壁式框架内力计算_终于完全明白了连梁、框架梁、次梁和基础拉梁的区别

有些设计人对连梁、框架梁、次梁和基础拉梁(承台或独立柱基间的联系梁)的构造和使用范围不清楚&＃xff0c;从而导致使用不当。现结合规范、标准图集和构造手册对这个问题加以说明

1、连梁和框架梁&＃xff1a;
连梁是指两端与剪力墙相连且跨高比小于5的梁(具体条文详见“高规”第7.1.8条)&＃xff1b;框架梁是指两端与框架柱相连的梁&＃xff0c;或者两端与剪力墙相连但跨高比不小于5的梁。
两者相同之处在于&＃xff1a;一方面从概念设计的角度来说&＃xff0c;在抗震时都希望首先在框架梁或连梁上出现塑性铰而不是在框架柱或剪力墙上&＃xff0c;即所谓“强柱弱梁”或“强墙弱连梁”&＃xff1b;另一方面从构造的角度来说&＃xff0c;两者都必须满足抗震的构造要求&＃xff0c;具体说来框架梁和连梁的纵向钢筋(包括梁底和梁顶的钢筋)在锚入支座时都必须满足抗震的锚固长度的要求&＃xff0c;对应于相同的抗震等级框架梁和连梁箍筋的直径和加密区间距的要求是一样的。
两者不相同之处在于&＃xff0c;在抗震设计时&＃xff0c;允许连梁的刚度有大幅度的降低&＃xff0c;在某些情况下甚至可以让其退出工作&＃xff0c;但是框架梁的刚度只允许有限度的降低&＃xff0c;且不允许其退出工作&＃xff0c;所以规范规定次梁是不宜搭在连梁上的&＃xff0c;但是次梁是可以搭在框架梁上的。一般说来连梁的跨高比较小(小于5)&＃xff0c;以传递剪力为主&＃xff0c;所以规范对连梁在构造上作了一些与框架梁不同的规定&＃xff0c;一是要求连梁的箍筋是全长加密而框架梁可以分为加密区和非加密区&＃xff0c;二是对连梁的腰筋作了明确的规定即“墙体水平分布钢筋应作为连梁的腰筋在连梁范围内拉通连续配置&＃xff1b;当连梁截面高度大于700mm时&＃xff0c;其两侧面沿梁高范围设置的纵向构造钢筋(腰筋)的直径不应小于10mm&＃xff0c;间距不应大于200mm&＃xff1b;对跨高比不大于2.5的连梁&＃xff0c;梁两侧的纵向构造钢筋(腰筋)的面积配筋率不应小于0.3%”且将其纳入了强条的规定&＃xff0c;而框架梁的腰筋只要满足“当梁的腹板高度hw≥450mm时&＃xff0c;在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋&＃xff0c;每侧纵向构造钢筋(不包括梁上、下部受力钢筋及架立钢筋)的截面面积不应小于腹板截面面积bhw的0.1%&＃xff0c;且其间距不宜大于200mm。” 且不是强条的规定。
在施工图审查的过程中发现设计人常犯的错误有&＃xff1a;一是把两端与剪力墙相连且跨高比小于5的梁编成了框架梁&＃xff0c;而且箍筋有加密区和非加密区&＃xff0c;或把跨高比不小于5的梁编成了连梁&＃xff1b;二是在连梁的配筋表中不区分连梁的高度和跨高比而笼统的在说明中交待一句“连梁腰筋同剪力墙的水平钢筋”&＃xff0c;这时如果连梁中有梁高大于700mm或跨高比不大于2.5而剪力墙墙身配筋率小于0.3%或水平分布筋的直径不大于8mm时&＃xff0c;容易违反“高规”第7.2.26条的规定&＃xff0c;而且该条还是强条&＃xff0c;这应引起设计人经的注意。

2、框架梁和次梁:
一般情况下&＃xff0c;次梁是指两端搭在框架梁上的梁。这类梁是没有抗震要求的&＃xff0c;因此在构造上它与框架梁有以下不同&＃xff0c;现以国标图集”03G101-1”为例加以说明&＃xff1a;
