摘要:随着高层建筑数量的不断增多， 在楼层中各种设备管道和线路数量的增加， 层高问题成为土建与设备专业的设计矛质焦点。所以在结构设计中， 合理有效的减小梁高成为增加空间高度必不可少的手段。本文通过理论结合实例的方法， 对梁高的减小提出了合理的分析。
　　关键词:扁梁设计高层建筑层高刚度
　　改革开放后， 随着国民经济的飞速发展， 全国各地高楼大厦如雨后春笋般拔地而起， 在兴建每座高层建筑中要确定经济合理的层高是一个大问题。首先建筑室内净高有一定的要求， 各设备专业要在各层顶安装管道， 如风管， 水管及灯具等特别是采暖通风管道要占去较大的空间尺寸。结构上要布置纵横方向框架大梁， 这样势必在每项高层建筑中经常发生互争高度尺寸的“ 空间大战” 。有的工程中也曾采用管道穿梁，即大梁留洞的做法， 但采用这一方案时， 会造成设计上配合矛盾较多， 管道布置不自由， 施工图复杂化， 施工上困难多， 梁又高， 层高也不能降下来， 材料有浪费等缺点， 因此高梁留洞方案往往不被采用。要解决设计上的诸多矛盾， 有效地利用空间， 经济合理地确定建筑层高则是各专业需要共同探讨的重要课题众所周知， 普通钢筋混凝土梁高与梁宽的比值在一之间认为是合理断面， 而按常规设计梁高为梁跨度的一， 通常高层建筑中框架梁跨度在一米之间， 设计这些梁的断面大部分为火。由此可见梁高将占去较大的空间尺寸， 再加上风管， 吊顶等又要占去一定的高度， 因此要保证建筑净高， 按常规设计的层高就较大， 一般为米，有的则更大， 这样是很不经济的。所以梁的高度常须作得较小， 主梁高度为跨度的一的规定， 早已不宜适用。如果我们将梁的高度尽量减少， 管道也做成扁平状， 将各层层高减少州〕米。如一栋层大楼就可以减少总高度一米， 相当于层高度， 如果总高度不变则可多建层， 相当于增建面积以上， 这在经济上是很有意义的。
　　但单纯减少梁高会大大削弱框架梁和结构整体刚度在水平风力或地震力作用下会增加建筑侧向位移梁的配筋面积也会骤然增大， 甚至无法配筋梁的变形， 抗裂及建筑侧向位移也不能满足。因此在减少梁高的同时， 还应增加梁宽， 最后必须满足梁的强度、刚度等要求。这样， 在设计中将梁高减少而增加梁宽使梁的断面形成扁平状， 改变了以往普通梁的常规做法， 我们将梁宽大于梁高包括板厚的梁称之为“ 扁梁” ,扁梁工作状态及适用范围扁梁为了说明问题先列出以下最简单的情况设两根梁其跨度， 荷载相同。
　　从以上两种情况可以看出二根跨度相同， 荷载一样， 刚度也一致的梁在不同支座条件下， 会使梁的内力与变形有较大的差别。二根梁的跨中弯距比值为, 二根梁的最大弯距绝对值的比值为而二根梁跨中挠度的比值接近。很显然二端固定梁其内力， 变形都比二端简支梁为小， 特别是梁的变形情况比情况其挠度值降低很多几以二乃几截 , 从上式可以看出如果在同一挠度限值下则情况梁的刚度可以降到马， 的， 也就是说在同样跨度、荷载的条件下， 情况比情况对梁的断面可以降低要求， 即可降低梁的刚度。由上述两种情况的启示当梁的二端支座有一定约束时， 则梁的断面可以比简支状态时缩小许多， 而高层建筑中一般柱子较粗， 梁的两端处于一定的约束状态， 其受力情况接近本文情况。
　　根据这一原理， 我们就可充分利用这一有利条件在高层建筑结构设计中， 用扁梁代替普通梁在技术上是完全可行的。我们假设， , , 得， 将, 代人式得几附，由式可见几斟仍然小于云★ 礴。当然， 上述情况是理想化的固定约束条件， 在实际工程中柱子对梁处于一种弹性的约束条件， 约束力的大小取决于柱子的刚度。在一定层高情况下， 柱子越粗其约束力越大， 越接近于情况。因此在高层建筑中采用扁梁方案除满足抗弯强度， 抗裂要求之外， 其变形也同样可以满足要求。由于扁梁与普通梁相比降低了梁的刚度， 这也正好符合规范中强柱弱梁这一结构设计原则， 尤其在高层建筑大柱网体系中采用扁梁更有实际意义。
