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暗梁的設計分析

暗梁的設置在結構設計中經常出現,分為構造暗梁與非構造暗梁(或結構暗梁),前者如隔墻下加強筋暗梁、板洞封邊暗梁、角窗/陽臺暗拉梁等,后者如框剪/筒暗梁、板柱暗梁、底框暗梁、暗基礎梁、獨基/承臺暗連系梁等,主要區別在于加強的對象,前者加強的是結構局部,后者加強的是結構整體,共同點是均是為了加強整體性,提高結構在塑性后階段的保險度,其對傳力模式的改變則微乎其微。雖經常出現,然設計中卻很少給予足夠認識,只有些設了總比不設好的體會,用微博上的一句話來詮釋“對設計人有巨大的心理安慰作用,可以保障心身健康。”在此也來說上一說,供大家參考探討。

一、隔墻下加強筋暗梁

由于暗梁高度同樓板厚度,相對于樓板暗梁的剛度不明顯,板仍然具有本來的變形特性,豎向撓度等值線類似于橢圓環,因此暗梁處形成不了“支座”,即墻下暗梁是板的一部分,不能改變板的應力狀態,只有助于加強樓板整體性,保證樓板在塑性條件下的安全性。

由于隔墻存在一定的剛度,豎向傳力遵循45°原則(或稱拱傳力),角部位會有較大壓應力,底部中間存在拉應力,采用低彈模墻體材料,有利于弱化此效應,因此暗梁中的鋼筋應力大小各異。另外,結構中還有好多類似拱傳力現象,如外墻扶壁柱兼做上部結構柱時,柱墻合體處柱拱傳力;墻、柱拱傳力給基礎,產生虛支座,導致基礎梁、板實際受力跨度減小;由于托墻存在明顯的拱效應,導致框支梁的偏心受拉、托墻端部豎向應力集中嚴重;常見于地下室的上短下長墻肢,布置基礎時應充分考慮墻肢的傳力,盡量包全墻肢的拱效應范圍。

實際設計中經常將加強筋布置于墻下,此做法有點欠妥,其實暗梁與樓板是協同工作的,板線荷載周邊區域也是高應力區,同實梁一樣,暗梁也應有有效翼緣,實際中可取T形截面梁的翼緣計算寬度和抗沖切45度臨界截面寬度的最小值。暗梁附近的高應力區有可能出現裂縫(高應力裂縫會演變為宏觀裂縫),為避免裂縫出現,墻下暗梁可按下述原則設計:1)暗梁有效寬度正確取值;2)設置暗梁樓板厚度不宜小于150mm(針對存在較長隔墻的大開間樓板,較短隔墻的小開間樓板考慮到拱效應,即使不設置暗梁也無關緊要);3)加強筋直徑不宜過大,宜比板筋高一級,不應大于18mm,宜放置于板筋內側,保證加強筋與砼的粘結錨固與樓板的有效高度;4)保證加強筋端部的有效錨固長度。

二、板洞封邊暗梁

樓板的洞口猶如在一塊布上剪了個洞,圓洞總比方洞好,但實際中樓板中的圓洞很少見,洞口改變了板帶力流,力流方向的改變帶來了截面高應力,高應力點處樓板會被撕裂破壞,如何弱化這個問題呢?裁縫給了我們答案,布上有個洞(必須有),如何避免布在此處撕裂,沿布洞邊緣再布上幾圈布,形成加強帶。雖然樓板與布二者的主受力方向有所區別(一個面內一個面外,但力流改變導致高應力產生是共通的),但樓板開洞也是如此處理,洞口周邊做一圈加強帶,設實梁或暗梁,取決于洞口大小(板柱結構中洞口的處理更為苛刻,大小限制較嚴,大開洞時不得不圍堵墻體實現)。

另外,洞口一般四周封墻,所以板洞封邊暗梁兼有隔墻下加強筋暗梁的性質。對于洞口周邊有長短向暗梁時,長短向暗梁鋼筋相交處,短向暗梁鋼筋拉應力較大,需保證錨固長度,長短向暗梁鋼筋點焊在一起,加強短向鋼筋的錨固。此點對于隔墻下加強筋暗梁同樣適用。

結構中還有不少這樣的加強帶,如膜開洞周邊加固補強、鋼梁腹板開洞鋼板補強、鋼板開洞加肋補強,墻開洞暗梁補強,預應力板開洞處理等

三、角窗/陽臺暗拉梁

高層剪力墻住宅,由于立面效果和集中采光的功能要求,一般在平面拐角處設置角窗/陽臺。角窗/陽臺的設置對結構整體十分不利,角部無豎向構件提供可靠約束,僅有懸挑梁的橫向約束(實際上由于挑梁單支座性質,約束很弱),變相削弱了結構的抗扭轉能力,不同約束程度的樓板一起受扭,角窗/陽臺處的樓板扭轉應力集中,變形較大時易脫落。

說到角窗/陽臺就不得不提到兩垂交挑梁的設計,兩挑梁相交處宜按鉸接設計,這與框筒結構兩向外框架懸挑梁相交處一個道理,鉸接設計可以避免兩向不協調錯動造成額外“負荷”。固端處按靜定懸臂梁設計,梁底按固端塑性調幅后值取用,梁側腰筋可采用墻體水平筋。

角窗/陽臺位于的房間樓板應適當加厚,不宜小于150mm,宜雙層雙向配筋,加強樓板自身的整體性與牢固性,利于穩定周邊豎向構件,加強協同性。角窗/陽臺兩側的墻體寬度不宜小于2m,不應采用短肢剪力墻或開洞剪力墻,提高墻肢自身穩定性與抗扭能力。角窗/陽臺處應形成暗框架,墻體暗柱應有樓板暗梁拉結或墻體應有樓板加強帶拉結,截面不小于400x板厚,暗梁配筋上下不小于各4根16,箍筋采用6@200,板內底筋穿暗梁設置。

再贅述幾句,由于墻肢需承擔層層積累的懸挑彎矩,可保守認為暗柱全承擔,暗柱寬度應適當放大,宜取用3倍墻厚,且不小于600mm,底部加強區暗柱配筋也宜適當放大,配筋率宜控制在1.5%~2%(加強暗柱也有利于提高墻肢穩定性)。
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