摘要 :鉸接梁在工程中有著大量的應(yīng)用。眾多橋梁，廠房的吊車(chē)梁，過(guò)街樓或者過(guò)街走廊的機(jī)構(gòu)中都會(huì)大量采用預(yù)制梁。本文針對(duì)PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如何確定鉸接梁的問(wèn)題就個(gè)人觀點(diǎn)做以闡述。

　　關(guān)鍵詞: 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主梁 次梁 鉸接梁

　　Abstract: The hinged beam has a large number of applications in engineering. Many bridges, factories crane beam will be extensive use of precast beams institutions. In this paper, to illustrate personal point of view on how to determine hinged beam problem in the PKPM structural design

　　Key words: structural design; main beam; secondary beams; hinged beam

　　中圖分類(lèi)號(hào)：TB482.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　1.引言

　　在經(jīng)濟(jì)社會(huì)飛速發(fā)展的今天，速度成為整個(gè)社會(huì)的代名詞。為了適應(yīng)這種快速變化的形勢(shì)，建筑領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也進(jìn)行了一些革新，PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件在這種環(huán)境中應(yīng)運(yùn)而生。。一個(gè)好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到建筑的質(zhì)量，關(guān)系到業(yè)主的切身利益，在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中有著舉足輕重的作用。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者在追求速度的同時(shí)，要力求科學(xué)、聯(lián)系實(shí)際、做到精益求精。下文針對(duì)目前PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如何確定鉸接梁的問(wèn)題做如下探討。

　　2.剛接與鉸接的概念

　　混凝土框架梁之間連接的方式通常有剛接和鉸接兩種形式。剛接和鉸接都是理想中的概念。剛接是指能傳遞豎向力和水平力，又能傳遞彎矩的構(gòu)件相互連接方式，而鉸接是指能傳遞豎向力和水平力而不能傳遞彎矩的構(gòu)件相互連接方式。然而現(xiàn)實(shí)中梁的連接方式通常是介于兩者之間的，一般情況下，能承受彎矩大連接方式就稱(chēng)為剛性，而受力過(guò)程中承受較小彎矩時(shí)就偏向于形成鉸接。在柔性設(shè)計(jì)中，即使剛接的節(jié)點(diǎn)在地震力的作用下也會(huì)考慮鋼筋屈服而形成“塑性鉸”變成鉸接節(jié)點(diǎn)，也就是原本的框架梁會(huì)變成類(lèi)似簡(jiǎn)支梁，從而消耗地震力產(chǎn)生的破壞效果。在設(shè)計(jì)時(shí)，工程師需要根據(jù)工程的實(shí)際情況判斷梁的約束情況、傳遞彎矩的大小，適當(dāng)給定負(fù)彎矩筋的大小，以滿足實(shí)際受力的需要。

　　3.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鉸接梁的探討

　　鉸接梁活動(dòng)接頭不完全連續(xù)，按照實(shí)際立柱的支承的數(shù)目, 分為單跨梁, 雙跨梁或多跨鉸接梁多種。PKPM SATWE軟件對(duì)鉸接梁沒(méi)有隱含的定義，需用戶(hù)指定。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需要根據(jù)工程的實(shí)際情況判定梁是鉸接梁還是其它類(lèi)型的梁，本文僅就混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如何確定鉸接梁的問(wèn)題從以下四個(gè)方面做以探討：

　　3.1主梁直接支撐在框架柱或者主梁平行支撐在剪力墻上

　　主梁是指將樓蓋荷載傳遞到柱、墻上的梁。主梁不管是抗震的主梁或者是非抗震的主梁，其兩端(或者一端)與豎向受力構(gòu)件相連，因此主梁與豎向構(gòu)件連接處必然傳遞彎矩。同時(shí)，在框架結(jié)構(gòu)中框架柱截面比較大，一般可以滿足框架梁支座負(fù)彎矩鋼筋的錨固要求;在框剪或者剪力墻結(jié)構(gòu)中，當(dāng)主梁平行支撐在剪力墻上時(shí)，主梁也可以滿足負(fù)彎矩鋼筋的錨固要求。 因此，在這種情況下主梁與豎向構(gòu)件屬于剛接，不需要點(diǎn)鉸。

　　3.2主梁垂直支撐在剪力墻上

　　當(dāng)主梁垂直支撐在剪力墻上時(shí)，可以分為以下兩種情況：

　　3.2.1剪力墻比較厚(bw較大)，剪力墻的厚度可以滿足主梁負(fù)彎矩筋的錨固要求，則主梁與豎向構(gòu)件的連接屬于剛接;

