摘要:鉸接梁在工程中有著大量的應(yīng)用。眾多橋梁，廠房的吊車梁，過街樓或者過街走廊的機構(gòu)中都會大量采用預(yù)制梁。本文針對PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計中如何確定鉸接梁的問題就個人觀點做以闡述
關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計主梁次梁鉸接梁
Abstract:Thehingedbeamhasalargenumberofapplicationsinengineering.Manybridges,factoriescranebeamwillbeextensiveuseofprecastbeamsinstitutions.Inthispaper,toillustratepersonalpointofviewonhowtodeterminehingedbeamprobleminthePKPMstructuraldesignKeywords:structuraldesign;mainbeam;secondarybeams;hingedbeam
中圖分類號：TB482.2文獻標(biāo)識碼：A文章編號：
1.引言
在經(jīng)濟社會飛速發(fā)展的今天，速度成為整個社會的代名詞。為了適應(yīng)這種快速變化的形勢，建筑領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計也進行了一些革新，PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件在這種環(huán)境中應(yīng)運而生。。一個好的結(jié)構(gòu)設(shè)計關(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)計過程中有著舉足輕重的作用。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計工作者在追求速度的同時，要力求科學(xué)、聯(lián)系實際、做到精益求精。下文針對目前PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計中如何確定鉸接梁的問題做如下探討。
PKPM軟件次梁鉸接處理示意圖
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為剛性，而受力過程中承受較小彎矩時就偏向于形成鉸接。在柔性設(shè)計中，即使剛接的節(jié)點在地震力的作用下也會考慮鋼筋屈服而形成“塑性鉸”變成鉸接節(jié)點，也就是原本的框架梁會變成類似簡支梁，從而消耗地震力產(chǎn)生的破壞效果。在設(shè)計時，工程師需要根據(jù)工程的實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，以滿足實際受力的需要。
３.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中鉸接梁的探討
鉸接梁活動接頭不完全連續(xù)，按照實際立柱的支承的數(shù)目,分為單跨梁,雙跨梁或多跨鉸接梁多種。PKPMSATWE軟件對鉸接梁沒有隱含的定義，需用戶指定。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計師需要根據(jù)工程的實際情況判定梁是鉸接梁還是其它類型的梁，本文僅就混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中如何確定鉸接梁的問題從以下四個方面做以探討：
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，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，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，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�。�
3.2.2.1當(dāng)梁為單跨布置時，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)計時可以點鉸。
3.2.2.2當(dāng)梁為多夸連續(xù)布置時，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)通過剪力墻，不存在錨固長度的問題，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（低一級次梁）支撐于主梁（高一級次梁）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次梁統(tǒng)一稱為次梁，主梁和高一級次梁統(tǒng)一稱為主梁。
當(dāng)次梁支撐在主梁上時，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度不小于0.35倍的非抗震時受拉鋼筋的基本錨固長度，總錨固長度不小于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，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，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)通過主梁，不存在錨固長度的問題，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，此時線剛度大的主梁可視作線剛度小的次梁系的不動鉸支座，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)計成大空間結(jié)構(gòu)時，可以優(yōu)先考慮井字梁結(jié)構(gòu)樓蓋。但井字梁設(shè)計時，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，寬度也比井字梁的大，此時，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)計時井字梁截面取為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進了地方標(biāo)準(zhǔn)。
4.軟件設(shè)計時對鉸接的處理
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)過處理后，結(jié)構(gòu)整體剛度會降低,自振周期會隨之增大,層間和整體之間的位移也會有一定程度的增大。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)計與施工規(guī)程中有關(guān)位移的規(guī)定。簡化處理后，連梁與剪力墻之間的約束將會得到減弱,同時柱子在縱向承受的軸力將會變大。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
由于主梁對次梁的約束作用,當(dāng)次梁的邊支座為梁時,會在其梁梁端產(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,相應(yīng)的主梁受到的扭矩會變得很大,這樣會導(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段會受到很大的扭矩。L-2、L-3與L-1深入支座鋼筋的錨固長度很容易在設(shè)計和施工中忽略。這時候可以人為地將A、B點鉸接處理。圖2中,L-2為單跨簡支梁,L-1為兩跨連續(xù)梁。它的彎矩圖為圖3,M4
第2種情況中,次梁將在PM中不作為參加整體計算的項目輸入。這樣得到的計算結(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。只有這樣才會得到比較接近實際情況的計算模型。現(xiàn)有的三維整體計算軟件對于三維空間非線性反應(yīng)分析的研究的功能還比較薄弱。但隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，我們相信一定會出現(xiàn)一種更加理想的、更加貼合實際的計算模型的計算程序。
5.結(jié)束語
本文就四個方面對PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中經(jīng)常遇到的次梁點鉸問題進行了探討。當(dāng)然，鉸接處理只是一種結(jié)構(gòu)計算時的一種簡化處理方法，在實際工程中純鉸接的連接是不存在的，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，還要根據(jù)工程的實際情況在次梁的支座處增設(shè)負(fù)彎矩筋，同時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，因為次梁的負(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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