刘孝国-建研院PKPM
25-09-05 12:02

今天遇到了一个颠覆结构设计师的问题,和各位做个分享。
问题如下:一个结构同样的两根梁,内力完全一致,只是把另外一根梁的抗震等级从一级修改为二级,结果导致二级抗震等级的梁配筋反而大于了一级,这完全超出设计师的正常理解。截图如图1所示。
答疑:从计算结果来看,两根梁的组合内力完全一致,但是在一级抗震等级的情况下,拉筋面积的确小于了二阶抗震等级的。
从软件计算结果来看,抗震等级不同时,对梁支座部位的相对受压区高度界限要求是不同的,一级要求是0.25,二级要求是0.35,一级要求更加严格。同时规范还有构造要求,一级要求是压筋面积不小于拉筋的0.5倍,二级要求不小于拉筋的0.3倍。
同样的弯矩情况下,按照单筋截面计算完毕后,受拉筋面积相同,但是一级、二级造成的是压筋截面面积不同。然后支座再按照相对受压区高度进行双筋截面迭代计算,一级由于压筋面积大,造成对拉筋的需求小,进而引起一级抗震等级考虑压筋面积后,拉筋面积有较大幅度的减小,二级抗震等级减小幅度小,最终,造成二级抗震等级的梁支座拉筋配筋面积大于了一级抗震等级的结果。
采用工具箱校核,详细的计算过程可以看到这样一个比较颠覆设计师认知的问题。
需要注意的是:如果采用单筋截面计算,一级抗震等级梁配筋与二级抗震等级梁配筋受拉筋面积是一样的,受压筋一级的大于二级的。但是对于梁的支座位置,按照规范要求,是要考虑双筋截面验算的,设计中这个参数也是默认勾选的。这就存在按照压筋重新迭代计算一次拉筋的问题。
图4是某根一级抗震等级的梁,采用双筋截面,对拉筋和压筋计算面积迭代的过程。从文本输出结果可以看到,按照单筋截面计算,拉筋本身的面积是1243.74,但是考虑构造的压筋后重新按照双筋截面迭代计算拉筋,由于考虑受压钢筋作用,受拉钢筋的需求就小了,面积变成了1179.25,然后再根据这个拉筋面积,按照构造再计算出一个压筋面积589,再重新校核相对受压区高度,满足小于0.25,迭代结束。
如果修改为二级,对该梁的计算结果,如图5所示。
从图5的文本输出结果可以看到,对于二级抗震等级的该梁,按照单筋截面计算,拉筋本身的面积也是1243.74,同样的组合弯矩,受拉配筋一样。但是考虑构造的压筋后重新按照双筋截面迭代计算拉筋,由于二次抗震等级的压筋构造面积小于一级的,考虑受压钢筋作用后,受拉钢筋的减小幅度就比一级抗震等级的小,面积变成了1190.25(注意:一级是1179,1179<1190),然后再根据这个拉筋面积,按照二级抗震等级构造再计算出一个压筋面积0.3*1190=357,再重新校核相对受压区高度是0.15,满足小于0.25,迭代结束。
各位设计师可以再思考:
在双筋截面迭代计算的时候,是否还可以采用不同的迭代方式?
这个迭代钢筋是否还可以再优化?(YJK软件迭代计算时,压筋直接取了首次拉筋计算面积的比例,比如一级0.5AS,这就导致所有的梁,对支座部位,YJK软件计算的压筋面积比PKPM的大,导致YJK软件计算的支座拉筋面积小于PKPM的)
另外如果实际配筋中增大了支座的受压钢筋,是否还可以继续再减小梁支座的受拉钢筋呢?
简单讲,我们现在的配筋模式下(支座部位实际配筋是远大于这个计算值,按照图集要取0.1Ln阶段位置的配筋,当然有些设计院直接把跨中配筋全部伸进支座),是否梁的支座受拉配筋也是偏大的?
比如某根梁的计算结果如图6所示,这个支座14的面积是两个支座取大的结果。从图7的I和1两个断面取大。但是实际施工图绘制中要按照图集的要求进行画图,确定那个截断点位置的弯矩对应的配筋,如图8所示。
在PKPM梁施工图中,构件TIP提示明确输出了各个位置的计算和是实配钢筋面积,由上图可见,梁端支座底筋的选筋面积为2309mm2。在PKPM梁施工图中,程序除可以考虑图集上对于钢筋断点的位置要求外,还参照混凝土规范9.2.3条要求确定梁底纵向钢筋的不需要点。并以纵筋不需要点位置对应的钢筋面积作为依据进行梁底实配钢筋的截断。实际截断点位置的配筋如图9所示:

上述梁构件按照单筋截面的计算过程如下图10所示:
可以看到支座拉筋截面面积直接单筋截面计算,压筋面积按照拉筋的比例确定后,然后再进行混凝土相对受压区高度的校核,满足要求,直接输出拉筋和压筋面积。

或者更进一步讲,作为结构设计师我们直观会感觉一级抗震等级的梁配筋应该大于二级抗震等级的梁配筋,主要原因是没有充分考虑到梁支座部位的这种迭代的关系,如果考虑压筋面积后,对总面积来讲一级肯定是要大于二级的,只是分配模式上有区别,而我们的结构设计师一般都只是关注了梁支座的拉筋而已。

发布于 北京