附加彎剪構件在大跨度混凝土結構中的設計與應用

文/張海峰 青海創鑫工程咨詢股份有限公司 青海西寧 810000

某地區一大學建立兩單體教學樓，在教學樓端部位置設置連廊進行教學樓連接，建筑層高為4層，教學樓中間梁凈跨距離為30.800m，建筑總長度為34.8m，連廊底層不進行立柱設置，將其作為消防通道，所以凈高度需要控制在4.2m左右。從施工進度、施工質量、對學校影響的角度進行考慮，建設單位要求建筑結構為普通鋼筋混凝土結構，但是施工存在一定難度，又對美觀度有所要求，所以，建設單位允許在施工中使用帶斜桿的桁架混凝土結構。

1、結構設計方案分析

由于此案例工程建筑之間的跨度較大，使用普通鋼筋混凝土梁作為建筑主體結構，無論從強度還是撓度都無法達到質量要求以及建筑標準，因此，在結構設計過程中將附加彎剪構件使用到多層梁之間，降低梁產生的彎矩峰值，從而改變建筑結構的內力分布情況，這種方式降低了施工難度，也使施工工藝具體可操作性，所以，最終確定采用綜合結構設計形式，將附加彎剪構件加入到混凝土結構中進行施工[1]。

按照預期設定，連梁的框架梁應與兩側建筑主體結構進行剛性連接，使其三者成為一體，這樣能夠保障連廊的穩定性，但是這種設想會使建筑與連廊最后呈現出U型，這種不規則的布局，會導致應力的分布更加復雜。通過有限元對內力進行分析與對比，施工過程中利用抗震縫將連廊與建筑之間脫開，這種方式會使整個結構的受力更加穩定，但必須將連廊設計成為雙向單跨框架，這樣會影響連廊的抗震效果。

2、附加彎剪構件應用方案分析

一是，布置彎剪桿。彎剪桿是附加彎剪構件梁體系中的重要組成部分，其主要作用是進行梁彎矩調節，降低結構的正負彎矩峰值，從而保持彎矩處于平衡狀態。在整個結構體系中，彎剪桿會承擔結構內部產生的剪力與彎矩，通過對其位置、彎剪桿數量以及剛度的調整進行幅度的控制與調節[2]。從理論上來講，在實際應用中，將彎剪桿放置在梁最大轉角位置上，可以使彎矩處于最大，但是案例工程中結構的跨度過大，需要在兩端分別設置彎剪桿，將兩根彎剪桿共同的水平距離中心點設置在梁最大轉角的相近位置上，可以通過調整彎剪桿位置進行截面尺寸計算，通過計算結果分析不同位置建筑的功能情況以及穩定性，這樣可以將彎剪桿設置在合理的位置上，并確定最終彎剪桿的布置數量。

二是，確定附件彎剪構件截面尺寸。由于彎剪桿會承受結構順梁縱向方向上產生的剪力與彎矩，所以將其設置為寬扁形狀，安置在相對理想的位置上，尺寸規格為500mm＊1200mm，如果梁中間的跨度處于1/10-1/18范圍內，尺寸規格應確定為600mm＊850mm。

三是，計算。建筑的設防烈度為7度，當基本風壓處于0.45kN/m2時，建筑的場地類別為二類，抗震等級為三級。利用SAP2000進行模型制作與計算，建筑首先會出現裂縫的位置在梁端；結構首先發生破壞是當梁彎矩處于峰值，以此為依據進行順序破壞后，計算結果仍然相符，從而可以看出計算結構具有適應性。利用其它軟件進行力學模型構建，附加彎剪構件應用到建筑結構中，其內力受力情況明顯有所上升，而且峰值并不單一的，出現了多個峰值點，增加實現大跨度建筑穩定性的可能性[3]。

四是，附加彎剪構件在應用過程中的加強措施。其中，在抗震設計上，由于結構的不規則性十分明顯，而且結構跨度相對較大，對于這種類型建筑我國施工經驗相對較少，所以為了保障建筑具有良好的抗震性能，在地震作用計算過程中應適當的增加速度，例如增加0.15kg，可以有效的提升建筑的抗震等級。在建筑的撓度加強上，可以通過增加樓板厚度的方式、增加混凝土強度的方式、增加梁縱向方向配筋率的方式提升梁的剛度，并通過計算必須保障撓度滿足建筑的基本需求。在柱梁的強弱設計上，在此工程項目中，連廊兩端混凝土的抗彎能力要遠遠大于建筑水平方向的抗彎能力，這種情況極易在現實情況中實現，如果在梁相與剪彎桿之間有相交節點存在，那么在梁柱的設計上應遵循強柱弱梁的原則，根據我國相關設計規范中的規定進行梁彎矩值計算，并始終控制其為上下總彎矩之和的1.2倍，如果無法利用軟件進行計算，應由人工進行復核。在抗傾覆設計上，由于此次工程整體結構從橫向上來看尺度相對較小，所以抗傾覆設計極為重要，設計過程要進行計算，在基底位置上不能出現零應力區，并通過基礎的加強，提升結構整體的抗傾覆能力。

總而言之，在此案例工程中應用附加彎剪構件后，應用計算軟件進行試驗檢測，從測試的結果可以看出：建筑結構內力在增加彎剪桿后其出現了更多的峰值點，可以有效的降低結構框架梁的內力幅值，從而實現了結構大跨度建設的需要；而且從結構整體受力情況來看，兩個邊跨位置各層梁的兩端，其受力峰值完全達到預期設計目標，因此，在大跨度混凝土結構中建議應用附加彎剪構件。

結語：

總而言之，大跨度建筑結構的實現需要附加彎剪構件的幫助，合理的進行彎矩值調節，提升建筑結構的能力與穩定性。因此，附加彎剪構件在大跨度混凝土結構中的設計與應用，必須保障科學、準確，設計中要通過合理的計算，進行構件布置與數量確定，并反復做好分析，采取加強措施，提升施工效果。而在應用過程中，要從結構的整體布局出發，必須有附加彎剪構件施工的專項施工方法，并按照合理的順序進行拆模，拆模時結構強度必須達到100%，拆模順序為從頂到底。合理的設計與應用才能發揮出附加彎剪構件的作用與價值。