PKPM 結構設計主筋配筋的建議

譚振軍 袁建偉 彭翰旋

從事結構設計的人員僅僅掌握了書本中學到的基礎專業知識是遠遠不夠的。在實際設計工作中,設計人員還需要一個不斷學習和積累的過程,其中既包括知識,也包括經驗。同時還應該把自己在工作中學到和總結到的知識、經驗拿出來與同行分享,共同進步。筆者就在鋼筋混凝土框架結構設計工作中將主筋配筋誤區總結出來,不當之處還望指正。在我們設計過程中,有些設計人員框架梁端、柱端縱向鋼筋的配置普遍比較隨意,其配筋量比計算值大20%,甚至更多,這個問題普遍存在;同時也有人認為,增大配筋量就是提高了結構的安全度,是強度儲備。筆者認為先不管經濟影響,這個觀點是完全錯誤的。增大配筋量不一定能提高結構的安全度,相反可能是有害的。

1 誤區分析

采取放大鋼筋做法主要是考慮以下產生任意加大配筋量的原因,這里可能存在一個誤區,那就是把豎向荷載作用下產生的彎矩和地震作用下產生的彎矩沒有完全區分開來,而是將它們混淆在一起。因此強度儲備的概念自然就在我們設計人員中體現出來,配筋時則出現宜大不宜小的情況。另外就是構件截面設計不盡合理,裂縫計算加大了配筋量。

實際上對于框架結構,或是框架—剪力墻結構(至少要承擔20%的地震力)[1],梁端負彎矩都是受地震力控制的。尤其是平面活荷載較小的建筑(如住宅、辦公樓等),地震作用下產生的彎矩可能比豎向荷載作用下產生的彎矩大很多,柱端彎矩更是受地震彎矩控制。對于柱腳,在豎向荷載作用下基本上都是構造配筋。也就是說,在正常使用下,梁、柱的配筋都是足足有余的[2]。

從表1可看出,我國一級抗震等級的抗震要求已接近延性要求較嚴的歐洲規范的高延性等級DC“H”的要求[3]。

表1 中、歐兩國柱—梁承載力級差系數對比表

說明我們應該考慮經濟因素,一級抗震沒有必要再提高抗震等級。

2 設計實例

圖1～圖5是一棟 2層辦公樓,地處昆明市東川區,場地類別為二類場地,9度地震作用下的彎矩、配筋包絡圖。從圖1～圖5中我們可以清楚地看出:梁端負彎矩完全受地震力控制,1層受地震力影響最大,2層負彎矩不足1層負彎矩1/2。而且可以想象隨著建筑層數的增加,地震作用加大,受地震作用的梁、柱配筋也將增加很多。所以,大家盡可放心,只要不是使用荷載比設計荷載超出太多,或材料強度相差太大,或施工出現質量事故,在正常情況下,不論是正彎矩還是負彎矩梁都是不可能出現破壞的。因此,受地震作用控制的梁端負筋和柱子的縱向鋼筋也就完全沒有必要增大配筋量,多用的鋼筋純粹是浪費。

由于篇幅所限,包絡圖和配筋圖只取一半。

結構構件在地震作用下,它的受力有一個最大的特點,那就是在強地震作用下,結構構件不存在強度儲備,結構構件所受到的彎矩就是破壞彎矩。也就是說,在罕遇地震作用下,不論結構構件的承載力是大是小,它所受到的地震彎矩都是破壞彎矩。增大縱向鋼筋的配筋量,其結果并不能延遲結構倒塌的時間,而只是加大結構構件地震力作用。另一方面,有人會說,增大了縱向鋼筋的配筋量,會增大結構的抗震能力,如果配筋足夠的話在罕遇地震作用下,就不一定會產生大的破壞;或者說,在剛好7度地震作用下,不加大配筋量的結構可能產生一些破壞,加大配筋量的結構就不一定會產生這些破壞了,這種說法是完全錯誤的。一棟建筑,地震作用的大小不僅僅取決于地震烈度,同時也取決于結構本身剛度。相同地震烈度作用下,結構剛度越大,地震作用也越大。在結構計算中,鋼筋對結構剛度的影響,我們是沒有考慮的,但它是存在的。當然,縱向鋼筋增大了,抗彎承載力肯定提高了;然而由于結構剛度增大而使剪力增大,就是提高了結構的抗震設防烈度。本來是7度設防變成了7.5度,甚至8度。我們沒有任何理由去提高結構的抗震設防烈度,這是浪費。

按新的GB 50011-2001(08版)建筑抗震設計規范要求,結構體系宜有多道抗震防線。對框架結構整體而言,在大震作用下節點梁端出現一定數量的塑性鉸可認為是結構內部的第一道防線。由于塑性鉸首先出現于梁中結構并沒有形成破壞機構,而仍能承受外荷載,隨著外荷載的逐漸增加,當柱中先后出現一定數量的塑性鉸后而形成破壞機構,從而認為結構失效[4]。可見這種任意增大梁柱鋼筋不利于結構在破壞前吸收和耗散較多的地震能量。

3 結語

筆者認為:1)歸并系數宜取不大于0.1,這樣可確保超配筋不大于10%,從而滿足規范的要求。當然,這樣會增加構件的種類,增加我們的工作量。但是,可以降低鋼筋的用量和提高結構在地震作用下的變形能力,使我們的設計更加完美,這才是我們應該追求的。2)盡量不要任意把2根鋼筋更改為3根鋼筋,以免無意中加大鋼筋,因為鋼筋都具有一定的保證率。3)還應當盡力避免因截面選用偏小使構件由于撓度、裂縫的原因而增大配筋量。如果一旦出現因裂縫計算增加配筋量,對一級框架則必須按照規范進行實際配筋驗算,二級框架建議按規范實際配筋驗算。4)嚴格控制柱的軸壓比、合理的梁柱截面,注重節點設計,這樣可以降低配筋率。

總之,只有熟練掌握規范,并在工程實踐中不斷總結、積累,才能使框架結構設計更加合理,配筋適宜,滿足“技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量”的要求。

[1] GB 50011-2001(08版),建筑抗震設計規范[S].

[2] 楊 宏,周詩齊.關于框架梁、柱端縱向鋼筋配置的一點看法[J].四川建筑,2007,27(9):41-42.

[3] 劉小映,李鳳武,范云蕾.我國混凝土結構“強柱弱梁”抗震措施合理性分析[J].福建建設科技,2007(4):19.

[4] 何祥英,王樹和.框架結構柱端彎矩增大系數有效性分析[J].山西建筑,2007,33(7):96-97.