处于复杂受力状态下的框支转换梁设计

梁冬

摘要：本文针对在建筑工程中，存在的一些新型复杂受力的情况以及框支转梁的实际受力情况，进行了简单的设计探讨，进而在实际工程的的运用设计中，提供一定的借鉴。

关键词：复杂受力；框支转换梁设计；探讨

随着人们生活与工作的需要，建筑物应当具备较高楼层及功能齐全的综合用途。上部楼层通常做为居民住宅或旅社，底部楼层则大多用于商场、餐饮等设施。由于上下楼层的用途差别较大，因此需要采取不同的结构形式。本文结合上下楼层的结构差异及结构的转化，进行简单的分析。

1.工程中复杂受力情况的分析

在建筑工程中，由于业主的需求或设计师的设计，建筑大多追求新颖的造型，丰富的功能等，这样转化楼层的结构布设也出现了新的受力情况。由于设计结构中经常出现相关规范中不涉及的元素，因此下文将对在当前工程施工中出现的新型复杂受力情况进行归纳分析： 一是转换梁上方重心偏移荷载的问题，例如，根据建筑的特殊要求，在梁的中轴线与转换梁上剪力墙的轴线需要设置偏心距，这类情况可结合剪力墙、框支柱以及转换梁等之间的平面位置的相对情况，可将转换梁分为以下几类：剪力墙完全处于转换梁规定跨度内，剪力墙两侧与框支柱不相连；剪力墙一侧落在框支柱上，另一侧处于转换梁的跨度内；剪力墙左右均与框支柱相连；两片不位于同一轴线的平行剪力墙，对同一转换梁进行支撑。在楼层较高的建筑中，通常将偏心剪力墙与框支转换梁综合设计，虽然具备一定的优点，但使梁除了承受梁平面之内的楼层剪力墙传递的荷载，也将出现剪力墙不满跨及错位等原因导致的复杂受力情况；由于框支转换梁的剪力墙轴线的设计差异且大多不满跨，很大程度上破坏了梁端的正常约束以及荷载的正常传递，以致转换梁受到拉、剪、弯、扭等多种受力。二是为了尽量满足建筑的功能要求，在设计时将框支柱的截面中线与框支梁的截面中线不相重合，进而出现了一定的偏心作用。三是出现二次转换，二次转换具有较长的传力路径，框支梁受到了一定的剪力、扭曲及弯矩等作用。二次转换的应用较直接加载下框支转换梁的情况更为复杂。四是由于建筑的外型的特异，在实际施工中必将出现曲线、折现等形式的转换梁。曲线、折现转换梁是经过复杂的受弯剪扭的受力结构，其内应力的分析与直线梁相比，具有较多的特点及困难。如进行弯扭耦合时，要求的支座的抗扭性能等问题。上诉的各几点都给水平曲线及折线转换梁的设计与安全施工造成了一定的影响[1]。

2.分析复杂受力状态下的框支转换梁的受力情况

若转换梁出现上述各类复杂的受力情况，仅根据整体性质及结合平面有限元等进行分析，其计算的结果往往与实际存在较大的偏差。

上文所提出的各种复杂受力的转换梁荷载偏移的作用，在相关规范规章中，并没有提出较为有效的受力分析以及如何设计正确构造的措施。且在建筑工程中，往往利用TAT，SATWE，FEQ等电子软件进行计算。对于上述情况由于计算的模式较为局限，尚不能有效的对偏心转换梁的受力情况模拟进行展示。对此应切实考虑当上部剪力墙与转换梁在相对垂直布设或偏心布设时，剪力墙墙端与转换梁相接处出现较大的平面性外应力，因此在结构设计应准确借助ANSYS，SAP2000，ALGOR类型的空间有限元的程序进行有效的分析，并对应力的分析结果进行记录，之后结合曲线进行积分，并得出精确的内应力数据。将偏心转换梁与上述内应力进行配筋计算，采取SATWE，TAT等软件分析的结果与配筋计算的结果进行对比分析。并且在配筋的同时，对转换梁箍筋与梁侧拉筋的配设进行加强。上述的两面平行剪力墙不处于同一轴线的时，且又支撑在相同转换大梁上的情况，进行准确的受力分析就将受到更多的制约。当前尚未有较科学的方式进行有效的计算。

