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现浇框架梁受扭构造配筋问题的讨论
姜学诗/中国建筑设计研究院
构件受扭分两种情况，一种称为“协调扭转”，如图1(c)所示，在超静定的现浇框架结构中，边榀框架梁的扭矩是由楼面次梁支承点处的扭转变形协调条件确定的，其受到的扭矩与构件的刚度、约束等相关，比较复杂。另一种称为“平衡扭转”，如图1(a)，(b)中的雨篷梁和吊车梁，其扭矩均可由静力平衡条件求得，与构件的扭转刚度无关。下面讨论协调扭转构件
的设计计算问题。
（a）雨篷梁；（b）吊车梁；（c）现浇边榀框架梁
图1 工程常见的受扭构件
1 扭矩折减原理和规范规定
对于协调扭转构件，如图1(c)所示，楼面次梁支承在边榀框架梁上，楼面次梁支承点处的弯曲转动使边榀框架梁受扭，楼面次梁的支座负弯矩即为作用在边榀框架梁上的扭矩，此扭矩值可由楼面次梁支承点处的弯曲转角与边榀框架梁的扭转角相协调的条件确定。在梁开裂之前，可用弹性理论计算，但梁开裂以后，由于楼面次梁的弯曲刚度和边榀框架梁的扭转刚度都发生明显的变化，在楼面次梁和边榀框架梁中都发生内力重分布。
因此《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）（简称混凝土规范）明确指出：
1）对属于协调扭转的钢筋混凝土结构构件（例如支承楼面次梁的边榀框架梁），在进行构件内力计算时，可考虑因构件开裂、抗扭刚度降低而产生的内力重分布。
但由于实际结构中，楼板对梁究竟有多大的约束作用、哪些因素对梁的扭转有影响等，至今还没有完全弄清楚。因此，混凝土规范对这种梁仍未提出完善的设计方法。
另外，应注意的是，对平衡扭矩是不能进行折减的，否则将导致结构不安全。进行电算时应注意复核。2）边榀框架梁的扭矩经折减后，应按混凝土规范2.6节的弯剪扭承载力公式进行计算，确定所需要的抗扭纵向钢筋和箍筋。同时，配置的抗扭纵向钢筋和箍筋尚应分别满足混凝土规范第10.2.5条和10.2.12条所规定的最小配筋率的要求。 2 扭矩折减系数T b 的取值
为了考虑内力重分布，可将弹性分析得出的扭矩乘以合适的折减系数。试验研究表明，符合上述要求的边榀框架梁，当扭矩折减系数T b 不低于0.4时，其因扭转而产生的裂缝宽度可满足混凝土规范中关于裂缝宽度的有关规定。SATWE 程序给出的框架梁的扭矩折减系数T b 取值范围也比较宽，
可取T b =0.4~1.0。所以，对于一般工程T b 可取0.4。 3 零刚度设计法
为了简化边榀框架梁协调扭转的设计方法，美国的ACI 规范和欧洲国际混凝土CEB 模式规范及国内的某些研究成果，建议对这种协调扭转的梁采用“零刚度设计法”进行设计。 3.1基本思路和实现步骤
“零刚度设计法”基本思路为：钢筋混凝土结构中承受弯、剪、扭共同作用的构件（如边榀框架梁），设计时取支承梁（如边榀框架梁）的扭转刚度为零，即不考虑相邻构件（如楼面次梁）传来的扭矩作用进行内力分析（图2），仅按开裂扭矩配置受扭所需要的构造钢筋。
图2 超静定结构弯剪扭构件示意图
零刚度法的设计步骤如下：
1）对于楼面次梁：假定其与边榀框架梁相交的梁端为铰支座进行内力分析，并求出楼面次梁在铰支座处的梁端反力；确定楼面次梁的受弯和受剪钢筋截面面积。
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2）对于边榀框架梁：取楼面次梁作用在边榀框架梁上的扭矩为零，按作用在边榀框架梁上的荷载设计值（包括梁自重及由楼面次梁铰支端传来的反力等）实际配筋时，应取上述三者的较大值。当楼面次梁与边榀框架梁相交的顶部处，配置的纵向受拉钢筋满足上述要求时，可以认为楼面次梁和边榀框架梁体进行内力分析，求出边榀框架梁的受弯和受剪钢筋截面面积。
