CN108755943B - 钢筋混凝土梁柱结构设计方法、钢筋混凝土梁柱结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢筋混凝土梁柱结构设计方法、钢筋混凝土梁柱结构，涉及钢筋混凝土结构技术领域。所述梁柱结构包括：第一梁、第二梁、以及支撑柱；所述方法包括：获取第一梁的设计配筋率；当第一梁的设计配筋率大于最大配筋率时，在保证第一梁截面面积不变的前提下，增大第一梁的设计宽度，降低第一梁的设计高度。本发明所提供的设计方法通过在保证第一梁截面面积不变的情况下降低第一梁的设计高度，增加第一梁的设计宽度，来降低第一梁的配筋率。本发明所提供的设计方法避免增加整体梁柱结构的建材用量，避免增加工程造价，同时还增大了采用该梁柱结构的建筑的净空尺寸。

Description

钢筋混凝土梁柱结构设计方法、钢筋混凝土梁柱结构
技术领域
本发明涉及钢筋混凝土结构技术领域，特别涉及一种钢筋混凝土梁柱结构设计方法、钢筋混凝土梁柱结构。
背景技术
钢筋混凝土梁柱结构是应用最为广泛的建筑结构之一。在钢筋混凝土梁柱结构中，将配筋面积(即梁或柱中所有钢筋的截面面积之和)与梁或柱的截面面积之比称为配筋率，通过调控配筋率可以提高钢筋混凝土梁柱结构的力学性能，保障建筑安全。
相关技术提供了一种梁柱结构，如图1所示，包括：第一梁1、第二梁2、以及支撑柱3。其中，第一梁1和第二梁2均与支撑柱3固定连接，且第一梁1和第二梁2沿同一轴线相间设置。第一梁1与第二梁2等高等宽(参见图2-1与图2-2，其中第一梁1的宽度b1与第二梁2的宽度b2相同，第一梁1的高度h1与第二梁2的高度h2相同)，但第一梁1通常用作走廊横梁，其长度远小于所述第二梁2的长度。在设计中确定第一梁1的配筋率时，设定第一梁1的设计高度以及设计宽度，进而获取第一梁1的设计配筋率。且为了保证梁柱结构的抗震能力，第一梁1具有最大配筋率。当第一梁1的设计配筋率大于最大配筋率时，增大第一梁1的设计高度，以降低第一梁1的配筋率。此时，需要说明的是，还应同时增大第二梁2的高度，以保证第一梁1和第二梁2顶面和底面相平齐。若单独增大第一梁1的设计高度，则第一梁1的横截面积增大，第一梁1在水平地震作用下承受弯矩也随之增大。为了克服增加的弯矩需要进一步增大第一梁1的配筋率，如此易造成恶性循环。因此，相关技术中采用同比增加第一梁1和第二梁2高度的作业方式来降低第一梁1的设计配筋率。
在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：
相关技术中用于降低第一梁1设计配筋率的方法，由于同时增加了第一梁1和第二梁2的高度，因此也增加了第一梁1和第二梁2的截面面积及配筋面积，进而增加整体梁柱结构钢筋和混凝土用量，提高工程造价。同时还减小了采用该梁柱结构建筑的净空尺寸。
发明内容
本发明实施例提供了一种钢筋混凝土梁柱结构设计方法、钢筋混凝土梁柱结构，以解决相关技术中的缺陷。技术方案具体如下：
第一方面，提供了一种钢筋混凝土梁柱结构设计方法，所述梁柱结构包括：第一梁、第二梁、以及支撑柱，其中第一梁的长度小于第二梁的长度；所述方法包括：
获取所述第一梁的设计配筋率；
当所述第一梁的设计配筋率大于最大配筋率时，在保证所述第一梁截面面积不变的前提下，增大所述第一梁的设计宽度，降低所述第一梁的设计高度。
在一种可选方式中，增大所述第一梁的设计宽度满足：所述第一梁的设计宽度小于所述支撑柱的宽度。
在一种可选方式中，获取所述第一梁的配筋率，包括：
