刘建飞

1 工程概况

本工程地处 6度区的重庆，3层钢筋混凝土框架，层高皆为3.6m，场地类别为二类。荷载情况如下:楼面恒载4.0，活载2.5;屋面恒载7.0，活载2.0，风荷载 0.4。C30混凝土，框架柱钢筋为HRP335，框架梁钢筋为HRP400，板钢筋为冷轧带肋钢筋。其他信息不予赘述。简化后平面见图1a)，标准层面积1 968.75m2;对比方案见图1b)，标准层面积1 944m2。如图2所示，原来结构方案为7.5m跨主梁、3.75m十字次梁，令为方案Ⅱ;后来修改为7.5m跨主梁、2.5m井字次梁，令为方案Ⅰ;最后尝试 9m跨主梁、3m井字次梁来进行比较，令为方案Ⅲ。为保持单一变量、方便比较，三个方案的梁柱截面尺寸统一，楼面板、屋面板厚皆取100mm，其他见表2。

2 结构计算与比较

众所周知，框架结构主梁的经济跨度一般为 8m左右。除了处于整体结构的位置和梁上线载外，主梁弯矩与次梁的集中力及其作用位置密切相关。如图 2所示，类似于本工程，模拟连续梁的受力情形。考虑三种情况:7.5m跨主梁、2.5m井字次梁;7.5m跨主梁、3.75 m十字次梁;9m跨主梁、3m井字次梁。两端固支的主梁标准跨无梁上线载，只有次梁集中力。而该次梁集中力由板上均布荷载产生、与梁跨相关，其和分别为1P，1P，1.2P。其中1.2为两种跨度的比值。各情况主梁弯矩值见表 1。可见，7.5m跨井字情况的跨端弯矩最小，而其跨中弯矩则远远小于 7.5m跨十字情况的，甚至不到一半。另外，9m跨井字情况的跨端弯矩最大，而其跨中弯矩则小于 7.5m跨十字情况的。就主梁本身而言，在增加跨度1.2倍后，9m跨井字情况与7.5m跨十字情况的受力各有千秋。因此，将7.5m跨主梁、3.75 m十字次梁修改为7.5m跨主梁、2.5m井字次梁，经济上的优势是相当可观的。而9m跨主梁、3m井字次梁的情况也值得尝试。

表1 两端固支各主梁弯矩值比较 kN◦m

根据工程实际，采用PKPM分别建立三个模型进行计算。选取其标准跨见图 3，其各自的框柱、框梁、次梁和板的截面、数量和配筋情况见表 2。

可见，方案Ⅰ和方案Ⅱ的框架柱都为构造配筋，柱截面由轴压比和框架柱最小截面控制，不太经济。所以加大柱网成方案Ⅲ，底层框架柱配筋增大一倍，而上层一样为构造配筋。轴压比分别为 0.6，0.6和0.9，混凝土截面利用充分。易知，因为总荷载和柱距相同，方案Ⅰ和方案Ⅱ的柱配筋和轴压比相同。方案Ⅲ底层柱的配筋和轴压比则明显增大;而数量上则明显减少，只有前两者的 0.73。三层共减少柱子 39个，相当于一整层的数量，而且建筑上也更加美观适用。梁方面，三种情况都分楼面和屋面两种大小荷载情况，可以得出相同的结论。方案Ⅰ和方案Ⅱ的框架梁跨端负筋相同，而方案Ⅲ的则明显增大，将近一倍。而跨中正筋，显然方案Ⅰ小于方案Ⅱ，方案Ⅲ仍旧接近其一倍。这是因为总荷载相同，次梁布局只影响跨中弯矩，负筋不变;而跨度的加大致使负筋增加过多，若加大梁截面将使其更加趋于经济。但为方便比较，方案Ⅲ的框架梁截面并未予以改变。另外，数量上则明显减少为前两者的0.85。

表2 三种情况的各项次比较(Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ)

对于次梁，则与主梁情况有很大不同。方案Ⅰ和方案Ⅱ的井字梁跨中正筋相同，而跨端负筋相差悬殊。方案Ⅲ的跨中正筋增大一半，而跨端负筋与方案Ⅱ接近。这与梁上分担的板截面积直接相关。考虑到梁的构造情况，方案Ⅰ井字梁的实际配筋会有所增大，或者说是不够经济的。另外，方案Ⅰ数量上明显多于其他两种情况，是方案Ⅱ的1.2倍。

无论楼面板、屋面板，由于高强度冷轧带肋钢筋的使用，板底皆为构造配筋，所以加大跨度更加有利。而板面配筋，方案Ⅱ偏高;特别是荷载较大的屋面板，是其他两种情况的 1.5倍。对于大面积的板而言，这是非常不经济的次梁布局。

对于整体情况，方案Ⅰ和方案Ⅱ的周期接近，因为不同次梁影响不大;方案Ⅲ由于跨度增大、梁柱减少，周期有所减小。至于其他方面都几乎相同，能够满足控制条件。

3 结语

结构设计的经验老道不只体现在复杂建筑上，很多时候更加反映在简单造型的概念设计和优化布局。本文以某框架结构的食堂为例，计算比较了三个方案柱梁板的配筋和数量。结果显示，方案Ⅰ的经济性明显高于方案Ⅱ;而只要建筑方案和初设阶段房间尺寸与柱网协调，方案Ⅲ将会更优。因此，不断优化的设计思维和态度与设计理论和知识同样值得关注。

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