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【摘要】本文以扁梁的概念为基础，着重分析了不合理的扁梁设计存在的问题，以实际为出发点对宽扁梁设计的若干建议进行了探讨。
【关键词】高层建筑，宽扁梁结构，设计
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
高层建筑结构设计是建筑施工企业生存和发展的基础性资源，在结构设计中的宽扁梁结构设计是人们不容忽视的重点。只有将科学的方法融入到设计中，才能不断提高施工技能和技术管理水平，有效促进工程的施工质量。
二、扁梁的概念
高层建筑的高度受诸多条件限制，采用宽扁梁结构能减小梁高，从而降低层高，在规划的建筑高度内增加建筑面积，有效的利用土地资源。宽扁梁楼盖由于其设计特点而有助于梁柱节点的延性提高，其在工程中的应用逐渐增多，本文通过结合笔者工程实践经验，对宽扁梁楼盖设计时应当注意的设计要点等相关问题展开探讨，同时结合实例加以分析宽扁梁在特殊情况下的应用优势，为同行提供借鉴。
为了减少建筑层高，则从减少梁截面高度着手。经过研究表明，单纯减少梁高会大大削弱框架梁和结构整体刚度；在水平风力或地震力作用下会增加建筑侧向位移；梁的配筋面积也会增大；梁的变形、抗裂及建筑侧向位移也不能满足。因此在减少梁高的同时还应增加梁宽，最后必须满足梁的强度、刚度等要求。
三、不合理的扁梁设计存在的问题
1、混凝土梁刚度与高度的关系很大，与宽度的关系很小
当梁宽度增加而高度不变时，梁的质量、重量、计算地震力大增，而梁刚度增加则不大，梁的配筋结果很少会变小，甚至会增加。原因在于不增加梁高而只增加梁宽，刚度不会增加多少。而如果由此为防止超筋，不改梁高却增加梁宽，则必使钢筋量大增，而结构所需混凝土体积增加。有甚者更是降低梁高再增加梁宽，结果是计算高度不够，计算配筋量当然又是巨增。并且在框剪结构中，宽梁的出现常使得暗梁的设置有麻烦，同时也使梁与墙的连接出现很多问题，导致出现很多不符合规范要求的地方，结构的安全可靠度降低。
2、在高层建筑框架中常采用的方案是宽扁梁形式
在水平荷载作用下，宽扁梁对框架的水平位移有一定影响。梁的弯曲变形、柱的弯曲变形以及柱的轴向变形框架是构件变形的三种模式，这三种模式引起框架在水平荷载作用下的水平位移而这三种变形引起的位移分量组成了层间水平位移，高层框架结构的构件典型尺寸一般具有这样的比例关系，即梁的弯曲变形是引起位移的主要因素。在“强柱弱粱”设计原则满足的基础上，梁刚度相对降低，使得结构水平位移增加。
3、结构设计
梁的经济配筋率在0．6％～1．2％之间即可保证结构的经济性和施工质量，但这是针对窄梁的该经济配筋率。对非常规的宽扁梁，仍然在0．6％～1．2％之间的配筋率已失去了经济配筋率的原始意义。因为配筋率虽小，但是实际配筋量也会较大。所以对于宽扁梁的配筋率没有多少实质性的参考意义。而结构设计人员仍然按窄梁的设计经验用于扁梁当中，反而产生适得其反的效果。
四、宽扁梁设计的若干建议
1、宽扁梁的截面尺寸
当框架梁截面高度大于梁高时为扁梁，且大于垂直梁轴方向的柱宽度时为宽扁梁。此外，宽扁梁框架的边梁宽度不宜大于支承柱梁宽度方向柱的截面尺寸，以避免边梁宽度超过柱截面范围的纵筋在水平荷载作用下对另一方向上的扁梁产生较大的扭矩。由于楼层高度的限制，框架梁的截面高度受到制约，不少工程出现了宽扁梁，其特点是梁宽比梁高大得多，例如截面为1000mm×600mm，1200mm×500mm等，此种截面，导致梁的自重很大，楼板的混凝土折合厚度增加，结构自重也明显加大，设计人员在应用计算软件导荷载时应考虑扣除梁板重叠部分的荷载及竖向构件与水平构件重叠部分的荷载。由于梁宽增加，还带来梁柱节点区的构造问题，如果处理不当，节点处的钢筋太多太密，施工困难，常常影响施工质量。
2、宽扁梁的刚度调整系数
