水泥廠鋼筋混凝土樓面梁考慮變形協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)研究

常斌，徐海清

1 鋼筋混凝土樓面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及存在問題

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是水泥工廠的主要結(jié)構(gòu)形式之一，其樓面梁系結(jié)構(gòu)作為主要的承載結(jié)構(gòu)受工藝布置及承載要求影響較大，造成其受力計(jì)算及構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜。

圖1所示為某粉磨車間的工藝平面布置，樓面設(shè)計(jì)需考慮收塵器、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的集中荷載及檢修、維護(hù)等的等效樓面均布活荷載。與此工藝布置對(duì)應(yīng)的典型樓面結(jié)構(gòu)布置方法如圖2所示。由于結(jié)構(gòu)計(jì)算已基本實(shí)現(xiàn)三維空間計(jì)算，樓面各構(gòu)件（L1、L2、L3）間相互協(xié)調(diào)變形以承載荷載作用，L1、L3的變形對(duì)于L2相當(dāng)于其支座發(fā)生了變形，L2的變形對(duì)L1、L3起到一定的約束作用。樓面構(gòu)件變形協(xié)調(diào)示意如圖3所示。由此可能導(dǎo)致連續(xù)梁的計(jì)算及構(gòu)造與不考慮變形協(xié)調(diào)的計(jì)算及構(gòu)造產(chǎn)生一定差異。目前結(jié)構(gòu)施工圖多以平法表示，配以構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)圖進(jìn)行施工，而構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)圖中連續(xù)梁構(gòu)造是以不考慮變形協(xié)調(diào)的獨(dú)立連續(xù)梁計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)的。如結(jié)構(gòu)采用空間計(jì)算而簡(jiǎn)單按照構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)圖施工，容易造成構(gòu)造與計(jì)算不匹配的問題，形成安全隱患。

2 連續(xù)梁計(jì)算與構(gòu)造的匹配性分析

鋼筋混凝土連續(xù)梁不考慮中間支座變形時(shí)的彎矩示意圖見4。

以圖4計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)圖《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》（03G101-1）中規(guī)定的連續(xù)梁配筋構(gòu)造如圖5所示。

圖1 某粉磨車間工藝平面布置

圖2 典型樓面結(jié)構(gòu)布置

圖3 樓面構(gòu)件間變形協(xié)調(diào)示意圖

連續(xù)梁考慮由于樓面構(gòu)件間變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的中間支座變形時(shí)的彎矩示意圖見圖6。

與圖5計(jì)算結(jié)果對(duì)應(yīng)的連續(xù)梁配筋構(gòu)造如圖7所示。

如圖6、7所示，三跨連續(xù)梁當(dāng)考慮中間支座變形時(shí)其計(jì)算及構(gòu)造可能變成單跨梁的形式，如采用如圖5所示的構(gòu)造圖集的構(gòu)造方法，則連續(xù)梁的構(gòu)造與計(jì)算不相匹配，造成梁下部鋼筋在受拉區(qū)截?cái)啵粷M足受力要求。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

對(duì)圖2所示的樓面結(jié)構(gòu)施加相應(yīng)的荷載，分別按考慮變形協(xié)調(diào)的空間計(jì)算（采用PKPM軟件及SAP2000軟件）及不考慮變形協(xié)調(diào)的獨(dú)立連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下。

（1）連續(xù)梁L1、L2按不考慮樓面變形協(xié)調(diào)的獨(dú)立連續(xù)梁計(jì)算結(jié)果如圖8、9所示。

（2）連續(xù)梁L1、L2按考慮樓面變形協(xié)調(diào)（采用空間計(jì)算程序PKPM）的計(jì)算結(jié)果如圖10～13所示。

（3）采用SAP2000程序?qū)KPM程序的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)，如圖14～15所示。

可以看出，SAP2000與PKPM的計(jì)算結(jié)果非常接近，驗(yàn)證了考慮樓面變形協(xié)調(diào)的空間計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（4）計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析。從上述計(jì)算結(jié)果可以看出：

圖4 不考慮中間支座變形的彎矩示意

圖5 標(biāo)準(zhǔn)圖中不考慮支座變形的配筋構(gòu)造

圖6 考慮中間支座變形的彎矩示意

圖7 考慮支座變形的配筋構(gòu)造

圖8 L2不考慮變形協(xié)調(diào)的計(jì)算結(jié)果（彎矩kN.m/配筋面積mm2）

a當(dāng)不考慮變形協(xié)調(diào)時(shí)L2為六跨連續(xù)梁，與直觀的判斷相同，但當(dāng)考慮樓面變形協(xié)調(diào)時(shí)L2的計(jì)算跨度為兩跨，相應(yīng)的配筋構(gòu)造應(yīng)為圖13所示的兩跨梁構(gòu)造。

b由于構(gòu)件間的變形協(xié)調(diào)作用，L1、L2的計(jì)算配筋面積與不考慮變形協(xié)調(diào)的配筋面積不同。由于L2的約束作用，L1的配筋面積有所減小，L1的撓度變形對(duì)L2影響較大，導(dǎo)致L2的配筋面積有所增加。

4 連續(xù)梁計(jì)算及構(gòu)造建議

（1）當(dāng)采用空間計(jì)算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析時(shí)，樓面連續(xù)梁的構(gòu)造必須與計(jì)算結(jié)果相匹配。如圖10所示的計(jì)算結(jié)果必須采用圖13所示的構(gòu)造方法，而不能采用圖5所示構(gòu)造圖集的構(gòu)造方法，特別是平法表示的施工圖中，不能為了與構(gòu)造圖集相一致而簡(jiǎn)單地將平法配筋圖（圖12）中梁的跨數(shù)“（2）”修改為“（6）”，或通過PKPM的支座修改功能僅將梁的平法施工圖以六跨的形式表示出來。對(duì)于類似L2的連續(xù)梁配筋圖最好能在平法表示的同時(shí)輔以剖面配筋圖，避免施工錯(cuò)誤。

（2）如L2的構(gòu)造方法采用構(gòu)造圖集中六跨梁的構(gòu)造，需在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算后按不考慮變形協(xié)調(diào)的獨(dú)立連續(xù)梁核算配筋，但應(yīng)注意的是，與L2相交的梁L1的配筋也應(yīng)按獨(dú)立連續(xù)梁核算，否則會(huì)導(dǎo)致L1的配筋面積不足，影響結(jié)構(gòu)安全。

5 結(jié)論

考慮樓面各構(gòu)件間變形協(xié)調(diào)作用的空間計(jì)算能反應(yīng)結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀態(tài)，其計(jì)算結(jié)果是合理、可靠的，但結(jié)構(gòu)構(gòu)件的構(gòu)造必須與計(jì)算結(jié)果相匹配，而不能盲目套用標(biāo)準(zhǔn)圖集，才能保證結(jié)構(gòu)的安全性。

[1]GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]吳德全.混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算手冊(cè)（第三版）[K].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]03G101-1，混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖[S].

[4]Computers and Structures,Inc.Analysis reference manual for SAP2000[M].Computers and Structures,Inc.,1997.■