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【摘要】梁端的约束条件与其连接结构构件有关，梁按端部支座约束条件分为简支和固端两种情况，简支梁端指在竖向荷载作用下允许梁端发生转动而不允许有水平和竖向位移，固端梁既不允许有位移也不允许有转动，本人在实际工程中所遇到的梁端约束情况分析举例，以供同行结构设计人员进行分析和探讨。
【关键词】梁端约束；剪扭验算；极限状态
【Abstract】The constraint conditions of beam end connected structure， beam according to the end support constraints into simply supported and fixed end two， beam end refers to the beam under vertical load allowed to rotate and does not allow the horizontal and vertical displacement， fixed end beam is not allowed nor displacement allow rotation of beam end I encountered in the actual engineering examples， for peer structure design are analyzed and discussed.
【Key words】Beam constraint；Shear Torsion checking；Limit state
1. 前言
（1）在现阶段的结构设计中，常见的主要结构形式有框架结构、剪力墙结构和框-剪结构以及少数的砖混结构，无论在何种结构形式下，结构梁是结构体系中基本的水平受力构件，结构梁从其受力和设计计算分析方面来讲分为次梁、框架梁和连梁。结构梁的基本作用是承受结构板和填充墙以及其他竖向荷载并将其所承受荷载传递给墙、柱等竖向受力构件，从而满足建筑使用功能上的各种要求。此外在抗震设防区，框架梁也是传递水平地震作用，提供结构竖向抗侧力构件相互联系所必须的水平受力构件。次梁两端支撑于框架梁或其它次梁上，框架梁两端支撑于墙、柱上，连梁为平面内连接两片剪力墙且跨高比大于5的梁（其受力形式不同于普通梁，此处不再讨论）。因此，梁的设计除了要准确计算其荷载外，更重要的便是变形协调条件和本构关系。
（2）一般情况下，梁端为剪力墙、柱时按固端计算，因为墙、柱的刚度较梁大的多；而当梁端为其它梁时则需要根据二者的刚度判断为铰支或固定。众所周之，在结构设计中既没有绝对的简支端也不存在绝对的固定端，因为结构构件中不存在刚体。结构工程师为了工程设计的需要把梁端的约束情况假设为简支或固端，虽然能够满足工程实际，但在具体理论分析中仍然存在一些问题，尤其是在目前机算程序普遍采用的条件下，结构工程师单纯地把机算程序“显红”的梁梁端假设为铰接而不采取任何措施，已严重忽略了各结构构件之间的变形协调关系。
（3）【案例】以某工程住宅小区位于7度区，地下一层为车库，地上26层为住宅，结构形式为剪力墙结构，建筑高度为75.8m。抗震等级为三级，其结构平面中梁L1为次梁（图1），该梁跨度为6.5m，梁端支撑于框架梁KL1、KL2上，机算结果（图2）显示KL2截面剪扭验算超限，经设计人员分析后认为该次梁L1在A端可以按简支计算，在计算程序中将A端定义为铰接，经再次计算程序无错误提示后按计算结果（图3）进行结构梁的设计。
2. 在实际工程设计中该种做法比较普遍，但该种做法存在一下几个方面的问题：
（1）实际受力情况下L1对KL2会产生扭矩作用，KL2是否存在配箍筋不足的情况。
（2）L1按铰接计算，在A端上部是否产生裂缝而无法满足结构的正常使用极限状态。
（3）L1是否存在上部鋼筋配筋不足而下部钢筋配筋偏大，此外KL1的配筋按图三计算结果是否正确。
