结构设计初学者常见问题讲座-铰接、固结

初学者在结构设计中的常见问题 一、 关于SATWE梁端铰接 1、 次梁与主梁的铰接 （1）、做个实验，次梁都按主梁输入，一个次梁点铰，一个次梁不点铰，一个取消次梁。

图一（不点铰接） 图2（点铰接） 图3（取消次梁） 图1、图2说明按主梁输入的次梁在点铰后，会影响侧向刚度计算，但很微弱。 图3说明，次梁对整体侧向刚度的贡献：14938/14590=1.0239。仅仅2.39%，不会超过5%。

图4（不点铰接） 图5（点铰接） 图4、图5的周期继续说明次梁的刚度共享微弱，点铰不点铰对整体结构的计算都并没有影响 图6（不点铰接） 图7（点铰接） 图8（取消次梁） 图6、图7、图9继续反应次梁的作用对地震力作用下的基底剪力的贡献很微弱，说明次梁不管是用主梁输入还是用次梁来输入，对整体结构的影响微弱。基底剪力反应结构的刚度

图9（不点铰接） 图10（点铰接） 结论1：次梁点铰，不影响整体结构 结论2：次梁对整体结构刚度贡献很微弱 结论3：SATWE对次梁点铰后，并不是忽略了次梁的刚度共享。 （以上说明次梁，可以点铰，对整体影响不大，但注意也不能乱点，以致结构形成机构） （2）、次梁点铰的实质 首先要认清我们为什么要铰接处理？

不要认为是铰接，其实质是在受力过程中控制约束条件，释放弯矩。 图11（不点铰）

图12（端部点铰） 图11、图12说明释放掉次梁端部的弯矩，转移到次梁底部弯矩。（次梁端弯矩也是按刚度分配，应根据实际情况，考虑是否点铰释放弯矩）

那么很多朋友就会问了，这不是与实际真实受力情况不同了吗？ 在实际工程中，混凝土都是整体现浇的，也就是说，所有的连接都是刚性连接。 但在结构中，所有构件的受力都是按刚度分配，次梁梁端点铰后，仍然有刚度存在，也就会分配到力。那次梁点铰还有意义吗？看下图解释：

图13 图14

图13、图14说明，边框架梁除了剪力突变，还产生了T=19的扭矩。 剪力突变无法避免，但扭矩可以释放掉，从而使得框架梁的受力变得稍微简单明确一点。

结论4：控制支座的约束条件，释放掉不利弯矩。 结论5：不要老想成铰接与实际不符，我们应承认，它最初的连接仍然是刚接，我们仅仅是释放掉支座的弯矩约束。 结论6：释放弯矩的实现，是通过降低其抵抗弯矩能力的约束——配筋。 但其自身的截面的截面抵抗矩仍会影响弯矩的释放，因此，不能认为点铰处理后，就不对此类边梁进行抗扭构造措施。 结论7：受弯构件在集中荷载中用下，影响其抗剪承载力的主要因素是剪跨比。

（3）、控制配筋是如何实现释放弯矩的？ 次梁点铰，只是对内力分布作了一个人为的计算假定，然而这个计算假定是可以通过配筋来改变内力的分布，从而实现的。 其真实的受力情况，是根据相对刚度进行分配决定的，意思就是，这根次梁与边梁仍然是刚接状态，因此，在最初的力的传递过程中，边梁仍然会受扭。但在我们铰接处理后，梁端上部配筋只需要满足构造要求。那么就会使得上部配筋不足，不能满足抗力要求，从而让这根次梁在内力分配时没有有效的钢筋进行抵抗，所以这个次梁就会在梁端开裂。一旦开裂，就立马会卸载，并且允许为可以转动，从而使得边梁与次梁之间的约束解除刚接效果，释放掉弯矩。那么也就达到我们的设计目的了。然而此时，下部的正弯矩钢筋，却还是有效的连接，所以这就是铰接。 通过上述内容，可以明白，我们对SATWE计算结果的判断，与人为的进行配筋设计，是可以看到力的传递途径的，同时也可以通过配筋改变力的传递途径。那么对于初学者在设计时，就最好不要用PKPM出施工图自动配筋了，应当自己配筋设计，从而熟悉这个过程。

结论8：配筋并不是越大越好，应与自己的设计思路吻合。

2、与剪力墙平面外相连的梁铰接 同样的道理，搭接在剪力墙平面外的梁也应该采用铰接处理。 这是因为剪力墙在平面内的刚度非常大，远远大于其平面外的刚度，因此，剪力墙平面外的刚度可以忽略不记，我们计算时也是不考虑剪力墙平面外的刚度的，所以设计时才要求尽量不要出现一字墙。那么如果一根梁搭接在剪力墙的平面外，不就是让其平面外受弯了吗？而且，墙的面外刚度小，约束就小，梁端负弯矩自然就小。所以，才需要在这种情况点铰处理。此时，就是首先要优先考虑竖向构件的安全。 参看《高规》7.1.7条： 该条条文说明： 3、板计算时的铰接 对于板计算时是按铰接还是按固端计算？ 板的设计，一般采用弹性算法，虽然很多书谈到（特别是北京地区）楼板的富余量很大，应当采用塑性算法，进而挖掘楼板的潜力，并且以塑性算法可以节约20%~30%的钢筋用量。但是如果你要考虑混凝土构件塑性内力重分布，那么就要注意计算时你这块板是连续板，因为只有连续板才有塑性算法。塑性算法主要是可以节约连续板的支座处负筋，因为它是允许混凝土开裂后进行内力重分布。此外，按有限元壳单元对楼板进行计算分析，发现，楼板应该是与梁协同变形的，因此，楼板在梁边支座处的负弯矩也不应有这么大，因为梁是有支座沉降的，一旦有沉降就会进行卸载，故，在对楼板的设计时，也可采用塑性算法。

