現澆鋼筋混凝土大跨梁結構方案分析

雷立志 潘琰楓

(武漢弘泰建筑工程質量檢測有限公司，湖北 武漢 430070)

0 引言

某學校新建禮堂，采用單層現澆鋼筋混凝土框架結構，層高9 m，局部在4.5 m高度處有夾層(禮堂工作平臺用)。建筑抗震設防分類為乙類，建設場地抗震設防烈度為6度，設計地震加速度值0.05g，設計地震分組為第二組，場地類別為Ⅲ類，場地特征周期為0.55 s。本工程結構安全等級為二級，設計使用年限50年。50年一遇基本風壓為0.35 kN/m2。

結構主要設計數據如下：框架柱混凝土等級采用C35，梁板混凝土強度采用C30，各構件縱筋以及箍筋均為HRB400。設計荷載取值如下：屋面附加恒載(保溫隔熱層等自重)取3.5 kN/m2，屋面活荷載取0.5 kN/m2，屋面層結構布置如圖1所示。

N×5～11，P×5～11及R×5～11軸屋面梁跨度達24 m，未使用預應力。施工圖完成后，應業主要求對此施工圖優化，但框架柱盡量不動。

筆者經過多次計算分析，提出圖2結構布置。兩種結構布置主要區別如下：1)取消⑦軸、⑧軸以及⑨軸次梁；2)將軸、軸以及軸上24 m跨框架梁截面進行修改，軸截面由500×2 000調整為400×1 100，軸以及軸截面由400×1 600調整為400×1 100；3)根據受力需要加大軸與軸間以及軸與軸間水平向次梁截面；4)增加兩道斜向框架梁。

結構計算均采用PKPM，計算參數均一致，筆者擬根據整體計算結果以及構件計算結果進行分析。

1 整體性能分析

結構整體指標主要用于確定整體性能，本案例主要從自振周期、樓層質量以及地震作用位移角進行比較，以便確定整體性能。

1)結構自振周期見表1。

表1 結構自振周期

2)樓層質量見表2。

表2 樓層質量 t

3)地震作用下位移角見表3。

表3 地震作用下位移角

根據以上整體計算結果：1)兩種結構方案地震作用下位移角及結構周期差別不大，整體性能差別不大；2)結構體型較小情況下，梁線剛度調整對結構整體性能影響不大。

2 大跨度梁結果分析

1)恒載及活荷載內力標準值見表4，表5。

表4 恒載及活荷載下兩種方案梁彎矩標準值 kN·m

表5 恒載及活荷載下兩種方案梁剪力標準值 kN

根據結果可知：a.兩種方案下活荷載下內力占比均較小；b.原結構梁柱線剛度比偏大，支座彎矩較梁跨中彎矩偏大；新方案下梁柱剛度比減小，梁跨中彎矩與梁支座差別不大，受力較均勻。

2)僅考慮受力時梁縱筋配筋如表6所示。

3)考慮裂縫后梁縱筋配筋如表7所示。

表6 僅考慮受力時梁配筋值

表7 考慮裂縫后梁縱筋配筋值

僅考慮受力與考慮裂縫兩種情況對梁進行配筋：梁底裂縫限值取0.3 mm，梁底配筋差別不大；梁面裂縫限值取0.2 mm，梁面配筋差別不大；梁線剛度變小時，考慮裂縫較僅考慮受力差別變大。本工程中，盡管新方案考慮裂縫時支座鋼筋增加值較大，但整體配筋較原結構仍舊少約900 mm2，有利于混凝土澆筑，施工質量易得到保障。

4)大跨梁彈性變形值如表8所示。

表8 大跨梁彈性變形值

新方案由于梁線剛度變小，梁撓度值變大，但在未考慮施工起拱的情況下，仍滿足規范要求(1/400)。

3 結論及建議

大跨度現澆鋼筋混凝土框架結構，由于梁線剛度偏弱，結構方案整體性能差別不大，最終方案確定應從構件截面設計著手，最終方案應是配筋與變形的協調結果。在滿足承載能力極限狀態以及正常使用極限狀態的情況下，應盡量找到一個平衡點，使成本以及施工質量都能兼顧。大跨度梁中恒載內力占比較大，拆模時混凝土性能接近設計指標，建議延長拆模時間。