程序计算中的几类超筋的分析

程序计算中的几类超筋的分析

【摘要】在软件计算中，钢筋混凝土梁的超筋是结构设计中经常出现的，不可避免的现象。本文总结了实际工程中经常出现的几类超筋现象，给出了结构设计软件对于混凝土梁超筋的判断，并探讨了各类超筋现象的主要原因和软件计算超筋的影响因素。

【关键词】超筋; SATWE;配筋率;

钢筋混凝土梁设计超筋时出现的问题有: ①在受压区边缘纤维应变到达混凝土极限压应变值时，受压区混凝土先被压碎，此时受拉区纵向受力钢筋应力未达到屈服强度，此时梁在没有明显预兆的情况下而突然破坏，属于脆性破坏类型。②超筋梁配置了过多的受拉钢筋，造成钢材浪费。综上原因，超筋梁在混凝土结构设计的各类规范中被严格限制采用。

1 超筋在实际工程设计中，大概有以下几种类型：①弯矩引起的超筋；②剪扭超筋；③扭矩引起的超筋；④剪力引起的超筋；⑤配筋超规范规定值⑥混凝土受压高度不满足；⑦在水平风荷载或地震作用时，由扭转变形或竖向相对位移引起的超筋。

在实际工程中，经常出现次梁距主梁支座比较近，或者主梁两边次梁错开两种工况，这时很容易引起剪扭超筋。

2 梁超筋在结构软件中的显示

SATWE 软件对于梁超筋现象，有图形文件和文本文件两种输出方式。①图形文件显示：SATWE---分析结构图形和文本显示----图形文件输出----混凝土构件配筋及钢构件验算简图中数字显红色时，即为超筋。配筋简图的有关数字说明见图1。②超筋信息的文本输出在“超配筋信息WGCPJ. OUT”文件内。

图1SATWE配筋简图示意图

As1、As2、As3为梁上部(负弯矩)左支座、跨中、右支座的配筋面积(cm2)；

Asm1、Asm2、Asm3表示梁下部(负弯矩)左支座、跨中、右支座的配筋面积(cm2)；

Asv表示梁在Sb范围内的箍筋面积(cm2)，取抗剪箍筋Asv与剪扭箍筋

Astv的大值；

Ast表示梁受扭所需要的纵筋面积(cm2)；

Ast1表示梁受扭所需要周边箍筋的单根钢筋的面积(cm2)。

G，VT分别为箍筋和剪扭配筋标志。

3几类超筋的的详细分析

3.1 弯矩超筋、配筋超筋

点击【SATWE/分析结构图形和文本显示】----【图形文件输出/混凝土构件配筋及钢结构验算简图】查看，看到梁上的数字显红色，且跨中或者梁端的M 显示红色数字1000，如图2所示。弯矩超筋和配筋超筋常出现在两柱之间的框架梁上。影响这两类超筋的主要因素是荷载大、梁截面小或梁跨度过大。处理方式：①加大截面。先考虑加大梁高，当梁高受限时，也可考虑加大梁宽。②减小梁的荷载，如改变次梁布置等。③减小梁的跨度，加柱（慎用）。

3.2 抗剪超筋

点击【SATWE/分析结构图形和文本显示】----【图形文件输出/混凝土构件配筋及钢结构验算简图】查看，梁上数字显红色，且G旁边的数字很大。如图3所示。抗剪超筋的主要处理方式：①加大梁宽，增加箍筋肢数利用箍筋抗剪。②提高混凝土强度等级。

3.3 剪扭超筋

点击【SATWE/分析结构图形和文本显示】----【图形文件输出/混凝土构件配筋及钢结构验算简图】查看，梁上数字显红色，且VT旁边的数字比较大，如图3所示。

3.3.1 剪扭超筋的主要原因

次梁距离主梁支座很近或主梁两边次梁错开且距离很小与主梁相连时，容易出现剪扭超筋。剪扭超筋的主要原因是扭矩、剪力较大。《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第6.4.1条规定：在弯矩、剪力和扭矩共同作用下hw/b不大于6的矩形、T形、I形截面和hw/tw不大于6的箱型截面构件，其截面应符合下列条件：

