[分享]梁跨中配筋不一致怎么办？被忽视的地震内力符号

时间: 2020-07-29 10:58 阅读: 次大中小

刘孝国 PKPM构力科技

近日有用户提出了一个问题：为什么用相同标准层组装的多个自然层中，有根梁的跨中配筋会有很大的差异？

我们都知道，理论上同一标准层不同自然层的梁跨中和支座部位的配筋都应该比较接近，那么为什么会在计算中出现某几个楼层的梁跨中配筋突变呢？

根据用户提供的工程模型，PKPM邀请相关专家对此类梁跨中突变问题进行分析，并给出了解决办法。下文就将结合对软件参数的理解，详细解释此类问题，欢迎大家共同探讨、学习。

工程概况

该工程的三维模型图如下：

其中典型标准层（第四标准层）三维布置图及出现异常配筋的梁位置如下：

计算完毕查看该结构第四标准层对应的各自然层位置该梁的配筋发现如下结果（各层配筋见下图，主要考察的梁跨中底部配筋）：

第14自然层

第15自然层

第16自然层

第17自然层

第19自然层

第21自然层

第22自然层

通过以上配筋结果对比发现，考察梁的跨中底部配筋均较大。

第22自然层该梁的跨中底部配筋结果表现出与第15自然层及以下配筋类似的变化趋势，但与第16-21自然层的配筋趋势严重不符，支座部位配筋结果第四标准层的所有楼层均比较接近。

分析过程

为什么会出现“某些层梁跨中位置的配筋有大幅度上升，并且各层配筋结果忽大忽小”？

查看该标准层对应第15自然层该梁的详细构件信息，输出各工况内力结果如下：

查看该标准层对应第16层该梁的详细构件信息，输出各工况内力结果如下：

对比这两个自然层该梁的内力，发现恒、活、风、地震等单工况下这两根梁内力基本一致，唯一不同在双向地震作用下，15层梁两端弯矩值基本一致且弯矩同号，跨中出现反弯点；而16层梁两端弯矩值基本接近但符号相反，跨中弯矩与支座弯矩基本接近，跨中未有反弯点，这导致第15与16层梁的跨中弯矩差别非常大。双向地震作用下跨中弯矩较大的差异导致同一标准层不同自然层中梁跨中配筋差异较大，支座配筋基本一致。

查看16自然层该梁在双向地震下的弯矩图，结果如下所示：

通过弯矩图可以看到该梁的弯矩有点问题，双向地震作用下，梁的弯矩图应该为斜线并且出现反弯点，但该梁跨中位置未出现反弯点。

查看第15层该位置的梁在双向地震作用下的弯矩图如下：

查看了第四标准层的所有自然层，发现梁跨中底部配筋变大的原因都是由于双向地震作用下梁弯矩图未出现反弯点而为直线的异常情况，如果双向地震下的弯矩图正常，出现反弯点，梁跨中配筋都比较小，为正常情况。

再分别查看15、16两个自然层输出的梁跨中与支座配筋的详细结果。第15自然层梁的配筋结果输出如下：

通过上图可以看到梁跨中底部配筋由非地震控制，梁支座部位由地震作用控制。

第16自然层梁的配筋结果输出如下：

从上图可以看到16自然层梁跨中配筋突然变大的梁，其跨中配筋是由地震控制并不是由恒活控制，这导致跨中配筋有较大差异，而支座部位的配筋控制同15自然层梁支座部位的控制一样，都由地震控制。

梁的跨中在地震作用下弯矩应该比较小，跨中配筋应该由非抗震控制。查看16层梁在双向地震下的弯矩图也发现了异常情况，跨中未出现反弯点而出现跨中配筋异常的情况。支座部位虽然内力正负号相反，但是由于在组合的时候，地震有正负1.3的组合，导致配筋变的正常。

应该是在确定地震内力符号的时候出问题，导致跨中配筋也跟着变大了。

如何解决

查看SATWE参数如下所示：

按照抗震规范考虑扭转耦联的振型分解反应谱法计算的地震作用是不区分正负号的，软件默认地震内力的符号是按照振型绝对值最大的振型对应的符号作为CQC以后的正负号，规范地震内力计算公式如下：

软件按照这样的原则确定正负号，在某些情况下可能会导致一根梁两端内力正负号取值的原则不一致，导致出现如上述第16自然层那样所示的梁在地震下弯矩图没有反弯点，而变为一条直线，而实际地震作用下梁弯矩图应该为斜直线。这就导致在进行内力组合的时候跨中变为地震作用控制而导致配筋很大，符号的确定影响了内力与配筋，而支座部位由于地震组合原因，虽然内力符号不对但不影响配筋。

勾选“按照主振型确定地震内力符号”计算，软件对于所有构件的端部内力都按照主阵型确定，这样可以保证计算的弯矩图正确，梁两端在地震下的弯矩正负号取值一致。

计算完毕之后，查看第15自然层的配筋，结果如下：

15自然层梁的计算结果，与不勾选主振型计算结果完全一致。

第16自然层的配筋，结果如下：

从上图可以看到，此时第16自然层该梁配筋结果基本与15层的结果一致，跨中配筋较不选择主振型确定地震内力符号有了大幅度的降低，计算结果正常。再查看16层以上楼层该梁的配筋，结果也正常变化。

比如查看了第19自然层的梁配筋结果，输出如下：

再考察一下第16自然层对应该梁在主振型确定地震内力符号的情况下，该梁在双向地震作用下的弯矩图，如下所示：

梁两端弯矩的正负号取值统一，梁两边弯矩连线使跨中出现反弯点，跨中弯矩正常，进而组合梁跨中配筋由非地震控制，计算结果正确。

该梁内力详细输出结果，如下：

查看第16自然层该梁的组合内力及配筋结果，该梁跨中底部受拉钢筋由1.35恒+0.98活组合控制，结果如下：

在工程设计中，程序默认的一些参数选择在某些特殊情况下会导致计算结果出现较为异常情况，这会造成设计师对于计算结果产生一系列的疑问，当然这种情况一般都是在考虑了双向地震的情况下会较多的出现梁跨中配筋大的问题。出现该问题的主要原因是梁跨中的弯矩取值是按照梁端的两个弯矩直接连线得到的，如果梁两端的弯矩符号取值不统一，虽然不影响梁的支座部位的配筋，但是会影响梁跨中的弯矩确定，进而导致梁跨中配筋出现有可能由地震控制的异常情况，一般情况下梁的跨中由非抗震组合控制。

设计中如果遇到这种特殊情况，可以通过勾选“按照主振型确定地震内力符号”保证梁两端弯矩符号取值的统一性，进而保证梁跨中弯矩取值的正确性。这类问题除非概念非常明确且知道跨中底部配筋一般由非抗震控制，否则很容易被设计师所忽略，造成跨中的配筋过大。

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