分析建筑住宅楼结构设计

主梁中引起的扭矩 以 及 次 梁 边跨 与主 梁 相 交 在 主 梁 中 引 起 的扭矩往往容易被 忽视，其 后 果 将 导 致 建筑 结 构 的 可 靠 程 度降低，留下 事故 隐患， 甚至 诱 发 安 全 事故。 因此 结 构 设 计中慎重考虑主 次 梁 相 交 在 主 梁 中 引 起 扭 矩 的 作 用。 根 据 扭矩的大小采取 构 造 抗 扭 措 施， 或 通过 计 算来进 行 梁 的 抗 扭设计，而不要随 意 把 次 梁 两 端 假 定为 铰 支 来 考虑 忽视 扭 矩的作用。这样 做提 高 了 建筑 结 构 的 可 靠 度， 消 除 了 事故 隐患，尤其要尽量 避免 主 次 梁 相 交 时 次 梁 靠 近 主 梁 支 座这 种情况，以免在主 梁 中 产 生 过 大的 扭 矩 而 使梁 的 抗 扭 截 面 尺寸不够，产生抗扭超筋现象。 4. 5 箍筋加密 工程抗震设 计， 框架 梁 的 梁 端 115 ～ 2 h ( h 为 梁 高) 范 围内箍筋需要加 密， 这 是 为了 使梁 端 可 能 产 生 塑 性 铰 的 区 域有较好 的 延 性， 这 是 抗 震 设 计的 构 造 要求。 显 然， 构 件 除了要满足抗震 构 造 要求 外， 还需 保 证 在 受 力 状态 下 的 安 全，如梁还应满足竖 向 荷 载 作 用( 或 与 水 平 荷 载 组合作 用) 下抗剪承载 力 的 要求， 以 此 确定 抗 剪 箍 筋 的 数 量。 但 工程 所用的 PK 软件 只 输 出 框架 梁 端 ( 节 点 ) 处 的 剪 力 和 箍 筋 面积，梁其余部分的剪力和箍筋面 积 的 变 化情况不 得而 知， 导致用程序计算时在加密 区 115 ～ 2 h 长 度 内 满足 梁 端 部 受 力和构造要求 ( 如 箍 筋 间 距 为 100 ) ， 而在 非 加 密 区 ( 115h ～ 2h 以外) 范 围 内 的 箍 筋 数 量 则 按 加 密 区 数 量 50% ( 如 间 距 200 ) 配置，本 人 认 为 这 是 不 安 全的， 框架 梁 的 剪 力，在 竖 向均布荷载 作 用 下， 剪 力 反 对 称， 若 中 间 的 箍 筋 数 量 按 加 密区数量的 50% 配置，则加密 区 的 长 度 至少 需 要 L /4 ( L 为 梁长) 。因此，做设计时应重视这一现象， 最 好 由 端 部 剪 力 和梁上荷载计算 出 中 间 部分 的 剪 力进 行 配 置 箍 筋， 如果设 计时间 不 允 许， 为安 全 起 见， 结合有 经 验 工程 师 的经 验， 在梁 全 长 范 围 内 都 按 端 部 最 大 剪 力 配 置 箍 筋 ， 最 大 间 距 为 100 mm 或 150 mm，这 在 水 平 荷 载 较 大 时 也 不 会 浪 费 多 少 钢筋。
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楼盖的设计
工程选用的是 主 次 梁 楼 盖， 主 次 梁 楼 盖虽 然 存 在着 结
