浅谈次梁铰接在工程中的应用

王建宁　贺晓晖

【摘要】结构设计中经常会遇到梁端铰接还是固结的问题，时常困惑着结构设计人员，本文针对次梁铰接或固结问题做一些阐述，仅供设计参考。

【关键词】：结构设计 铰接 刚接 主梁次梁

0前言

随着经济的快速发展，各个行业普遍加快节奏，为了适应这种快速变化的形势，建筑领域的结构设计也进行了一些革新，现在不仅仅只有pkpm设计软件，迈达斯、盈建科等结构设计软件也应运而生。 一个好的结构设计关系到建筑的质量，关系到业主的切身利益，在建筑设计过程中有着举足轻重的作用。因此，结构设计工作者在追求快节奏的同时，要力求科学 、联系实际 、做到精益求精，对设计中容易忽略的地方和存在争议的地方进行认真钻研和学习，下文针对目前 PKPM 结构设计中如何确定铰接梁的问题做如下探讨。

1刚接和铰接在结构设计中的应用

在结构设计过程中梁和周边构件的约束通常会有以下几种形式：

（1）主梁直接支撑在框架柱或者主梁平行支撑在剪力墙上；（2）主梁垂直支撑在剪力墙上；（3）次梁（低一级次梁）支撑于主梁（高一级次梁）上；（4）井字梁。对于（1）在框架结构中框架柱截面比较大 ， 一般可以满足框架梁支座负弯矩钢筋的锚固要求 ； 在框剪或者剪力墙结构中，当主梁平行支撑在剪力墙上时 ，主梁也可以满足负弯矩钢筋的锚固要求。 因此，在这种情况下主梁与竖向构件属于刚接，不需要点铰；对于（2），当剪力墙比较厚，剪力墙的厚度可以满足主梁负弯矩筋的锚固要求，则主梁与竖向构件的连接属于刚接；当剪力墙比较薄梁为单跨布置时，剪力墙的厚度不能满足主梁负弯矩筋的锚固要求，则主梁与竖向构件的连接可以认为属于铰接，在 PKPM 結构设计时可以点铰；当梁为多跨连续布置时，不存在锚固长度的问题，可以认为是刚接。对于（1）和（2）两种情况在结构设计中已经基本达成共识，不存在争议，然而对（3）和（4）两种情况下次梁在pkpm中点铰接与否不同工程师有不同的观点，存在争议，现主要针对后两种情况下次梁铰接还是刚接问题进行讨论。

结构构件之间的连接关系最常用的有固接端、铰接端、自由端三种方式。就钢筋混凝土框架边梁与框架次梁的连接而言，只涉及固接连接或铰接连接两种方式。刚接和铰接都是理想中的概念。刚接是指能传递竖向力和水平力，又能传递弯矩的构件相互连接方式，而铰接是指能传递竖向力和水平力而不能传递弯矩的构件相互连接方式。然而现实中梁的连接方式通常是介于两者之间的，一般情况下，能承受弯矩大连接方式就称为刚性，而受力过程中承受较小弯矩时就偏向于形成铰接。在柔性设计中，即使刚接的节点在地震力的作用下也会考虑钢筋屈服而形成“塑性铰”变成铰接节点，也就是原本的框架梁会变成类似简支梁，从而消耗地震力产生的破坏效果。在结构设计时，还要根据工程的实际情况在次梁的支座处增设负弯矩筋，同时也要满足最小配筋率的要求 。 但并不是增设的负弯矩筋越大越好，因为次梁的负弯矩，亦就是次梁传递给主梁的扭矩 ， 如果次梁的负弯矩筋配大了，那么在次梁还没有破坏的情况下，主梁有可能被扭转破坏 。 一般情况下，经过铰接处理的次梁按照最小配筋率配置负弯矩筋基本能满足要求，个别特殊的次梁，比如次梁与主梁的连接介于铰接和刚接之间、即半刚接，那么次梁的负弯矩筋需要适当加大。

