高层建筑宽扁梁结构设计的探讨

李嘉

【摘 要】本文以高层建筑宽扁梁结构作为研究对象，从基本概念出发，系统阐述了宽扁梁与普通混凝土梁框架结构的设计异同，最后对高层建筑宽扁梁结构设计的相关要点进行了总结建议。

【关键词】 宽扁梁 结构设计 探讨

前言

随着社会经济的日益进步和人们生活水平的不管提高，越来越多的人对各种建筑的使用要求也日益提高。从结构角度上讲，一般来说，在各项计算指标满足规范要求的前提下，适当减小框架梁的高度不但有利于提高房屋的净高，提升建筑品质，而且还有利于强柱弱梁，强剪弱弯设计目标的实现，有利于提高结构的抗震性能。因此，采用科学合理的设计方法，不断完善高层建筑宽扁梁结构設计就成为当前一项十分有意义的课题。

一、高层建筑宽扁梁布局的概述

在现代高层建筑中，结构总高度受到诸多条件的限制，运用钢筋混凝土宽扁梁结构能够有效地降低层高，从而降低建筑物的总高度，减小由风作用和地震作用，降低抗震措施要求，节约工程投资并降低施工难度。因此在高层建筑中运用宽扁梁结构形式得到工程界的日益重视。由于宽扁梁截面的宽高比较大，梁宽大于柱宽，宽扁梁布局在风荷载和地震作用下，其梁柱节点的受力机理较为复杂，当前尚缺少这类结构形式相对系统有效的设计方法。

二、宽扁梁与一般梁框架布局的比较

1.基底剪力

达到同一侧移时宽扁梁框架布局所需的水平力小于一般梁布局，且宽扁梁框架布局模型的基底剪力小于一般梁框架布局，可见其刚度小于一般梁布局，即宽扁梁布局柔于一般梁布局。

2.梁柱钢筋应力

宽扁梁比一般梁布局更能实现强柱弱梁的破坏形式，因此对于采用强柱弱梁的原则进行结构布置优化时，若一般梁框架布置符合该原则时，则相同刚度下宽扁梁布局亦能符合此原则，即一般梁布局的优化方法适用于宽扁梁布局。

3.裂缝的发生

首层结构的混凝土受拉裂缝宽度比顶层大，由底部剪力法可算出基底剪力为其上部各楼层剪力之和，因此底层出现的剪切破坏最大，顶层损害最小。对一根梁而言，负弯矩端的裂缝位于上方与楼板相连处，且与梁相连的楼板处也会出现开裂，而正弯矩端的裂缝则位于梁截面的下方。

4.楼板钢筋应力

当楼板宽度到达一定数值后，各跨板筋应力趋于陡峭，该宽度范围之外的板钢筋可视作不出现负弯矩，将该处的楼板宽度值视作板面钢筋应力曲线的过渡点，该数值为确定宽度提供了一个重要依据。

5.适用性

宽扁梁结构在某些特定建筑中具有良好的适用性，主要因为宽扁梁的受力特性在很多时候和一般框架梁类似。也就是说，宽扁梁在实际运用中的布置规则基本和普通框架梁是相同的。但在具体工程中宽扁梁受力特点和普通框架梁又有很多的不同。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第6.3.2条规定：采用扁梁的楼、屋盖应现浇，梁中心宜与柱中线重合，扁梁应双向布置。扁梁不宜用于一级框架结构。注意限制在一级框架结构中的使用，对其他抗震等级的框架结构，其他结构体系，如框架-抗震墙结构，框架-核心筒结构，板柱-抗震墙结构中的框架未提及限制要求，有条件应考虑规范的本条或适当控制扁梁截面高度使其不致于“在扁”。

三、高层建筑宽扁梁设计的一般要求

1.宽扁梁的截面要求

宽扁梁和一般梁的区别，主要就是根据宽扁梁的截面尺寸来区分它们。宽扁梁的定义：当bh≥hb时的梁称为宽扁梁。其中bh为梁的截面宽度，hb为梁截面高度。混凝土宽扁梁的梁高宜取计算跨度的l/16-1/22，对于预应力混凝土宽扁梁的梁高宜取计算跨度的l/20-1/25，跨度较大者则取较大值。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第6.3.2条规定：bh≦2bc； bh≦bc+ bh； hb≥16d； bc为柱截面宽度，圆形截面取柱直径的0.8倍，d为柱纵筋直径。同时，宽扁梁的截面高度不宜小于2.5倍板的厚度；宽扁梁的截面宽高比bh/bh 不宜超过3；宽扁梁边框架的边梁宽度不宜大于柱宽（柱垂直于边框方向的截面尺寸）。

