地梁在整体结构中的作用及设计分析

代富军

摘要：地梁俗称为地圈梁，圈起来有闭合的特征，与构造柱共成抗震限裂体系，减缓不均匀沉降的负作用。理解为正负零标高处的一层框架梁，它参与地震作用，与上部结构共同协同工作。

关键词：地梁层；作用；设计

一、前言

地梁层设置的几种情况：当基础埋置深度较大的时候，则在±0.000标高处设置地梁层，地梁层按照框架梁设计。这时候在PKPM建模时候，将地梁层指定为地下室，柱底取至基础顶。基础按照偏心受压设计。

无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，独立基础埋埋置较深，在-0.05左右设有基础拉梁时，应拉梁按层1输入。以某学生宿舍为例，该项目为3层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为Ⅱ类；层高3.3m，基础埋深4.0m，基础高度0.8m，室内外高差0.45m。根据《抗震规范》第6.1.2条，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，首层层高取3.35m，即假定框架房屋嵌固在-0.05m处的基础拉梁顶面；基础拉梁的断面和配筋按构造设计；基础按中心受压计算。显然，选取这样的计算生产力简图是不妥当的。因为，第一，按构造设计拉梁的断面和配筋无法平衡柱脚弯矩；第二，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）（以下简称《混凝土规范》第7.3.11条规定，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，这样的框架结构宜按4层进行整体分析计算，即将基础拉梁层按层1输入，拉梁上如作用有荷载，应将荷载一并输入。这样，计算简图的首层层高为H1=4-0.8-0.05=3.15m，层2层高为3.35m，层3、4层高为3.3m。根据《抗震规范》第6.2.3条规定，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，一般情况下，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，对这样的计算简图，在电算程序总信息输入中，可填写地下室层数为1，并复算一次，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、基础埋置浅或是很深而采用短柱基础

当基础埋置不是很深或是很深而采用短柱基础方案的时候，这时候有以下四种处理情况：

1.基础埋置较深，但采用短柱基础方案。地梁顶标高同短柱顶标高，这时地梁按照构造拉梁设计，拉梁高为1/12-1/18跨度，梁宽为1/20-1/30跨度，拉梁按照轴心受拉构件计算，轴拉力F=较大柱轴力的1/10；上下均配≥2φ14，箍筋≥φ8@200。柱基按照偏心受壓计算。上部结构建模时，柱底取至基础顶。

2.将地梁层底标高同基础底设置。这时地梁按照构造拉梁设计，设置要求同第一种。柱基按照偏心受压计算。上部结构建模时，柱底取至基础顶。

此中拉梁截面尺寸较小，仅起到限制基础的水平位移。底层柱子底部的剪力和弯矩由基础平衡，所以基础按照偏心受压基础设计。基础可能在水平作用下，可能会产生较大的水平位移，所以需要设置拉梁限制基础水平位移。拉梁的线刚度很小，设计时按照轴心受拉构件设计。这时候拉梁无法调整基础的竖向位移。

3.将地梁层底标高同基础顶标高设置，这时拉梁要考虑平衡柱顶弯矩，拉梁截面尺寸适当增大。柱基按中心受压计；拉梁正弯矩钢筋全拉通，支座负弯矩筋1/2拉通；这时建模，柱底取至拉梁顶。

此中拉梁截面尺寸应适当增大（宜按照框架梁截面尺寸选择，考虑拉梁截面的线刚度和底层柱线刚度的协调。）拉梁的作用除了限制基础的水平位移，还起到平衡底层柱子底部的弯矩和剪力，使得基础中心受压。另外，由于拉梁截面尺寸较大，线刚度较大，可以减小底层柱子高度，所以底层柱子高度从地梁顶标高至一层板顶标高。

4.基础埋置较浅，但采用短柱基础方案。地梁顶标高同短柱顶标高，这时施工不便，往往较少采用。

这种基础在轻钢结构厂房的基础中比较常用。在轻钢结构中，跨度和柱距比较大，一般设置拉梁作用不大，所以一般不设置拉梁，有时候仅仅沿着株距方向设置拉梁，这种梁的作用仅仅作为外维护墙体基础梁。基础按照偏心受压构件设计。有时候外维护墙另做条形基础（但是与独立基础分开）。

三、带地梁层的模型计算注意事项

基础拉梁层无楼板，用TAT或SATWE等电算程序进行框架整体计算时，楼板厚度应取零，并定义弹性结点，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，也定义弹性结点，但未采用总刚分析，程序分析时仍然会自动按刚性楼面假定进行计算，与实际情况不符。房屋结构的平面不规则时，应特别注意这一点。

框架结构建模，建两次模型是比较科学的做法，增加地梁的模型更接近实际情况，这样情况可视土体为无限刚度，嵌固端在正负零，且勾选地下室选项，认为规定次位置无侧向位移，首先无论正负零以下柱配筋多大，在此基础上再放大1.1倍。其次层数多一层，地震剪力也会多累加一层。因此这部分做法有些失真，所以再建一次无地梁模型，这样建模可以弥补前一次建模弊端，但传入基础的荷载需要人工输入。真的在地震作用下，地梁的受力不确定性比较大。地梁接触地面，地梁的弯矩可视为非常小，就算板的开洞，地震力集中在地梁，有可能会受土体的约束，或者刚性地面的部分约束，地梁的作用除了减少柱子高度，增加柱子的稳定，还同时能够让柱子的反弯点出现在层高位置，这是非常重要的。地梁的配筋可以不放大，本人还认为地梁的配筋在种情况下只要满足最小配筋率即可。

参考文献

[1]袁长怡；高鹏； 基于弹性地基理论的地梁内力计算方法研究[J]；岩土工程界；2009年12期

[2]袁磊；吕小平；曹召亮；；预应力锚索地梁在大型滑坡治理中的应用[J]；四川建筑；2006年5期

[3]梁明学；甄敏；预应力锚索在绵广高速公路边坡加固中的应用[J]；铁道建筑；2009年05期

[4]陈韶光；高鹏；胡毅夫；预应力锚索地梁内力计算方法研究[J]；工程建设；2009年04期

[5]邹志晖，汪志林；锚杆在不同岩体中的工作机理[J]；岩土工程学报；1993年06期endprint