混凝土结构设计中的几点体会

论文提要：井字梁最佳长短跨比宜≤1.5，当大于1.5时，采用井字梁不经济；为使多等跨框架结构设计经济合理，框架端部宜设悬臂梁或减小端跨跨度；框架梁与剪力墙正面垂直相交，且剪力墙对梁的约束能力较弱时，梁支座形式宜为铰接；新规范较老规范而言，提高了混凝土结构的设计可靠度，在材料强度等级不变的情况下会增加材料用量，增加造价，用高强材料替代低强材料，可有效地降低成本。
关键词：井字梁；长短跨比；经济合理；支座形式；高强材料


为了使设计人员在建筑结构设计中更好地贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、经济合理、技术先进和确保质量，本文从实用的角度出发，结合建筑结构具体设计问题谈了一些个人体会，作为技术交流供同行参考，不足之外敬请批评指正。
1、井字梁最佳长短跨比宜≤1.5，当大于1.5时，采用井字梁不经济。
如图所示井字梁，其跨中交点处作用一集中荷载F，长向梁计算跨度L2，短向梁计算跨度L1。


式中： f —受弯梁的跨中挠度
S—与荷载形式、支承条件有关的系数
Lo—梁的计算跨度
B—梁截面长期刚度
Ms—荷载短期效应组合值
F—集中荷载值
由上式可知，刚度相同的井字梁，在集中荷载作用下梁挠度f与梁计算跨度Lo的三次方成正比。
当 L2/L1=1.25时 F1=0.66F F2=0.34F
L2/L1=1.5时 F1=0.77F F2=0.23F
L2/L1=2.0时 F1=0.89F F2=0.11F
由上列数据可以看出，集中荷载作用下的井字梁，当其长短跨比为1.5时，长向梁分担的外力仅为合力的23%，长向梁的存在意义不大，反而加重结构整体自重。井字梁若作用均布荷载，梁的挠度f与梁计算跨度Lo的四次方成正比，上述现象将更为严重，故井字梁最佳长短跨比宜≤1.5。
2、为使多等跨框架结构设计经济合理，框架端部宜设悬臂梁或减小端跨跨度。框架结
构设计时，为了方便施工，多等跨框架梁常被设计成等截面梁。



此时Mo会由于悬臂梁的出现而增大，当悬臂梁外挑0.4L时，左端跨M1、M将与内跨相应位置弯矩接近，右端跨M1、M也会由于梁计算跨度的适当减小而降低，当端跨跨度缩短为0.8L时，端跨M1、M将与内跨相应位置弯矩接近，多跨梁经此调整后，梁截面设计将趋于经济合理。
3、框架梁与剪力墙正面垂直相交，且剪力墙对梁的约束能力较弱时，梁支座形式宜为铰接。
结构计算是结构设计的基础，计算结果是结构设计的依据，设计中选择合适的计算假定、计算简图是得到正确计算结果的关键。当前结构设计程序中往往把与剪力墙相交的框架梁支座看作固定支座，这种假定不是在任何情况下都是正确的。当框架梁与剪力墙正面垂直相交，且剪力墙对梁的约束能力较弱时，很难实现固定支座的假定，此时宜将梁支座形式人为调成铰接支座，否则计算结果将与实际不符。在结构设计中，对与剪力墙相交的框架梁，其支座形式要慎重对待，具体工程应视框架梁与剪力墙的相对刚度及相交位置、方向，正确判断剪力墙对梁的约束能力，近而较为准确地确定框架梁支座形式。
4、新规范较老规范而言，提高了混凝土结构的设计可靠度，在材料强度等级不变的情况下会增加材料用量，增加造价，用高强材料替代低强材料，可有效地降低成本。
混凝土结构中，水平受力构件如梁、板，主要以钢筋的抗力为主，提高钢筋级别效益较好，设计中应优先采用新规范提倡的主导钢筋HRB400（Ⅲ）级钢筋；竖向受力构件如墙、柱，主要以混凝土的抗力为主，提高混凝土等级效益较好，新规范混凝土强度等级较老规范提高很多，并增加了有关高强混凝土的内容。混凝土结构设计中，合理利用材料强度可有效提高经济效益。