获取所述第一梁的设计宽度和设计高度；
根据所述设计宽度和所述设计高度，确定所述第一梁的设计线刚度；
根据所述第一梁的设计线刚度，确定所述第一梁在水平地震作用下所承受的弯矩；
根据所述第一梁在水平地震作用下所承受的弯矩，确定所述第一梁的设计配筋率。
在一种可选方式中，当所述第一梁的设计配筋率小于或者等于所述最大配筋率时，按照所述设计宽度和所述设计高度设计所述第一梁，并按照所述设计配筋率进行配筋。
第二方面，提供一种钢筋混凝土梁柱结构，所述梁柱结构通过上述第一方面所述设计方法得到，所述梁柱结构包括：第一梁、第二梁、以及多个支撑柱；
所述第一梁的长度小于所述第二梁的长度；
所述第一梁的高度小于所述第二梁的高度，所述第一梁的宽度大于所述第二梁的宽度；
所述第一梁、所述第二梁均与所述支撑柱固定连接，且所述第一梁和所述第二梁沿同一轴线相间设置。
在一种可选方式中，所述第一梁的宽度小于所述支撑柱的宽度。
在一种可选方式中，相邻的所述第一梁与所述第二梁分别固定在一个所述支撑柱相对的侧壁上。
在一种可选方式中，所述第一梁、所述第二梁、以及所述支撑柱的顶面平齐。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
在保证第一梁截面面积不变的情况下，通过降低第一梁的设计高度，增加第一梁的设计宽度，来降低第一梁的设计线刚度，进而降低第一梁在水平地震作用下所承载的弯矩，以降低第一梁的设计配筋面积。此时，由于第一梁截面面积不变，因此第一梁的配筋率降低，解决第一梁的配筋率超过最大配筋的问题。同时本发明实施例提供的设计方法无需改变第二梁的尺寸，并且第一梁截面面积不变，因此可避免增加整体梁柱结构的建材用量，避免提高工程造价。同时，由于减小了第一梁的高度，因此使得采用该梁柱结构的建筑具有更大的净空尺寸。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是相关技术中所提供的梁柱结构的示意图；
图2-1是相关技术中所提供的梁柱结构中第一梁的剖视图；
图2-2是相关技术中所提供的梁柱结构中第二梁的剖视图；
图3是本发明实施例提供的梁柱结构的示意图；
图4-1是本发明实施例提供的梁柱结构中第一梁的剖视图；
图4-2是本发明实施例提供的梁柱结构中第二梁的剖视图。
附图中各个标记分别为：
1、第一梁；
2、第二梁；
3、支撑柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本发明实施例提供了一种钢筋混凝土梁柱结构设计方法，其中梁柱结构如图3所示，包括：第一梁1、第二梁2、以及支撑柱3，其中第一梁1的长度小于第二梁2的长度。该设计方法包括：
步骤S1、获取第一梁1的设计配筋率；
步骤S2、当第一梁1的设计配筋率大于最大配筋率时，在保证第一梁1截面面积不变的前提下，增大第一梁1的设计宽度，降低第一梁1的设计高度。
本发明实施例所提供的钢筋混凝土梁柱结构设计方法的原理如下：
在本发明实施例中，保证第一梁1截面面积不变的情况下降低第一梁1的设计高度，增加第一梁1的设计宽度，可降低第一梁1的设计线刚度，具体分析如下：
第一梁1的设计线刚度通过公式(1)获取：
i1＝b1’×h1’3×E/(12×L1) (1)；
式中，i1-第一梁1的设计线刚度；
b1’-第一梁1的设计宽度；
h1’-第一梁1设计高度；
L1-第一梁1的设计长度；
E-混凝土弹性模量。
