摘要 :鉸接梁在工程中有著大量的應(yīng)用。眾多橋梁，廠(chǎng)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(guān)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
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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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�。�
3.2.2.1當(dāng)梁為單跨布置時(shí)，剪力墻的厚度不能滿(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)足次梁負(fù)彎矩筋的錨固要求，但因主梁的線(xiàn)剛度比次梁的線(xiàn)剛度大很多，此時(shí)線(xiàn)剛度大的主梁可視作線(xiàn)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(mǎn)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(xiàn)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(mǎn)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(mǎn)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 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�，F(xiàn)有的三維整體計(jì)算軟件對(duì)于三維空間非線(xiàn)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(mǎn)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(mǎn)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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