摘要：結(jié)合多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，筆者介紹了深梁和普通梁的界限，分析了深梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，最后，結(jié)合規(guī)范，探討了混凝土深梁的設(shè)計(jì)，供相關(guān)技術(shù)人員參考。
　　關(guān)鍵詞：混凝土、深梁、設(shè)計(jì)
　　
　　
　　近年來國(guó)內(nèi)外各種建筑結(jié)構(gòu)形式發(fā)展迅速，日益向著體型復(fù)雜、功能多樣的綜合性方向發(fā)展，目的在于為人們提供良好的生活環(huán)境和工作條件。現(xiàn)代建筑使用功能擴(kuò)大，所受荷載成倍增加，作為主要承重和受彎構(gòu)件的梁高度不斷增大，當(dāng)梁構(gòu)件長(zhǎng)度和高度之比減小達(dá)到一定界限，就形成高度較大的深梁結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段深梁構(gòu)件由于其巨大的承載能力而得到越來越廣泛的應(yīng)用。具體如高層建筑的轉(zhuǎn)換層梁、雙肢柱的肩梁、框支剪力墻的底層大梁、地下室墻壁和墻式基礎(chǔ)梁、各類儲(chǔ)倉(cāng)或水池的側(cè)壁等都屬于深梁的范疇。
　　1深梁與普通梁的界限
　　《規(guī)范》規(guī)定：對(duì)I0／h≤2的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁和I0／h≤2.5的鋼筋混凝土連續(xù)梁均應(yīng)按深梁進(jìn)行計(jì)算。
　　1.1連續(xù)深梁與普通連續(xù)梁的區(qū)別
　　在《規(guī)范》規(guī)定范圍的梁加荷后的內(nèi)力分布，與普通梁有很大差別。如連續(xù)深梁與普通連續(xù)梁相比，其支座彎矩偏小，而跨中彎矩偏大。雖然簡(jiǎn)支深梁的彎矩、剪力可以按普通簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算。但在同一截面上的應(yīng)變分布已和連續(xù)深梁一樣不符合平截面假定，無法象普通梁那樣用彎曲理論算出應(yīng)力。所以《規(guī)范》把此范圍的梁定為深梁，其應(yīng)力按《規(guī)范》的深梁理論計(jì)算。
　　1.2《規(guī)范》深梁設(shè)計(jì)理論特點(diǎn)
　　按《規(guī)范》的深梁設(shè)計(jì)理論與以往設(shè)計(jì)方法比較，可以發(fā)現(xiàn)有許多工程構(gòu)件梁均應(yīng)按深梁設(shè)計(jì)。如以往設(shè)計(jì)的7m×7m多跨鋼筋混凝土裝車方倉(cāng)的中間橫向二跨連續(xù)梁，其設(shè)計(jì)斷面多數(shù)為400mm×3200mm左右，其跨高比I0／h≤2.5應(yīng)該屬于深梁范圍可見以往的設(shè)計(jì)思路多數(shù)都與《規(guī)范》設(shè)計(jì)思路略有出入。這些工程中的深梁如果按照深梁理論設(shè)計(jì)時(shí)，不但應(yīng)力分布與原設(shè)計(jì)有差別，而且配筋形式及構(gòu)造要求都將有新的標(biāo)準(zhǔn)。可是這些按老方法設(shè)計(jì)而且已建成的建、構(gòu)筑物中的深梁經(jīng)實(shí)踐證明是安全的。這只能解釋為以往設(shè)計(jì)雖然沒有按實(shí)際應(yīng)力分布配筋，但也能使工程具有足夠的安全度。保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全只能有兩種情況：一為合理配筋，即鋼筋按應(yīng)力分布大小合理配置；二為不合理配筋，即雖然每處配筋也能滿足構(gòu)件應(yīng)力要求，卻有可能會(huì)造成鋼筋的浪費(fèi)(浪費(fèi)數(shù)量的多少，另行統(tǒng)計(jì)討論)。
