结构设计初学者常见问题讲座-铰接、固结

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1、初学者在结构设计中的常见问题初学者在结构设计中的常见问题 一、 关于 SATWE 梁端铰接 一、 关于 SATWE 梁端铰接 1、1、 次梁与主梁的铰接 次梁与主梁的铰接 （1 1） 、做个实验，次梁都按主梁输入，一个次梁点铰，） 、做个实验，次梁都按主梁输入，一个次梁点铰，一个次梁不点铰，一个取消次梁。一个次梁不点铰，一个取消次梁。 图一（不点铰接） 图一（不点铰接） 图 2（点铰接） 图 2（点铰接） 图 3（取消次梁） 图 3（取消次梁） 图图 1 1、图、图 2 2 说明按主梁输入的次梁在点铰后，会影响侧说明按主梁输入的次梁在点铰后，会影响侧向刚度计算，但很微弱。向刚度计算，但很微弱。

2、 图图3 3说 明 ， 次 梁 对 整 体 侧 向 刚 度 的 贡 献 ：说 明 ， 次 梁 对 整 体 侧 向 刚 度 的 贡 献 ：14938/14590=1.023914938/14590=1.0239。仅仅。仅仅 2.39%2.39%，不会超过，不会超过 5%5%。 图 4（不点铰接） 图 4（不点铰接） 图 5（点铰接） 图 5（点铰接） 图图 4 4、图、图 5 5 的周期继续说明次梁的刚度共享微弱，点铰的周期继续说明次梁的刚度共享微弱，点铰不点铰对整体结构的计算都并没有影响不点铰对整体结构的计算都并没有影响 图 6（不点铰接） 图 6（不点铰接） 图 7（点铰接） 图 7（点铰接

3、） 图 8（取消次梁） 图 8（取消次梁） 图图 6 6、图、图 7 7、图、图 9 9 继续反应次梁的作用对地震力作用下继续反应次梁的作用对地震力作用下的基底剪力的贡献很微弱，说明次梁不管是用主梁输入还是的基底剪力的贡献很微弱，说明次梁不管是用主梁输入还是用次梁来输入，对整体结构的影响微弱。基底剪力反应结构用次梁来输入，对整体结构的影响微弱。基底剪力反应结构的刚度的刚度 图 9（不点铰接） 图 9（不点铰接） 图 10（点铰接） 图 10（点铰接） 结论结论 1 1：次梁点铰，不影响整体结构：次梁点铰，不影响整体结构 结论结论 2 2：次梁对整体结构刚度贡献很微弱：次梁对整体结构刚度贡献很微

4、弱 结论结论 3 3：SATWESATWE 对次梁点铰后，并不是忽略了次梁的刚对次梁点铰后，并不是忽略了次梁的刚度共享。度共享。 （以上说明次梁，（以上说明次梁，可可以点铰，对整体影响不以点铰，对整体影响不大大，但，但注意注意也也不不能乱能乱点，以点，以致致结构结构形成机形成机构）构） （2 2） 、次梁点铰的实） 、次梁点铰的实质质 首先要认清我们为什么要铰接处理？ 不不要认为要认为是铰接，是铰接，其其实实质质是在是在受受力过力过程程中中控制约束条控制约束条件件，释放弯矩释放弯矩。 图 11（不点铰） 图 11（不点铰） 图 12（端部点铰） 图 12（端部点铰） 图图 1111、图、图 1

5、212 说明说明释放掉释放掉次梁端次梁端部部的的弯矩弯矩，转移到转移到次梁次梁底底部弯矩部弯矩。 （次梁端。 （次梁端弯矩也弯矩也是按刚度是按刚度分配分配，应，应根据根据实实际情况际情况，考虑考虑是是否否点铰点铰释放弯矩释放弯矩） 那么很多朋友就会问了，这不是与实际真实受力情况不同了吗？ 在实际工程中，混凝土都是整体现浇的，也就是说，所有的连接都是刚性连接。 但在结构中，所有构件的受力都是按刚度分配，次梁梁端点铰后，仍然有刚度存在，也就会分配到力。那次梁点铰还有意义吗？看下图解释： 图 13 图 13 图 14 图 14 图图 1313、图、图 1414 说明，说明，边框架边框架梁梁除除了剪力