构高度较大和模 板 安装 制 作 比较 复 杂 的问题， 但 却 具有 下 列优势: ①楼 盖 混凝土 折 算 厚 度 最 小， 自 重 最 轻; ② 开间 大，房间布局 灵 活; ③ 承载 力 大; ④ 对结 构 整 体 刚 度 的 贡 献比平板和双向密肋楼盖要大得多。 3. 1 3. 1. 1 板的设计 板厚取值 现浇楼 盖 中， 板 的 混 凝 土 用 量 约 占 整 个 楼 盖 的 50 ～ 60% ，板厚的取 值 对楼 盖 的经济 性 和 自 重 的 影响 较 大，在 满足板的刚度和构造要求的前提 下， 应 尽 量 采 用 较 薄 的 板， 双向板的最小 板 厚 度 为 80 mm， 板 的 厚 度与 跨 度 的 最 小 比 值: 四边简支板为 1 /40 ，连续 板 为 1 /50 。 工程 最 大 板跨 为 5 m，其余板跨均小于 4 m， 考虑 到 工程 为住宅楼， 板 内有 埋机电暗管，因此小于 4m 的板跨板厚也取 100 mm，5 m 板 跨板厚取 140 mm。 3. 1. 2 板的配筋 板的配筋主 要对 板 中 某 些 不 合理 的 配 筋 进 行 调整， 如 工程卫生间、阳 台 处， 一 般 对 负 筋 在 板 有 高 差 情况下 也通 长配筋。
图1
板的配筋图
3. 1. 3
支座负筋直径的取值
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结构选型
建筑物的结 构 设 计， 不 仅 要求具有 足 够 的 承载 力，而
且必须使结构具有 足 够 抵抗 侧 力 的 刚 度， 使 结 构 在 水 平 力 作用下所产生的 侧 向 位 移 限制 在 规定 的 范 围 内， 基于上 述 基本原理，工程 综 合分 析 了结 构 的 适 用、 安 全、 抗 震、 经 济、施工方便 等 因 素， 选 取 结 构 为 框架 体 系， 由 钢筋混凝 土框架承担竖向 力 和 侧 力。 钢筋混凝土 框架 刚 度 布 置相对 比较均匀，在满足 建筑 功 能 情况下， 尽 量 减 少 平 面 扭 转 对 结构的影响。 由 于 工程 体 型 相对 简单， 满 载 较 均 匀， 且 桩 端下面不在 软 弱下 卧 层， 桩 型 为 端 承 摩擦 桩， 所以 工程 只 在 ± 0. 1000 以上 19 轴与 20 轴间设 100 mm 宽的防震缝，同 时兼作伸缩缝。
4. 3
关于次梁受力 工程所用的设计软件 PK 引入了构件的内力大小与其刚
度成正 比， 并 由变 形 协 调 条 件 确定。 根 据 空 间 三 维 分 析， 次梁不再像平面框架分析方法中那 样 作为 荷 载 加 到主 梁 上， 而是与主梁 共 同作 用。 其 次 从 结 构 中 可 以 看 出， 局 布 结 构 布置较复杂，主 次 梁 有 时 很难 确定， 梁 的 支 座 和 跨 长 也 就 很难确定，只能 根 据 刚 度 条 件 来 计 算 其 实 际 受 力 状 况， 不 过，大多数情况下， 对于 框架 梁， 一 般 以 柱 间 距 为一 跨 这 与平面框架 分 析 是 一 致 的， 但 对于 非 框架 梁， 应 该 一 榀 框 架梁到另一榀框架梁之间为一跨。 4. 4 主次梁相交导致的后果 主次梁相交 时， 当 主 梁 两 侧 的 次 梁 跨 度 相 差 过 大而在
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梁的设计
随着我国城 市 经济的 迅 速 发展，大量建筑的 兴 建，建
