中心城区这种优势就更为明显。 4 宽扁梁设计的构造要求 1】【 在结构设计过程中，宽扁梁的宽高比不宜过大，虽然能满足现行《建筑抗震设计规范》第6.3.2条的规定:a)梁截面宽度?2倍柱截面宽度;b)梁截面宽度?柱截面宽度+梁截面高度;c)梁截面高度?16倍柱纵筋直径的要求，但规范给出的条件，是宽扁梁设计的最低限度要求。当宽扁梁宽高比过大(接近规范要求限值)时，其传力机理更为复杂，节点外核心区抗扭问题成为核心问题。由于现有的试验数量较少，有关宽扁梁柱节点的理论还有待于进一步研究和完善，所以对结构设计者来说，采用宽高比过大的设计，在强度和裂缝控制方面需要冒一定的风险。目前对于宽扁梁的设计方法一般先按较严 【2】格的构造要求配筋，然后再根据结构分析计算结果进行复核。其构造要求为: (1) 框架节点核心区水平抗剪箍筋配置: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:一级抗震等级 ?φ12@100;二、三级抗震等级?φ10@100;非抗震等级?φ8@100;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。 (2) 框架节点核心区抗扭纵筋配置:双向宽扁梁梁高相等时，宜通过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。当采 用附加箍筋形式时，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?φ10@200。 (3) 框架节点外核心区周边抗扭封边箍筋配置:节点外核心区宽扁梁纵向钢筋与节点外核心 区角部附加垂直拉筋焊接或搭接构成，附加垂直拉筋的构造要求:一级抗震等级?φ 12@100;二、三级抗震等级?φ10@100;非抗震等级?φ8@100。 (4) 框架节点外核心区垂直抗剪箍筋配置: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筋，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。 5 采用宽扁梁楼盖体系应注意的几个问题 5(1当宽扁梁一侧的受拉钢筋配筋率达到2.0%左右时，宽扁梁的设计就由强度控制就转变为由【3】构件裂缝宽度和挠度控制，按照现行《混凝土结构设计规范》中第8.1.1条规定，应按结构所处环境类别和结构类别确定相应的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值要求。所以裂缝宽度限值对于一般楼层应按0.3mm，屋顶负弯矩区应按0.2mm控制要求进行验算。由于宽扁梁对竖向荷载的抗弯刚度较弱，所以挠度验算往往会起决定性作用，特别是屋顶层永久荷载相对较大而活荷载很小，需要考虑荷载长期效应组合影响的长期刚度B,MsBs/[M(θ,1)，Ms]计算时，永久荷载所占比例越大，则LL B就越小，挠度就越大。 L 5(2在宽扁梁的设计过程中，宽扁梁的裂缝宽度及挠度的控制往往接近现行规范所规定的限值。如果在混凝土固化，养护期间因施工原因造成的微损伤在以后结构交付使用后更容易放大，将对结构的正常使用产生不利影响，严重时会影响到结构的安全，所以在施工期间应加强对宽扁梁的混凝土养护条件的监测和适当的保护。必要时，可在梁柱节点区采用在混凝土中掺入适量钢纤维的方法，用以【4】提高宽扁梁柱节点的初裂承载力和极限承载力，改善混凝土的裂缝形态，使裂缝更细、更均匀。 5(3当裂缝和挠度在具体工程中成为主要矛盾时，目前国内较多的采用了后张法预应力宽扁梁的结构方案，当采用此结构方案时，因为宽扁梁的截面惯性矩相对较小，所以预应力张拉施工阶段往往是采用该方案体系受力的最不利阶段。 6 结论 6(1宽扁梁与肋梁楼盖体系在相同的地震作用条件下具有相似的地震平动效应:肋梁楼盖体系具有相对较高的楼层抗侧刚度，宽扁梁楼盖体系具有相对较高的楼层抗扭刚度。 6(2由于现阶段关于宽扁梁柱节点的理论还不完善，所以目前在采用宽扁梁楼盖体系结构设计中必须遵循较为严格的结构构造要求。 