1、程序计算中的几类超筋的分析【摘要】在软件计算中，钢筋混凝土梁的超筋是结构设计中经常出现的，不可避免的现象。本文总结了实际工程中经常出现的几类超筋现象，给出了结构设计软件对于混凝土梁超筋的判断，并探讨了各类超筋现象的主要原因和软件计算超筋的影响因素。 【关键词】超筋; SATWE;配筋率; 中图分类号： U412 文献标识码： A 钢筋混凝土梁设计超筋时出现的问题有: 在受压区边缘纤维应变到达混凝土极限压应变值时，受压区混凝土先被压碎，此时受拉区纵向受力钢筋应力未达到屈服强度，此时梁在没有明显预兆的情况下而突然破坏，属于脆性破坏类型。超筋梁配置了过多的受拉钢筋，造成钢材浪费。综上原因，超筋梁在混
2、凝土结构设计的各类规范中被严格限制采用。 1 超筋在实际工程设计中，大概有以下几种类型：弯矩引起的超筋；剪扭超筋；扭矩引起的超筋；剪力引起的超筋；配筋超规范规定值混凝土受压高度不满足；在水平风荷载或地震作用时，由扭转变形或竖向相对位移引起的超筋。 在实际工程中，经常出现次梁距主梁支座比较近，或者主梁两边次梁错开两种工况，这时很容易引起剪扭超筋。 2 梁超筋在结构软件中的显示 SATWE 软件对于梁超筋现象，有图形文件和文本文件两种输出方式。图形文件显示：SATWE-分析结构图形和文本显示-图形文件输出-混凝土构件配筋及钢构件验算简图中数字显红色时，即为超筋。配筋简图的有关数字说明见图 1。超筋
3、信息的文本输出在“超配筋信息WGCPJ. OUT”文件内。 图 1SATWE 配筋简图示意图 As1、As2、As3 为梁上部(负弯矩)左支座、跨中、右支座的配筋面积(cm2)； Asm1、Asm2、Asm3 表示梁下部(负弯矩)左支座、跨中、右支座的配筋面积(cm2)； Asv 表示梁在 Sb 范围内的箍筋面积(cm2)， 取抗剪箍筋 Asv 与剪扭箍筋 Astv 的大值； Ast 表示梁受扭所需要的纵筋面积(cm2)； Ast1 表示梁受扭所需要周边箍筋的单根钢筋的面积(cm2)。 G，VT 分别为箍筋和剪扭配筋标志。 3 几类超筋的的详细分析 3.1 弯矩超筋、配筋超筋 点击【SATWE
4、/分析结构图形和文本显示】-【图形文件输出/混凝土构件配筋及钢结构验算简图】查看，看到梁上的数字显红色，且跨中或者梁端的 M 显示红色数字 1000，如图 2 所示。弯矩超筋和配筋超筋常出现在两柱之间的框架梁上。影响这两类超筋的主要因素是荷载大、梁截面小或梁跨度过大。处理方式：加大截面。先考虑加大梁高，当梁高受限时，也可考虑加大梁宽。减小梁的荷载，如改变次梁布置等。减小梁的跨度，加柱（慎用） 。 3.2 抗剪超筋 点击【SATWE/分析结构图形和文本显示】-【图形文件输出/混凝土构件配筋及钢结构验算简图】查看，梁上数字显红色，且 G 旁边的数字很大。如图 3 所示。抗剪超筋的主要处理方式：加大
5、梁宽，增加箍筋肢数利用箍筋抗剪。提高混凝土强度等级。 3.3 剪扭超筋 点击【SATWE/分析结构图形和文本显示】-【图形文件输出/混凝土构件配筋及钢结构验算简图】查看，梁上数字显红色，且 VT 旁边的数字比较大，如图 3 所示。 3.3.1 剪扭超筋的主要原因 次梁距离主梁支座很近或主梁两边次梁错开且距离很小与主梁相连时，容易出现剪扭超筋。剪扭超筋的主要原因是扭矩、剪力较大。 混凝土结构设计规范GB50010-2010 第 6.4.1 条规定：在弯矩、剪力和扭矩共同作用下 hw/b 不大于 6 的矩形、T 形、I 形截面和 hw/tw 不大于 6 的箱型截面构件，其截面应符合下列条件： 当
