附加彎剪構(gòu)件在大跨度混凝土結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/張海峰 青海創(chuàng)鑫工程咨詢股份有限公司 青海西寧 810000

某地區(qū)一大學(xué)建立兩單體教學(xué)樓，在教學(xué)樓端部位置設(shè)置連廊進(jìn)行教學(xué)樓連接，建筑層高為4層，教學(xué)樓中間梁凈跨距離為30.800m，建筑總長度為34.8m，連廊底層不進(jìn)行立柱設(shè)置，將其作為消防通道，所以凈高度需要控制在4.2m左右。從施工進(jìn)度、施工質(zhì)量、對學(xué)校影響的角度進(jìn)行考慮，建設(shè)單位要求建筑結(jié)構(gòu)為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但是施工存在一定難度，又對美觀度有所要求，所以，建設(shè)單位允許在施工中使用帶斜桿的桁架混凝土結(jié)構(gòu)。

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析

由于此案例工程建筑之間的跨度較大，使用普通鋼筋混凝土梁作為建筑主體結(jié)構(gòu)，無論從強(qiáng)度還是撓度都無法達(dá)到質(zhì)量要求以及建筑標(biāo)準(zhǔn)，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中將附加彎剪構(gòu)件使用到多層梁之間，降低梁產(chǎn)生的彎矩峰值，從而改變建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況，這種方式降低了施工難度，也使施工工藝具體可操作性，所以，最終確定采用綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，將附加彎剪構(gòu)件加入到混凝土結(jié)構(gòu)中進(jìn)行施工[1]。

按照預(yù)期設(shè)定，連梁的框架梁應(yīng)與兩側(cè)建筑主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛性連接，使其三者成為一體，這樣能夠保障連廊的穩(wěn)定性，但是這種設(shè)想會(huì)使建筑與連廊最后呈現(xiàn)出U型，這種不規(guī)則的布局，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力的分布更加復(fù)雜。通過有限元對內(nèi)力進(jìn)行分析與對比，施工過程中利用抗震縫將連廊與建筑之間脫開，這種方式會(huì)使整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力更加穩(wěn)定，但必須將連廊設(shè)計(jì)成為雙向單跨框架，這樣會(huì)影響連廊的抗震效果。

2、附加彎剪構(gòu)件應(yīng)用方案分析

一是，布置彎剪桿。彎剪桿是附加彎剪構(gòu)件梁體系中的重要組成部分，其主要作用是進(jìn)行梁彎矩調(diào)節(jié)，降低結(jié)構(gòu)的正負(fù)彎矩峰值，從而保持彎矩處于平衡狀態(tài)。在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系中，彎剪桿會(huì)承擔(dān)結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的剪力與彎矩，通過對其位置、彎剪桿數(shù)量以及剛度的調(diào)整進(jìn)行幅度的控制與調(diào)節(jié)[2]。從理論上來講，在實(shí)際應(yīng)用中，將彎剪桿放置在梁最大轉(zhuǎn)角位置上，可以使彎矩處于最大，但是案例工程中結(jié)構(gòu)的跨度過大，需要在兩端分別設(shè)置彎剪桿，將兩根彎剪桿共同的水平距離中心點(diǎn)設(shè)置在梁最大轉(zhuǎn)角的相近位置上，可以通過調(diào)整彎剪桿位置進(jìn)行截面尺寸計(jì)算，通過計(jì)算結(jié)果分析不同位置建筑的功能情況以及穩(wěn)定性，這樣可以將彎剪桿設(shè)置在合理的位置上，并確定最終彎剪桿的布置數(shù)量。

二是，確定附件彎剪構(gòu)件截面尺寸。由于彎剪桿會(huì)承受結(jié)構(gòu)順梁縱向方向上產(chǎn)生的剪力與彎矩，所以將其設(shè)置為寬扁形狀，安置在相對理想的位置上，尺寸規(guī)格為500mm＊1200mm，如果梁中間的跨度處于1/10-1/18范圍內(nèi)，尺寸規(guī)格應(yīng)確定為600mm＊850mm。