6(3采用宽扁梁楼盖体系比采用肋梁楼盖体系方案能有效降低结构层高，满足结构净高要求，若不考虑结构总高度的限制影响，采用后者方案的单位工程总造价将节省5,左右。在考虑结构总高度限制影响的情况下，宽扁梁楼盖体系将具有更好的经济综合效益。由于宽扁梁楼盖体系中室内梁底和现浇板底的高差不悬殊，结构较为美观，一般情况下可节省室内吊顶的费用。 6(4采用宽扁梁楼盖体系时，裂缝和挠度控制是结构设计过程的关键点，当现有条件无法满足设计普通钢筋混凝土宽扁梁楼盖体系时，可采用钢纤维混凝土、预应力钢筋混凝土方法来改善混凝土材料的本构关系、改变梁的受力特征等方法来解决。 参考文献: 【1】 中华人民共和国建设部GB50011,2001，建筑抗震设计规范. 中国建筑工业出版社，2001 【2】 王冬松，李峰. 宽扁梁在工程中的应用. 辽宁工学院学报，2002(6)44-46 【3】 中华人民共和国建设部GB50010,2002, 混凝土结构设计规范. 中国建筑工业出版社，2002 季韬，钱在兹，庄一周. 钢纤维混凝土及扁梁宽度对扁梁柱节点抗震性能的影响. 土木工程学报2000(3) 43-47 文 - 汉语汉字 编辑词条 文，wen，从玄从爻。天地万物的信息产生出来的现象、纹路、轨迹，描绘出了阴阳二气在 事物中的运行轨迹和原理。 故文即为符。上古之时，符文一体。 古者伏羲氏之王天下也，始画八卦，造书契，以代结绳(爻)之政，由是文籍生焉。--《尚书 序》 依类象形，故谓之文。其后形声相益，即谓之字。--《说文》序》 仓颉造书，形立谓之文，声具谓之字。--《古今通论》 (1) 象形。甲骨文此字象纹理纵横交错形。"文"是汉字的一个部首。本义:花纹;纹理。 (2) 同本义 [figure;veins] 文，英语念为:text、article等，从字面意思上就可以理解为文章、文字，与古今中外的各个文学著作中出现的各种文字字形密不可分。古有甲骨文、金文、小篆等，今有宋体、楷体等，都在这一方面突出了"文"的重要性。古今中外，人们对于"文"都有自己不同的认知，从大的方面来讲，它可以用于表示一个民族的文化历史，从小的方面来说它可用于用于表示单独的一个"文"字，可用于表示一段话，也可用于人物的姓氏。 折叠编辑本段基本字义 1(事物错综所造成的纹理或形象:灿若,锦。 2.刺画花纹:,身。 (记录语言的符号:,字。,盲。以,害辞。 3 4(用文字记下来以及与之有关的:,凭。,艺。,体。,典。,苑。,献(指有历史价值和参考价值的图书资料)。,采(a(文辞、文艺方面的才华;b(错杂艳丽的色彩)。 5(人类劳动成果的:,化。,物。 6(自然界的某些现象:天,。水,。 7(旧时指礼节仪式:虚,。繁,缛节(过多的礼节仪式)。 8(文华辞采，与“质”、“情”相对:,质彬彬。 9(温和:,火。,静。,雅。 10(指非军事的:,职。,治武功(指礼乐教化和军事功绩)。 11(指以古汉语为基础的书面语:552,言。,白间杂。 12(专指社会科学:,科。 13(掩饰:,过饰非。 14(量词，指旧时小铜钱:一,不名。 15(姓。 16( 皇帝谥号，经纬天地曰文;道德博闻曰文;慈惠爱民曰文;愍民惠礼曰文;赐民爵位曰文;勤学好问曰文;博闻多见曰文;忠信接礼曰文;能定典礼曰文;经邦定誉曰文;敏而好学曰文;施而中礼曰文;修德来远曰文;刚柔相济曰文;修治班制曰文;德美才秀曰文;万邦为宪、帝德运广曰文;坚强不暴曰文;徽柔懿恭曰文;圣谟丕显曰文;化成天下曰文;纯穆不已曰文;克嗣徽音曰文;敬直慈惠曰文;与贤同升曰文;绍修圣绪曰文;声教四讫曰文。如汉文帝。 折叠编辑本段字源字形 字源演变与字形比较 折叠编辑本段详细字义 〈名〉 1(右图是 “文”字的甲骨文图片，资料来源:徐无闻主编:《甲金篆隶大字典》，四川辞书出版社。1991年7月第一版。 “文”字的甲骨文字绘画的像一个正面的“大人”，寓意“大象有形”、“象形”;特别放大了胸部，并在胸部画了“心”，含义是“外界客体在心里面的整体影像、整体写真、整体素描、整体速写”。 