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1、超筋 摘要：本文总结了超筋的几种类型，及每种超筋的解决方法、详细的分析了超筋的几种原因、剪力墙中连 梁超筋的原因，及解决方法，连梁设计时应注意的要点，刚度折减，程序操作等、总结了转换层转换梁 及上一层剪力墙超筋的原因及解决方法、转换层受力的特点及转换结构的类型，转换结构的内力调整、 pkpm 程序对于柱，梁，墙超筋程序的判断。本文章总结于：刘铮“建筑结构设计快速入门”、朱炳寅“建筑结构设计问答与分析”、 “建筑地基基础设 计方法及实例分析”、郁彦“高层建筑结构概念设计”、杨星“pkpm 结构软件从入门到精通”、钢结构论坛、 文献以及网上别人经验总结。共 12 页。2011-11-20-12-2
2、8 1.超筋的种类：超筋的种类：弯矩超，即梁的弯矩设计值大于梁的极限承载 M；2.剪扭超；3.扭超（普通梁不存 在扭矩超，有的话，可能是中间梁端梁 M 不平衡导致）4.剪超；5.配筋超：梁端钢筋配筋率 2.5%；6.混 凝土受压区高度 不满足；只要一项不满足，整个计算结果都显示红色，在“混凝土构件配筋及钢构件验 算简图”中可以查看、可以根据受力分析，结构布置，和周边梁计算结果比较，判断是哪种超筋。2.Pkpm 计算结果说明：计算结果说明：（图形文件输出 混凝土构件配筋及钢构件验算简图）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、Asm
3、3 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，TV 分别为箍筋和剪扭配筋标志。3.设计时应注意要点：设计时应注意要点：1.梁端负弯矩传递给主梁，就成了主梁扭矩，扭矩越大，扭转角度和变形也就越大。2.假设次梁无限 刚，不发生任何变形，相当于铰接，传递过去时，就一个剪力；换种 说法：当次梁截面较高、主梁截面较窄、次梁无负弯距配筋下，次梁端完全开裂，此时可以认为是完全
4、铰。3.假设一开始是按固接设计，后来由于扭矩过大或者抗扭刚度大，会发生很大的变形， 就会破坏，相当于卸载。4.钢筋混凝土结构式允许带缝工作的；当主梁出现裂缝后，其抗扭刚度急速降低，主梁对次梁的嵌固 作用降低，在节点出现裂缝，内力出现重分布，次梁端弯矩变小，跨中弯矩变大。5. 不管是点铰还是不点，次梁对主梁来说始终存在不可忽视的扭矩；次梁和主梁间的扭转是协调扭转， 而非纯扭转；.pkpm 没有考虑楼板对主梁的约束作用，也就是程序算出的扭矩不是真实的，偏大。6. ,所以当次梁越靠近主梁时，所分配到的扭矩越大，类似于剪力的分布，两者之间可以类比； T = *Ip/(r*0.5L)，在相同的转角下，梁
5、长 L 越短，T 越大，那么 = T*r/Ip 越大，所以很容易发生剪扭超。7.PKPM 中梁如果按主梁输入，其数值计算模型为按空间杆单元参与结构整体计算。计算内力时，程序 将梁沿长度方向等分为 13 个截面，在每个截面上根据内力计算所需配置的钢筋面积和按规范规定的最小 配筋率取大者；13 个截面中有一个截面超筋，结果中则会显示超筋。8 主梁截面变大，主梁更能约束次梁，节点更接近于固接，则次梁端负弯矩 M 变大，跨中弯矩 M 变 小，起到了增大主梁扭矩 T 的作用，依材料力学公式 ，主梁扭转角度 也变大，即次梁端部上翘增加， 次梁梁端负弯矩变大，EI 不变，节点转角 变大，符合变形协调。 次梁
6、截面变大，节点更接近于铰接，则次梁端负弯矩 M 变小，跨中弯矩 M 变大，起到了减小主梁扭矩 T的作用，依材料力学公式 ，主梁扭转角度 也变小，即次梁端部上翘减小，次梁截面变大，抗弯刚度也 变大，次梁端负弯矩 M 变小，则节点转角 变小，符合变形协调;主梁截面变大，主梁梁端弯矩和跨中弯矩都增大，因为刚度变大，能吸收的弯矩更多。9Pkpm：程序分析时，是三维分析，能考虑刚度的相对变化，算出来的计算结果符合概念设计中的 方法，并不是我们手算时的公式，我们手算，要么是完全固接，要么铰接，可实际工程梁柱节点却完全 不是这样，satwe 是根据刚度来算力的。10. 扭矩分两个类型，一个是平衡扭矩，这种扭