由于实际上钢筋砼框架边梁和框架次梁之间既不属于理想的固接连接关系也不属于理想的铰接连接方式，因为在实际使用过程中钢筋砼框架边梁和框架次梁的连接位置允许次梁适当开裂并形成塑形铰，以减少次梁对框架边梁的弯矩传递，工程中钢筋砼框架边梁和框架次梁的实际工作状态往往介于固接连接和铰接连接之间。对结构设计专业来讲需要合理选择一种连接方式并通过经济有效的构造加强措施来满足结构实际使用功能要求。

2 pkpm中刚接和铰接的比较

在结构设计中，不同的模型会出现不同的计算结果，次梁点铰接与否同样对计算结果有影响，现基于模型中对点铰接与否的合理性进行讨论；

首先如果次梁不点铰接， 结构建模非常方便，不需要过多的人为干预，能够有效传递次梁的弯矩使钢筋砼框架边梁受扭，交接点次梁顶的裂缝控制比较好；但是不能有效反映梁开裂后，内力重分布的情况。需要通过“特殊构件补充定义” 将其 改为“调幅梁”，且梁端弯矩调幅系数的取值随意性大。 若不采用调幅系数，则框架次梁第一跨跨中底部钢筋以及第二支座负筋可能存在配筋不足的现象，特别是框架次梁边跨的跨度以及荷载均为比较大的状态；另外根据国家标准图集 11G101-1中的规定对非框架梁，当端跨采用刚性连接时，端跨次梁顶的水平段锚固长度不应小于 0. 6lab （ 基本锚固长度） ； 对非框架梁当端跨采用铰结连接时，端跨次梁顶的水平段锚固长度不应小于0. 35lab 。对于一般的混凝土钢 筋，砼框架边梁而言，框架梁的宽度要满足刚性连接 0. 6lab 的水平段锚固长度要求非常困难，而采用铰接连接的方式梁的水平段锚固长 度相对容易做到。

其次，若次梁点铰接，次梁对整体结构刚度贡献很微弱，SATWE对次梁点铰后，并不是忽略了次梁的刚度贡献，只是控制支座的约束条件，释放掉不利弯矩，释放弯矩的实现，是通过降低其抵抗弯矩的能力—配筋，但其自身的截面的截面抵抗矩仍会影响弯矩的释放，因此，不能认为点铰处理后，就不对此类边梁进行抗扭构造措施。另外，[2]中根据美国 ACI 规范和欧洲国际混凝土CEB 模式规范提出的零刚度设计法非常明确对钢筋砼框架边梁与框架次梁的节点采用铰接连接的设计方法：即钢筋混凝土超静定结构受弯、剪、扭共同作用的构件，设计时取支承梁 （ 如钢筋砼框架边梁） 的扭转刚度为零，即取扭矩为零。不考虑相邻构件（如框架次梁）传来的受扭作用进行内力分析， 仅按开裂扭矩配置受扭所需构造钢筋的设计方法，称为零刚度设计法。该设计方法较为简便，但在构造上必须配置相当于构件受纯扭时开裂扭矩所需要的受扭钢筋。

3 结语

综上，钢筋砼框架边梁与框架次梁的节点 ，个人建议采用铰接连接的方式，便于保证梁梁交接处框架次梁顶钢筋的水平段锚固长度的要求； 同时铰接连接也比较符合梁开裂以后，框架次梁和钢筋砼框架边梁发生内力重分布后结构的真实受力状态，保证结构的安全。对于钢筋砼框架边梁的抗扭纵筋和箍筋，以及框架次梁的端跨支座负筋应通过构造要求来保证结构构件的使用，当然，由于结构设计中往往遇到不同情况的次梁和主梁的搭接问题，有时候结构设计师还应该根据实际情况考虑是否点铰接，尽量使结构模型和实际结构相符合。

参考文献：

[1] GB 50010 - 2010，混凝土结构设计规范 . 北京：中国 建筑工业出版社，2010.

[2] 张瑞松 钢筋砼框架边梁与次梁连接的计算简化问题

[3] JCCAD用户手册及技术条件. 北京：中国建筑科学研究院，2011.