附加弯剪构件在大跨度混凝土结构中的设计与应用

文/张海峰 青海创鑫工程咨询股份有限公司 青海西宁 810000

某地区一大学建立两单体教学楼，在教学楼端部位置设置连廊进行教学楼连接，建筑层高为4层，教学楼中间梁净跨距离为30.800m，建筑总长度为34.8m，连廊底层不进行立柱设置，将其作为消防通道，所以净高度需要控制在4.2m左右。从施工进度、施工质量、对学校影响的角度进行考虑，建设单位要求建筑结构为普通钢筋混凝土结构，但是施工存在一定难度，又对美观度有所要求，所以，建设单位允许在施工中使用带斜杆的桁架混凝土结构。

1、结构设计方案分析

由于此案例工程建筑之间的跨度较大，使用普通钢筋混凝土梁作为建筑主体结构，无论从强度还是挠度都无法达到质量要求以及建筑标准，因此，在结构设计过程中将附加弯剪构件使用到多层梁之间，降低梁产生的弯矩峰值，从而改变建筑结构的内力分布情况，这种方式降低了施工难度，也使施工工艺具体可操作性，所以，最终确定采用综合结构设计形式，将附加弯剪构件加入到混凝土结构中进行施工[1]。

按照预期设定，连梁的框架梁应与两侧建筑主体结构进行刚性连接，使其三者成为一体，这样能够保障连廊的稳定性，但是这种设想会使建筑与连廊最后呈现出U型，这种不规则的布局，会导致应力的分布更加复杂。通过有限元对内力进行分析与对比，施工过程中利用抗震缝将连廊与建筑之间脱开，这种方式会使整个结构的受力更加稳定，但必须将连廊设计成为双向单跨框架，这样会影响连廊的抗震效果。

2、附加弯剪构件应用方案分析

一是，布置弯剪杆。弯剪杆是附加弯剪构件梁体系中的重要组成部分，其主要作用是进行梁弯矩调节，降低结构的正负弯矩峰值，从而保持弯矩处于平衡状态。在整个结构体系中，弯剪杆会承担结构内部产生的剪力与弯矩，通过对其位置、弯剪杆数量以及刚度的调整进行幅度的控制与调节[2]。从理论上来讲，在实际应用中，将弯剪杆放置在梁最大转角位置上，可以使弯矩处于最大，但是案例工程中结构的跨度过大，需要在两端分别设置弯剪杆，将两根弯剪杆共同的水平距离中心点设置在梁最大转角的相近位置上，可以通过调整弯剪杆位置进行截面尺寸计算，通过计算结果分析不同位置建筑的功能情况以及稳定性，这样可以将弯剪杆设置在合理的位置上，并确定最终弯剪杆的布置数量。

二是，确定附件弯剪构件截面尺寸。由于弯剪杆会承受结构顺梁纵向方向上产生的剪力与弯矩，所以将其设置为宽扁形状，安置在相对理想的位置上，尺寸规格为500mm＊1200mm，如果梁中间的跨度处于1/10-1/18范围内，尺寸规格应确定为600mm＊850mm。

三是，计算。建筑的设防烈度为7度，当基本风压处于0.45kN/m2时，建筑的场地类别为二类，抗震等级为三级。利用SAP2000进行模型制作与计算，建筑首先会出现裂缝的位置在梁端；结构首先发生破坏是当梁弯矩处于峰值，以此为依据进行顺序破坏后，计算结果仍然相符，从而可以看出计算结构具有适应性。利用其它软件进行力学模型构建，附加弯剪构件应用到建筑结构中，其内力受力情况明显有所上升，而且峰值并不单一的，出现了多个峰值点，增加实现大跨度建筑稳定性的可能性[3]。

四是，附加弯剪构件在应用过程中的加强措施。其中，在抗震设计上，由于结构的不规则性十分明显，而且结构跨度相对较大，对于这种类型建筑我国施工经验相对较少，所以为了保障建筑具有良好的抗震性能，在地震作用计算过程中应适当的增加速度，例如增加0.15kg，可以有效的提升建筑的抗震等级。在建筑的挠度加强上，可以通过增加楼板厚度的方式、增加混凝土强度的方式、增加梁纵向方向配筋率的方式提升梁的刚度，并通过计算必须保障挠度满足建筑的基本需求。在柱梁的强弱设计上，在此工程项目中，连廊两端混凝土的抗弯能力要远远大于建筑水平方向的抗弯能力，这种情况极易在现实情况中实现，如果在梁相与剪弯杆之间有相交节点存在，那么在梁柱的设计上应遵循强柱弱梁的原则，根据我国相关设计规范中的规定进行梁弯矩值计算，并始终控制其为上下总弯矩之和的1.2倍，如果无法利用软件进行计算，应由人工进行复核。在抗倾覆设计上，由于此次工程整体结构从横向上来看尺度相对较小，所以抗倾覆设计极为重要，设计过程要进行计算，在基底位置上不能出现零应力区，并通过基础的加强，提升结构整体的抗倾覆能力。

总而言之，在此案例工程中应用附加弯剪构件后，应用计算软件进行试验检测，从测试的结果可以看出：建筑结构内力在增加弯剪杆后其出现了更多的峰值点，可以有效的降低结构框架梁的内力幅值，从而实现了结构大跨度建设的需要；而且从结构整体受力情况来看，两个边跨位置各层梁的两端，其受力峰值完全达到预期设计目标，因此，在大跨度混凝土结构中建议应用附加弯剪构件。

结语：

总而言之，大跨度建筑结构的实现需要附加弯剪构件的帮助，合理的进行弯矩值调节，提升建筑结构的能力与稳定性。因此，附加弯剪构件在大跨度混凝土结构中的设计与应用，必须保障科学、准确，设计中要通过合理的计算，进行构件布置与数量确定，并反复做好分析，采取加强措施，提升施工效果。而在应用过程中，要从结构的整体布局出发，必须有附加弯剪构件施工的专项施工方法，并按照合理的顺序进行拆模，拆模时结构强度必须达到100%，拆模顺序为从顶到底。合理的设计与应用才能发挥出附加弯剪构件的作用与价值。