高层建筑常采用现浇混凝土楼盖体系，在水平荷载作用下，通过框架梁和现浇板的共同抗弯来约束柱端的转动。混凝土板可作为扁梁的翼缘增加其截面刚度。在进行整体框架结构分析时，常用的软件是先取框架梁的矩形截面进行刚度计算，在刚度调整时，设计人员再根据是边梁还是中梁用1.5或2.0刚度调整系数进行放大。这对常规梁而言还是比较准确的，但对宽扁梁不宜用一个笼统的1.5或2.0的系数来调整放大，该系数应通过计算确定。根据《建筑抗震设计规范》中Ｔ形截面受弯构件承载力计算中的翼缘计算宽度规定：bf＝bb＋12hf（hf为楼板厚度），由此考虑整体现浇板共同作用的Ｔ形梁截面惯性矩势必要比未将翼缘板计算在内的矩形梁截面惯性矩大得多。
3、宽扁梁配筋
宽扁梁应双向布置，纵横扁梁在柱上交汇，与柱形成一个扩大的支座。如果设计合理，宽扁梁就可以通过这个扩大的支座将荷载可靠地传递给柱子，故宽扁梁节点的内、外核心区均可视为梁的支座，梁纵向钢筋在支座区的锚固和搭接均应按《混凝土结构设计规范》有关框架梁的规定执行，其中柱截面外的梁底钢筋宜贯通或按受拉钢筋相互搭接；梁面贯通钢筋不宜少于面筋总面积的1/3；锚入柱内的扁梁上部钢筋宜大于全部上部钢筋的60％（国外的要求是约70％）。当支承宽扁梁的框架梁为边梁时，柱外侧的梁纵向钢筋应锚固在边梁中，如果直锚不够，可將钢筋斜向锚固在柱中。该边梁除承受自身平面内的弯距和剪力外，还承担宽扁梁传来的扭矩。另外宽扁梁纵向受力钢筋的净距不宜大于100mm，箍筋肢距不宜大于200mm，梁两侧面应配置直径不小于12mm的腰筋。
4、宽扁梁节点构造要求
除宽扁梁按规范要求设计外，由于宽扁梁梁端及其梁柱节点核心区的受力特征和抗震要求，节点核心区的合理配筋和构造也十分重要。宽扁梁节点分内、外核心区，有关研究表明，在静载和低周反复荷载作用下，破坏区域基本在节点外核心区，在外核心区增设钢筋，加强约束，可达到保护内核、转移塑性铰的目的。
5、节点外核心区抗扭纵筋配置
双向宽扁梁梁高相等时，可按计算要求增加抗扭纵筋；双向宽扁梁梁高不等时，可在低宽扁梁外核心区底部设置开口向上的开口箍筋，以便于底部抗扭纵筋固定；当只有单向宽扁梁时，可通过设置节点核心区附加封闭箍筋构成。
6、宽扁梁的裂缝及挠度计算
宽扁梁的配筋，经常由裂缝或挠度控制。在对宽扁梁的裂缝进行大量的计算后发现，一旦宽扁梁由强度控制，且配筋率较大时，则裂缝宽度难以满足要求，须加大配筋。根据经验，当配筋率达到2％左右时，就应注意裂缝问题。验算宽扁梁的挠度时，在支承条件和跨度一定时，其刚度起着决定性作用。梁宽度不必太大，因为在挠度计算时，梁宽对刚度影响不大，梁宽加大一倍，挠度减小20％左右，增加钢筋更经济。同时梁的面筋大部分应通长布置，以减小混凝土徐变对挠度的影响。受弯构件的挠度应按荷载的短期效应组合并考虑荷载长期效应组合影响的长期刚度进行计算，在长期刚度公式中，恒载所占比例越大，则长期刚度相对就越小，挠度就越大。所以对像天面层这种恒荷载较大而活荷载相对较小时，更应验算梁板挠度。
7、宽扁梁的楼板计算
在计算以宽扁梁为支座的混凝土板时，按双向板弹性理论、刚性支承来计算宽扁梁结构的楼盖体系是不尽合理的。梁与板的刚度比越小，则越向无梁楼板的受力状态趋近，板承受弯矩的面积将向整个开间扩展，开间边缘板带所承受的弯矩会快速加大。如果设计人员仍按传统的方法计算双向板内力，并由此进行楼板配筋，是与楼板实际受力不符合的。
五、结束语
总之，建筑业是一个关系到国计民生的支柱性基础产业，对国民经济的发展起到了推动作用。只有加强高层建筑宽扁梁的结构设计，才能推动建筑业的发展。
参考文献
[1]李碧雄，贾正甫.建筑结构设计[D].成都:四川大学，2002
[2]康宏伟，陈东，李浩.高层建筑中的扁梁设计[J].陕西建筑与材料，2004
[3]李旭升.对高层建筑宽扁梁结构设计的几点分析[J].建材与装饰，2008