筑人员根 据 建 筑 功 能 和 环 境 条 件 有 目 的 的 选 择 主 次 梁 楼 ( 层) 盖的设计方案也随之增多，同时也出现在主次梁 楼 盖 设计中应怎样合理 布 置 柱 网 的 综 合效 益 最 好。 究 竟 应 该 选 择短跨为主梁还 是 选择 长 跨 为 主 梁，在 框架 梁 的 弹 性 受 力 分析和承载力计 算 时，是 否 应 该考虑 现 浇板 的共 同 工 作效 应，如何有意识地对端跨进行调整会更有利。 4. 1 如何合理布局主次梁与柱网 主次梁体系的 传 力途 径 从 广 义 讲 是 楼 面 荷 载 通过 板 传 给次梁，再由次 梁 通过 受 弯 传给 主 梁， 最 后 由 主 梁 传给 柱 子。在支承和 传 递 荷 载 的 过 程 中， 主 次 梁 的 弯 曲 变 形， 均 与它们各自承担 的 弯 矩 及 其 自 身 跨 度 的平方成 正 比，而 与 弹性模量 E 和 弯 曲 平 面 内 截 面 惯 性 矩 成 正 比， 另 一 方 面， 从设计要求来分 析，建筑 功 能 要求 主 次 梁 所 占的 结 构 空 间 高度越小越 好。 因此，工程 做 主 次 梁 楼 盖 的 柱 网 布 置 时考 虑上述影响优先 选择 的 柱 网 是 矩 形 以 短 跨 为 主 梁， 长 跨 为 次梁，而且短跨 与 长 跨 的 比 例 应 小 于 0. 175 比较 经济，工 程一般比较常取 0. 165 ～ 0. 17 ，这样设计出来的 主 次 梁 截 面 高度能协调 一 致， 从 而 保 证 楼 盖 的 结 构 高 度 最 小，而 另 一 方面从工程的使 用 功 能和建筑 美 学方 面考虑， 主 梁 的 布 置 是依据房间布局而 定 的。 以 短 跨 主 梁 截 面 尺寸 为 300 × 600 ( mm) ， 次梁截面尺寸为 200 × 300 ( mm ) 现 浇板 厚 为 90 mm， 在正常使用荷载作用下。 4. 2 现浇板的考虑 在水平荷载 作 用 下， 通过 框架 梁 和现 浇板 的共 同 受 弯
1工程Biblioteka 况某工程是一 幢 底 层 商 业 网点 的 单 元 式 住宅楼，建筑 面 2 积 8 994 m ，建筑 层 数 为 6. 5 层，总高 度 23. 5 m，建筑占 2 2 地 1 260 m 。工程 自然 备 件: 基本 风压 0. 18 kN / m ， 地基 承载力特征值为 300 kPa。
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第 37 卷
第2 期
总第 160 期
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来约束柱顶 的 转 动， 使 柱 子 产 生 自 上 而 下 的 反 弯 曲， 从 而 形成楼架作用是 由 于 梁 板 的共 同作 用， 不 仅 提 高 了 框架 梁 的截面刚度，而 且 提 高 了 梁 端 负 弯 矩承载 能 力。 因此 设 计 工程时特别注意了下列问题: ( 1 ) 框架弹性受 力 分 析 时 框架 梁 的 合理 截 面 形 式 在 进 行整体现浇 梁 板 分 析 时， 本 人 为 计 算 方 便， 把 框架 梁 简化 为矩形截面( 与无楼 板 或 预 制 楼 板 的 空 框架 一 样 计 算， 很显 然这与现浇梁板框架结构的实际性能不符) 。 若 在 进 行 整 体 现浇梁板的框架分析 时， 框架 梁 的 线 刚 度 仅 取 矩 形 截 面 IR 值，计算得出的 自 振 周 期 明 显 偏 大，而 实 际 上 框架 位 移 值 要比计算值小，则 该 框架 结 构 实 际 承 受 的 地 震 作 用 及 其 效 应都将比计算值 大。 在 垂 直荷 载 作 用 下 的 梁 端 负 弯 矩 计 算 值偏大，而跨 中 正 弯 矩 值 却 偏 小 等。 