（4）首先我们来分析机算结果的合理性，梁L1在A端支撑于KL2上，承受板LB1和LB2上传来的竖向荷载及其上的墙体荷载，并将其荷载再传给KL2，梁L1的梁端支撑点A距离KL2的梁端较近，即KL2的梁端承受较大的剪力和扭矩，根据规范[1]式6.4.1-1：V/bh0+T/0.8Wt≤0.25Bcfc（公式1）知当梁端剪力和扭矩均较大时宜出现不等式左端较大的情况，程序计算合理。然后我们对L1的梁端约束条件进行分析，经计算KL1线刚度（EI/L，并考虑楼板对梁刚度的贡献）为i1=2.02x1010N*mm2 ，KL2的线刚度为i2=1.45x1010N*mm2 ，L1的线刚度为i=1.40x1010N*mm2 。三者的线刚度比为1.44：1.06：1，工程实际中通常把线刚度比大于3的情况处理为固定端，因此L1两端均为半固定约束。机算程序按照三维有限元，根据各构件的刚度计算出的弯矩、剪力等构件内力，图2与图3的计算结果有较大的差别，若人为地对构件的约束条件进行修改已明显不符合实际的受力模型，在工程设计中存在影响结构正常使用甚至出现安全隐患。
3. 结束语
（1）对于以上情况作者人给出以下处理方案来保证结构设计的合理性和计算結果的准确性：方案一，由公式1知增加梁截面高度是最有效的提高梁剪扭承载力的方法，当建筑室内净高有富余的话首先可以增加梁高，其次可以增大梁截面宽度。方案二，可以减小梁剪力、扭矩设计值，如楼面梁活荷载折减，梁扭矩折减，梁刚度放大，但是减小设计值时应合理选用相关参数并进行详细分析。方案三，可以通过调整结构平面布置，如增设竖向结构构件、改变结构梁的平面位置使结构受力更明确、传力途径更直接。
（2）以上方案可以单独采用或混合使用来解决结构设计中遇到的问题，且不可一味主观地通过“点铰”而不采取任何其它措施来处理梁端约束条件。此外，如果梁端约束按固结处理除了要满足线刚度比外，还需要梁上部纵向钢筋的锚固长度满足要求，二者缺一不可。
参考文献
[1]《混凝土结构设计规范》GB50010-2010.
[2]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）.
[3]《全国民用建筑工程设计技术措施》（混凝土结构）.
[4]《全国民用建筑工程设计技术措施》（结构体系）.
[5]《混凝土结构构造手册》（第四版）.
[6]《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》16G101-1.
[文章编号]1619-2737（2017）06-22-958
【关键词】梁端约束；剪扭验算；极限状态
【Abstract】The constraint conditions of beam end connected structure， beam according to the end support constraints into simply supported and fixed end two， beam end refers to the beam under vertical load allowed to rotate and does not allow the horizontal and vertical displacement， fixed end beam is not allowed nor displacement allow rotation of beam end I encountered in the actual engineering examples， for peer structure design are analyzed and discussed.
【Key words】Beam constraint；Shear Torsion checking；Limit state
1. 前言
（1）在现阶段的结构设计中，常见的主要结构形式有框架结构、剪力墙结构和框-剪结构以及少数的砖混结构，无论在何种结构形式下，结构梁是结构体系中基本的水平受力构件，结构梁从其受力和设计计算分析方面来讲分为次梁、框架梁和连梁。结构梁的基本作用是承受结构板和填充墙以及其他竖向荷载并将其所承受荷载传递给墙、柱等竖向受力构件，从而满足建筑使用功能上的各种要求。此外在抗震设防区，框架梁也是传递水平地震作用，提供结构竖向抗侧力构件相互联系所必须的水平受力构件。次梁两端支撑于框架梁或其它次梁上，框架梁两端支撑于墙、柱上，连梁为平面内连接两片剪力墙且跨高比大于5的梁（其受力形式不同于普通梁，此处不再讨论）。因此，梁的设计除了要准确计算其荷载外，更重要的便是变形协调条件和本构关系。
