建筑結構設計中梁和板的塑性條幅

虞毅

摘要：在建筑結構設計中，梁端支座鋼筋一般都比較大，導致梁端鋼筋密集施工難度比較大;地震時，梁端震害先于柱端，結構破壞，沒有先兆，人員傷害較大。為了減小施工方面的難度，和地震的傷害程度，目前技術手段可以采取人為的塑性條幅來解決，讓這些破壞有先兆的到來。這些問題的解決，使結構設計更加的安全、可靠、明了。所以，本文主要是圍繞建筑結構設計中梁的塑性條幅來進行討論。

關鍵詞：塑性條幅; 剛度; 次梁; 框架梁; 塑性內力重分布;

鋼筋混凝土框架結構中，梁配置的鋼筋受力超出彈性極限狀態的時候，混凝土結構面就會出現塑性鉸，輕微的塑性鉸外觀不會明顯。但是隨著塑性鉸不斷發展，裂縫不斷開裂。最終塑性鉸發生為混凝土壓碎，犬牙交錯在一起。塑性鉸不同于理想鉸，塑性鉸發生后對柱子任然有約束彎矩，整個框架任然處于穩定狀態。塑性鉸既能傳遞彎矩、剪力、軸力，并沒有一定的轉動能力，而理想鉸只能傳遞剪力和軸力，有一定的轉動能力。

1 建筑結構抗震現狀分析

我國的很多現有以及在建的建筑或多或少都考慮到了抗震這一環節，但是很多時候設計方以及建筑方都未能將防震這一環節落實到位，我們通過調查發現了我國目前建筑結構存在的一些普遍問題，主要集中體現在建筑高度超標，很多開發商為了謀取更多的利益，選擇了將建筑建的超過安全高度，而一旦建筑物高度超過了安全設計高度以后，其結構就會遭到破壞，穩定性自然而然也會隨著下降，在遭遇地震以后就會導致建筑物更容易損壞或者倒塌;其次一個比較普遍的問題就是建筑的建筑地址選擇也存在一些問題，隨著城市人口越來越多，對于住宅的需求也隨著增大，開發商為了取得更多的利益，盡可能的開發可利用的土地資源進行建筑的建設，但是由于為了加快開發速度，很多的建筑在選擇建筑地址前沒有充分的考慮到地質問題，沒有對建筑地的地質結構進行嚴格的勘探，這對于房屋建成以后的抗震性也是很大的考驗，很大程度上也影響了建筑結構的抗震性。

2彎矩條幅（向下條幅）的力學概念

在豎向荷載作用下。可考慮框架支座塑性內力重分布，對梁的支座彎矩進行塑性條幅。彎矩條幅應先對豎向荷載作用下的彎矩進行條幅，然后在與水平力作用下產生的彎矩疊加。承載力設計的時候，框架梁的跨中彎矩不小于豎向荷載作用下按照簡支梁計算跨中彎矩設計值的一般即50%。

3 塑性內力重分布的過程及結論

第一階段：首先荷載較小，跨中支座彎矩線形增加，支座彎矩大于跨中彎矩。隨著荷載增大，支座達到承載能力極限，形成塑性鉸。

第二階段：此時支座彎矩不變（事實上還有小許增加），跨中彎矩繼續增加，最后跨中也出現塑性鉸，結構成為機構體系，結構破壞。在工程設計中，每次按兩階段來設計不僅繁瑣，而且增加難度;因此引入了彎矩調幅這個方法，彎矩調幅，通過調低支座彎矩，來實現內力重分布的目的，但是調幅的目的不是簡單的調低彎矩，而是調整跨中和支座的負彎矩！因此可以不變支座配筋通過增加跨中配筋來提高構件的極限承載力，也可以通過減少支座配筋（同時可能要增加跨中配筋）來保持按彈性計算所需的力。

結論：混凝土連續梁和連續單向板，可采用塑性內里重分布方法進行分析。重力荷載作用下的框架、框架-剪力墻結構中的現澆梁以及雙向板等，經彈性分析求得后的內力后，可對支座或節點進行適度條幅，并確定跨中彎矩。按塑性內力重分布分析方法設計的結構和構件，應該滿足正常使用極限狀態要求且采取有效的措施。對于直接承受動力荷載的構件，以及不要求出現裂縫或處于三a、三b類環境下的結構，不應采用塑性內力重分布的方法。