许慎《说文解字》把“文”解释为“错画也”，意思是“对事物形象进行整体素描，笔画交错，相联相络，不可解构”，这与他说的独体为文、合体为字的话的意思是一致的。“说文解字”这个书名就表示了“文”只能“说”，而“字”则可“解”的意思。“文”是客观事物外在形象的速写，是人类进一步了解事物内在性质的基础，所以它是“字”的父母，“字”是“文”的孩子。“文”生“字”举例(以“哲”为例):先对人手摩画，其文为“手”;又对斧子摩画，其文为“斤”。以手、斤为父母，结合、生子，其子就是“折”(手和斤各代表父母的基因)。这个“折”就是许慎所谓的“字”。“字”从宀从子，“宀”表示“独立的房子”，子在其中，有“自立门户”的意思。故“字”还能与“文”或其他“字”结合，生出新“字”来。在本例，作为字的“折”与作为文的“口”结合，就生出了新的字“哲”。 2( 同本义 [figure;veins] 文，错画也。象交文。今字作纹。——东汉?许慎《说文》 五章以奉五色。——春秋?左丘明《左传?昭公二十五年》。注:“青与赤谓之文，赤与白谓之章，白与黑谓之黼，黑与青谓之黻。” 美于黼黼文章。——《荀子?非相》 茵席雕文。——《韩非子?十过》 织文鸟章，白旆央央。——《诗?小雅?六月》 斑文小鱼。——明? 刘基《诚意伯刘文成公文集》 3(又如:文驾(彩车);文斑(杂色的斑纹);文旆(有文彩的旗帜);文绣(绣有彩色花纹的丝织品;刺花图案);文织(有彩色花纹的丝织品);文鳞(鱼鳞形花纹)。 4(字，文字(“文”，在先秦时期就有文字的意思，“字”，到了秦朝才有此意。分别讲，“文”指独体字;“字”指合体字。笼统地说，都泛指文字。) [character] 饰以篆文。——南朝宋?范晔《后汉书?张衡传》 分文析字。——东汉?班固《汉书?刘歆传》 夫文，止戈为武。——《左传?宣公十二年》 距洞数百步，有碑仆道，其文漫灭。——王安石《游褒禅山记》 文曰“天启壬戌秋日”。——明? 魏学洢《核舟记》 文曰“初平山尺”。 5(又如:甲骨文;金文;汉文;英文;文迹(文字所记载的事迹);文书爻(有关文字、文凭之类的卦象);文异(文字相异);文轨(文字和车轨);文狱(文字狱);文钱(钱。因钱有文字，故称);文状(字据，军令状);文引(通行证;路凭);文定(定婚)。 6(文章(遣造的词句叫做“文”，结构段落叫做 “章”。) [literary composition] 故说诗者不以文害辞。——《孟子?万章上》 好古文。——唐? 韩愈《师说》 属予作文以记之。——宋? 范仲淹《岳阳楼记》 能述以文。——宋? 欧阳修《醉翁亭记》 摘其诗文。——清? 纪昀《阅微草堂笔记》 7(又如:文价(文章的声誉);文魔(书呆子);文会(旧时读书人为了准备应试，在一起写文章、互相观摩的集会);文移(旧时官府文书的代称);文雄(擅长写文章的大作家);文意(文章的旨趣);文义(文章的义理);文情(文章的词句和情思);本文(所指的这篇文章);作文(写文章;学习练习所写的文章);文魁(文章魁首);文价(文章的声价);文什(文章与诗篇)。 8(美德;文德 [virtue] 圣云继之神，神乃用文治。——杜牧《感怀诗一首》 9(又如:文丈(对才高德韶的老者的敬称);文母(文德之母);文武(文德与武功);文命(文德教命);文惠(文德恩惠);文德(写文章的道德);文薄(谓文德浅薄);文昭(文德昭著)。 10.文才;才华。亦谓有文才，有才华 [literary talent] 而文采不表于后世也。——汉? 司马迁《报任安书》 11(又如:文业(才学);文英(文才出众的人);文采风流(横溢的才华与潇洒的风度);文郎(有才华的青少年);文彦(有文才德行的人);文通残锦(比喻剩下不多的才华)。 12(文献，经典;韵文 [document;classics;verse] 儒以文乱法。——《韩非子?五蠹》 言必遵修旧文而不穿凿。——《说文解字?叙》 13(辞词句。亦指文字记载 [writings;record]。如:文几(旧时书信中开头常用的套语。意为将书信呈献于几前);文倒(文句颠倒);文过其实(文辞浮夸，不切实际);文义(文辞);文辞(言词动听的辞令);文绣(辞藻华丽)。 