6、了剪力突变突变，还，还产生产生了了T=19T=19 的的扭矩扭矩。 剪力剪力突变无法避免突变无法避免，但，但扭矩可扭矩可以以释放掉释放掉，从而使得框架从而使得框架梁的梁的受受力力变得稍变得稍微微简单简单明明确确一点。一点。 结论结论 4 4：控制支座控制支座的的约束条件约束条件，释放掉释放掉不不利弯矩利弯矩。 结论结论 5 5：不：不要老想成要老想成铰接与实铰接与实际际不不符符，我们我们应应承认承认，它它最最初的初的连连接接仍然仍然是刚接，是刚接，我们我们仅仅是仅仅是释放掉支座释放掉支座的的弯矩约弯矩约束束。 结论结论 6 6：释放弯矩释放弯矩的实的实现现，是，是通通过过降低其抵抗弯矩能降低其

7、抵抗弯矩能力力的的约束配筋约束配筋。 但但其自身其自身的的截面截面的的截面抵抗矩仍截面抵抗矩仍会影响会影响弯矩弯矩的的释放释放，因因此此，不，不能认为能认为点铰点铰处理处理后，后，就就不对不对此类边此类边梁梁进行进行抗扭抗扭构构造措造措施施。 结论结论 7 7：受弯受弯构构件件在在集集中中荷载荷载中用下，影响中用下，影响其抗其抗剪剪承承载载力的主力的主要因要因素素是剪是剪跨比跨比。 （3 3） 、） 、控制配筋控制配筋是是如何如何实实现释放弯矩现释放弯矩的的？ 次梁点铰，只是对内力分布作了一个人为的计算假定，然而这个计算假定是可以通过配筋来改变内力的分布，从而实现的。 其真实的受力情况，是根据

8、相对刚度进行分配决定的，意思就是，这根次梁与边梁仍然是刚接状态，因此，在最初的力的传递过程中， 边梁仍然会受扭。 但在我们铰接处理后，梁端上部配筋只需要满足构造要求。那么就会使得上部配筋不足，不能满足抗力要求，从而让这根次梁在内力分配时没有有效的钢筋进行抵抗，所以这个次梁就会在梁端开裂。一旦开裂，就立马会卸载，并且允许为可以转动，从而使得边梁与次梁之间的约束解除刚接效果，释放掉弯矩。那么也就达到我们的设计目的了。然而此时，下部的正弯矩钢筋，却还是有效的连接，所以这就是铰接。 通过上述内容，可以明白，我们对 SATWE 计算结果的判断，与人为的进行配筋设计，是可以看到力的传递途径的，同时也可以通

9、过配筋改变力的传递途径。那么对于初学者在设计时，就最好不要用 PKPM 出施工图自动配筋了，应当自己配筋设计，从而熟悉这个过程。 结论结论 8 8：配筋配筋并不是并不是越越大大越好越好，应与，应与自自己己的设计的设计思路吻思路吻合合。 2 2、与剪力、与剪力墙平墙平面面外相外相连连的梁铰接的梁铰接 同样的道理，搭接在剪力墙平面外的梁也应该采用铰接处理。 这是因为剪力墙在平面内的刚度非常大，远远大于其平面外的刚度，因此，剪力墙平面外的刚度可以忽略不记，我们计算时也是不考虑剪力墙平面外的刚度的，所以设计时才要求尽量不要出现一字墙。那么如果一根梁搭接在剪力墙的平面外，不就是让其平面外受弯了吗？而且，

10、墙的面外刚度小，约束就小，梁端负弯矩自然就小。所以，才需要在这种情况点铰处理。 此此时时， 就就是是首先首先要要优先优先考虑考虑竖竖向构向构件件的的安全安全。 参看高规参看高规7.1.77.1.7 条条： 该该条条条条文文说明：说明： 3 3、板板计算计算时时的铰接的铰接 对于板计算时是按铰接还是按固端计算？ 板的设计，一般采用弹性算法，虽然很多书谈到（特别是北京地区）楼板的富余量很大，应当采用塑性算法，进而挖掘楼板的潜力，并且以塑性算法可以节约 20%30%的钢筋用量。但是如果你要考虑混凝土构件塑性内力重分布，那么就要注意计算时你这块板是连续板，因为只有连续板才有塑性算法。塑性算法主要是可以

11、节约连续板的支座处负筋，因为它是允许混凝土开裂后进行内力重分布。此外，按有限元壳单元对楼板进行计算分析，发现，楼板应该是与梁协同变形的，因此，楼板在梁边支座处的负弯矩也不应有这么大，因为梁是有梁是有支座支座沉沉降降的，一的，一旦旦有有沉沉降就降就会会进行卸载进行卸载，故，在对楼板的设计时，也可采用塑性算法。 板板的的约束条件约束条件，是，是这样区这样区分分的。的。首先要正确认识能够提供给板约束的是相邻的板，而不是梁，当然如果梁的相对刚度很大，也有可能作为板的支座，这个也是由相对刚度决定的。 因此，对于边梁，错层板一般都视为铰支座。所以，计算时，需要采用铰接计算，才能把底部正弯矩钢筋算足。同时也