三是，計(jì)算。建筑的設(shè)防烈度為7度，當(dāng)基本風(fēng)壓處于0.45kN/m2時(shí)，建筑的場地類別為二類，抗震等級為三級。利用SAP2000進(jìn)行模型制作與計(jì)算，建筑首先會(huì)出現(xiàn)裂縫的位置在梁端；結(jié)構(gòu)首先發(fā)生破壞是當(dāng)梁彎矩處于峰值，以此為依據(jù)進(jìn)行順序破壞后，計(jì)算結(jié)果仍然相符，從而可以看出計(jì)算結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)性。利用其它軟件進(jìn)行力學(xué)模型構(gòu)建，附加彎剪構(gòu)件應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)中，其內(nèi)力受力情況明顯有所上升，而且峰值并不單一的，出現(xiàn)了多個(gè)峰值點(diǎn)，增加實(shí)現(xiàn)大跨度建筑穩(wěn)定性的可能性[3]。

四是，附加彎剪構(gòu)件在應(yīng)用過程中的加強(qiáng)措施。其中，在抗震設(shè)計(jì)上，由于結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性十分明顯，而且結(jié)構(gòu)跨度相對較大，對于這種類型建筑我國施工經(jīng)驗(yàn)相對較少，所以為了保障建筑具有良好的抗震性能，在地震作用計(jì)算過程中應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾铀俣?，例如增?.15kg，可以有效的提升建筑的抗震等級。在建筑的撓度加強(qiáng)上，可以通過增加樓板厚度的方式、增加混凝土強(qiáng)度的方式、增加梁縱向方向配筋率的方式提升梁的剛度，并通過計(jì)算必須保障撓度滿足建筑的基本需求。在柱梁的強(qiáng)弱設(shè)計(jì)上，在此工程項(xiàng)目中，連廊兩端混凝土的抗彎能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于建筑水平方向的抗彎能力，這種情況極易在現(xiàn)實(shí)情況中實(shí)現(xiàn)，如果在梁相與剪彎桿之間有相交節(jié)點(diǎn)存在，那么在梁柱的設(shè)計(jì)上應(yīng)遵循強(qiáng)柱弱梁的原則，根據(jù)我國相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中的規(guī)定進(jìn)行梁彎矩值計(jì)算，并始終控制其為上下總彎矩之和的1.2倍，如果無法利用軟件進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)由人工進(jìn)行復(fù)核。在抗傾覆設(shè)計(jì)上，由于此次工程整體結(jié)構(gòu)從橫向上來看尺度相對較小，所以抗傾覆設(shè)計(jì)極為重要，設(shè)計(jì)過程要進(jìn)行計(jì)算，在基底位置上不能出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)，并通過基礎(chǔ)的加強(qiáng)，提升結(jié)構(gòu)整體的抗傾覆能力。

總而言之，在此案例工程中應(yīng)用附加彎剪構(gòu)件后，應(yīng)用計(jì)算軟件進(jìn)行試驗(yàn)檢測，從測試的結(jié)果可以看出：建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力在增加彎剪桿后其出現(xiàn)了更多的峰值點(diǎn)，可以有效的降低結(jié)構(gòu)框架梁的內(nèi)力幅值，從而實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)大跨度建設(shè)的需要；而且從結(jié)構(gòu)整體受力情況來看，兩個(gè)邊跨位置各層梁的兩端，其受力峰值完全達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，因此，在大跨度混凝土結(jié)構(gòu)中建議應(yīng)用附加彎剪構(gòu)件。

結(jié)語：

總而言之，大跨度建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)需要附加彎剪構(gòu)件的幫助，合理的進(jìn)行彎矩值調(diào)節(jié)，提升建筑結(jié)構(gòu)的能力與穩(wěn)定性。因此，附加彎剪構(gòu)件在大跨度混凝土結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，必須保障科學(xué)、準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)中要通過合理的計(jì)算，進(jìn)行構(gòu)件布置與數(shù)量確定，并反復(fù)做好分析，采取加強(qiáng)措施，提升施工效果。而在應(yīng)用過程中，要從結(jié)構(gòu)的整體布局出發(fā)，必須有附加彎剪構(gòu)件施工的專項(xiàng)施工方法，并按照合理的順序進(jìn)行拆模，拆模時(shí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度必須達(dá)到100%，拆模順序?yàn)閺捻數(shù)降住：侠淼脑O(shè)計(jì)與應(yīng)用才能發(fā)揮出附加彎剪構(gòu)件的作用與價(jià)值。