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梁刚度放大系数与T型截面配筋

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前段时间,nvslch写了一篇文章《混凝土楼盖按T型截面配筋安全吗?》。我赞同这篇文章的结论,但有所补充。


说到梁的T型截面配筋,我们总是容易与“梁刚度放大系数”搞混。但其实,二者是两个层面的东西。
考虑梁刚度放大系数,是因为我们在结构整体计算时,采用刚性楼板假定或弹性膜假定,忽略了楼板的平面外刚度,但实际上,楼板作为梁的翼缘,对梁刚度的贡献不可忽略,所以我们用梁刚度放大系数来近似考虑楼板的作用。
梁刚度放大系数,主要影响结构的内力和位移,这是结构计算层面的内容。但是否按T型梁配筋,这是构件设计层面的内容。所以说,二者含义不同。但内力一般会影响配筋,当我们考虑了梁刚度放大系数,梁的内力提高,如果按矩形截面配筋,梁的配筋会偏大,不利于“强柱弱梁”的实现。
所以,内力和位移计算时,考虑梁刚度放大系数,构件配筋计算时,考虑T型截面,都是逼近现实的做法,在逻辑上是吻合的。
接下来,我们再往深里看看。
如果我们在整体计算时,已经考虑了楼板的面外刚度,比如楼板为弹性板,那是不是就不用考虑梁的刚度放大系数了?
这个问题要两说。
如果我们不勾选“弹性板与梁协调时考虑梁向下相对偏移”,则梁与板的协调关系其实只是梁的中和轴和板的中和轴对齐,实际是一个十字型截面,而非T型截面,根据平行移轴定理,十字型截面的抗弯刚度远低于T型截面,这种情况下,楼板对梁抗弯刚度贡献非常有限,此时,还是应该考虑梁的刚度放大系数。


image.png

只有楼板为弹性板,同时勾选“梁向下相对偏移”,楼板对梁的刚度贡献才能充分反应,梁的刚度放大系数不用考虑。


但在这种情况下,楼板参与了整体受力,结构刚度提高了,但梁的内力并没有提高,有一部分内力反应在楼板里面。如果梁配筋时,还按照T型截面配筋,个人认为,梁配筋就偏小了。采用矩形截面配筋,反而比较合理。同时,楼板配筋,也应该按照整体分析的内力进行配筋。这在逻辑上也是吻合的。
这么捋下来,梁的刚度放大系数其实会出现三种情况。
第一种,是按《混规》5.2.4条,按楼板翼缘尺寸计算梁的刚度放大系数。


image.png

比如住宅建筑,梁截面200X500,楼板厚度100mm,楼板翼缘尺寸按200 12X100=1400mm,此时计算得到的梁刚度放大系数为2.1。


比如办公建筑,梁截面400X700,楼板厚度100mm,楼板翼缘尺寸按400 12X100=1600mm,此时计算得到的梁刚度放大系数为1.67。
奇怪的是,YJK计算得到的梁刚度放大系数比上述手算结果偏大。
不管怎样,梁刚度放大系数和梁截面、楼板厚度、翼缘尺寸相关,并非定值。
第二种,是梁刚度放大系数参考值。这属于老祖宗的经验,在很多参考书上都有提及。《高规》5.2.2条条文说明也建议,边框梁刚度放大系数取1.5,中框梁取2.0。并给出梁刚度放大系数的范围1.3~2.0。
说明中指出,“当框架梁截面较小而楼板厚度较大或者梁截面较大而楼板较薄时,梁刚度增大系数可能会超出1.5~2.0的范围,因此规定增大系数可取1.3~2.0”。
至于中梁刚度放大系数的上限,为什么要取为2.0,个人认为这是经验做法,无法深究。
当然,软件计算时,除了按《混规》5.2.4条根据翼缘尺寸计算梁刚度放大系数,同时也支持考虑梁刚度放大系数上限。
第三种,是按弹性板 梁向下偏移,其实也可以等效出一个梁刚度放大系数,但具体是多少,恐怕没有人能说清楚。在这种情况下,就无法考虑梁刚度放大系数上限。实际的放大系数很可能超过2.0。
但这样做会更准确吗?未必!因为模型计算是纯弹性的,但真实的钢筋混凝土结构总是存在塑性变形及内力重分布。
说了这么多,不知道大家有没有注意一个问题,梁刚度放大系数的区段和T型截面的区段,其实是不同的。
梁刚度放大系数,是构件层次的定义,软件也不区分梁端还是梁中。而T型截面配筋,是截面层次的定义,软件区分正弯矩和负弯矩区段,T型截面,仅在正弯矩时有效。
这样的话,梁端内力计算时,考虑了刚度放大系数,实际配筋时,又按矩形截面配筋(未考虑楼板钢筋),那梁端配筋岂不是大了吗?不是又和“强柱弱梁”相悖了吗?
确实会有这个问题。但别忘了,我们还有一个梁端弯矩调幅。考虑梁端弯矩调幅,梁端配筋会有所降低。当然,这个措施仅限于竖向荷载,对水平荷载不管用。
多数情况下,考虑了梁刚度放大系数,梁端弯矩会提高,配筋增大,对“强柱弱梁”不利。所以,也有人建议,在刚度满足规范要求的条件下,取更小的梁刚度放大系数,人为降低梁端配筋,这属于比较小众的做法。
当然,如果真的要考虑“强柱弱梁”,我们应该充分考虑楼板与梁变形协调及板内钢筋对梁的承载力贡献,这本身也是一个比较复杂的命题。
最后,还有一点需要提醒,计算梁刚度放大系数考虑的翼缘尺寸和T型截面梁配筋时考虑的翼缘尺寸,竟然是不同的。前者是考虑梁两侧各6倍板厚的范围;而T型截面配筋,根据YJK说明,考虑梁侧3倍板厚范围内的翼缘贡献。当然,这对梁的跨中配筋是偏安全的。



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首次发布时间:2022-05-29
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