（2）一般情况下，梁端为剪力墙、柱时按固端计算，因为墙、柱的刚度较梁大的多；而当梁端为其它梁时则需要根据二者的刚度判断为铰支或固定。众所周之，在结构设计中既没有绝对的简支端也不存在绝对的固定端，因为结构构件中不存在刚体。结构工程师为了工程设计的需要把梁端的约束情况假设为简支或固端，虽然能够满足工程实际，但在具体理论分析中仍然存在一些问题，尤其是在目前机算程序普遍采用的条件下，结构工程师单纯地把机算程序“显红”的梁梁端假设为铰接而不采取任何措施，已严重忽略了各结构构件之间的变形协调关系。
（3）【案例】以某工程住宅小区位于7度区，地下一层为车库，地上26层为住宅，结构形式为剪力墙结构，建筑高度为75.8m。抗震等级为三级，其结构平面中梁L1为次梁（图1），该梁跨度为6.5m，梁端支撑于框架梁KL1、KL2上，机算结果（图2）显示KL2截面剪扭验算超限，经设计人员分析后认为该次梁L1在A端可以按简支计算，在计算程序中将A端定义为铰接，经再次计算程序无错误提示后按计算结果（图3）进行结构梁的设计。
2. 在实际工程设计中该种做法比较普遍，但该种做法存在一下几个方面的问题：
（1）实际受力情况下L1对KL2会产生扭矩作用，KL2是否存在配箍筋不足的情况。
（2）L1按铰接计算，在A端上部是否产生裂缝而无法满足结构的正常使用极限状态。
（3）L1是否存在上部鋼筋配筋不足而下部钢筋配筋偏大，此外KL1的配筋按图三计算结果是否正确。
（4）首先我们来分析机算结果的合理性，梁L1在A端支撑于KL2上，承受板LB1和LB2上传来的竖向荷载及其上的墙体荷载，并将其荷载再传给KL2，梁L1的梁端支撑点A距离KL2的梁端较近，即KL2的梁端承受较大的剪力和扭矩，根据规范[1]式6.4.1-1：V/bh0+T/0.8Wt≤0.25Bcfc（公式1）知当梁端剪力和扭矩均较大时宜出现不等式左端较大的情况，程序计算合理。然后我们对L1的梁端约束条件进行分析，经计算KL1线刚度（EI/L，并考虑楼板对梁刚度的贡献）为i1=2.02x1010N*mm2 ，KL2的线刚度为i2=1.45x1010N*mm2 ，L1的线刚度为i=1.40x1010N*mm2 。三者的线刚度比为1.44：1.06：1，工程实际中通常把线刚度比大于3的情况处理为固定端，因此L1两端均为半固定约束。机算程序按照三维有限元，根据各构件的刚度计算出的弯矩、剪力等构件内力，图2与图3的计算结果有较大的差别，若人为地对构件的约束条件进行修改已明显不符合实际的受力模型，在工程设计中存在影响结构正常使用甚至出现安全隐患。
3. 结束语
（1）对于以上情况作者人给出以下处理方案来保证结构设计的合理性和计算結果的准确性：方案一，由公式1知增加梁截面高度是最有效的提高梁剪扭承载力的方法，当建筑室内净高有富余的话首先可以增加梁高，其次可以增大梁截面宽度。方案二，可以减小梁剪力、扭矩设计值，如楼面梁活荷载折减，梁扭矩折减，梁刚度放大，但是减小设计值时应合理选用相关参数并进行详细分析。方案三，可以通过调整结构平面布置，如增设竖向结构构件、改变结构梁的平面位置使结构受力更明确、传力途径更直接。
（2）以上方案可以单独采用或混合使用来解决结构设计中遇到的问题，且不可一味主观地通过“点铰”而不采取任何其它措施来处理梁端约束条件。此外，如果梁端约束按固结处理除了要满足线刚度比外，还需要梁上部纵向钢筋的锚固长度满足要求，二者缺一不可。
参考文献
[1]《混凝土结构设计规范》GB50010-2010.
[2]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）.
[3]《全国民用建筑工程设计技术措施》（混凝土结构）.
[4]《全国民用建筑工程设计技术措施》（结构体系）.
[5]《混凝土结构构造手册》（第四版）.
[6]《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》16G101-1.
[文章编号]1619-2737（2017）06-22-958