浅析建筑结构设计中的框架梁、次梁和连梁

蒋青松

（重庆惠庭都市建筑设计事务所 重庆市 渝北区 401120）

浅析建筑结构设计中的框架梁、次梁和连梁

蒋青松

（重庆惠庭都市建筑设计事务所 重庆市 渝北区 401120）

针对连梁、框架梁、次梁和基础梁的构造和使用范围，如果我们的设计人员不清楚这些梁的区别，导致设计违反建筑规范。笔者经过几年的实践经验，现结合规范、标准图集和构造手册对这些梁加以简单的分析说明，且重点讨论高层剪力墙中连梁的设计和配筋计算。

高层结构；连梁；框架梁；次梁；基础梁；构造；连梁计算

1 定义

1.1 连梁

是指两端与剪力墙相连且跨高比小于5的梁。

1.2 框架梁

是指两端与框架柱相连的梁，或者两端与剪力墙相连但跨高比不小于5的梁。

1.3 次梁

次梁是指两端搭在框架梁上的梁。

2 区别与联系

2.1 联系

一方面从概念设计的角度来说，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，即所谓“强柱弱梁”或“强墙弱连梁”；另一方面从构造的角度来说，两者都必须满足抗震的构造要求，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，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。

2.2 区别

（1）次梁梁顶钢筋在支座的锚固长度为受拉锚固长度la，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，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，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，不但要满足计算要求，还要满足构造要求。

（4）在平面表示法中，框架梁的编号为KL，次梁的编号为L。

（5）在次梁的平法表示中，对箍筋按加密区和非加密区来表示，如φ8@100/200等。

（6）当次梁为单跨简支梁时，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，应在支座区上部设置纵向构造钢筋，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1/4，且不应少于两根）。

（7）次梁是不宜搭在连梁上的，但是次梁是可以搭在框架梁上的。

（8）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。

（9）综上述，连梁、框架梁、次梁的区别可用表1来表示。

表1

3 基础梁的计算方法

3.1 墙下基础

可视承台梁以上墙体为半无限平面弹性地基，基础梁与墙体（半无限弹性体）共同变形，视基础梁为桩顶荷载作用下的倒置弹性地基梁，按弹性理论求解基础梁的反力，经简化后作为作用在基础梁上的荷载，然后按普通连续梁计算内力。

3.2 对柱下条形基础梁

可视为弹性地基梁计算，即将桩顶反力作为集中力作用在梁上，柱为梁的支座，按普通连续梁分析其内力，桩顶反力按弹性地基梁计算确定。对于以上两种不同情况的基础梁，在计算过程中，均曾视其为弹性地基梁，所不同者，墙下基础梁视为倒置弹性地基梁，而柱下基础梁则视为弹性地基梁。但应指出的是，现有观点的以上处理方法，是与弹性地基梁的定义不符合的。

4 梁的工作和破坏机理

在风荷载和地震荷载作用下，墙肢产生弯曲变形，使梁产生转角，从而使梁产生内力。同时梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了墙肢的内力和变形，对墙肢起到了一定的约束作用，改善了墙肢的受力状态。高层建筑剪力墙梁在水平荷载作用下的破坏有两种：脆性破坏（剪切破坏）和延性破坏（弯曲破坏）。梁在发生脆性破坏时就丧失了承载能力，沿墙全高所有梁均发生剪切破坏时，各墙肢丧失了梁对它的约束作用，成为单片独立墙。使结构侧向刚度大大降低，变形加大，墙肢弯矩加大，并且进一步增加△-P效应，最终导致结构倒塌。梁发生延性破坏时，梁端出现垂直裂缝，受拉区出现微裂缝，在地震作用下出现交叉裂缝，并形成塑性绞，结构刚度降低，变形加大，从而吸收大量的地震能量，同时通过塑性铰仍能继续传力，对墙肢起到一定约束作用，使剪力墙保持足够刚度和强度。此过程梁起耗能作用，对减少墙肢内力、延缓墙肢屈服有着重要的作用。但在地震反复作用下，裂缝会不断发展，直至混凝土压碎破坏。

5 抗震设计的建议

在墙肢和梁协同工作中，剪力墙应具有足够的刚度和强度。在正常使用荷载和风荷载作用下，结构应处于弹性工作状态，梁不应产生塑性铰。在地震作用下，结构允许进入弹塑性状态，梁可以产生塑性铰。根据《抗规》要求，当建筑物遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复仍可使用；当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。因此，剪力墙设计应保证不发生剪切破坏，也就是要求墙肢和梁设计符合强剪弱弯的原则，同时要求梁屈服要早于墙肢屈服，且要求墙肢和梁具有良好的延性。因此在实际工程中要使梁设计满足强剪弱弯的原则就必须考虑以下几个方面：

5.1 梁刚度折减

由于跨高比小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下内力大，梁屈服时表现为梁端出现裂缝，刚度减弱，内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时，须对梁刚度进行折减。根据《高规》第5.2.1条规定：“高层建筑结构地震作用效应计算时，可对剪力墙梁刚度予以折减，折减系数不宜小于0.5。”一般在实际设计中我们在0.55～1.0之间取值，以符合截面设计的要求。

5.2 增加跨高比

在梁设计中，刚度折减后，仍可能发生梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不满足的情况，此时可以增加洞口宽度，以减少梁刚度。减小结构整体刚度，也就减少了地震作用影响，使梁承载力有可能不超限。如果只是部分梁超筋或超限，则可采取调整梁内力来解决，调整幅度不宜大于20%。

5.3 增加剪力墙厚度

增加剪力墙厚度，一方面结构整体刚度加大，地震作用力增加，另一方面梁受剪承载力与宽度增加成正比。由于该片墙厚增加，地震作用力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使梁受剪承载力不超限。

5.4 提高混凝土等级

混凝土等级提高后，结构地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使梁受剪承载力不超限。上述各种措施中，在能满足整体刚度的情况下，可先采用刚度折减，如仍超限可采用其余各种措施。

6 结语

综上所知，其实连梁、框架梁、次梁的构造和使用范围都是很明确，我们的设计人员应结合规范、标准图集和构造手册认真区分，恰当使用。同时，高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度、与之相连的墙肢刚度等都有关。因此在设计时要把互相制约的因素统一协调，以取得比较理想的结果。

[1]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（第一版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（第一版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）（第一版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）（第一版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[5]《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》（11G101-1）（第一版）[M].北京：中国计划出版社，2011.

TU375.4

A

1673-0038（2015）37-0030-02

2015-8-13

蒋青松（1986-），男，助理工程师，大学本科，从事建筑结构设计工作。