[4]刘崇.宽扁梁的设计心得[N].科技咨询导报，2007
[5]方小中.扁梁与肋梁楼盖体系的抗震性与经济性比较[J].上海建设科技，2007
【关键词】高层建筑，宽扁梁结构，设计
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
高层建筑结构设计是建筑施工企业生存和发展的基础性资源，在结构设计中的宽扁梁结构设计是人们不容忽视的重点。只有将科学的方法融入到设计中，才能不断提高施工技能和技术管理水平，有效促进工程的施工质量。
二、扁梁的概念
高层建筑的高度受诸多条件限制，采用宽扁梁结构能减小梁高，从而降低层高，在规划的建筑高度内增加建筑面积，有效的利用土地资源。宽扁梁楼盖由于其设计特点而有助于梁柱节点的延性提高，其在工程中的应用逐渐增多，本文通过结合笔者工程实践经验，对宽扁梁楼盖设计时应当注意的设计要点等相关问题展开探讨，同时结合实例加以分析宽扁梁在特殊情况下的应用优势，为同行提供借鉴。
为了减少建筑层高，则从减少梁截面高度着手。经过研究表明，单纯减少梁高会大大削弱框架梁和结构整体刚度；在水平风力或地震力作用下会增加建筑侧向位移；梁的配筋面积也会增大；梁的变形、抗裂及建筑侧向位移也不能满足。因此在减少梁高的同时还应增加梁宽，最后必须满足梁的强度、刚度等要求。
三、不合理的扁梁设计存在的问题
1、混凝土梁刚度与高度的关系很大，与宽度的关系很小
当梁宽度增加而高度不变时，梁的质量、重量、计算地震力大增，而梁刚度增加则不大，梁的配筋结果很少会变小，甚至会增加。原因在于不增加梁高而只增加梁宽，刚度不会增加多少。而如果由此为防止超筋，不改梁高却增加梁宽，则必使钢筋量大增，而结构所需混凝土体积增加。有甚者更是降低梁高再增加梁宽，结果是计算高度不够，计算配筋量当然又是巨增。并且在框剪结构中，宽梁的出现常使得暗梁的设置有麻烦，同时也使梁与墙的连接出现很多问题，导致出现很多不符合规范要求的地方，结构的安全可靠度降低。
2、在高层建筑框架中常采用的方案是宽扁梁形式
在水平荷载作用下，宽扁梁对框架的水平位移有一定影响。梁的弯曲变形、柱的弯曲变形以及柱的轴向变形框架是构件变形的三种模式，这三种模式引起框架在水平荷载作用下的水平位移而这三种变形引起的位移分量组成了层间水平位移，高层框架结构的构件典型尺寸一般具有这样的比例关系，即梁的弯曲变形是引起位移的主要因素。在“强柱弱粱”设计原则满足的基础上，梁刚度相对降低，使得结构水平位移增加。
3、结构设计
梁的经济配筋率在0．6％～1．2％之间即可保证结构的经济性和施工质量，但这是针对窄梁的该经济配筋率。对非常规的宽扁梁，仍然在0．6％～1．2％之间的配筋率已失去了经济配筋率的原始意义。因为配筋率虽小，但是实际配筋量也会较大。所以对于宽扁梁的配筋率没有多少实质性的参考意义。而结构设计人员仍然按窄梁的设计经验用于扁梁当中，反而产生适得其反的效果。
四、宽扁梁设计的若干建议
1、宽扁梁的截面尺寸
当框架梁截面高度大于梁高时为扁梁，且大于垂直梁轴方向的柱宽度时为宽扁梁。此外，宽扁梁框架的边梁宽度不宜大于支承柱梁宽度方向柱的截面尺寸，以避免边梁宽度超过柱截面范围的纵筋在水平荷载作用下对另一方向上的扁梁产生较大的扭矩。由于楼层高度的限制，框架梁的截面高度受到制约，不少工程出现了宽扁梁，其特点是梁宽比梁高大得多，例如截面为1000mm×600mm，1200mm×500mm等，此种截面，导致梁的自重很大，楼板的混凝土折合厚度增加，结构自重也明显加大，设计人员在应用计算软件导荷载时应考虑扣除梁板重叠部分的荷载及竖向构件与水平构件重叠部分的荷载。由于梁宽增加，还带来梁柱节点区的构造问题，如果处理不当，节点处的钢筋太多太密，施工困难，常常影响施工质量。
2、宽扁梁的刚度调整系数