(1) 次梁梁顶钢筋在支座的锚固长度为受拉锚固长度la&＃xff0c;而框架梁的梁顶钢筋在支座的锚固长度为抗震锚固长度laE。
(2) 次梁梁底钢筋在支座的锚固长度一般情况下为12d&＃xff0c;而框架梁的梁底钢筋在支座的锚固长度为抗震锚固长度laE。
(3) 次梁的箍筋没有最小直径的要求、没有加密区和非加密区的要求&＃xff0c;只需满足计算要求即可。而框架梁根据不同的抗震等级对箍筋的直径和间距有不同的要求&＃xff0c;不但要满足计算要求&＃xff0c;还要满足构造要求。
(4) 在平面表示法中&＃xff0c;框架梁的编号为KL&＃xff0c;次梁的编号为L。
在实际的施工图中&＃xff0c;设计人员容易犯的错误主要有以下两类&＃xff1a;一是在次梁的平法表示中&＃xff0c;对箍筋按加密区和非加密区来表示&＃xff0c;如φ8&＃64;100/200等。二是当次梁为单跨简支梁时&＃xff0c;支座的负筋数量往往不满足“混凝土规范”第10.2.6条的规定(第10.2.6条 当梁端实际受到部分约束但按简支计算时&＃xff0c;应在支座区上部设置纵向构造钢筋&＃xff0c;其截面面积不应小于梁跨中下部纵向受力钢筋计算所需截面面积的四分之一&＃xff0c;且不应少于两根)。
3、 基础拉梁与次梁&＃xff1a;
基础拉梁是指两端与承台或独立柱基相连的梁&＃xff0c;与次梁相同之处在于基础拉梁也是没有抗震要求的、基础拉梁的梁顶钢筋在支座的锚固长度也为受拉锚固长度la、基础拉梁的箍筋也没有加密区和非加密区的要求。与次梁不同之处在于基础拉梁的梁底钢筋也必须满足受拉锚固长度la的要求、基础拉梁的宽度不应小于250mm、基础拉梁除按计算要求确定外梁内上下纵向钢筋直径不应小于12mm且不应少于2根(详见“地基规范”第8.5.20条)、箍筋不少于Φ6&＃xff20;200(详见《全国民用建筑工程设计技术措施 结构篇》第3.12.1-9条)
在实际的施工图中&＃xff0c;设计人员容易犯的错误主要是将基础拉梁简单套用框架梁的平法表示&＃xff0c;编号为JKL&＃xff0c;对箍筋按加密区和非加密区来表示&＃xff0c;如φ8&＃64;100/200等。而现有的国标平法图集中并没有专门针对基础拉梁的构造&＃xff0c;如果设计人员想借用平法图集的话&＃xff0c;将基础拉梁编号为JL较为合适&＃xff0c;同时应在说明中注明JL的配筋构造应按“03G101-1”中次梁(非框架梁)的配筋构造执行&＃xff0c;同时梁底钢筋锚入支座的长度必须满足受拉锚固长度la的要求。
箍筋的要求
除满足计算要求外&＃xff0c;箍筋沿梁全长加密&＃xff0c;直径和间距应满足规范的要求
除满足计算要求外&＃xff0c;箍筋加密区和非加密区的直径和间距应满足规范的要求
按计算要求配置&＃xff0c;没有加密区和非加密区的要求
按计算要求配置&＃xff0c;且箍筋不少于Φ6&＃xff20;200&＃xff0c;没有加密区和非加密区的要求
梁的编号
LL
KL
L
JL
基础梁计算问题
1、现有观点在基础梁的现有计算方法中&＃xff0c;较有代表性的是以下两种&＃xff1a;
(1) 对墙下基础梁&＃xff0c;现有观点认为&＃xff0c;可视承台梁以上墙体为半无限平面弹性地基&＃xff0c;基础梁与墙体(半无限弹性体)共同变形&＃xff0c;视基础梁为桩顶荷载作用下的倒置弹性地基梁&＃xff0c;按弹性理论求解基础梁的反力&＃xff0c;经简化后作为作用在基础梁上的荷载&＃xff0c;然后按普通连续梁计算内力。
