结构设计中让人头疼的超筋

3让人头疼的超筋超筋是因为结构或构件位移、相对位移大或变形不协调等。位移有水平位移，竖向1位移A、转角°。新手刚接触结构设计时，一看到软件计算结果显红颜色往往就不知所措,2下面将从多个方面详细讲解超筋。超筋的种类、查看方式及解决方法超筋的种类超筋大致可以分为以下七种情况：1.弯矩超（如梁的弯矩设计值大于梁的极限承载弯矩）2•剪扭超；3•扭超4•剪超；5•配筋超（梁端钢筋配筋率P>2.5%）；6•混凝土受压区高度匚不满足；7.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超筋。超筋的查看方式超筋可以点击【SATWE分析结构图形和文本显示H【图形文件输出混凝土构件配筋及钢构件验算简图】查看，会看到椭圆框内的数字显红色，如图3-1所示：3.1.3超筋的解决方法：抗加大构件的截面，于是截面刚度增大。一般在建筑对梁高要求严格的地方只加大梁宽,其他地方可以加大梁高，也可以提高混凝土强度等级。放点铰，以梁端开裂为代价，不宜多用。点铰把梁端弯矩调幅到跨中，并释放扭矩，强行点铰不符合实际情况，不安全。调通过调整结构布置来改变输入力流的方向，使力流避开超筋处的构件，把部分力流引到其他构件。3.2对“剪扭超筋”的认识及处理“剪扭超筋”常出现的位置当次梁距主梁支座很近或主梁两边次梁错开（距离很小）与主梁相连时容易引起剪扭超筋。3.2.2引起“剪扭超筋”的原因剪扭超筋”一般是扭矩、剪力比较大。《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第6.4.1条（以下简称“混规”）做了如下规定：在弯矩、剪力和扭矩共同作用下，h/b不大于6W的矩形、T形、I形截面和h/t不大于6的箱形截面构件（图6.4.1），其截面应符合下列条WW件：当h/b（或h/t）不大于4时W WW(3-1)当h/b（或h/t）等于4时W WW(3-2)爲十為32必(3-2)当h/b（或h/t）大于4但小于6时，按线性内插法确定。式中：T 扭矩设W WW计值；b——矩形截面的宽度，T形或I形截面取腹板宽度，箱形截面取两侧壁总厚度2t；WW——受扭构件的截面受扭塑性抵抗矩，按本规范第6.4.3条的规定计算；h——截t面的腹板高度：对矩形截面，取有效高度h°；对T形截面，取有效高度减去翼缘高度；对I形和箱形截面，取腹板净高；t——箱形截面壁厚，其值不应小于bh/7，h此处，b,为箱形截面的宽度。h注：当h/b大于6或h/t大于6时，受扭构件的截面尺寸要求及扭曲截面承载力计算应符合专W WW门规定。3.2.3“剪扭超筋”的查看方式“剪扭超筋”可以点击【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构件验算简图】查看，会看到椭圆框内的数字显红色，且V旁的数字比较大，如图3-2所示：

匚oIcoi-4-/.'11-0.77-9-5匚oIcoi-4-/.'11-0.77-9-5图3-2“剪扭超筋”示意图3.2.4“剪扭超筋”的解决方法：抗加大主梁的截面，提高其抗扭刚度，也可以提高主梁混凝土强度等级。2.调加大次梁截面，提高次梁抗弯刚度，这时主次梁节点更趋近于铰接，次梁梁端弯矩变小，于是传给主梁的扭矩减小。从原理上讲，把主梁截面变小，同时又增加次梁抗弯刚度会，更接近铰，但是从概念上讲，减小主梁的截面，未必可取，因为减小主梁截面的同时，扭抗能力也变差了，在实际设计中，往往把这两种思路结合，在增加次梁抗弯刚度的同时，量适增加主梁的抗扭刚度，主梁高度可增加50〜100mm,但增加次梁抗弯刚度更有效。3.点铰以开裂为代价，尽量少用，且一般不把在同一直线上共用一个节点的2根次梁都点铰。但在设计时，有时点铰无法避免，此时次梁面筋要构造设置，支座钢筋不能小于底筋的1/4，次梁端部要箍筋加密，以抵抗次梁开裂后，斜裂缝间混凝土斜在次梁纵筋上的挤压，主梁筋腰筋可放大20%〜50%，并按抗扭设计，主梁箍筋直径放大一级或把主梁箍筋适量加密。PKPM程序处理考虑楼板约束的有利作用，次梁所引起的弯矩有很大一些部分由楼板来承受。一般考虑楼板对主梁的约束作用后，梁的抗扭刚度加大，但程序没有考虑这些有利因素，于是梁矩扭要乘以一个折减系数，折减系数一般在0.4〜1.0之间，刚性楼板可以填0.4，弹性楼板填1.0。若有的梁需要折减，有的梁不需要折减时，可以分别设定梁的扭矩折减系数计算两次。雨篷弧梁等构件由于楼板对其约束作用较弱，一般不考虑梁扭矩折减系数。改变结构布置。