试论高层建筑宽扁梁结构设计
摘要：高层建筑的高度受诸多条件限制，采用宽扁梁结构能减小梁高，从而降低层高，在规划的建筑高度内增加建筑面积，有效的利用土地资源。
关键词：高层建筑宽扁梁刚度节点核心区
一、前言
在城市建设中，随着高层建筑的发展和建筑形式的多样化，建筑物高度由城市规划部门控制，楼层高度受到很大的限制。而现代技术的信息化、智能化又强迫高层建筑增加一些管线设施，从而进一步压缩楼层净高。从结构的角度来看，减小楼层框架梁的高度对室内净高有很大的影响，将直接影响建筑物的总高度。例如，一幢柱距为9m×9m、层高3.6m的50层钢筋混凝土框架﹣核心筒办公楼，建筑总高度180m。若采用普通框架梁，9m跨度的框架梁高度通常为700mm；若采用宽扁梁结构，9m跨度的框架梁高通常为500mm。如果该建筑采用宽扁梁结构，层高可为3.4m，那么在180m总高度的限制条件下，该建筑可建造的高度接近53层，建筑面积可增加6%左右。另一方面，如果该建筑层数为50层，采用宽扁梁结构的建筑总高度为170m，比采用普通框架梁结构的建筑高度减小10m。这无疑会大大减小建筑在风荷载和地震荷载下的顶点侧向位移和
倾覆力矩。基于以上原因，宽扁梁在实际高层建筑结构设计中有着广阔的应用前景。
二、宽扁梁设计的若干建议
2．1宽扁梁的截面尺寸
当框架梁截面宽度大于梁高时为扁梁，梁宽大于垂直梁轴方向的柱宽度时为宽扁梁。其截面尺寸应符合下列要求：
hb=(1/16～1/22)l
bb≤2bc；bb≤bc＋hb
hb≥16d
式中:bc——垂直梁轴方向柱截面宽度，圆形截面柱取直径的0.8倍；
bb 、hb——分别为梁截面宽度和高度；
d——柱纵筋直径。
此外，宽扁梁框架的边梁宽度不宜大于支承柱梁宽度方向柱的截面尺寸，以避免边梁宽度超过柱截面范围的纵筋在水平荷载作用下对另一方向上的扁梁产生较大的扭矩。
由于楼层高度的限制，框架梁的截面高度受到制约。不少工程出现了宽扁梁，其特点是梁宽比梁高大得多。例如截面为l000mm ×600mm，1200mm×500mm等，这种截面，导致梁的自重很大，楼板的混凝土折合厚度增加，结构自重也明显加大。设计人员在应用计算软件导荷载时应考虑扣除梁板重叠部分的荷载及竖向构件与水平构件重叠部分的荷载。由于梁宽增加，还带来梁柱节点区的构造问题，如果处理不当，节点处的钢筋太多太密，造成施工困难．常
常影响施工质量。
2．2宽扁梁的刚度调整系数
高层建筑常采用现浇混凝土楼盖体系。在水平荷载作用下．通过框架梁和现浇板的共同抗弯来约束柱端的转动。混凝土板可作为扁梁的翼缘增加其截面刚度。在进行整体框架结构分析时，常用的软件是先取框架梁的矩形截面进行刚度计算。在刚度调整时，设计人员再根据是边梁还是中梁用1.5或2.0刚度调整系数进行放大。这对常规梁而言还是比较准确的．但对宽扁梁不宜用一个笼统的1.5或2.0的系数来调整放大，该系数应通过计算确定。根据《建筑抗震设计规范》(gb50011—2010)中t形截面受弯构件承载力计算中的翼缘计算宽度规定：bf= bb +12hf(hf为楼板厚度)，由此考虑整体现浇板共同作用的t形梁截面惯性矩要比未将翼缘板计算在内的矩形梁截面惯性矩大得多。以某综合楼工程为例，如图1所示，梁截面为600mmx500mm，板厚120mm．计算过程如下：
上述宽扁梁的刚度调整系数为1.66，而非1.5或2.0。因此，设计人员应根据具体工程现浇梁板的几何尺寸，将现浇板作为t形梁的翼缘．按规范规定的有效翼缘宽度，计算刚度调整系数，不宜随意取一个固定的值。
2．3宽扁梁的配筋
对于宽扁梁钢筋配置，《建筑抗震设计规范》（gb50011—2010）
并没有详细的规定，广东省标准“广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3—2002)补充规定”对此有较明确的规定。宽扁梁纵向受力钢筋的最小配筋率，除应符合《混凝土结构设计规范》的规定外，尚不应小于0.3％，宜单层放置。
宽扁梁应双向布置，纵横扁梁在柱上交汇，与柱形成一个扩大的支座。如果设计合理，宽扁梁就可以通过这个扩大的支座将荷载可靠地传递给柱子。故宽扁梁节点的内、外核心区均可视为梁的支座，梁纵向钢筋在支座区的锚固和搭接均应按《混凝土结构设计规范》有关框架梁的规定执行，其中柱截面外的梁底钢筋宜贯通或按受拉钢筋相互搭接；梁面贯通钢筋不宜少于面筋总面积的1/3。锚入柱内的扁梁上部钢筋宜大于全部上部钢筋的60%（国外的要求是约70%)。当支承宽扁梁的框架梁为边梁时，柱外侧的梁纵向钢筋应锚固在边梁中，如果直锚不够，可将钢筋斜向锚固在柱中。该边梁除承受自身平面内的弯矩和剪力外，还承担宽扁梁传来的扭矩。另外宽扁梁纵向受力钢筋的净距不宜小于100mm，箍筋肢距不宜大于200mm，梁两侧面应配置腰筋，其直径不宜小于12mm，间距不宜大于200mm。
2．4宽扁梁节点构造要求
宽扁梁除按规范要求设计外，节点核心区的合理配筋和构造也十分重要。宽扁梁节点分内、外核心区，有关研究之处，在静载和低周期反复荷载作用下，破坏区域基本在节点外核心区。在外核心
区设置箍筋，可以起到保护内核，转移塑性铰的作用。
（1）节点核心区水平抗剪箍筋配置
节点核心区水平抗剪箍筋除在内核心区柱内按《混凝土结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》要求计算和设置外，还应在外核心区周边设置。抗震等级为二、三级时不小于10@100；非抗震时不小于8@100。
（2）节点外核心区抗扭纵筋配置
双向宽扁梁梁高相等时，宜按计算要求增加抗扭纵筋。双向宽扁梁梁高不等时，可在低宽扁梁外核心区底部加设朝上的开口箍筋构成底部抗扭纵筋。当只有单向宽扁粱时，可通过设置节点核心区附加封闭箍筋构成抗扭钢筋。
（3）节点外核心区垂直抗剪拉筋配置
宽扁梁框架节点外核心区内部宜设置垂直抗剪拉筋，用于抵抗剪力，并勾住进入外核心区的宽扁梁纵向钢筋与之绑扎。其构造要求为：抗震等级二、三级时不小于8@100；非抗震时不小于8@100。
2．5宽扁梁的裂缝及挠度计算
宽扁梁的配筋，经常由裂缝或挠度控制。在对宽扁梁的裂缝进行大量的计算后发现，一旦宽扁梁由强度控制，且配筋率较大时，则裂缝宽度难以满足要求，须加大配筋。根据经验，当配筋率达到2％左右时，就应注意裂缝问题。
验算宽扁粱的挠度，当支承条件和跨度一定时，其刚度起着决