所以， 设 计 时 根 据 整 体现浇梁板共同 工 作 的 特 性 和 原 理， 按 规 范 规定 的 有效 翼 缘宽度，将现浇板 作为 框 梁 架 的 翼缘，共 同 参 与 弹 性 受 力 分析。 ( 2 ) 梁端负弯矩 钢筋 的 合理分 布 范 围 对作为 框架 梁 翼 缘的现浇板内与架 肋 平 行 的 钢筋 参 与 梁 端 正 截 面 抗 弯 承载 ( GB50010 － 力工作 的 问 题，在《混 凝 土 结 构 设 计 规 范 》 《建筑抗震规范》 ( GB50011 － 2001 ) 中都 未 很 明 确 的 2002 ) 和 规定。所以，设计 时按 矩 形 截 面 进 行 极 限 承载 力 计 算 所 需 的梁端负弯矩钢筋 与 无 现 浇板 的 空 框架 梁 一 样 布 置 在 梁筋 顶部的宽度范围 之 内，而 翼缘 板 内 平 行于 梁 肋 的 钢筋 则 按 现浇板的受力或 构 造 要求设 计 布 置， 这无 形 之 中 增 加 了 梁 支座处负弯矩钢筋的配筋量，导致 负 屈服 弯 矩 的 相 应 提 高， 由于作为梁翼缘板 内 平 行 梁 肋 的 钢筋 参 与 梁 端 抗 弯 承载 力 的工作，支座处的 负 屈服 弯 矩 明 显 要 比 无 翼缘 矩 形 梁 的 负 屈服弯矩提 高， 这时 裂 缝 可 能 不 会出现在 框架 梁 上，而 先 在柱上出现塑 性 铰，形成 强 梁 弱 柱 现 象。 为实 现“强 柱 弱 梁” 的设计目的，保证在罕遇地震时，能很快 地 在 梁 端 附 近 出现塑性铰 线，形成 具有 延 性 的 结 构 体 系。 应 将 按 设 计 荷 载，地震作用计算 所 需 的 梁 端 弯 矩 钢筋 合理地分 布 在 梁 肋 及其有效的翼缘 宽 度范 围 之 内。 至 于 多 少 有效 翼缘 宽 度 内 的钢筋可以被考虑，共 同 参 加 梁 支 座 正 截 面 的 抗 弯 工 作也 暂时没有定论。根 据经 验 取 每 一 梁 侧 的 6 倍 的 板 厚 范 围 内 的板上，下钢筋参与共同抗弯。 在工程设计时 为 保 证 以上 ( 1 ) ， ( 2 ) 两 点 的共 同作 用，梁端弯矩在 SATWE 程序的调整信息下进行 调整， 梁 端 弯矩的调幅系数取 0. 18 ～ 11. 0 。 ( 3 ) 梁跨中弯矩 的 取 值。 在工程的 设 计 过 程 中 未 考虑 活荷载的不 利 分 布，而 仅 按满 布 计 算， 考虑该 工程 层 数 只 有 615 层，可通过 调整 跨 中 弯 矩 增 大 系 数来 加 大 梁 的 跨 中 弯矩，以达到考虑 活 荷 载 不 利 分 布 影响 的 目 的， 弯 矩 增 大 系数的取值范围为 110 ～ 113 对于 考虑 活 荷 载 不 利 分 布 的 各 层，此系数不起作用。 ( 4 ) 梁扭矩折减。工程的现浇楼板采用刚性楼 板 假 定。 这时宜考虑 楼 板 对 梁抗 扭 的 作 用而 对 梁 的 扭 矩 进 行 折 减， 折减系数一 般 为 0. 14 ～ 11. 0 ， 对于 工程 折 减 系 数 取 0. 14 。 若考虑楼板的弹性变形，梁的扭矩不应折减。 ( 5 ) 梁刚度增 大。 主 要 考虑 现 浇 楼 板 对 数 值 的 作 用， 楼板和梁连成一体按照 “T” 形截面梁工作，而计算时梁截 面取矩形，因此 可 将 现 浇 楼 面 中 梁 的 刚 度 放 大， 通 常 现 浇 楼面的边框梁取 115 ，中间框架梁取 210 。