(2) 对柱下条形基础梁&＃xff0c;现有观点认为&＃xff0c;可视为弹性地基梁计算&＃xff0c;即将桩顶反力作为集中力作用在梁上&＃xff0c;柱为梁的支座&＃xff0c;按普通连续梁分析其内力&＃xff0c;桩顶反力按弹性地基架计算确定。 对于以上两种不同情况的基础梁&＃xff0c;现有观点在计算过程中&＃xff0c;均曾视其为弹性地基梁&＃xff0c;所不同者&＃xff0c;墙下基础梁视为倒置弹性地基梁&＃xff0c;而柱下基础梁则视为弹性地基梁。但应指出的是&＃xff0c;现有观点的以上处理方法&＃xff0c;是与弹性地基梁的定义不符合的。
2、笔者观点
2&＃xff0e;1 墙下基础梁 现有观点视基础梁上墙体为半无限弹性地基&＃xff0c;基础梁为桩顶荷载作用下的倒置弹性地基梁。此处&＃xff0c;问题的症结在于&＃xff0c;能否视墙下基础梁为倒置弹性地基梁&＃xff1f;笔者认为墙下基础梁不能视为倒置弹性地基梁&＃xff1b;其原因如下所述。
(1)基础梁以上墙体&＃xff0c;高度一般在18m(例如8度区)左右&＃xff0c;宽度在12m左右&＃xff0c;抗弯刚度极大&＃xff0c;加之该墙体还承受着相当数量的楼面荷载及墙体自重&＃xff0c;故该墙体在桩顶荷载作用下&＃xff0c;并不会产生变形&＃xff0c;亦谈不到弹性&＃xff0c;不符合半无限弹性地基假定条件中关于弹性的假定条件。
(2)基础梁以上墙体&＃xff0c;因每层均有圈梁&＃xff0c;故各层墙体间&＃xff0c;被圈梁分隔成独立部分&＃xff0c;已不存在连续性&＃xff0c;整片墙实为砌体与混凝土梁的组合构件&＃xff0c;但砖砌体与混凝土梁的弹性模量相差甚大(约10倍)&＃xff0c;故在受力中&＃xff0c;二者是不协同的。因此&＃xff0c;墙下基础梁不符合半无限弹性地基关于连续的假定。
(3)基础梁以上墙体&＃xff0c;系由砖砌体与混凝土梁两种构件组成&＃xff0c;且砖砌体系弹塑性材料&＃xff0c;其弹性模量从一开始&＃xff0c;应力与应变就不成比例。而在地震发生时&＃xff0c;即使在小震作用下&＃xff0c;根据震害调查&＃xff0c;8度区框架&＃xff0c;填充墙亦将产生较多裂缝&＃xff0c;而中震和大震下&＃xff0c;则裂缝更为普遍&＃xff0c;即使是框架梁、柱&＃xff0c;亦将产生裂缝。此外&＃xff0c;砖砌体与框架梁亦不属各向同性构件&＃xff0c;故墙体是不符合半无限弹性地基的假定条件的。 由上述可知&＃xff0c;基础梁上墙体&＃xff0c;并不符合半无限弹性地基的匀质、连续、弹性假定条件&＃xff0c;故墙下基础梁不应视为倒置弹性地基梁进行有关计算。
2&＃xff0e;2 柱下基础梁 现有观点认为&＃xff0c;柱下基础梁可视为弹性地基梁计算&＃xff0c;与该观点相应的计算原则有两种&＃xff1a;其一是将桩顶反力作为集中力作用在梁上&＃xff0c;柱作为梁的支座&＃xff0c;桩顶反力按弹性地基梁计算确定&＃xff0c;然后按普通连续梁分析内力&＃xff1b;其二是视基础梁为弹性地基梁进行分析计算。 按照前者&＃xff0c;基础梁受桩顶集中力作用&＃xff0c;柱为梁的支座。须知此时&＃xff0c;由于桩顶集中力与桩底轴向力平衡&＃xff0c;则桩顶集中力并不在基础梁内产生内力&＃xff0c;仅底层填充墙在基础梁内产生较小内力。