12、应注意避免边梁受到楼板弯曲变形的影响，从而使得边梁因变形协调而受扭。 总总结：结： 对于铰接，其实质是控制支座的约束条件，通过使其达不到抗力要求而开裂卸载，保证重要构件的安全。同时，通过上述实验，次梁的对整体刚度的贡献非常微弱。对于框架结构中，有效抗侧力结构是由框架梁、框架柱组成。而框架结构中的次梁是楼板的组成部分，承受竖向荷载并传递给框架梁，有抗震设计与无抗震设计一样可不考虑延性，次梁箍筋按剪力确定，构造按非抗震时梁的要求，没有 135弯钩及 10 倍直径直线段的要求，次梁跨中上铁可设架立筋。所以次梁不参与抗震设计。 值得注意的是，以上的铰接处理，是需要人工进行判断的，并不是什么都可以点铰，

13、过过多多的铰接会的铰接会让让结构结构产生大产生大量量的的塑性内塑性内力力重重分分布布，内内力力分配分配不不合合理因理因素加素加大大，使得使得计算结计算结果果的的失真失真。结构。结构分分析析应应真真实实可可靠靠。同时注意不要让结构产生机构，也就是几何可变体系。 希望希望通通过过我我上上面面对铰接的对铰接的介绍介绍，使使各位朋友各位朋友能能够够对对此此有有了一了一定定的了的了解解，但，但由由于于本人水平本人水平有有限限，以上仅，以上仅属属个个人人见见解解。 二、 错层梁、板的建模与配筋 1、 梁顶标高有错层 在建筑结构设计时， 我们常常会遇到由于使用功能的不同或带有裙房的建筑， 那么就有可能会降板

14、。然而如果需要降板的建筑使用区域内，有多根梁分隔板格， 那么为了不影响这个建筑区域的功能使用，则需要降梁顶标高，使其与降板后的板面标高一致，才不会造成“踢脚”现象。 如下图所示： 图 1 图 2 图 1： 空中花园和外阳台通常需要降板处理， 这是考虑到住户若以后把空中花园与阳台连通使用而方便排水与挡水。那么图中所画的虚线梁段，也就需要降标高至板面标高，才不会造成出入的不方便。 图 2： 屋面裙房标高比楼面标高低 300mm， 水平梁段在屋面处梁顶标高降-0.300，而在楼面处不降，这就造成了一个梁顶标高不同的变截面缺口梁。 （1）建模处理 以上两种情况在建模处理的时候， 不做梁顶降标高处理，

15、仍然按平直梁建模， 因为 SATWE 计算时，不考虑 500mm 以内（含 500mm）的错层处理。因此没有必要去复杂的操作“上节点高” 。 （2）配筋处理 在建模计算时， 并没有考虑由于梁顶标高不一致，梁顶面钢筋无法贯通，从而有可能造成无法形成连续梁的计算模型， 而导致的 SATWE 计算配筋的误差。因此，我们在手工配筋时，就不能够按照SATWE 的计算结果配筋了。 那怎么判断是否仍然属于连续梁的计算模型，支座节点仍然能够视为固端支座，平衡节点弯矩呢？ 这就需要用到结构力学的知识了： 以上结论得出，能否视为支座，是根据相对线刚度理论来定义的，那么在结构设计中，相对线刚度理论就尤为重要了。我们

16、我们以一个以一个例子例子来计算来计算相相对对线线刚度。刚度。 例： 已知条件：层高 3m，混凝土强度等级、钢筋强度等级、弹性模量 E 均相同；梁 200mm*500mm，跨度 3m。 （1） 剪力墙：200mm 厚，截面高度 1600mm。 （2） 框架柱：600mm*600mm （3） 框架主梁：250mm*700mm 请各位完成以下作答： 1、 求梁、剪力墙、框架柱、框架主梁的线刚度值 2、 求其相对线刚度比值 结论：结论： 通通过以上过以上例子例子说明，说明，当当梁梁顶标高顶标高不不同同，梁，梁顶顶面面钢钢筋筋不不能能拉拉通通时时。 应按应按照照 STAWESTAWE 计算结计算结果果，把把梁梁顶顶上上部部负负筋配筋配足足，同时同时按按简支简支梁梁考虑考虑，加加大大该该梁的底梁的底部配筋部配筋。 2、 板面标高错层 与前面“梁顶标高有错层”原理一样，但是在建模 时，需注意的是，在用 PMCAD 计算楼板配筋