由于第一梁1的设计线刚度与第一梁1的设计宽度成线性关系，与第一梁1的设计高度呈三次递增关系。因此，当第一梁1的设计宽度与设计高度的乘积保持不变时，第一梁1的设计线刚度依然降低。
进一步地，通过降低第一梁1的设计线刚度，使得第一梁1在水平地震作用下所承担的弯矩降低。参见公式(2)，
M1＝i1M/(i1+i2) (2)；
式中，M1-第一梁1在水平地震作用下所承担的弯矩；
M-第一梁1和第二梁2在水平地震作用下所承担的弯矩之和；
i1-第一梁1的设计线刚度；
i2-第二梁2的设计线刚度。
由于无需改变第二梁2的尺寸，因此第二梁2的设计线刚度保持不变。而第一梁1的设计线刚度降低，因此可重新分配了第一梁1和第二梁2所承担的弯矩，降低第一梁1所承担弯矩。
并且，第一梁1在水平地震作用下所承担的弯矩与第一梁1的设计配筋面积正相关，故此时第一梁1的设计配筋面积降低。结合如下公式：
ρ1＝As/(b1’×h1’) (3)；
式中，ρ1-第一梁1的设计配筋率；As-第一梁1的设计配筋面积。
此时，由于第一梁1截面面积不变，即b1’×h1’的值不变，而第一梁1的设计配筋面积降低，因此第一梁1的设计配筋率降低。进而能够解决第一梁1的设计配筋率超过最大配筋的问题。
同时本发明实施例提供的设计方法无需改变第二梁2的尺寸，进而避免了增加第二梁2的尺寸。需要说明的是，在本发明实施例中，虽然增大了第二梁2在水平地震作用下所承担的弯矩，即增加了第二梁2的配筋率。但是，由于降低了第一梁1的配筋率，且第一梁1和第二梁2整体尺寸没有变换，因此从整体上看，采用本发明实施例提供的设计方法能够避免增加钢筋混凝土梁柱结构的建材用量，避免了增加工程造价。同时，采用增大第一梁1的宽度、并减小高度的方式，使得采用该梁柱结构的建筑具有更大的净空尺寸。
具体地，在本发明实施例中，步骤S1获取第一梁1的设计配筋率包括以下步骤：
步骤S101、获取第一梁1的设计宽度和设计高度；
步骤S102、根据第一梁1的设计宽度和设计高度，确定第一梁1的设计线刚度；
步骤S103、根据第一梁1的线刚度，确定第一梁1在水平地震作用下所承受的弯矩；
步骤S104、根据第一梁1在水平地震作用下所承受的弯矩，确定第一梁1的配筋率。
进一步地，当第一梁1的配筋率小于或者等于最大配筋率时，按照设计宽度和设计高度设计第一梁1，并按照配筋率进行配筋。当第一梁1的配筋率大于最大配筋率时，按照上述方案对第一梁1的设计宽度和设计高度进行调整，避免增加工程造价。
进一步地，在本发明实施例中，增大第一梁1的设计宽度时还需满足：第一梁1的设计宽度小于支撑柱3的宽度。当第一梁1的设计宽度大于支撑柱3的宽度时，需采用支撑柱3固定在第一梁1下方的连接方式。并且，改变第一梁1和支撑柱3的连接方式会影响整体梁柱结构的受力情况，需对整体结构重新进行受力分析。在本发明实施例中，虽然增大了第一梁1的设计宽度，但优选避免第一梁1的宽度小于支撑柱3的宽度，因此仍可采用第一梁1与支撑柱3的侧壁连接的方式。
本发明实施例提供的梁柱结构设计方法，能够既满足第一梁1的配筋要求，又不增加与第二梁2的截面尺寸，避免增加工程造价同时增大了净空尺寸。且该方法施工方便，便于操作。
第二方面，本发明实施例提供了一种钢筋混凝土梁柱结构，该梁柱结构通过上述第一方面所提供的设计方法得到。如图3所示，该梁柱结构包括：第一梁1、第二梁2、以及多个支撑柱3。其中，第一梁1的长度小于第二梁2的长度；且参见图4-1和图4-2，第一梁1的高度(h1)小于第二梁2的高度(h2)，第一梁1的宽度(b1)大于第二梁2的宽度(b2)。第一梁1、第二梁2均与支撑柱3固定连接，且第一梁1和第二梁2沿同一轴线相间设置。
