水泥厂钢筋混凝土楼面梁考虑变形协调的设计研究

2013-10-23常斌徐海清

水泥技术 2013年1期

常斌，徐海清

1 钢筋混凝土楼面结构特点及存在问题

钢筋混凝土框架结构是水泥工厂的主要结构形式之一，其楼面梁系结构作为主要的承载结构受工艺布置及承载要求影响较大，造成其受力计算及构造相对复杂。

图1所示为某粉磨车间的工艺平面布置，楼面设计需考虑收尘器、风机等设备的集中荷载及检修、维护等的等效楼面均布活荷载。与此工艺布置对应的典型楼面结构布置方法如图2所示。由于结构计算已基本实现三维空间计算，楼面各构件（L1、L2、L3）间相互协调变形以承载荷载作用，L1、L3的变形对于L2相当于其支座发生了变形，L2的变形对L1、L3起到一定的约束作用。楼面构件变形协调示意如图3所示。由此可能导致连续梁的计算及构造与不考虑变形协调的计算及构造产生一定差异。目前结构施工图多以平法表示，配以构造标准图进行施工，而构造标准图中连续梁构造是以不考虑变形协调的独立连续梁计算结果为基础的。如结构采用空间计算而简单按照构造标准图施工，容易造成构造与计算不匹配的问题，形成安全隐患。

2 连续梁计算与构造的匹配性分析

钢筋混凝土连续梁不考虑中间支座变形时的弯矩示意图见4。

以图4计算结果为依据，构造标准图《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》（03G101-1）中规定的连续梁配筋构造如图5所示。

图1 某粉磨车间工艺平面布置

图2 典型楼面结构布置

图3 楼面构件间变形协调示意图

连续梁考虑由于楼面构件间变形协调而产生的中间支座变形时的弯矩示意图见图6。

与图5计算结果对应的连续梁配筋构造如图7所示。

如图6、7所示，三跨连续梁当考虑中间支座变形时其计算及构造可能变成单跨梁的形式，如采用如图5所示的构造图集的构造方法，则连续梁的构造与计算不相匹配，造成梁下部钢筋在受拉区截断，不满足受力要求。

3 计算结果及分析

对图2所示的楼面结构施加相应的荷载，分别按考虑变形协调的空间计算（采用PKPM软件及SAP2000软件）及不考虑变形协调的独立连续梁进行计算，计算结果如下。

（1）连续梁L1、L2按不考虑楼面变形协调的独立连续梁计算结果如图8、9所示。

（2）连续梁L1、L2按考虑楼面变形协调（采用空间计算程序PKPM）的计算结果如图10～13所示。

（3）采用SAP2000程序对PKPM程序的计算结果进行校验，如图14～15所示。

可以看出，SAP2000与PKPM的计算结果非常接近，验证了考虑楼面变形协调的空间计算结果的准确性。

（4）计算结果对比分析。从上述计算结果可以看出：

图4 不考虑中间支座变形的弯矩示意

图5 标准图中不考虑支座变形的配筋构造

图6 考虑中间支座变形的弯矩示意

图7 考虑支座变形的配筋构造

图8 L2不考虑变形协调的计算结果（弯矩kN.m/配筋面积mm2）

a当不考虑变形协调时L2为六跨连续梁，与直观的判断相同，但当考虑楼面变形协调时L2的计算跨度为两跨，相应的配筋构造应为图13所示的两跨梁构造。

b由于构件间的变形协调作用，L1、L2的计算配筋面积与不考虑变形协调的配筋面积不同。由于L2的约束作用，L1的配筋面积有所减小，L1的挠度变形对L2影响较大，导致L2的配筋面积有所增加。

4 连续梁计算及构造建议

（1）当采用空间计算软件进行结构整体分析时，楼面连续梁的构造必须与计算结果相匹配。如图10所示的计算结果必须采用图13所示的构造方法，而不能采用图5所示构造图集的构造方法，特别是平法表示的施工图中，不能为了与构造图集相一致而简单地将平法配筋图（图12）中梁的跨数“（2）”修改为“（6）”，或通过PKPM的支座修改功能仅将梁的平法施工图以六跨的形式表示出来。对于类似L2的连续梁配筋图最好能在平法表示的同时辅以剖面配筋图，避免施工错误。

（2）如L2的构造方法采用构造图集中六跨梁的构造，需在结构整体计算后按不考虑变形协调的独立连续梁核算配筋，但应注意的是，与L2相交的梁L1的配筋也应按独立连续梁核算，否则会导致L1的配筋面积不足，影响结构安全。