梁柱节点刚域对工程设计的影响分析

2019-03-06孙振周

山西建筑 2019年6期

孙振周

(南宁市建筑设计院，广西南宁 530002)

1 概述

梁柱节点区域刚度较大，变形较小，可视为一刚性区域考虑，即刚域。国内通用结构设计两大软件(YJK软件和SATWE软件)均可考虑刚域对工程结构设计的影响，但两软件对刚域长度的处理稍有不同。YJK软件严格按JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程(以下简称高规)5.3.4条规定简化梁端刚域及柱端刚域，即梁、柱计算长度及端截面位置均取到刚域边，梁、柱端刚域可分别控制。不考虑刚域时计算长度及端截面均取到端节点。SATWE软件在《高规》规定的基础上对柱端刚域计算长度做了修正，梁端刚域长度按《高规》的规定，具体详见文献[2]。

《高规》中建议在结构整体计算中宜考虑梁柱节点区刚域的影响。在保证结构安全的前提下，可以适当减少梁端弯矩，从而减少配筋量。但部分设计、审查人员认为不宜考虑梁柱节点刚域的影响，特别是柱端刚域，这样可以增加结构的安全储备。

在实际工程设计中，连续梁内长短跨相间的结构比较常见，比如教学楼、学生宿舍、艺术中心等。长短跨梁线刚度差别较大，对刚域的敏感程度不同，因此如何正确处理梁柱节点刚域对结构整体计算分析尤为重要。本文以长短跨框架结构为例，用YJK结构设计软件建模分析梁、柱节点刚域对结构的整体指标和高跨比不同的梁内力配筋的影响，并提出合理的刚域处理方法。

2 工程实例

南宁市某文化艺术中心，地下2层，地上9层的钢筋混凝土框架结构，地上1层层高6 000 mm，其余层层高4 000 mm，总高度为38.200 m，如图1，图2所示。抗震设防烈度为7度(0.10g)，地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，抗震等级为二级。地下室顶板作为嵌固端，框架柱混凝土强度等级为C60～C25,梁板混凝土等级为C25。标准层恒荷载为1.5 kN/m2，活荷载为2.0 kN/m2，屋面荷载为4.5 kN/m2，活荷载为3.5 kN/m2。框柱截面尺寸为600 mm×600 mm，X向框架梁截面尺寸为250 mm×700 mm，Y向长跨框架梁为300 mm×700 mm，短跨框架梁为300 mm×400 mm，主要次梁截面尺寸为250 mm×600 mm。

3 分析结果

本文考虑四种模型对比分析，模型一：不考虑梁、柱端刚域；模型二：考虑梁、柱端刚域；模型三：仅考虑梁端刚域；模型四：仅考虑柱端刚域。对比分析在各模型下结构整体指标参数及梁弯矩、配筋。A梁截面高度为300 mm×700 mm，高跨比约为1/14，B梁截面高度为250 mm×700 mm，高跨比约为1/14，C梁截面高度为300 mm×400 mm，高跨比约为1/7。

3.1 刚域对整体指标参数的影响

表1 各模型下结构刚重比对比(地震作用下)

从理论分析可知，考虑梁、柱刚域后，梁、柱线刚度增大，使得结构整体刚度增大，从表1可知，YJK软件计算结果与理论分析吻合。与不考虑刚域的模型对比，考虑刚域的模型刚重比均变大，其中同时考虑梁、柱刚域对结构刚重比影响最大，X向刚度增大11.5%，Y向刚度增大6.8%。仅考虑梁端刚域时对结构刚重比的影响与同时考虑梁柱刚域的影响比较接近，仅考虑柱端刚域时对结构刚重比影响相对较小。

表2 各模型下结构层间位移角对比(地震作用下)

表3 各模型下周期对比 s

从表2，表3的计算结果分析，与不考虑刚域的模型对比，考虑刚域的模型层间位移角、周期均变小，其中同时考虑梁、柱刚域对结构层间位移角、周期的影响最大，其次是仅考虑梁端刚域，仅考虑柱端刚域对层间位移角、周期的影响相对较小。

3.2 刚域对梁弯矩及配筋的影响

以模型第6标准层计算结果分析梁柱节点刚域对梁弯矩及配筋的影响，如表4，表5所示。

对比表4可知，在1.2倍恒载+1.4倍活载工况下，考虑梁柱刚域的A，B梁弯矩比不考虑梁柱刚域的弯矩均减少，而考虑梁柱刚域的C梁弯矩比不考虑梁柱刚域的弯矩均增加。这是因为考虑梁柱刚域效应后结构的整体刚度和内力会重新分配，跨高比小的梁比跨高比大的梁内力变化更敏感，随着整体刚度的增大，梁端弯矩增大。跨高比小的梁考虑刚域效应的弯矩大于不考虑刚域效应的梁柱节点处的弯矩；而跨高比大的梁对梁端弯矩取值点更敏感。从表5各模型下梁配筋值也可论证考虑梁柱刚域效应导致整体刚度的增加对不同跨高比梁配筋的影响。