　　3.2.2剪力墻比較薄(bw較小)

　　3.2.2.1當(dāng)梁為單跨布置時(shí)，剪力墻的厚度不能滿足主梁負(fù)彎矩筋的錨固要求，則主梁與豎向構(gòu)件的連接可以認(rèn)為屬于鉸接，在PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以點(diǎn)鉸。

　　3.2.2.2當(dāng)梁為多夸連續(xù)布置時(shí)，連續(xù)梁的端支座處理辦法同3.2.1，其中間支座負(fù)彎矩筋連續(xù)通過(guò)剪力墻，不存在錨固長(zhǎng)度的問(wèn)題，可以認(rèn)為是剛接。

　　注：以上剪力墻的薄厚均以bw的大小能否滿足梁的負(fù)彎矩筋的錨固要求為標(biāo)準(zhǔn)

　　3.3次梁(低一級(jí)次梁)支撐于主梁(高一級(jí)次梁)上

　　次梁：將樓面荷載傳遞到主梁上的梁。為方便敘述，以下將次梁和低一級(jí)次梁統(tǒng)一稱(chēng)為次梁，主梁和高一級(jí)次梁統(tǒng)一稱(chēng)為主梁。

　　當(dāng)次梁支撐在主梁上時(shí)，可以分為以下三種情況：

　　3.3.1主梁寬度比較大，可以滿足次梁支座負(fù)彎矩筋的錨固要求，即負(fù)彎矩筋水平段的錨固長(zhǎng)度不小于0.35倍的非抗震時(shí)受拉鋼筋的基本錨固長(zhǎng)度，總錨固長(zhǎng)度不小于La，則次梁與主梁連接處可以認(rèn)為是剛接。

　　3.3.2主梁寬度比較小

　　3.3.2.1當(dāng)次梁為單跨布置時(shí)，主梁的寬度不能滿足次梁支座負(fù)彎矩筋的錨固要求，則次梁在主梁連接處可以認(rèn)為是鉸接。

　　3.3.2.2當(dāng)次梁為多夸連續(xù)布置時(shí)，連續(xù)次梁的端支座處理辦法同上面，其中間支座負(fù)彎矩筋連續(xù)通過(guò)主梁，不存在錨固長(zhǎng)度的問(wèn)題，可以認(rèn)為是剛接。

　　3.3.3雖然主梁的寬度可以滿足次梁負(fù)彎矩筋的錨固要求，但因主梁的線剛度比次梁的線剛度大很多，此時(shí)線剛度大的主梁可視作線剛度小的次梁系的不動(dòng)鉸支座，則次梁與主梁連接處可以認(rèn)為是鉸接。

　　注：以上主梁寬度的大小均以其否滿足次梁的負(fù)彎矩筋的錨固要求為標(biāo)準(zhǔn)

　　3.4井字梁

　　井字梁：在同一平面內(nèi)相互正交或斜交的梁所組成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。 當(dāng)建筑物因功能需要而設(shè)計(jì)成大空間結(jié)構(gòu)時(shí)，可以?xún)?yōu)先考慮井字梁結(jié)構(gòu)樓蓋。但井字梁設(shè)計(jì)時(shí)，井字梁的截面高度一般可取為1/16~1/20,而其周邊支座梁截面一般比井字梁的截面高度高200以上，同時(shí)，寬度也比井字梁的大，此時(shí)，井字梁周邊支座梁的剛度比井字梁本身大好多，例如：15mx10m的大空間需要布置井字梁樓蓋，設(shè)計(jì)時(shí)井字梁截面取為300mmx550mm，其抗彎剛度為EI=Ex300x550x550x550/12，再乘以中梁的剛度放大系數(shù)2.0，則井字梁的實(shí)際抗彎剛度為EI=Ex300x550x550x550/6，邊支座梁截面取為400mmx800mm，其抗彎剛度為EI=Ex400x800x800x800/12，再乘以邊梁的剛度放大系數(shù)1.5，則井字梁的實(shí)際抗彎剛度為EI=Ex400x800x800x800/8，則邊支座梁與井字梁線剛度之比為3.0。則井字梁與周邊支座梁處可以認(rèn)為是鉸接，而且有些地方還將此要求寫(xiě)進(jìn)了地方標(biāo)準(zhǔn)。