当梁两边板荷载差异大时，可加小次梁分隔受荷面积，减小梁受到的扭矩。也可以用宽扁梁，比如截面为300X1000mm的宽扁梁，使得次梁落在宽扁梁上，但尽量不要这样布置，影响建筑美观。3.2.5小结在设计时，先考虑PKPM中的扭矩折减系数，如果还超筋，采用上面的抗、调两种方法，或者调整结构布置，最后才选择点铰。当次梁离框架柱比较近时，其他办法有时候很难满足，因为主梁受到剪力大，扭矩大，此时点铰接更简单。无论采用哪种方法，次梁面筋要构造设置，支座钢筋不能小于底筋的1/4，次梁端部要箍筋加密，以抵抗次梁开裂后斜裂缝间混凝土斜在次梁纵筋上的挤压，主梁腰筋可放大20%~50%，并按抗扭设计，主梁箍筋直径放大一级或把主梁箍筋适量加密。3.3对“剪压比超筋”的处理当剪压比超限时，可以加大截面或提高混凝土强度等级。3.4对“配筋超筋、弯矩超筋”的认识及处理3.4.1“配筋超筋、弯矩超筋”常出现的位置常出现在两柱之间框架梁上。“配筋超筋、弯矩超筋”的查看方式“配筋超筋、弯矩超筋”可以点击【SATWE分析结构图形和文本显示尸【图形文件输出/混凝土构件配筋及钢构件验算简图】查看，会看到椭圆框内的数字显红色，且跨中或梁端M显示红色数字1000，如图3-3所示：图3-3图3-3“配筋超筋、弯矩超筋”示意图生—7匸引起“配筋超筋、弯矩超筋”的原因荷载大、梁截面小或跨度大。“配筋超筋、弯矩超筋”的解决方法加大截面，一般加梁高。梁的抗弯刚度EI中I=bh3/i2,加梁高后端弯矩M比加梁宽后梁端弯矩M更小。有些地方梁高受限时，只能加大梁宽。把一些梁不搭在超筋的框架梁上，减小梁上的荷载。加柱，减小梁的跨度，但一般不用。注：如果有几个标准层同一位置都要采取相同的操作，可以点击【层编辑/层间编辑】来完成操作。3.5对“抗剪超筋”的认识及处理“抗剪超筋”的查看方式“抗剪超筋”可以点击EATWE分析结构图形和文本显示】T【图形文件输出/混凝土构件配筋及钢构件验算简图】查看，会看到椭圆框内的数字显红色，且G旁边的数字很大，如图3-4所示：图3-4“抗剪超筋”示意图3.5.2“抗剪超筋”的解决方法一般选择提高混凝土强度等级或加大梁宽。加大梁宽而不加大梁高是因为加梁宽，可增加箍筋肢数，可利用箍筋抗剪。3.6对“结构布置引起的超筋”的认识及处理“结构布置引起的超筋”的原因当结构扭转变形大时，转角。也大，于是弯矩M大，导致超筋，如图3-5所示：图3-5结构扭转变形过大引起超筋图3-5结构扭转变形过大引起超筋示意图2•结构竖向相对位移A大，于是剪力墙或连梁弯矩M大，导致超筋。在水平力作用下,F1.H=F2.D,D为抗倾覆力臂。如图2-16所示。“结构布置引起的超筋”的解决方法首先找到超筋的位置，再调整结构布置，加大结构外围刚度，减小结构内部刚度，小减结构扭转变形。3.7对“剪力墙中连梁超筋”的认识及处理3.7.1引起“剪力墙中连梁超筋”的原因剪力墙在水平力作用下会发生错动，墙稍有变形的情况下，连梁端部会产生转角，连梁会承担极大的弯矩和剪力，从而引起超筋。“剪力墙中连梁超筋”的解决方法1.降低连梁刚度,减少地震作用（1）减小梁高，以柔克刚。如果仍然超筋，说明该连梁两侧的墙肢过强或者是吸收的地震力过大，此时，想通过调整截面使计算结果不筋是困难且没必要的。一般由于门窗高度的限制，梁高减小的余地已不大，减小梁高，抗剪承载力可能比内力减少得更多。（2）容许连梁开裂,对连梁进行刚度折减。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.2.13-2条（以下简称“抗规”）规定：抗震墙连梁的刚度可折减，折减系数不宜小于0.50。（3）把洞口加宽,增加梁长，把连梁跨高比控制在2.5以上，因为跨高比2.5时，抗剪承载能力比跨高比＜2.5时大很多。梁长增加后，刚度变小，地震作用时连梁的内力也减小了。（4）采用双连梁。假设连梁截面为200X1000mm,可以在梁高中间位置设一道50mm的缝，设缝能有效降低连梁抗弯刚度，减小地震作用。提高连梁抗剪承载力（1） 提高混凝土强度等级。（2） 增加连梁的截面宽度,增加连梁的截面宽度后抗剪承载力的提高大于地震作用增的加,而增加梁高后地震作用的增加会大于抗剪承载力的提高。3.8对“转换梁及转换层上一层剪力墙、连梁超筋”的认识及处理转换梁抗剪超筋1.超筋原因外部原因：荷载太大,竖向荷载、地震荷载引起梁斜截面超剪、结构刚度局部偏小。内部原因：壳单元与杆单元的位移协调带来应力集中、单元相对很短,造成刚度偏大内力较大、单元划分不合理。解决方法用多个不同模型的软件复核，如：PMSAP、FEQ等。加截面，提高强度等。转