　　值得注意的是在低层建筑中因柱子断面不大， 柱子刚度小难以抑制梁的变形， 离本文情况差距较大， 因此在低层建筑中不宜采用扁梁， 特别是跨度大，跨数少或混合结构中更不宜采用扁梁结构。
　　扁梁结构技术经济效益分析通过上述分析， 我们认为在高层建筑中采用扁梁方案在技术上是完全可行的。采用扁梁压低层高后将带来可观的技术经济效益。某工程层， 建筑面积平方米， 最大柱网尺寸米， 框剪结构体系， 内部框架主梁全部采用扁梁， 最大断面为高， 其他所有内部梁高均不大于毫米， 在板下梁宽与梁腹高之比为， 这样的梁高比常规设计的普通梁高压低了毫米。结构上通过多次试算调整和电脑整体空间分析， 主体结构各项计算指标符合设计规范要求， 部分扁梁配筋率较大但仍然可满足设计构造。www.tmgc8.com
　　通过工程设计， 对扁梁结构进行技术经济分析，有利的一面有层高， 总高度， 柱子， 剪力墙高度均减少一外墙， 外装修或玻璃幕墙面积均减少以上门窗， 内墙与内装修面积相对减少楼梯间面积， 踏步数， 电梯间， 管道井高度， 水管， 电线， 风管竖向长度均减少一风力， 地震作用水平力减少，相应基础内力减小脚手架， 模板支撑， 施工垂直运输高度减小， 总造价降低。不利的一面有扁梁减小了梁的刚度， 屋顶水平位移相对值略有增加， 内框架梁主筋面积加大一。
　　总之在整栋高层建筑中， 扁梁也只用于跨度大的内框梁， 外框梁及跨度小的内框梁不必设计成扁梁。
　　同时， 高层建筑中一般都设有剪力墙， 它是高层建筑的刚度核心， 由它来承担绝大部分水平风力和水平地震作用， 因此在高层建筑中采用内部扁梁结构对整个主体结构来说刚度影响甚微， 屋顶水平位移相对值也不会增加很多。用扁梁后其配筋量的确比普通梁增加很多， 但边框梁及次梁等都不必设计成扁梁， 仍可按常规梁配筋设计。这样扁梁设计也仅仅限于几根内框架梁， 它在整层梁板系统中所占比值不大。这些扁梁用钢筋量加大所引起的增加费用和缺点远远小于因采用扁梁方案所带来的多项费用的节约和好处。
　　最后需要说明一点的是， 扁梁高度减小后， 宽度不必很宽。有些工程的梁宽若比梁高大得太多， 例如截面为， 汉， 此种截面， 导致梁的自重也明显加大， 而且还会带来梁， 柱节点区的构造难以处理的问题。实际上在大多数情况下， 梁的宽度无需如此加大。
　　造成梁宽度过大的原因之一， 是有些同志担心梁高减小后， 刚度将不够， 因而以加大宽度来弥补。实际上现浇形梁的刚度与宽度成简化的正比关系， 而与梁高则成简化的三次方正比关系所以简单以增加梁高来补偿梁高减小所引起的刚度减弱， 作用不明显，即对梁刚度影响不大。对于一般高层建筑之楼层， 非预应力钢筋混凝土现浇形梁的高度， 如取跨度的一， 刚度不至有问题。在这方面已有大量实践经验， 还可参考国外经验。美国规范规定的非预应力混凝土梁的最小高度见下表。删去了原表中关于单向板和单向密肋的条文。
　　如果梁高取跨度的左右， 在荷载和跨度不太大的情况下， 宽度取已足够。但为了防止由于配箍率过高而发生梁腹的斜压破坏， 并控制使用荷载下的裂缝宽度， 规范规定受弯构件的受剪截面应符合以下截面限制犷抗震设计为了防止纵筋过多形成超筋梁， 对混凝土受压区高度作以下限制玩一级抗震喊二， 兰级抗震同时纵向受拉钢筋配筋百分率。
　　以上第， 条在计算时， 皆可考虑受压钢筋’
　　的作用。一般情况下， 梁支座的下铁皆有一定数量， 所以第， 条的要求较易满足， 如果此三条都已满足，则不必人为地将梁的宽度过份加大。
　　综上所述， 在保证扁梁的强度， 刚度的情况下， 选取合理的截面， 从而使整个结构满足规范的各项要求下， 不仅具有明显的技术经济效益， 而且可以充分满足建筑的各项功能对建筑的净空高度要求。

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