7、矩的大小是恒定值。例如雨棚对支撑梁的扭矩，不会 因为支撑梁的刚度大小而改变，也不会因为雨棚的开裂而改变。另一种扭矩叫做协调扭矩，这种扭矩的 大小不是恒定，会随着结构的刚度关系而变化，例如边次梁对框架主梁的扭矩。4.超筋解决方法：超筋解决方法：a: 抗：加大截面，增大截面的刚度；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；提高混凝土强度等级。b：放：点铰，以梁端开裂为代价，不宜多用；点铰对输入的弯矩进行调幅到跨中，并释放扭矩。强 行点铰不符合实际情况，不安全。或者改变截面大小，让节点有接近铰的趋势；并且相邻周边的竖向构 件加强配筋。c：力流与刚度。通过调整构
8、件刚度来改变输入力流的方向，使力流避开超筋处的构件，加大部分力 流引到其他构件，但在高烈度区，会导致其它地方的梁超筋。对超筋梁，可以查看计算结果，看是因什么原因超限。一般可以采用提高混凝土强度等级、加大截面 尺寸（多是加宽）来解决，或者使用上允许的情况下，也可以考虑梁端水平或竖向加腋，以解决抗剪截 面不足（剪压比超限）或截面有效高度偏小（x/h0，偏小太多可没辙）的问题。如果梁的下铁有潜力可挖， 亦可考虑将与筒相连的梁端设置为铰接计算，配筋设计时，按实际配筋面积反算端部弯矩，再调整下铁 及远端支座上铁配筋，这往往可以解决在筒壁上梁纵筋锚固长度的不足。4.1.剪扭超：剪扭超：4.1.1.位置：梁
9、一端做在主梁上，另一端和柱连接、主梁跨度很小（跨高比不同，抗剪扭公式不同） 、次 梁距主梁支座很近、主梁与次梁之间。4.1.2.原因：扭矩过大。 ，从公式可知主要取决与 T，在设计时，可在“混凝土构件配筋及钢构件验算 简图”中查看，和周边的数字对比一下，可发现一般都是 TV 或 T 数字比较大。4.1.3.解决方法：1.抗：增大主梁的截面，提高其抗扭刚度，虽然增大主梁的截面，100mm200mm；主次梁节点更趋近 与固接，弯矩变大，但是次梁弯矩有一个上限的。可以提高混凝土强度等级。2.消：增加次梁抗弯刚度，主次梁节点更趋近于铰，次梁梁端弯矩变小，相当于卸载，但从原理上讲， 把主梁截面变小，同时
10、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，抗扭能力也变差了；实际设计中，往往是这两种思路的结合，在增加次 梁抗弯刚到同时，适量增加主梁的抗扭刚度，主梁高度增加 50100；但增加次梁抗弯刚度更有效。3.点铰：有代价，开裂，尽量不用，并且一般不把在同一直线上的 2 根次梁都点铰，这两根次梁共用 同一个节点。实在要用，则次梁上筋构造设置，支座钢筋不能小于底筋的 1/4；在次梁端部要箍筋加密， 以抵抗次梁开裂后，斜裂缝间混凝土斜压力在次梁纵筋上的挤压；主梁筋腰筋均放大 20%50%，并按抗 扭设计；主梁箍筋直径一般放大一级或适当箍筋加密，间距
11、 100mm；主梁要满足强剪弱弯。4.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了；弹 性方法计算结果*折减系数；这只是针对于次梁对主梁产生的扭矩，并且没有考虑楼板对主梁的约束作用 （一般板能增加梁的抗扭刚度，1.01.5 倍） ，所以才乘以折减系数；一般在 0.41.0 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，可以分别设定梁的扭矩折减系数计 算两次，分别取相应计算结果；.对雨篷等构件引起的纯扭转，或者有弧梁时，折减系数系数为 1.0，因为 楼板的约束作用很弱。5.改变布置： 梁两边板荷载差异大，加小次梁