3）对于边榀框架梁，为了控制扭转效应引起边榀框架梁的斜裂缝不致过宽，在构造上必须按下列方法配置构造受扭钢筋：
（1）受扭箍筋不宜小于混凝土规范第10.2.12条的受扭箍筋最小配箍率的要求，即
ρA sv =
sv
bs
≥0. 28f t /f yv （1） 且箍筋间距不宜大于0.75b （b 为梁截面腹板宽度）。
（2）受扭纵筋不宜小于混凝土规范第10.2.5条式（10.2.5）中，取扭剪比T/Vb=2时的受扭纵筋最小配筋率的要求，即
ρA t l =
st l bh ≥0. 60T
Vb
f t /f y =0. 85f t /f y （2） 式中各符号含义参见混凝土规范。
式（1）是在国内纯扭构件试验研究的基础上，对应于开裂扭矩推导出来的最小配箍率。在式（2）中，取T/Vb=2相当于纯扭构件开裂扭矩对应的最小配筋率。因此，采用上述规定对受扭构件进行受扭构造配筋是符合“零刚度设计法”要求的。
边榀框架梁每侧的纵向构造钢筋，当采用国标图集03G101-1表示时，应采用字母N 开头，不应采用字母G 开头。
4）对楼面次梁与边榀框架梁相交的端部负弯矩配筋的处理：当按零刚度法设计时，实际上楼面次梁端部的负弯矩是存在的，为了控制因扭转效应使楼面次梁顶端发生过宽的裂缝，应配置必要的负弯矩纵向受拉构造钢筋，具体要求为：
（1）不应小于其负弯矩等于边榀框架梁总开裂扭矩时，按受弯计算所得到的受拉钢筋截面面积。边榀框架梁的开裂扭矩可取T cr =0.7f t W t 。
其开裂总扭矩与结构布置情况有关，当边榀框架梁与一根楼面次梁相交时，其开裂总扭矩等于2T cr ；当边榀框架梁与二根楼面次梁相交时，其开裂总扭矩等于T cr 。
（2）不应小于受弯构件纵向受拉钢筋最小配筋率所需要的钢筋截面面积。
（3）不应小于楼面次梁跨中下部纵向受拉钢筋计算所需截面面积的1/4。
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系处于相互协调的工作状态。
5）楼面次梁和边榀框架梁的连接构造非常重要，该处的弯剪裂缝一旦发展到楼面次梁的受压区，这些裂缝之间的斜压杆会强烈地压向楼面次梁底部的纵向钢筋。同时，边榀框架梁跨中承受正弯矩，梁下部纵向钢筋受拉会进一步削弱该连接接头，见图3。因此，除了在边榀框架梁的接头处配置足够的附加横向箍筋，将楼面次梁的支座反力全部传递到边榀框架梁的受压区外，同时在接头处还必须加密配置楼面次梁的箍筋，以抵抗楼面次梁斜裂缝间混凝土斜压杆施加在纵向钢筋上的压力。
图3 边榀框架梁与楼面次梁接头处的配筋构造
4 采用PMCAD 建模时的处理
为了配合边榀框架梁设计，在采用PMCAD 软件建模时，楼面多跨连续次梁边端支座与边榀框架梁连接处，应点铰。为了便于次梁边端支座处上部纵向钢筋的锚固，并减少次梁对支承梁的扭转影响，楼面上所有的多跨连续次梁边端支座处均宜点铰；同样，楼面上的单跨次梁两端亦宜点铰。
参考文献
[1] GB50010－2002混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工
业出版社，2002.
[2] 徐有邻，等. 混凝土结构设计规范理解与应用[M]. 北京：中国建筑工业出版社.
[3] 王文楼，等. 混凝土结构构造手册（第三版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社.
[4] 王振东. 钢筋混凝土结构构件协调扭转的零刚度设计方法[J]. 建筑结构，2004（8）.