淺談寬扁梁在低層建筑中的應用

楊浩敏

0 引言

在現澆鋼筋混凝土框架結構中，為了保證建筑室內凈高，以及保證結構有適宜的剛度及延性，同時為了便利施工，往往采用寬扁梁樓蓋結構。對于相同的斷截面面積，寬扁梁比一般矩形梁的慣性矩小，承載力低且撓度大，同時配筋量也要更高，但可以節省空間，增加層高，在高層建筑中取得了明顯的技術經濟效益，但是在低層建筑中則應慎用。

1 工程簡介

某三層框架結構，采用現澆鋼筋混凝土寬扁梁，所在地區的抗震設防烈度為7度，屬Ⅲ類場地，基本風壓0.35 kN/m2，基本雪壓0.6 kN/m2，框架抗震等級為三級。建筑平面尺寸為40m× 16.8m，層高分別為3.9m，3.6m，3.6m。由于使用要求建筑室內凈高至少3m，房間柱網8m×8.4m，采用寬扁梁樓蓋的框架結構。

2 寬扁梁截面設計

在確定寬扁梁的截面尺寸時，應考慮到梁的剛度、節點延性、外核心區受力合理，寬扁梁的中軸線宜通過支座(柱)的中心。一般寬扁梁的截面高度可取(1/16～1/22)L0(L0為梁的計算跨度，荷載小取較小值，荷載大取較大值，且不小于2.5倍板的厚度);其寬高比不宜超過 3;寬扁梁邊框架的邊梁寬度不宜大于柱寬(柱垂直于邊框架方向的截面尺寸)，以避免邊梁寬度超過柱截面范圍的縱筋在水平荷載作用下對另一方向上的扁梁產生較大的扭矩。根據以上原則，該工程邊框架柱寬度為 500mm，中框架柱寬度為600mm，邊框架梁取300mm×700mm，其余主框架梁取900mm× 500mm，主梁區格內設置正交次梁250mm×500mm(如圖1所示)。

3 寬扁梁設計相關問題

本工程運用中國建筑科學研究院PKPM系列SATWE軟件進行計算分析，計算過程中需注意以下幾個問題:

1)寬扁梁的剛度調整系數。

該工程采用現澆混凝土樓蓋體系，在水平荷載作用下，通過框架梁和現澆板的共同抗彎來約束柱端的轉動?；炷涟蹇勺鳛閷挶饬旱囊砭壴黾悠浣孛鎰偠?。在進行整體框架結構分析時，SATWE軟件是先取框架梁的矩形截面進行剛度計算，在剛度調整時，設計人員可通過剛度調整系數進行放大。寬扁梁不宜用一個籠統的 1.5或 2.0的系數來調整放大，該系數應通過計算確定。T形截面受彎構件承載力計算中的翼緣計算寬度規定:bf=bb+ 12hf(hf為樓板厚度)。本工程板厚取120mm，寬扁梁帶翼緣計算截面如圖2所示，經過計算可得:

形心位置:yc=0.197m;矩形截面慣性矩:I1=0.009 375m4;T形截面慣性矩:I2=0.015 666m4;I2/I1=0.015 666/0.009 375=1.67。

由上可知，該寬扁梁的剛度調整系數為 1.67，而不是固定的1.5或 2.0。因此，設計人員應根據具體工程現澆梁板的幾何尺寸，將現澆板作為T形梁的翼緣，按規范規定的有效翼緣寬度，計算剛度調整系數。

2)寬扁梁的內力計算。

通過對不同寬扁梁柱節點在不同水平荷載條件下的作用反應分析表明:寬扁梁框架結構空間分析時，可以考慮各方向的水平地震作用主要由該方向的抗側力構件承擔，而不考慮另一方向抗側力構件的影響。

內力計算時應該按固接，但是因為梁比柱寬，實際上它又不完全是固接，這時需要對中間柱頭的不平衡彎矩進行處理。該彎矩按柱內外鋼筋面積比，柱外的不平衡彎矩由另一方向的梁的抗扭承擔。