　　4.軟件設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)鉸接的處理

　　4.1 梁的鉸接處理

　　在框剪結(jié)構(gòu)中，連梁在結(jié)構(gòu)中起著協(xié)調(diào)剪力墻和框架變形的作用，它在梁端承受很大的彎矩和剪力。由于跨度或荷載的原因，連梁在實(shí)際工程中往往有著很大的斷面積,梁端承受的內(nèi)力很大。這時(shí)候可以將連梁與剪力墻相連端的連接方式處理成鉸接。經(jīng)過(guò)處理后，結(jié)構(gòu)整體剛度會(huì)降低, 自振周期會(huì)隨之增大, 層間和整體之間的位移也會(huì)有一定程度的增大。這樣處理后，能充分滿足鋼筋混凝土高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程中有關(guān)位移的規(guī)定。簡(jiǎn)化處理后，連梁與剪力墻之間的約束將會(huì)得到減弱,同時(shí)柱子在縱向承受的軸力將會(huì)變大。因此在處理前應(yīng)充分分析連梁端部配筋,視情況決定是否采用鉸接處理。

　　4.2 次梁的鉸接處理方式

　　由于主梁對(duì)次梁的約束作用,當(dāng)次梁的邊支座為梁時(shí),會(huì)在其梁梁端產(chǎn)生相應(yīng)的負(fù)彎矩和一定程度的扭矩。當(dāng)次梁靠近主梁支座時(shí), 相應(yīng)的主梁受到的扭矩會(huì)變得很大, 這樣會(huì)導(dǎo)致配筋困難,梁截面也將很難滿足相關(guān)規(guī)范的要求。這時(shí)候，我們可以將次梁梁端處理成鉸接，從而減小主梁受到的扭矩。圖 1 所示情況中, L- 2為單跨簡(jiǎn)支梁，支撐在 L- 1上,L- 3同樣支撐于L- 1上, L- 1 和 L- 2、L- 3 之間相互支撐發(fā)生作用。分析可以得知，AB 段會(huì)受到很大的扭矩。L-2、L- 3 與 L- 1 深入支座鋼筋的錨固長(zhǎng)度很容易在設(shè)計(jì)和施工中忽略。這時(shí)候可以人為地將 A、B點(diǎn)鉸接處理。圖 2中, L- 2 為單跨簡(jiǎn)支梁, L- 1 為兩跨連續(xù)梁。它的彎矩圖為圖 3, M4< M1、M5> M2、M6> M3。L- 2 跨中增加了一個(gè)彈性支座，L- 1 按一跨懸挑梁設(shè)計(jì)。如果 L- 1 挑出長(zhǎng)度較小，那么彎矩值會(huì)相差很大。但由于L- 1 的斷面較小, 這將會(huì)增加 L- 1配筋的難度。這時(shí)候應(yīng)該處理成鉸接。

　　第 2種情況中,次梁將在PM中不作為參加整體計(jì)算的項(xiàng)目輸入。這樣得到的計(jì)算結(jié)果還是比較理想的。第 1、3種情況最好能作為彎矩塑性連接處理。只有這樣才會(huì)得到比較接近實(shí)際情況的計(jì)算模型。現(xiàn)有的三維整體計(jì)算軟件對(duì)于三維空間非線性反應(yīng)分析的研究的功能還比較薄弱。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們相信一定會(huì)出現(xiàn)一種更加理想的、更加貼合實(shí)際的計(jì)算模型的計(jì)算程序。

　　5.結(jié)束語(yǔ)

　　本文就四個(gè)方面對(duì)PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常遇到的次梁點(diǎn)鉸問(wèn)題進(jìn)行了探討。當(dāng)然，鉸接處理只是一種結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)的一種簡(jiǎn)化處理方法，在實(shí)際工程中純鉸接的連接是不存在的，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還要根據(jù)工程的實(shí)際情況在次梁的支座處增設(shè)負(fù)彎矩筋，同時(shí)也要滿足最小配筋率的要求。但并不是增設(shè)的負(fù)彎矩筋越大越好，因?yàn)榇瘟旱呢?fù)彎矩，亦就是次梁傳遞給主梁的扭矩，如果次梁的負(fù)彎矩筋配大了，那么在次梁還沒(méi)有破壞的情況下，主梁有可能被扭轉(zhuǎn)破壞。一般情況下，經(jīng)過(guò)鉸接處理的次梁按照最小配筋率配置負(fù)彎矩筋基本能滿足要求，個(gè)別特殊的次梁，比如次梁與主梁的連接介于鉸接和剛接之間、即半剛接，那么次梁的負(fù)彎矩筋需要適當(dāng)加大。

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