　　《規(guī)范》深梁設(shè)計(jì)理論是建立在大量鋼筋混凝土構(gòu)件破壞性試驗(yàn)基礎(chǔ)上的成熟理論，較老方法更接近構(gòu)件實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，是經(jīng)濟(jì)可靠的設(shè)計(jì)方法，我們一定要貫徹到設(shè)計(jì)實(shí)踐中去，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
　　2深梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)
　　通常深梁的荷載沿頂面施加，反力作用在底面位置；但有時(shí)荷載也可能沿底邊施加，如某些大型儲(chǔ)倉(cāng)的側(cè)壁；當(dāng)其它深梁與其垂直相接時(shí)，荷載也可能沿梁高近乎均勻施加。深梁有簡(jiǎn)支深梁也有連續(xù)深梁。
　　深梁為承重構(gòu)件，其作用如梁，但高厚比較大，跨高比則不超過2，所以在外荷載作用下，其受力性能將與普通鋼筋混凝土梁有較大的差異。圖1是試驗(yàn)分析確定的具有不同跨高比的勻質(zhì)彈性簡(jiǎn)支梁(開裂前)在承受均布荷載W時(shí)，其跨中水平彎曲應(yīng)力的分布情況。從圖中不難看出，深梁的正截面應(yīng)變分布不再符合平截面假定，而且跨高比越小，這種現(xiàn)象就越明顯。這是由于深梁的尺寸比例與普通鋼筋混凝土淺梁不同，故其性能與其說屬于一維構(gòu)件，不如說是二維構(gòu)件，且為雙向受力。因此，受彎前為平面的截面，受彎后不再保持平面，應(yīng)力分布也不能再看作是線性的。而在普通梁中被略去不計(jì)的剪切變形，現(xiàn)在深梁中要比純彎矩所產(chǎn)生的變形大的多。因此受壓區(qū)的應(yīng)力分布，即使還在彈性階段，已經(jīng)屬于非線性性質(zhì);在極限荷載階段，混凝土中的壓應(yīng)力分布不象普通梁那樣成拋物形曲線分布，應(yīng)力值也不相同。此外，這種梁開裂后將引起內(nèi)力重分布，從而使梁的破壞特征和承載力也與普通鋼筋混凝土梁不同。隨著跨高比的減小，這些差異會(huì)更加顯著。
　　          
　　
　　                                                   　圖1在勻質(zhì)材料簡(jiǎn)支梁中彎曲應(yīng)力的分布
　　
　　3鋼筋混凝土深梁設(shè)計(jì)
　　3.1深梁抗彎鋼筋的計(jì)算
　　3.1.1深梁正截面受彎承載力計(jì)算公式
　　鋼筋混凝土深梁設(shè)計(jì)其實(shí)只需近似地了解梁內(nèi)各部位應(yīng)力分布，重點(diǎn)應(yīng)放在計(jì)算主應(yīng)力方向和大小上。鋼筋的計(jì)算其實(shí)用經(jīng)驗(yàn)公式及鋼筋的分布規(guī)則已滿足要求，因?yàn)檫@些經(jīng)驗(yàn)公式和規(guī)則都是從大量鋼筋混凝土構(gòu)件破壞性試驗(yàn)中得出的。正是基于此點(diǎn)，《規(guī)范》規(guī)定鋼筋混凝土深梁的正截面受彎承載力，應(yīng)按下式計(jì)算：