板的约束条件，是这样区分的。首先要正确认识能够提供给板约束的是相邻的板，而不是梁，当然如果梁的相对刚度很大，也有可能作为板的支座，这个也是由相对刚度决定的。 因此，对于边梁，错层板一般都视为铰支座。所以，计算时，需要采用铰接计算，才能把底部正弯矩钢筋算足。同时也应注意避免边梁受到楼板弯曲变形的影响，从而使得边梁因变形协调而受扭。

总结： 对于铰接，其实质是控制支座的约束条件，通过使其达不到抗力要求而开裂卸载，保证重要构件的安全。同时，通过上述实验，次梁的对整体刚度的贡献非常微弱。对于框架结构中，有效抗侧力结构是由框架梁、框架柱组成。而框架结构中的次梁是楼板的组成部分，承受竖向荷载并传递给框架梁，有抗震设计与无抗震设计一样可不考虑延性，次梁箍筋按剪力确定，构造按非抗震时梁的要求，没有135°弯钩及10倍直径直线段的要求，次梁跨中上铁可设架立筋。所以次梁不参与抗震设计。 值得注意的是，以上的铰接处理，是需要人工进行判断的，并不是什么都可以点铰，过多的铰接会让结构产生大量的塑性内力重分布，内力分配不合理因素加大，使得计算结果的失真。结构分析应真实可靠。同时注意不要让结构产生机构，也就是几何可变体系。

希望通过我上面对铰接的介绍，使各位朋友能够对此有了一定的了解，但由于本人水平有限，以上仅属个人见解。 二、 错层梁、板的建模与配筋

1、 梁顶标高有错层 在建筑结构设计时，我们常常会遇到由于使用功能的不同或带有裙房的建筑，那么就有可能会降板。然而如果需要降板的建筑使用区域内，有多根梁分隔板格，那么为了不影响这个建筑区域的功能使用，则需要降梁顶标高，使其与降板后的板面标高一致，才不会造成“踢脚”现象。

如下图所示：

图1 图2 图1： 空中花园和外阳台通常需要降板处理，这是考虑到住户若以后把空中花园与阳台连通使用而方便排水与挡水。那么图中所画的虚线梁段，也就需要降标高至板面标高，才不会造成出入的不方便。

图2： 屋面裙房标高比楼面标高低300mm，水平梁段在屋面处梁顶标高降-0.300，而在楼面处不降，这就造成了一个梁顶标高不同的变截面缺口梁。 （1）建模处理 以上两种情况在建模处理的时候，不做梁顶降标高处理，仍然按平直梁建模，因为SATWE计算时，不考虑500mm以内（含500mm）的错层处理。因此没有必要去复杂的操作“上节点高”。 （2）配筋处理 在建模计算时，并没有考虑由于梁顶标高不一致，梁顶面钢筋无法贯通，从而有可能造成无法形成连续梁的计算模型，而导致的SATWE计算配筋的误差。因此，我们在手工配筋时，就不能够按照SATWE的计算结果配筋了。 那怎么判断是否仍然属于连续梁的计算模型，支座节点仍然能够视为固端支座，平衡节点弯矩呢？ 这就需要用到《结构力学》的知识了： 以上结论得出，能否视为支座，是根据相对线刚度理论来定义的，那么在结构设计中，相对线刚度理论就尤为重要了。我们以一个例子来计算相对线刚度。 例： 已知条件：层高3m，混凝土强度等级、钢筋强度等级、弹性模量E均相同；梁200mm*500mm，跨度3m。 （1） 剪力墙：200mm厚，截面高度1600mm。 （2） 框架柱：600mm*600mm （3） 框架主梁：250mm*700mm

请各位完成以下作答： 1、 求梁、剪力墙、框架柱、框架主梁的线刚度值 2、 求其相对线刚度比值 结论： 通过以上例子说明，当梁顶标高不同，梁顶面钢筋不能拉通时。 应按照STAWE计算结果，把梁顶上部负筋配足，同时按简支梁考虑，加大该梁的底部配筋。

2、 板面标高错层 与前面“梁顶标高有错层”原理一样，但是在建模 时，需注意的是，在用PMCAD计算楼板配筋时，若考虑“楼板错层为铰接计算”，那么“楼板错层”的输入就有作用了。然而前面提到楼板的支座一般情况下都是与之相邻的楼板，所以如果楼板有错层，应为铰接计算。

其余类似问题，以此类推……