其难点主要是由于难以进行准确的模型建设。在这类情况下，若将转换梁结合墙线进行划分，使其成为两根宽度不同且具有相同变形曲线的梁。在现实施工中由于梁的受力点不一致，因此很难实现。许多设计师考虑，在实际施工中将转换梁直接更换为两根相鄰的连接在同一大柱的梁，是否能够有效的对受力提供好处，也尽量避免梁存在抗扭的问题。使用双柱双梁进行输入，虽然对柱而言没有较为明显的影响。但由于两根梁的变形难以有效协调而导致梁将存在较大误差。对此可考虑将两根梁在一定距离内便使用一节短次梁进行连接，使两根梁的变形得到协调，其试验结果与实际情况较为符合。在进行转换梁的实际设计时，对于转换梁的计算模型确定之后，使用ANSYS，SAP2000，ALGOR等空间性的有限元程序进行转换梁部分的细致有限元分析。

针对框支梁与框支柱的截面中心线不相吻合的情况，其高程则在相关条款的规定范围中，对于这类情况在实际工程施工中经常出现，采取怎样的有效措施，是否根据常规框架梁的方法进行施工，则应结合相关规范条例的具体方法进行加强处理，规范中也未有效提出处理方法。在实际施工中，也对上述规范中的加强措施，进行有效运用，对转换梁受力情况的复杂性进行考虑，可借鉴前文相关的分析方法，将梁侧拉筋与转换梁箍筋的配置进行有效的加强。

对于二次转换荷载的框支转换梁，在相关规程中指出，建筑结构转换层的上方竖向的抗侧力的柱与墙等构件，最好直接设置在转换层的主体结构上。若建筑主体结构竖向构件布置复杂、框支主梁同时承托转换次梁及剪力墙等情况时，应进行准确的应力分析，结合应力情况校核配筋，并注重提高对配筋构造的相关要求。在这一情况中，应力分析以及配筋构造的要求应保证明确。二次转换荷载的框支转换主梁的整体受力情况极为复杂，首先应对次梁作用对主梁产生的扭矩的情况进行充分考虑；其次应考虑到在施工中往往将次梁采取二次转换荷载的方法将力集中并传递至转换梁上，因此，若在转换梁的单跨中，设计多根次梁进行力的传导时，或设计某根次梁不位于主梁梁跨的中心时，将使转换梁出现两个或者两个以上的剪跨比值，在不同的剪跨比值的条件下，其转换梁的整体受力情况也将存在差异[2]。

在国内外的相关建筑受力情况的文献资料中，对于曲线与折线转换梁记载较少，因此致力于这类空间的曲线与折线转换梁的研究，有着重要的意义。在进行结构设计时，应对转换梁的受力分析准确的进行展开，正确认识到梁内的剪力直接对转换支梁起到控制作用，梁内的剪扭复合应力则应有效控制曲线与折线转换梁。并利用上文所述的相关空间有限元程序详细的对转换梁进行应力的分析。以“强扭弱弯”及“强剪弱弯”等作为设计要求。充分的对这种空间性的曲线与折线转换梁结构的受力情况进行考虑，并采取有效的施加预应力的措施对整体受力性能进行改善。对曲线及折线转换梁进行预应力的施加不仅能具有传统直线转换梁的一些优点，也能凭借对抗弯预应力束进行合适的调整，进而使预应力筋具备良好的抗弯承载力，也能有效的承担一定的剪力与扭矩，使得预应力筋的作用能够得到充分的发挥。其中应注意的是，在进行预应力筋的调整时，需要严格依据梁内的扭矩的分布进行适当的调整，确保预应力筋的等效扭矩和外扭矩保持正确的方向[3]。

3.结束语

综上所述，在实际的施工中，往往存在各种复杂的受力情况，对于上述几类在相关规范规程中均无明确的处理措施或措施较为笼统，以致在实际施工中相当难度较大。因此，对各种复杂受力情况下转换梁及周边墙体的受力研究，选择科学的转换梁截面、配筋及钢筋锚固等的研究有着重要意义。

参考文献：

[1]陈进，江世永，曾祥蓉.处于复杂受力状态下的框支转换梁设计[J].山西建筑，2005，14：3-4.

[2]陈进，江世永，张蕾，曾祥蓉，张力，江正.复杂受力情况下框支转换梁的设计研究[J].四川建筑科学研究，2012，03：42-45.

[3]洪洲.复杂受力状态下转换大梁的分析与设计[J].广州建筑，2007，04：20-24.