　　M≤fyAsZ
　　公式表示鋼筋在混凝土中產(chǎn)生的抵抗彎矩能力應(yīng)大于荷載作用產(chǎn)生的彎矩。公式付諸實(shí)用的關(guān)鍵就是如何確定內(nèi)力臂Z。找出Z的準(zhǔn)確實(shí)用的計(jì)算方式，此公式才能成立。大量試驗(yàn)結(jié)果的研究表明：對(duì)于跨高比(I0/h)不同的梁總有一個(gè)與梁高h(yuǎn)成近似比例關(guān)系的內(nèi)力臂，也就是說跨高比I0／h≤2的變化對(duì)內(nèi)力臂Z的計(jì)算方式影響不大，甚至很深的梁在開裂后內(nèi)力臂也沒有大幅度地增長(zhǎng)。根據(jù)深梁工作機(jī)理的試驗(yàn)研究成果，可以比較容易地得到內(nèi)力臂Z的計(jì)算方法。確定了內(nèi)力臂的計(jì)算方法，為進(jìn)行深梁配筋計(jì)算帶來很大的方便。
　　《規(guī)范》規(guī)定深梁內(nèi)力臂Z按下列公式取用：
　　①對(duì)簡(jiǎn)支深梁和連續(xù)深梁的跨中截面
　　Z=0.1(I0+5.5h)
　　當(dāng)I0<h時(shí)，取Z=0.65I0；
　　②對(duì)連續(xù)深梁的支座截面
　　Z=0.1((I0+5h)
　　當(dāng)I0<h時(shí)，取Z=0.6I0；
　　3.1.2內(nèi)力臂Z的合理數(shù)值
　　內(nèi)力臂Z來源于試驗(yàn)成果，使深梁正截面配筋計(jì)算變得簡(jiǎn)單而實(shí)用。可是深梁配筋計(jì)算雖然較簡(jiǎn)單，但內(nèi)力計(jì)算卻比較復(fù)雜。因?yàn)椤兑?guī)范》規(guī)定連續(xù)深梁的彎矩、剪力等內(nèi)力應(yīng)按彈性力學(xué)的方法計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)如果手邊沒有現(xiàn)成的圖表，而對(duì)彈性力學(xué)又較生疏的話，計(jì)算內(nèi)力是比較困難的。這就無意中給設(shè)計(jì)實(shí)踐設(shè)置了一個(gè)不大不小的障礙。既然內(nèi)力臂來自試驗(yàn)。為什么不能用近似的方法計(jì)算內(nèi)力呢?這只能說是《規(guī)范》的美中不足。
　　為了簡(jiǎn)化抗彎鋼筋的計(jì)算，歐洲混凝土協(xié)會(huì)(CEB)建議連續(xù)深梁的正、負(fù)彎矩都按普通梁計(jì)算：即支座和跨中彎矩分別為1/12ql2和1/24ql2而內(nèi)力臂都按下式取值：
　　當(dāng)，I≤I0≤2.5時(shí),Z=0.2(I0+1.5h)
　　當(dāng)，I0／h<1時(shí)Z=0.5I0。
　　在這里跨中與支座的內(nèi)力臂取相同值，使支座截面Z值比實(shí)際偏大。但因?yàn)閷?shí)際支座彎矩低于1/12ql02，就補(bǔ)償了這個(gè)明顯的偏差。
　　這種方法的內(nèi)力臂Z的取值小于我國(guó)《規(guī)范》中規(guī)定的數(shù)值，表面看來由此算出的應(yīng)力值肯定偏大。但是由于跨中彎距值1/12ql02也同樣小于深梁的實(shí)際彎矩，所以此法算出的鋼筋面積與我國(guó)《規(guī)范》的結(jié)果將趨于一致。我認(rèn)為歐洲混凝土協(xié)會(huì)建議的內(nèi)力計(jì)算法是簡(jiǎn)便易行的實(shí)用方法。路有千條，殊途同歸，我們?yōu)楹尾怀�近道�?
