浅谈宽扁梁在低层建筑中的应用

杨浩敏

0 引言

在现浇钢筋混凝土框架结构中，为了保证建筑室内净高，以及保证结构有适宜的刚度及延性，同时为了便利施工，往往采用宽扁梁楼盖结构。对于相同的断截面面积，宽扁梁比一般矩形梁的惯性矩小，承载力低且挠度大，同时配筋量也要更高，但可以节省空间，增加层高，在高层建筑中取得了明显的技术经济效益，但是在低层建筑中则应慎用。

1 工程简介

某三层框架结构，采用现浇钢筋混凝土宽扁梁，所在地区的抗震设防烈度为7度，属Ⅲ类场地，基本风压0.35 kN/m2，基本雪压0.6 kN/m2，框架抗震等级为三级。建筑平面尺寸为40m× 16.8m，层高分别为3.9m，3.6m，3.6m。由于使用要求建筑室内净高至少3m，房间柱网8m×8.4m，采用宽扁梁楼盖的框架结构。

2 宽扁梁截面设计

在确定宽扁梁的截面尺寸时，应考虑到梁的刚度、节点延性、外核心区受力合理，宽扁梁的中轴线宜通过支座(柱)的中心。一般宽扁梁的截面高度可取(1/16～1/22)L0(L0为梁的计算跨度，荷载小取较小值，荷载大取较大值，且不小于2.5倍板的厚度);其宽高比不宜超过 3;宽扁梁边框架的边梁宽度不宜大于柱宽(柱垂直于边框架方向的截面尺寸)，以避免边梁宽度超过柱截面范围的纵筋在水平荷载作用下对另一方向上的扁梁产生较大的扭矩。根据以上原则，该工程边框架柱宽度为 500mm，中框架柱宽度为600mm，边框架梁取300mm×700mm，其余主框架梁取900mm× 500mm，主梁区格内设置正交次梁250mm×500mm(如图1所示)。

3 宽扁梁设计相关问题

本工程运用中国建筑科学研究院PKPM系列SATWE软件进行计算分析，计算过程中需注意以下几个问题:

1)宽扁梁的刚度调整系数。

该工程采用现浇混凝土楼盖体系，在水平荷载作用下，通过框架梁和现浇板的共同抗弯来约束柱端的转动。混凝土板可作为宽扁梁的翼缘增加其截面刚度。在进行整体框架结构分析时，SATWE软件是先取框架梁的矩形截面进行刚度计算，在刚度调整时，设计人员可通过刚度调整系数进行放大。宽扁梁不宜用一个笼统的 1.5或 2.0的系数来调整放大，该系数应通过计算确定。T形截面受弯构件承载力计算中的翼缘计算宽度规定:bf=bb+ 12hf(hf为楼板厚度)。本工程板厚取120mm，宽扁梁带翼缘计算截面如图2所示，经过计算可得:

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

由上可知，该宽扁梁的刚度调整系数为 1.67，而不是固定的1.5或 2.0。因此，设计人员应根据具体工程现浇梁板的几何尺寸，将现浇板作为T形梁的翼缘，按规范规定的有效翼缘宽度，计算刚度调整系数。

2)宽扁梁的内力计算。

通过对不同宽扁梁柱节点在不同水平荷载条件下的作用反应分析表明:宽扁梁框架结构空间分析时，可以考虑各方向的水平地震作用主要由该方向的抗侧力构件承担，而不考虑另一方向抗侧力构件的影响。

内力计算时应该按固接，但是因为梁比柱宽，实际上它又不完全是固接，这时需要对中间柱头的不平衡弯矩进行处理。该弯矩按柱内外钢筋面积比，柱外的不平衡弯矩由另一方向的梁的抗扭承担。

但是梁的抗扭能力有限，如果不能承担就把该弯矩调往跨中，剩下的全部集中在柱范围内配筋。同时边梁也要加强，因为宽扁梁对它的扭矩始终是存在的。

3)宽扁梁的配筋及构造。

宽扁梁纵向受力钢筋的最小配筋率，除应符合《混凝土结构设计规范》的规定外，尚不应小于0.3%，且钢筋宜单排放置，间距不宜大于 100mm。锚入柱内的梁上部纵向钢筋宜大于其全部钢筋截面面积的 60%，宽扁梁跨中上部钢筋宜有支座纵向钢筋(较大端)的1/4～1/3通长。对于配筋率较大的宽扁梁(达到 2%左右时)，裂缝宽度需要注意。

宽扁梁两侧应配置腰筋，每侧的截面面积不应小于梁腹板截面面积的10%，直径不宜小于12mm，间距不宜大于200mm。箍筋肢距不宜大于 200mm，其箍筋加密区《混凝土结构构造手册》要求采用2hb和500mm的较大值，但具体要视梁高而定，不一定要限制于 2hb，但箍筋加密区要包住塑性铰，且应满足抗扭钢筋延伸长度的要求。

宽扁梁的截面承载力验算及有关构造要求除上述要求外一般等同普通框架梁。梁柱节点核心区截面抗震验算见《高层建筑混凝土结构技术规程》附录C.2.2:梁柱节点核心区应根据梁上部纵向钢筋在柱宽范围内、外的截面面积比例，对柱宽以内和柱宽以外的范围分别进行受剪承载力验算。

根据以上原则，本工程梁柱节点区域采取以下加强措施:

a.宽扁梁应有 75%以上的纵筋穿过柱子，且可靠地锚固在柱节点核心区内;

b.宽扁梁端部箍筋的加密区长度:边柱取不小于 1 000mm，中柱取不小于1 500mm;

c.为防止板面斜裂缝的开展，在柱节点与宽扁梁交角处的板面附加斜向钢筋12@100;

d.为加强节点核心区，增大核心区的抗剪承载力，增强核心区混凝土的约束作用，增设了φ10@100的水平箍筋、水平拉筋和竖向拉筋。

4)宽扁梁的楼板计算。

在计算板配筋时，一般构造手册都规定双向板负筋的长度取值为L0/4(从轴线计)，对一般的梁板体系，负弯矩基本上能被包络住。但对宽扁梁，如果还按这种取值，显然是不合理的。楼板每侧负筋长度的合理取值应为L0/4+bb/2(L0为板净跨;bb为宽扁梁截面宽度)。

4 结语

宽扁梁的延性和变形能力较好，只要概念设计以及构造措施合理，就会具有良好的抗震性能。众所周知，在一定层高情况下柱子越粗其约束力越大，就越接近于梁柱固结的状态。但值得注意的是，在低层建筑中柱子断面不大、刚度小，很难抑制梁的变形，而且在低层建筑中应用宽扁梁所节约的层高总量也有限。因此，在低层建筑中不宜采用宽扁梁，特别是跨度大、跨数少或混合结构中更不宜采用宽扁梁结构，需慎用。

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