高层建筑常采用现浇混凝土楼盖体系，在水平荷载作用下，通过框架梁和现浇板的共同抗弯来约束柱端的转动。混凝土板可作为扁梁的翼缘增加其截面刚度。在进行整体框架结构分析时，常用的软件是先取框架梁的矩形截面进行刚度计算，在刚度调整时，设计人员再根据是边梁还是中梁用1.5或2.0刚度调整系数进行放大。这对常规梁而言还是比较准确的，但对宽扁梁不宜用一个笼统的1.5或2.0的系数来调整放大，该系数应通过计算确定。根据《建筑抗震设计规范》中Ｔ形截面受弯构件承载力计算中的翼缘计算宽度规定：bf＝bb＋12hf（hf为楼板厚度），由此考虑整体现浇板共同作用的Ｔ形梁截面惯性矩势必要比未将翼缘板计算在内的矩形梁截面惯性矩大得多。
3、宽扁梁配筋
宽扁梁应双向布置，纵横扁梁在柱上交汇，与柱形成一个扩大的支座。如果设计合理，宽扁梁就可以通过这个扩大的支座将荷载可靠地传递给柱子，故宽扁梁节点的内、外核心区均可视为梁的支座，梁纵向钢筋在支座区的锚固和搭接均应按《混凝土结构设计规范》有关框架梁的规定执行，其中柱截面外的梁底钢筋宜贯通或按受拉钢筋相互搭接；梁面贯通钢筋不宜少于面筋总面积的1/3；锚入柱内的扁梁上部钢筋宜大于全部上部钢筋的60％（国外的要求是约70％）。当支承宽扁梁的框架梁为边梁时，柱外侧的梁纵向钢筋应锚固在边梁中，如果直锚不够，可將钢筋斜向锚固在柱中。该边梁除承受自身平面内的弯距和剪力外，还承担宽扁梁传来的扭矩。另外宽扁梁纵向受力钢筋的净距不宜大于100mm，箍筋肢距不宜大于200mm，梁两侧面应配置直径不小于12mm的腰筋。
4、宽扁梁节点构造要求
除宽扁梁按规范要求设计外，由于宽扁梁梁端及其梁柱节点核心区的受力特征和抗震要求，节点核心区的合理配筋和构造也十分重要。宽扁梁节点分内、外核心区，有关研究表明，在静载和低周反复荷载作用下，破坏区域基本在节点外核心区，在外核心区增设钢筋，加强约束，可达到保护内核、转移塑性铰的目的。
5、节点外核心区抗扭纵筋配置
双向宽扁梁梁高相等时，可按计算要求增加抗扭纵筋；双向宽扁梁梁高不等时，可在低宽扁梁外核心区底部设置开口向上的开口箍筋，以便于底部抗扭纵筋固定；当只有单向宽扁梁时，可通过设置节点核心区附加封闭箍筋构成。
6、宽扁梁的裂缝及挠度计算
宽扁梁的配筋，经常由裂缝或挠度控制。在对宽扁梁的裂缝进行大量的计算后发现，一旦宽扁梁由强度控制，且配筋率较大时，则裂缝宽度难以满足要求，须加大配筋。根据经验，当配筋率达到2％左右时，就应注意裂缝问题。验算宽扁梁的挠度时，在支承条件和跨度一定时，其刚度起着决定性作用。梁宽度不必太大，因为在挠度计算时，梁宽对刚度影响不大，梁宽加大一倍，挠度减小20％左右，增加钢筋更经济。同时梁的面筋大部分应通长布置，以减小混凝土徐变对挠度的影响。受弯构件的挠度应按荷载的短期效应组合并考虑荷载长期效应组合影响的长期刚度进行计算，在长期刚度公式中，恒载所占比例越大，则长期刚度相对就越小，挠度就越大。所以对像天面层这种恒荷载较大而活荷载相对较小时，更应验算梁板挠度。
7、宽扁梁的楼板计算
在计算以宽扁梁为支座的混凝土板时，按双向板弹性理论、刚性支承来计算宽扁梁结构的楼盖体系是不尽合理的。梁与板的刚度比越小，则越向无梁楼板的受力状态趋近，板承受弯矩的面积将向整个开间扩展，开间边缘板带所承受的弯矩会快速加大。如果设计人员仍按传统的方法计算双向板内力，并由此进行楼板配筋，是与楼板实际受力不符合的。
五、结束语
总之，建筑业是一个关系到国计民生的支柱性基础产业，对国民经济的发展起到了推动作用。只有加强高层建筑宽扁梁的结构设计，才能推动建筑业的发展。
参考文献
[1]李碧雄，贾正甫.建筑结构设计[D].成都:四川大学，2002
[2]康宏伟，陈东，李浩.高层建筑中的扁梁设计[J].陕西建筑与材料，2004
[3]李旭升.对高层建筑宽扁梁结构设计的几点分析[J].建材与装饰，2008
[4]刘崇.宽扁梁的设计心得[N].科技咨询导报，2007
[5]方小中.扁梁与肋梁楼盖体系的抗震性与经济性比较[J].上海建设科技，2007