2.宽扁梁的刚度调整系数

高层建筑常选用现浇混凝土楼盖系统，在水平荷载效果下，经过框架梁和现浇板的抗弯来束缚柱端的转动。混凝土板可作为扁梁的翼缘增加其截面刚度。在进行框架整体结构分析时，常用的软件是先按照框架梁的矩形截面进行刚度计算，在刚度调整时，设计人员再通过刚度调整系数进行放大（中梁用2.0，边梁用1.5）。这对一般梁而言是相对精确的，但对宽扁梁不宜用一个抽象的1.5或2.O的系数来调整扩大。目前软件如SATWE、PMSAP等能实现对T型梁截面刚度的精确计算，在结构设计时首选按实际T型截面计算梁的刚度，这样更能符合建筑物实际的受力状态。

3.宽扁梁配筋

宽扁梁交叉处双向布置，纵向扁梁在柱上有交联，与柱子构建成一个拓展的基座，钢筋布置合理，宽扁梁就能够使用此拓展的基座，把负载全部转嫁到柱子的截面上，所以宽扁梁节点区域能够视为梁的基座。梁纵向钢筋在支座区域内的锚固与连接都应依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中对普通框架梁的要求，其中柱截面宽度外侧的梁底钢筋的布置，应当贯穿布置或根据受拉钢筋的要求进行锚固。宽扁梁宜有3/4的纵向受力钢筋在柱核心区穿过或锚固。

4.宽扁梁的梁柱节点核心区布局要求

（1）节点核心区水平抗剪箍筋的设置

节点核心区水平抗剪箍筋除了在柱宽范围内要按照规范构造规定和计算结果进行配置，还需要在外部重点区域进行配置。

（2）节点外部重点区抗扭纵筋设置

当双向宽扁梁梁高一样时，需按照计算结果增加相应的抗扭纵筋；当双向宽扁梁的梁高不一样时，可在低宽扁梁外部重点区域底端设置开口向上的开口箍筋，方便底部抗扭纵筋锚固；若仅为单向宽扁梁时，可利用设置在节点核心区的封闭箍筋。

（3）节点核心区外部竖向抗剪拉筋设置

宽扁梁节点核心区外的重点区域内要放置竖向抗剪钢筋，它的作用在于增强抗剪能力，并且能够固定柱宽范围以外的重点区的宽扁梁的纵向钢筋。

5.宽扁梁的裂缝及挠度验算

一般宽扁梁的配筋都相对比较大，由强度控制的梁，如果配筋率较大时，则裂缝和挠度都较难满足。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）6.3.1明确规定：在梁高较小或采用扁梁时，除应验算其承载力和受剪截面要求外，尚应满足刚度和裂缝的有关要求。裂缝宽度的计算按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）的7.1相关规定。钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度可按荷载的准永久组合并考虑长期作用影响的效应计算，预应力混凝土构件的最大裂缝宽度可按荷载的标准组合并考虑长期作用影响的效应计算。挠度计算按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）的7.2相关规定。

四、结语

在结构设计中采用宽扁梁结构，梁的自重增加，刚度较小，对结构侧向刚度的贡献也较小，相应地会加大框架柱或剪力墙的负担，框架柱或剪力墙还有框架梁的配筋也较大，一般情况下，结构设计的经济性较差，但房屋的综合经济指标可能较好，实际是以牺牲结构的经济指标换来房屋的整体经济指标的改善。结构设计工作的主要任务是运用科学的方法，选用既满足建筑使用功能同时又经济合理的结构布置形式，相信诸如宽扁梁之类的结构形式在特定建筑中的运用会越来越成熟。

参考文献4 K0 s& r+ B7 q7 e- x8 T： O' c， p5 i4 T

[1].混凝土结构设计规范（GB50010-2010）

[2].建筑抗震设计规范（GB50011-2010）

[3].高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）

[4].高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析（JGJ3-2010）朱炳寅著