此外填充于框架梁和框架柱之间的填充墙&＃xff0c;系彼此隔离的小面积独立墙片&＃xff0c;同时填充墙目前多采用大孔洞免烧砖&＃xff0c;故基础梁以上之填充墙是不符合半无限弹性地基条件的&＃xff0c;且因基础梁底部只与回填土接触&＃xff0c;并不与地基土接触&＃xff0c;只有桩头才与地基土接触。虽然地基土(例如卵石层)在端阻力作用下将产生一些变形&＃xff0c;桩身亦会产生弹性压缩变形&＃xff0c;但柱下基础梁并不符合倒置弹性地基梁定义。 而对于后者&＃xff0c;由于同样的原因&＃xff0c;柱下基础梁亦不能视为正置弹性地基梁。 综上所述可知&＃xff0c;问题的要害是应区分弹性地基梁与普通基础梁的界限&＃xff0c;因为这是两种不同的概念。
弹性地基梁与普通基础梁在两个主要方面存在不同&＃xff1a;
(1) 普通基础梁的超静定次数是有限的&＃xff0c;弹性地基梁的超静定次数是无限的&＃xff1b;
(2) 普通基础梁可略去地基的变形&＃xff0c;弹性地基梁由于梁与地基共同变形&＃xff0c;故必须考虑地基变形&＃xff0c;方能满足变形连续条件[2]。
3、结论
(1) 对于墙下基础梁&＃xff0c;梁上墙体不应视为半无限弹性地基&＃xff0c;基础梁不应视为桩顶荷载作用下的倒置弹性地基梁。
(2) 对于柱下基础梁&＃xff0c;不应视为弹性地基梁。
(3) 墙下基础梁及柱下基础梁&＃xff0c;均应按普通连续梁计算。
关于多层框架基础拉梁的几点看法
一、框架计算简图
无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋&＃xff0c;独立基础埋埋置较深&＃xff0c;在-0.05左右设有基础拉梁时&＃xff0c;应拉梁按层1输入。以某学生宿舍为例&＃xff0c;该项目为3层钢筋混凝土框架结构&＃xff0c;丙类建筑&＃xff0c;建筑场地为Ⅱ类&＃xff1b;层高3.3m&＃xff0c;基础埋深4.0m&＃xff0c;基础高度0.8m&＃xff0c;室内外高差0.45m。根据《抗震规范》第6.1.2条&＃xff0c;在8度地震区该工程框架房屋的抗震等级为二级。设计者按3层框架房屋计算&＃xff0c;首层层高取3.35m&＃xff0c;即假定框架房屋嵌固在-0.05m处的基础拉梁顶面&＃xff1b;基础拉梁的断面和配筋按构造设计&＃xff1b;基础按中心受压计算。显然&＃xff0c;选取这样的计算生产力简图是不妥当的。因为&＃xff0c;第一&＃xff0c;按构造设计拉梁的断面和配筋无法平衡柱脚弯矩&＃xff1b;第二&＃xff0c;《混凝土结构设计规范》(GB50010&＃xff0d;2002)(以下简称《混凝土规范》第7.3.11条规定&＃xff0c;框架结构底层柱的高度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。工程设计经验表明&＃xff0c;这样的框架结构宜按4层进行整体分析计算&＃xff0c;即将基础拉梁层按层1输入&＃xff0c;拉梁上如作用有荷载&＃xff0c;应将荷载一并输入。这样&＃xff0c;计算简图的首层层高为H1&＃xff1d;4-0.8-0.05&＃61;3.15m&＃xff0c;层2层高为3.35m&＃xff0c;层3、4层高为3.3m。根据《抗震规范》第6.2.3条规定&＃xff0c;框架柱底层柱脚弯矩设计应行乘以增大系数1.25。当设拉梁层时&＃xff0c;一般情况下&＃xff0c;要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁处的截面控制。考虑到地基土的约束作用&＃xff0c;对这样的计算简图&＃xff0c;在电算程序总信息输入中&＃xff0c;可填写地下室层数为1&＃xff0c;并复算一次&＃xff0c;按两次计算结果的包络图进行框架结构底层柱的设计的配筋。