14(自然界的某些现象 [natural phenomenon] 经纬天地曰文。——《左传?昭公二十八年》 15(又如:天文;地文;水文;文象(日月星辰变化的迹象);文曜(指日月星辰;文星);文昌(星座名)。 16(文治;文事;文职。与“武”相对。 [achievements in culture and education;civilian post] 文能取胜。——《史记?平原君虞卿列传》 文不能取胜。 文武并用。——唐? 魏征《谏太宗十思疏》 精神折冲于千里，文武为宪于万邦。――明《袁可立晋秩兵部右侍郎诰》 17(又如:文臣，文吏(文职官吏);文席(教书先生的几席);文品(文官的品阶);文帅(文职官员出任或兼领统帅);文烈(文治显赫);文员(文职吏员);文阶(文职官阶);文道(文治之道);文业(文事);文僚(文职官吏)。 18(法令条文 [articles of decree] 而刀笔吏专深文巧诋，陷人于罪。——《史记?汲黯列传》 19(又如:文劾(根据律令弹劾);文法吏(通晓法令、执法严峻的官吏);文丈(规矩;);文移(官府文书);文牓(布告;文告);文宪(礼法;法制)。 20(文言。古代散文文体之一;别于白话的古汉语书面语 [literary language]。如:半文半白;文语;文白(文言文和白话文)。 21(文教;礼节仪式 [rites] 则修文德。——《论语?季氏》 22(又如:文丈(崇尚礼文仪节);文俗(拘守礼法而安于习俗);文致(指礼乐);文貌(礼文仪节);文绪(文教礼乐之事);文仪(礼节仪式) 23(指表现形式;外表 [form;appearance]。如:文服(表面服从);文榜(告示、布告之类);文诰(诰令) 24(指鼓乐，泛指曲调 [music;tune]。如:文曲(指乐曲);文始(舞乐名) 25(谥号，谥法:勤学好问叫文 [study deligently] 何以谓之文。——《论语》 是以谓之文。 26(姓 〈动〉 1(在肌肤上刺画花纹或图案 [tatto (the skin)] 被发文身。——《礼记?王制》。注:“谓其肌，以丹青涅之。” 文绣有恒。——《礼记?月令》 2(又如:文笔匠(在人身上刺花的艺人);文身断发(古代荆楚、南越一带的习俗。身刺花纹，截短头发，以为可避水中蛟龙的伤害。后常以指落后地区的民俗);文木(刻镂以文采之木) 3(修饰;文饰 [cover up] 身将隐，焉用文之?——《左传?僖公二十三年》 饰邪说，文奸言，以枭乱天下。——《荀子?非十二子》 4(又如:文过饰非;文致(粉饰;掩饰);文冢(埋葬文稿之处) 5(装饰 [decorate] 舍其文轩。——《墨子?公输》 此犹文奸。 文车二驷。——明? 归有光《项脊轩志》 文马四百匹。——《史记?宋世家》 若将比予文木邪。——《庄子?人间世》 6(又如:文巧(文饰巧辩);文竿(以翠羽为饰之竿);文舫(装饰华丽的游艇);文饰(彩饰);文榭(饰以彩画的台榭);文舟，文艘(装饰华丽的船);文剑(装饰华丽的剑);文舆(饰以彩绘的车) 7(撰写文章 [write]。如:文匠(写文章的大家);文祸(因写文章而招来的灾祸);文雄，文杰(指文豪) 〈形〉 1(有文采，华丽。与“质”或“野”相对 [magnificent;gorgeous] 其旨远，其辞文。——《易?系辞下》 晋公子广而俭，文而有礼。——《左传?僖公二十三年》 2(又如:文巧(华丽奇巧);文朴(文华与质朴);文服(华美的衣服);文砌(华美的石阶);文背(不文雅，粗俗);文轩(华美的车子);文质(文华与质朴) 3.柔和，不猛烈 [mild;gentle]。如:文烈(指火候温猛) 4(美，善 [fine;good]。如:文徽(华美);文鸳(即鸳鸯。以其羽毛华美，故称);文衣(华美 的服装) 5(通“紊”。紊乱的 [disordered] 惇宗将礼，称秩元祀，咸秩无文。——《书?洛诰》 天子祭天下名山大川，怀柔百神，咸秩无文。——《汉书?郊祀志上》 王者报功，以次秩之，无有文也。——庆劭《风俗通义?山泽》 〈量〉 1(用于旧时的铜钱。如:一文钱 2(用于计算纺织物 五扶为一首，五首成一文。——《后汉书》 【4】