本发明实施例第二方面提供的钢筋混凝土梁柱结构，通过设置具更大宽高比的第一梁1，可以有效避免当第一梁1设计配筋率大于最大配筋率时的技术缺陷，不仅避免增加整体结构的工程造价，同时具有更大的室内净空尺寸。
进一步地，第一梁1的宽度小于支撑柱3的宽度。且相邻的第一梁1与第二梁2分别固定在一个支撑柱3相对的侧壁上。如此避免更改梁、柱之间的连接关系，避免影响整体结构受力。并且，第一梁1、第二梁2、以及支撑柱3的顶面平齐，以便进行其他作业。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种钢筋混凝土梁柱结构设计方法，其特征在于，所述梁柱结构包括：第一梁(1)、第二梁(2)、以及支撑柱(3)，且所述第一梁(1)的长度小于所述第二梁(2)的长度；所述第一梁(1)、所述第二梁(2)均与所述支撑柱(3)固定连接，且所述第一梁(1)和所述第二梁(2)沿同一轴线相间设置，相邻的所述第一梁(1)与所述第二梁(2)分别固定在一个所述支撑柱(3)相对的侧壁上；所述方法包括：
获取所述第一梁(1)的设计配筋率；
当所述第一梁(1)的设计配筋率大于最大配筋率时，在保证所述第一梁(1)截面面积不变的前提下，增大设计宽度，降低设计高度，其中，所述第二梁(2)的尺寸不变，从而重新分配所述第一梁(1)和所述第二梁(2)在水平地震作用下所承担的弯矩，降低所述第一梁(1)所承担的弯矩，所述第一梁(1)所承担的弯矩与所述第一梁(1)的设计配筋面积正相关，使得所述第一梁(1)的设计配筋面积降低。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，增大所述设计宽度满足：所述设计宽度小于所述支撑柱(3)的宽度。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，获取所述第一梁(1)的配筋率，包括：
获取所述设计宽度和所述设计高度；
根据所述设计宽度和所述设计高度，确定所述第一梁(1)的设计线刚度；
根据所述设计线刚度，确定所述第一梁(1)在水平地震作用下所承受的弯矩；
根据所述第一梁(1)在水平地震作用下所承受的弯矩，确定所述第一梁(1)的设计配筋率。
4.一种钢筋混凝土梁柱结构，其特征在于，所述梁柱结构通过权利要求1-3中任一项所述设计方法得到，所述梁柱结构包括：第一梁(1)、第二梁(2)、以及多个支撑柱(3)；
所述第一梁(1)的长度小于所述第二梁(2)的长度；
所述第一梁(1)的高度小于所述第二梁(2)的高度，所述第一梁(1)的宽度大于所述第二梁(2)的宽度，其中，所述第二梁(2)的尺寸不变，从而重新分配所述第一梁(1)和所述第二梁(2)在水平地震作用下所承担的弯矩，降低所述第一梁(1)所承担的弯矩，所述第一梁(1)所承担的弯矩与所述第一梁(1)的设计配筋面积正相关，使得所述第一梁(1)的设计配筋面积降低；
所述第一梁(1)、所述第二梁(2)均与所述支撑柱(3)固定连接，且所述第一梁(1)和所述第二梁(2)沿同一轴线相间设置。
5.根据权利要求4所述的钢筋混凝土梁柱结构，其特征在于，所述第一梁(1)的宽度小于所述支撑柱(3)的宽度。
6.根据权利要求4所述的钢筋混凝土梁柱结构，其特征在于，所述第一梁(1)、所述第二梁(2)、以及所述支撑柱(3)的顶面平齐。
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