二、基础拉梁层的计算模型不符合实际情况
基础拉梁层无楼板&＃xff0c;用TAT或SATWE等电算程序进行框架整体计算时&＃xff0c;楼板厚度应取零&＃xff0c;并定义弹性结点&＃xff0c;用总刚分板的方法进行分析计算。有时虽然定义楼板厚度为零&＃xff0c;也定义弹性结点&＃xff0c;但未采用总刚分析&＃xff0c;程序分析时仍然会自动按刚性楼面假定进行计算&＃xff0c;与实际情况不符。房屋结构的平面不规则时&＃xff0c;应特别注意这一点。
三、基础拉梁设计不当
多层框架房屋基础埋深很大时&＃xff0c;为了减小底层柱的计算长度和底层的位移&＃xff0c;可在±0.00以下适当位置设置基础拉梁&＃xff0c;但不宜按构造要求设置&＃xff0c;宜按框架梁进行设计&＃xff0c;并按规范规定设置箍筋加密区。但就抗震而言&＃xff0c;应采用短柱基础方案。
一般来说&＃xff0c;当独立基础埋置不深&＃xff0c;或者埋置虽深但采用了短柱方案时&＃xff0c;由于地基不良或柱子荷载差别较大&＃xff0c;或根据抗震要求&＃xff0c;可沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面高度可取柱中心距的1/12~1/18&＃xff0c;截面宽度可取1/20~1/30。构造基础拉梁的截面可取上述限值范围内的下限&＃xff0c;纵向受力钢筋可取上述所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算&＃xff0c;当为构造配筋时&＃xff0c;除满足最小配筋率外&＃xff0c;也不得小于上下各2&＃xff03;14(二级钢)&＃xff0c;箍筋不得小于Ф8&＃64;200。当拉梁上作用有填充墙或楼梯柱等传来荷载时&＃xff0c;拉梁截面应适当增加&＃xff0c;算出的配筋应和上述构造配筋叠加。构造基础拉梁顶标高通常与基础顶标高或智短柱顶高相同。在这种情况下&＃xff0c;基础可按偏心受压构件计算。
当框架结构底层层高不大或埋置不深时&＃xff0c;有时要把基础拉梁设计得比较强大&＃xff0c;以便用拉梁平衡柱底弯矩。这时&＃xff0c;拉梁正弯矩钢筋应全部拉通&＃xff0c;负弯矩钢筋至少应在1/2跨拉通。拉梁正负弯矩在框架柱内的锚固、拉梁箍筋的加密及有关抗震构造要求与上部框架梁完全相同。此时拉梁宜设置在基础顶部&＃xff0c;不宜设置在基础顶面之上&＃xff0c;基础则可按中心受压设计。
以上这两篇文章&＃xff0c;是网上比较流行的贴子&＃xff0c;都是某人发表的论文&＃xff0c;其中的观点也有许多可取之处。不过&＃xff0c;它们并不是什么权威的解释&＃xff0c;请各位网友在采信其观点时&＃xff0c;要做出自己正确的判断。
个人认为&＃xff0c;上面两篇文章中&＃xff0c;有些说法值得商榷。
1. 关于基础梁能不能按弹性地基梁计算的问题&＃xff0c;本人对作者的部分观点持保留意见。
首先&＃xff0c;作者认为基础梁上的墙体不能视为弹性地基的理由&＃xff0c;是该墙的抗弯刚度极大&＃xff0c;且上部承受了很大的荷载而“不会产生变形&＃xff0c;亦谈不到弹性&＃xff0c;不符合半无限弹性地基假定”。