但是梁的抗扭能力有限，如果不能承擔就把該彎矩調往跨中，剩下的全部集中在柱范圍內配筋。同時邊梁也要加強，因為寬扁梁對它的扭矩始終是存在的。

3)寬扁梁的配筋及構造。

寬扁梁縱向受力鋼筋的最小配筋率，除應符合《混凝土結構設計規范》的規定外，尚不應小于0.3%，且鋼筋宜單排放置，間距不宜大于 100mm。錨入柱內的梁上部縱向鋼筋宜大于其全部鋼筋截面面積的 60%，寬扁梁跨中上部鋼筋宜有支座縱向鋼筋(較大端)的1/4～1/3通長。對于配筋率較大的寬扁梁(達到 2%左右時)，裂縫寬度需要注意。

寬扁梁兩側應配置腰筋，每側的截面面積不應小于梁腹板截面面積的10%，直徑不宜小于12mm，間距不宜大于200mm。箍筋肢距不宜大于 200mm，其箍筋加密區《混凝土結構構造手冊》要求采用2hb和500mm的較大值，但具體要視梁高而定，不一定要限制于 2hb，但箍筋加密區要包住塑性鉸，且應滿足抗扭鋼筋延伸長度的要求。

寬扁梁的截面承載力驗算及有關構造要求除上述要求外一般等同普通框架梁。梁柱節點核心區截面抗震驗算見《高層建筑混凝土結構技術規程》附錄C.2.2:梁柱節點核心區應根據梁上部縱向鋼筋在柱寬范圍內、外的截面面積比例，對柱寬以內和柱寬以外的范圍分別進行受剪承載力驗算。

根據以上原則，本工程梁柱節點區域采取以下加強措施:

a.寬扁梁應有 75%以上的縱筋穿過柱子，且可靠地錨固在柱節點核心區內;

b.寬扁梁端部箍筋的加密區長度:邊柱取不小于 1 000mm，中柱取不小于1 500mm;

c.為防止板面斜裂縫的開展，在柱節點與寬扁梁交角處的板面附加斜向鋼筋12@100;

d.為加強節點核心區，增大核心區的抗剪承載力，增強核心區混凝土的約束作用，增設了φ10@100的水平箍筋、水平拉筋和豎向拉筋。

4)寬扁梁的樓板計算。

在計算板配筋時，一般構造手冊都規定雙向板負筋的長度取值為L0/4(從軸線計)，對一般的梁板體系，負彎矩基本上能被包絡住。但對寬扁梁，如果還按這種取值，顯然是不合理的。樓板每側負筋長度的合理取值應為L0/4+bb/2(L0為板凈跨;bb為寬扁梁截面寬度)。

4 結語

寬扁梁的延性和變形能力較好，只要概念設計以及構造措施合理，就會具有良好的抗震性能。眾所周知，在一定層高情況下柱子越粗其約束力越大，就越接近于梁柱固結的狀態。但值得注意的是，在低層建筑中柱子斷面不大、剛度小，很難抑制梁的變形，而且在低層建筑中應用寬扁梁所節約的層高總量也有限。因此，在低層建筑中不宜采用寬扁梁，特別是跨度大、跨數少或混合結構中更不宜采用寬扁梁結構，需慎用。

[1] 黃春娥.關于高層建筑寬扁梁設計的若干建議[J].廣州建筑，2007(3):8-11.

[2] 黃志軍.水平地震作用下鋼筋混凝土寬扁梁框架結構空間分析模型合理性探討[J].深圳土木與建筑，2007(9):4.

[3] 羅福午.建筑結構概念設計[M].北京:清華大學出版社，2003.

[4] GB 50011-2001，建筑抗震設計規范[S].

[5] GB 50010-2002，混凝土結構設計規范[S].

[6] JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結構技術規程[S].