6、hw/b（或 hw/tw）不大于 4 时 当 hw/b（或 hw/tw）等于 6 时 当 hw/b（或 hw/tw）大于 4 但小于 6 时，按线性内插法确定。 3.3.2 剪扭超筋的主要处理方式： 加大主梁的截面 b、h 则 根据(a)(b)(c)三式可以得知成立。 调整结构的刚度与传力。如加大次梁截面，提高次梁的抗弯刚度。次梁刚度越大，主次梁节点上，次梁端弯矩越小，主梁承受的扭矩越小。实际设计中，往往会增加主梁的高度 50100mm 以提高主梁的抗扭刚度，但增加次梁抗弯刚度最有效的措施。 点铰。把刚接的次梁与主梁化成铰接。这种方式往往会造成着次梁梁端开裂，因此尽量少用。当点铰无法避免时，点
7、铰后次梁容易开裂，次梁开裂后斜裂缝间混凝土的斜向压力对次梁纵筋作用较大，因此应注意加密次梁端部的箍筋。实际设计时，还要加大主梁的腰筋和箍筋配置。由于点铰是以混凝土开裂为代价，所以在选择这种方式时要慎重。 而在 PKPM 程序中，当出现剪扭超筋的情况时，首先要在 SATWE 调整页的调整信息查看梁扭矩折减系数。 钢筋混凝土结构楼面梁在实际情况下，受到楼板和次梁的约束作用，其受力性能与无楼板的独立梁差距很大。PKPM 计算中并未考虑到楼盖对梁的扭转约束作用，计算结果往往比实际情况大很多。且 PKPM 中也没有自动搜索判断梁周围楼盖情况的功能。梁扭矩折减一般取值在 0.41.0之间，对于刚性楼板，取
8、 0.4，对于弹性楼板，可以取 1.0。因此 PKPM的调整页面需要设计人员根据实际情况，输入折减系数。 3.4 剪力墙中连梁超筋 连梁是连系两片剪力墙墙肢的关键构件。连梁一般不承受竖向荷载或承受很小的竖向荷载。而在风荷载或者水平地震作用下，由于墙肢相互作用产生的弯矩和剪力较大，连梁会承受极大的弯矩和剪力，从而引起超筋。连梁超筋的处理方法：考虑连梁刚度折减系数。 建筑抗震设计规范GB50011-2010 第 6.2.13-2 条规定：抗震墙连梁刚度可以折减，折减系数不宜小于 0.5 。提高混凝土等级，来提高连梁的受剪承载力。增加连梁的截面宽度。减小连梁的截面高度。采用双连梁。与普通连梁相比，双
9、连梁一方面可以有效的降低连梁内力，另一方面能够设置不同连梁间距，便于建筑物中设备、管线的布设。 4 结语 （1）结构设计中难免会出现超筋的情况。超筋时，应根据工程实际情况，综合考虑各方面参数等调整。 （2）超筋的三种解决方法： 抗即加大截面。加大截面就是增加抗力，增大了砼惯性矩，增加了放置钢筋的空间。一般在建筑要求严格处，如过廊等加大梁宽；建筑要求不严格处，如卫生间等 加大梁高。 放点铰。点铰是对输入的弯矩进行调幅到跨中并释放扭矩。 调力流与刚度。力流与刚度就是通过构件刚度调整来改变输入力流的方向，使力流避开超筋处的构件或减小力流对该构件的输入，将大部分的力流引导到其他构件上，从而达到构件不超
10、筋的目的。 （3）设计时，出现超筋时首先要考虑调整 PKPM 中的调整系数。当系数调整后依旧超筋，则可以考虑上面的抗（加大截面，提高混凝土等级） 、调（加大次梁梁高）或改变结构布置。最后才选择点铰。 参 考 文 献： 1 GB 50011-2010，建筑抗震设计规范S 2 朱丙寅 建筑抗震设计规范应用与分析M 北京: 中国建筑工业出版社，2011 3 中国建筑科学研究院 PKPMCAD 工程部 多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件 SATWE 用户手册Z 2011 4姜学诗 SATWE 结构整体计算时设计参数的合理选取( 十二) J 建筑结构( 技术通讯) ，2011，( 7) : 15 16