12、分隔受荷面积,考虑平衡两边的荷载差值；用宽边梁，比如 300*1000，使 得次梁落在宽扁梁上（不得已为为之，因为影响建筑美观） 。实例：大跨度次梁对边框梁扭矩很大；柱网 7.5*15m，于是采用预应力次梁，其间距 1500，,1500*5=7500mm；混凝土强度等级 C40，次梁 200*800，与次梁平行的单榀主梁 250*800；垂直 几跨主梁 450*900；梁的跨度一般不要超过 12m，如果荷载不是很大，跨度可以做到 1516m；4.2.剪压比超限：剪压比超限：调大截面或增大混凝土等级。总结：一般是先考虑 pkpm 程序扭矩折减系数 如果还超筋，一般先用上面的抗，消方法，或者调整结
13、构 布置，不得已而为之的办法是点铰接；但是一般次梁离框架柱比较近时，其它办法有时候很难满足，因 其剪力大，扭矩大，点铰接更简单或者设宽扁梁。最终不管采取哪种措施，边梁设计时要布置一定量的 抗扭钢筋，主梁要多配点箍筋，箍筋提高一个等级或者间距 100mm；在设计中，防止出现裂缝，一般都 是尽量不按铰设计，并且按固接比较准确；按固接时，可以把跨中钢筋多加 5%10%，防止一旦梁端节 点出现裂缝，出现内力重分布，跨中钢筋吃紧。并且还要考虑经济性，为了这一根或者几根梁，要做些 有必要的权衡。4.3.配筋超、弯矩超：配筋超、弯矩超：4.3.1.位置：两柱之间框架梁。4.3.2.判断：抗弯超，配筋超：进入
14、 satwe“分析结果图形和文本显示” 图形文件输出：2-混凝土构件配筋及钢构件验算简图 跨中或 梁端 M 显示红色，显示一个很大的红色数字 1000 图形文件输出：5-梁设计内力包络图，简要的用 算一 下配筋率，保护层厚度取 30。没必要去准备判断到底是弯矩超或者是配筋超；因为两者是相对应的，解决方法也基本相同，都是 要满足不显红；可以在 pkpm 中查看配筋率，用排除法判断或者手算。4.3.3.原因：1.荷载过大，有时候梁的两边板荷载相差很大；2.梁截面过小；3.跨度太大； 以上原 因造成了弯矩过大，配筋过大，配筋率过大。最大配筋率 2.5%时的配筋面积计算配筋 实配钢筋 200*400
15、=1850 5 根 22=1901 250*600 =3563 6 根 28=3695 300*800 =5775 8 根 30=5655 4.3.4.解决方法：1.一般是加梁高，因为 ，可以加大 100mm200mm；当然也可以加梁宽，但一般建筑要求尽量不漏 梁，梁宽同墙宽；如果有净高限制，则加梁宽。2.减小其荷载，分流，把一些梁不搭在其上面。3.减小跨度，加柱（一般不用） 。4.点铰（不得已而为之） 。 注：以上措施，如果有几个标准层同一位置都要采用相同的措施，则可以采用层编 -层间编辑来完成，提高效率。4.4.抗剪超：抗剪超：进入 satwe“分析结果图形和文本显示” 图形文件输出：2-
16、混凝土构件配筋及钢构件验算简图 箍筋 G 值很大，整个计算结果显红色。4.4.1.解决方法： 一般来说，加梁宽与加梁高效果一样，但加梁宽，可增加箍筋肢数，利用箍筋抗剪。 也可以提高混凝土强度等级。4.5.实例实例 1：5 层框架剪力墙结构,8 度 0.2g.X 向柱网尺寸 7200,Y 向 7200+10200.Y 向框架梁端大部分超筋,约 3%. 平面长宽比粗算大于 3，而且混凝土墙围合的筒子偏置，结构扭转效应可能不好，超筋的梁有可能是因为 结构扭转附加内力造成的。墙体也有超的，应该看看超限文件是什么原因。主要为 X 向墙体及连梁超， 说明该方向偏弱。建议在下边加设 X 向墙肢，尽量平衡 X 向墙体布置，调整两个方向的结构刚度不要差 别太大。7200 柱网建议做 2X2 井字梁，这样荷载效应要比现在的交叉梁小，有利于减小主梁高度。另外， 混凝土强度等级、柱截面等也会对计算结果产生影响。实例 2：有一 10 层的框架办公楼，1 层和 2 层走廊梁不管如何调整都是超筋，走廊梁跨度