4 塑性條幅分析（框架梁、次梁、板的向上條幅）

4.1 框架梁的向上條幅

我們都知道框架梁是可以塑性條幅的，一般塑性條幅都是向下條幅，其實也不然。適當向上條幅也是可以的，可以通過配筋反算支座彎矩，然后和跨中彎矩疊加，滿足結構力學兩端簡支跨中彎矩的ql2*1/8。曾經算過一個實例，跨中配筋小于實際配筋50%，然后全部條幅到支座，經過時間的考證，也并沒有出過問題。從生活中的例子來看也是可以的。教材里面規定的向下條幅為的是減小梁的支座配筋和塑性鉸的發生，從多次的地震災害來看目前軟件支座都是多配鋼筋的，地震來的時候都是柱子先于梁發生破壞的，梁的塑性鉸后于柱子的發生，造成很多人員的傷害。雖說向上條幅不一定好，但是在梁底部鋼筋不夠的情況下（復核梁配筋），向上條幅不失為一個比較好的辦法，雖然有違背現有的結構概念設計。

框架梁，可以將彎矩向上條幅，形成類似兩個懸挑梁的形式。然后在跨中配置構造鋼筋，由于跨中本身就是少配的，因此跨中會開裂，造成塑性內力重分布，最終形成塑性鉸。只要整個結構是穩定的，就不會造成安全性問題。

例如，在加固設計中，當功能性的房間對梁下凈高有特殊要求的時候，梁下加固沒有條件，通常通過在支座黏貼碳纖維（對支座的剛度改變非常小，一般可以認為不改變）來實現向上條幅，這樣既能滿足結構安全性，也能滿足對功能性房間的要求。

4.2 次梁的向上條幅及對板的論述

從混凝土規范對次梁支座的配筋不小于跨中配筋的1/4，我們就可以知道結構力學里面兩端完全固定和完全鉸接的構件是不存在的，是理想化的構件，也是兩種特殊情況。所以當構件介于兩端固定，兩端鉸接的情況下，跨中彎矩取決于構件的兩端嵌固條件，故跨中彎矩是介于ql2*1/8和ql2*1/24。所以次梁在一定條件下也是可以條幅的，只不過這個條幅條件需要看邊梁的寬度和邊梁的剛度（連續次梁不存在這個問題）。就像樓板的支座條件是看相對剛度的，雖然軟件默認連續板是固定，邊跨板是簡支。板在一定的條件下也是可以實現向上和向下條幅的，條幅的原理類似于梁的原理。一般在結構力學中，連續板中間支座條件默認為剛接，考慮板的開裂和塑性內力重分布，塑性條幅設計反而更加的經濟，經統計一般板的塑性設計可以節約鋼筋達到20%～30%。樓梯板，支座嵌固條件比較難確定，在設計上一般假定支座兩端鉸接，這種設計方法是偏于安全的，然后在支座在配置一定量的鋼筋，這是相當大的條幅。梁柱剛接，相對剛度需要達到三倍以上才可以，實際在計算的模型里面也有好多是沒有達到固接的條件的。剪力墻結構里面只有當梁墻相對剛度達到3倍以上，才能發揮框架作用。現在也有好多設計院把板的邊跨按照固端去配置鋼筋，相對剛度也沒有達到的，模型里面邊跨點為固接，也沒有出現過什么問題。這些都是活生生的例子。

4.3 次梁的條幅論證

次梁為什么梁端不能采用固接呢，把次梁做的足夠寬，剛度足夠大，這時候次梁的彎矩是向上移動的。次梁的不抗震，也是理論上的不抗震，次梁主要承擔豎向荷載，就像水平力一般是先傳遞到板，在傳遞到次梁，再傳遞到框架梁，然后傳遞到框架柱，最后傳遞到基礎。故次梁是可以傳遞一部分地震力的。那么不條幅是不是也是理論上的不條幅呢？之前也看過現場跨中彎矩配筋不夠，全部條幅到支座上去的。半框架梁的構造是采用框架梁的，一端采用次梁的。那么條幅和抗震是不是也是各自采用各自的呢？兩端與剪力墻面外搭接的，既可以編為次梁，也可以編為框架梁，這個其實也取決于梁端的錨固方式。

5 結束語

綜上所述，框架梁、次梁以及連續板均是可以塑性條幅的，不僅可以向下條幅也可以向上條幅，只不過這個向上條幅取決于梁端的嵌固方式和錨固方式。

參考文獻

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