个人认为&＃xff0c;这是个误解。不是说受力大就不会产生变形&＃xff0c;反而是受力越大其所产生的变形就越大。
其次&＃xff0c;作者认为砖混结构是一种混合结构&＃xff0c;各层被圈梁分开&＃xff0c;墙体不连续&＃xff0c;“砖砌体与混凝土梁的弹性模量相差甚大(约10倍)&＃xff0c;故在受力中&＃xff0c;二者是不协同的。因此&＃xff0c;墙下基础梁不符合半无限弹性地基关于连续的假定”。
本人认为&＃xff0c;这也只是作者的主观臆断。混合结构中&＃xff0c;钢筋混凝土梁等构件在竖向(即墙体变形方向)所占比例极小&＃xff0c;其变形的不一致也影响甚微。而圈梁的影响&＃xff0c;同理&＃xff0c;也是很小&＃xff0c;且在同一层内其变形可以认为是一致的。因此&＃xff0c;混合结构中的钢筋砼构件对砌体墙的变形连续性的影响&＃xff0c;个人认为是可以忽略不计的。
若然不信&＃xff0c;大家可以想象一下&＃xff0c;地基土在绝大数情况下&＃xff0c;应该是分若干层的吧&＃xff0c;其变形能一致吗&＃xff1f;还有&＃xff0c;你能杜绝地基土中变形不一致的其它突变因素的存在吗&＃xff1f;比如有地质断裂带&＃xff0c;或在某一深度有孤石存在&＃xff0c;等等。这种情况下&＃xff0c;我们是仍按弹性地基来考虑&＃xff0c;只是对不同的地基&＃xff0c;采用不同的基床系数&＃xff0c;或其它手段来考虑它们的影响。
另外&＃xff0c;作者极力反对的不能将墙下基础梁作为倒置的弹性地基梁来计算的问题&＃xff0c;恰恰就是现行规范《建筑桩基技术规范》JGJ94-94附录F“按倒置弹性地基梁计算墙下条形桩基承台梁”规定的计算方法。
反对现行规范的东西&＃xff0c;不是说不可以&＃xff0c;但要能拿出令人信服的证据或论据&＃xff0c;推理要严密。而作者至少在我上面提到的那一条&＃xff0c;其推理过程和结论就欠说服力。因此&＃xff0c;本人对其结论持保留意见&＃xff0c;并会继续按规范推荐的方法进行计算、设计。
2. 关于基础拉梁(或基础梁)是否作为框架结构的一层参与整体计算的问题&＃xff0c;争议很大。
赞同参与计算者&＃xff0c;其理由是设置拉梁(或基础梁)可以减小底层框架柱的计算长度。
本人对此是持反对意见的&＃xff1a;
首先&＃xff0c;地基土(若有刚性地坪者最好)可对底层框架柱起到侧向约束作用&＃xff0c;并不是不管柱子在土中埋多长都计算至基顶。
其次&＃xff0c;拉梁(或基础梁)“层”无楼板&＃xff0c;不满足楼层平面内刚度无穷大的计算假定。虽然通过设置弹性节点并采用总刚的计算方法&＃xff0c;可以解决计算模型的问题&＃xff0c;但是&＃xff0c;拉梁(或基础梁)参与框架结构整体计算的话&＃xff0c;那么&＃xff0c;它与框架结构的抗震等级就相同了&＃xff0c;软件会对其内力计算结果进行一些必要的调整&＃xff0c;并在配筋构造上按其它层框架梁考虑。
因为拉梁(或基础梁)一般均埋于地下&＃xff0c;其地震作用比上部结构要小得多&＃xff0c;再加之其作用也决定了它不可能与上部结构的抗震等级相同。因此&＃xff0c;将拉梁(或基础梁)作为框架结构的一部分参与结构整体计算的做法&＃xff0c;应该说是不正确的。
一家之言&＃xff0c;不乞苟同。欢迎大家提出不同意见&＃xff0c;互相探讨。