当hw/b（或hw/tw）不大于4时

当hw/b（或hw/tw）等于6时

当hw/b（或hw/tw）大于4但小于6时，按线性内插法确定。

3.3.2剪扭超筋的主要处理方式：

①加大主梁的截面b、h则

根据(a)(b)(c)三式可以得知成立。

②调整结构的刚度与传力。如加大次梁截面，提高次梁的抗弯刚度。次梁刚度越大，主次梁节点上，次梁端弯矩越小，主梁承受的扭矩越小。实际设计中，往往会增加主梁的高度50~100mm以提高主梁的抗扭刚度，但增加次梁抗弯刚度最有效的措施。

③点铰。把刚接的次梁与主梁化成铰接。这种方式往往会造成着次梁梁端开裂，因此尽量少用。当点铰无法避免时，点铰后次梁容易开裂，次梁开裂后斜裂缝间混凝土的斜向压力对次梁纵筋作用较大，因此应注意加密次梁端部的箍筋。实际设计时，还要加大主梁的腰筋和箍筋配置。由于点铰是以混凝土开裂为代价，所以在选择这种方式时要慎重。

而在PKPM程序中，当出现剪扭超筋的情况时，首先要在SATWE调整页的调整信息查看梁扭矩折减系数。

钢筋混凝土结构楼面梁在实际情况下，受到楼板和次梁的约束作用，其受力性能与无楼板的独立梁差距很大。PKPM计算中并未考虑到楼盖对梁的扭转约束作用，计算结果往往比实际情况大很多。且PKPM中也没有自动搜索判断梁周围楼盖情况的功能。梁扭矩折减一般取值在0.4~1.0之间，对于刚性楼板，取0.4，对于弹性楼板，可以取1.0。因此PKPM的调整页面需要设计人员根据实际情况，输入折减系数。

3.4 剪力墙中连梁超筋

连梁是连系两片剪力墙墙肢的关键构件。连梁一般不承受竖向荷载或承受很小的竖向荷载。而在风荷载或者水平地震作用下，由于墙肢相互作用产生的弯矩和剪力较大，连梁会承受极大的弯矩和剪力，从而引起超筋。连梁超筋的处理方

法：①考虑连梁刚度折减系数。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.2.13-2条规定：抗震墙连梁刚度可以折减，折减系数不宜小于0.5 。②提高混凝土等级，来提高连梁的受剪承载力。③增加连梁的截面宽度。④减小连梁的截面高度。⑤采用双连梁。与普通连梁相比，双连梁一方面可以有效的降低连梁内力，另一方面能够设置不同连梁间距，便于建筑物中设备、管线的布设。

4 结语

（1）结构设计中难免会出现超筋的情况。超筋时，应根据工程实际情况，综合考虑各方面参数等调整。

（2）超筋的三种解决方法：

①抗——即加大截面。加大截面就是增加抗力，增大了砼惯性矩，增加了放置钢筋的空间。一般在建筑要求严格处，如过廊等加大梁宽；建筑要求不严格处，如卫生间等加大梁高。

②放——点铰。点铰是对输入的弯矩进行调幅到跨中并释放扭矩。

③调——力流与刚度。力流与刚度就是通过构件刚度调整来改变输入力流的方向，使力流避开超筋处的构件或减小力流对该构件的输入，将大部分的力流引导到其他构件上，从而达到构件不超筋的目的。

（3）设计时，出现超筋时首先要考虑调整PKPM中的调整系数。当系数调整后依旧超筋，则可以考虑上面的抗（加大截面，提高混凝土等级）、调（加大次梁梁高）或改变结构布置。最后才选择点铰。

参考文献：

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［2］朱丙寅．建筑抗震设计规范应用与分析［M］．北京: 中国建筑工业出版社，2011．

［3］中国建筑科学研究院PKPMCAD 工程部．多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE 用户手册［Z］．2011．

［4］姜学诗．SATWE 结构整体计算时设计参数的合理选取( 十二) ［J］．建筑结构( 技术通讯) ，2011，( 7) : 15 －16．