　　3.2深梁彎起鋼筋的設(shè)置
　　就《規(guī)范》關(guān)于深梁抗剪及抗裂給出了下列三個(gè)公式：
　　(1)深梁斜載面抗剪能力公式
　　V≤0.12[1+22(ρ+ρsh)]fcbh
　　(2)限制裂縫在0.2mm之內(nèi)的截面要求公式
　　V≤0.15fcbh
　　(3)不出現(xiàn)裂縫的截面要求公式
　　V≤0.5ftkbh
　　以上三個(gè)公式都與深梁中的豎向鋼筋無關(guān)，因?yàn)樵囼?yàn)證明深梁中出現(xiàn)的裂縫幾乎都是接近豎直的裂縫，所以布置豎向箍筋或彎起筋來提高抗剪能力都沒有水平分布筋效果好。而提高深梁抗剪能力的關(guān)鍵在于提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)和梁截面面積。斜壁漏斗等在深梁中引起的豎向拉應(yīng)力由豎向箍筋承擔(dān)。
　　另外深梁進(jìn)入拉桿拱受力狀態(tài)后，下部受拉筋在整個(gè)跨度內(nèi)的應(yīng)力漸漸趨于一致。如把部分縱筋彎起，將會(huì)明顯削弱梁的抗彎能力。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，在豎壁鋼筋網(wǎng)中澆注混凝土是比較困難的。如果有幾道彎起筋就更加容易造成混凝土中水泥砂漿與石子的離析，對(duì)保證混凝土的施工質(zhì)量增加了一定的困難，鋼筋混凝土方倉(cāng)施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常遇到這種情景，施工單位對(duì)此反映強(qiáng)烈。
　　3.3深梁的配筋方式
　　3.3.1舊設(shè)計(jì)的深梁配筋方式
　　過去深梁設(shè)計(jì)是先根據(jù)圖表查出深粱的跨中、支座截面的應(yīng)力分布再進(jìn)行配筋計(jì)算的。這種配筋設(shè)計(jì)方式使設(shè)計(jì)者對(duì)整個(gè)梁的應(yīng)力分布比較明確。但設(shè)計(jì)每一根梁時(shí)都必須對(duì)梁各部位作應(yīng)力分布迭加與分析，才能確定各部位的鋼筋需要量。對(duì)施工圖設(shè)計(jì)來說，增加了煩瑣的工作量，延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期。
　　3.3.2《規(guī)范》的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
　　《規(guī)范》為深梁定出了不同截面位置的受力鋼筋配置范圍。在算出所需鋼筋面積以后，就可以按此范圍直接配置鋼筋，而不必再對(duì)各部位應(yīng)力進(jìn)行迭加與分析。在配置鋼筋之前對(duì)配筋范圍已經(jīng)一目了然，計(jì)算工作只是確定鋼筋數(shù)量。所以《規(guī)范》的配筋設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單明確而且實(shí)用。
　　3.3.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)構(gòu)造的要求
　　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)構(gòu)造是很重視的。而深梁設(shè)計(jì)把構(gòu)造措施的重要性提得更高。深梁有些部位的強(qiáng)度主要靠構(gòu)造措施來滿足。如在支座截面，隨著跨高比(I0／h)的減小，彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力下移，最低能下移到中和軸稍下的位置。如果對(duì)跨高比不同的深梁規(guī)定不同的負(fù)鋼筋配置范圍，實(shí)際設(shè)計(jì)和施工都很麻煩。所以《規(guī)范》規(guī)定對(duì)跨高比I0／h<1.5的連續(xù)深梁，在中間支座上部0.2~0.6h范圍的總水平配筋率不應(yīng)小于0.5％，且不小于1.67ρ。用構(gòu)造措施滿足了這種應(yīng)力分布的要求，對(duì)縱向受力鋼筋的支座錨固和各部位鋼筋配筋率都提出了具體的要求。這些構(gòu)造措施都應(yīng)引起我們足夠的重視。
　　4幾點(diǎn)建議
　　(1)文中對(duì)深梁抗彎鋼筋計(jì)算的探討比較粗淺，還需進(jìn)一步做工作，但對(duì)于土建設(shè)計(jì)技術(shù)人員來說，簡(jiǎn)便易行是設(shè)計(jì)方法能得到廣泛推廣的先決條件。構(gòu)件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，能夠把精力放在“概念設(shè)計(jì)”及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等大問題上，不但能提高設(shè)計(jì)效果，更對(duì)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)合理創(chuàng)造了條件。所以按普通梁的方法來計(jì)算深粱彎矩和剪力。確實(shí)是一種切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方法。
　　(2)在鋼筋混凝土方倉(cāng)豎壁類深梁中如果沒有太大集中荷載的情況下，就不宜設(shè)置彎起鋼筋，而主要靠水平鋼筋抵抗剪力，即使有較大集中荷載存在，也應(yīng)當(dāng)首先考慮采用水平和豎向鋼筋來滿足抗剪強(qiáng)度要求。這樣既容易滿足應(yīng)力對(duì)鋼筋配置的要求，又有利于混凝土施工質(zhì)量的保證。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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