浅谈多层框架结构中次梁的设计

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摘要：通过工程模型的对比分析，证明了多层框架结构的次梁布置对结构整体刚度的影响，进而影响结构的抗震。为框架结构尤其是平面狭长的框架结构设计提供参考。

关键词：次梁；刚度；抗震；结构布置

Abstract: through the comparison of the engineering model, and prove the multilayer frame structure of the second beam layout of the influence of the whole structure stiffness, and affect the structure of earthquake. As a frame structure especially plane long and narrow frame structure provides reference for the design.

Keywords: second beam; Stiffness; Seismic; Structure layout

【中国分类号】TU208.2 ;TU375 【文献标志码】A【文章编号】

框架结构因为具有建筑平面布置灵活、房间空间大等优点，在工业厂房及公共建筑中有着广泛的应用。一般而言，框架结构就其承重方案一般有三种：横向承重，纵向承重和双向承重。对应的次梁布置方式分别为沿纵向布置，沿横向布置和双向布置（即十字梁或井字梁）。

当框架结构的主要结构构件框架柱、框架梁尺寸确定的情况下，次梁对结构整体抗震设计有何贡献呢？目前有不少的工程设计人员持有以下观点：设计中次梁不参与抗震，其布置方式对框架结构整体抗震没有影响。此观点的主要依据是在早期结构设计阶段，框架结构的抗震设计计算为手算，次梁只考虑其导荷作用，不考虑其对主体结构的刚度贡献。手算设计的框架结构在使用过程中也没有出现大范围的问题。实践经验从侧面支持了该观点。但是不能说这种观点在工程设计中是完全正确的，次梁是客观存在的，必然对整体刚度有影响。忽略次梁对结构整体刚度的影响只是限于当时的设计手段，对计算模型进行了很大程度的简化。

近年来计算机辅助设计软件的成熟，为准确评价次梁对整体刚度的影响提供了条件。笔者曾经设计过各种体型的多层框架结构，从长宽比不大的矩形到狭长的一字型。总结设计过程的体会，笔者认为在框架结构中，次梁本身截面设计确实不需要考虑抗震作用的，但是次梁对整体框架的刚度贡献和抗震变形分析还是有影响的。下面我们通过一个简化的工程设计进行次梁对整体刚度的定性分析。

设定工程为三层框架结构，层高均为3.3m。计算软件采用由中国建筑科学研究院开发的计算机辅助设计PKPM系列软件：STAWE 2010版（2011年9月

图1.1 标准层结构布置图

升级）。各计算模型除次梁（截面均为250x600）布置方式不同外，其他计算参数相同。标准层框架梁和框架柱结构布置图见图1.1 (横向框架梁截面为300x600，纵向框架梁截面为300x800，框架柱截面为500x500,均居中布置，楼板均为100mm厚现浇板；混凝土的强度等级均为C30)。PKPM设计参数的总信息见图1.2，地震信息见图1.3。

图1.2PKPM计算总信息

图1.3PKPM计算地震信息

模型编号及说明：

A: 将次梁定义为PKPM结构布置中的“次梁”（只考虑次梁的导荷作用，不考虑对主体结构的刚度贡献）输入，每跨沿纵向布置一道次梁，二等分横向框架梁。

B: 将次梁定义为PKPM结构布置中的“次梁” 输入，每跨沿横向布置一道次梁，二等分纵向框架梁。

C: 将次梁定义为PKPM结构布置中的“主梁”（既考虑次梁的导荷作用，又考虑其对主体结构的刚度贡献，计算中考虑主梁和次梁的空间作用）输入，每跨沿纵向布置一道次梁，二等分横向框架梁。

D: 将次梁定义为PKPM结构布置中的“主梁” 输入，每跨沿横向布置一道次梁，二等分纵向框架梁；

E: 将次梁定义为PKPM结构布置中的“主梁” 输入，每跨沿横纵向各布置一道次梁，二等分纵横向框架梁，即十字梁；

F: 将次梁定义为PKPM结构布置中的“主梁” 输入，每跨沿横向布置两道次梁，三等分纵向框架梁；

各模型下前三振型的周期及最大层间位移角摘录于表1.1中。

表1.1各计算模型下的参数对比

模型编号 考虑扭转耦联时的振动周期(秒) 最大层间位移角

X,Y 方向的平动系数 X方向

第一振型 第二振型第三振型 Y方向

A 0.48190.43120.42381/1248

1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00 ( 0.00+0.00 )1.00 ( 1.00+0.00 ) 1/926

B 0.47780.42270.42021/1270

1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00 ( 0.00+0.00 )1.00 ( 1.00+0.00 ) 1/941

C 0.50650.44600.42311/1253

1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00 ( 0.00+0.00 )1.00 ( 1.00+0.00 ) 1/828

D 0.47580.43510.42311/1168

1.00 ( 0.00+1.00 ) 1.00 ( 1.00+0.00 )0.00 ( 0.00+0.00 ) 1/950

E 0.51060.44700.44411/1123

1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00 ( 0.00+0.00 )1.00 ( 1.00+0.00 ) 1/816

F 0.48700.45650.43341/1053

1.00 ( 0.00+1.00 ) 1.00 ( 1.00+0.00 )0.00 ( 0.00+0.00 ) 1/908

模型计算结果分析：

1. 对比模型A和C，B和D的计算结果，我们可以看出将次梁定义为PKPM结构布置中的“次梁”输入和将次梁定义为PKPM结构布置中的“主梁”输入对结构的整体刚度有不同的影响；

2. 对比模型C、D和E的计算结果，可以看出D模型的次梁布置是三个模型中最好的。此时结构前三个振型的整体空间振动呈现为“平平扭”，这是模型调整的一个大控制方向，同时两方向的最大层间位移角相对最为接近。

3. 对比模型B、D和F的计算结果，我们可以看出虽然模型D和F都使得结构前三个振型的整体空间振动呈现为“平平扭”，但是对于模型B而言,模型D使得X方向最大层间位移角变大，Y方向最大层间位移角减小，模型F却使得X、Y两方向的最大层间位移角均增大。

虽然该工程案例的设计存在着一定的片面性，但是通过比对，我们可以定性的得出以下结论：框架结构中的次梁布置对结构整体刚度有影响，进而影响结构整体的抗震变形，不宜忽略，设计中应将次梁定义为PKPM结构布置中的“主梁”输入。同时，框架结构，尤其是长宽比较大的狭长框架结构，次梁宜布置在刚度较弱方向。

【参考文献】

【1】 GB50010-2010 混凝土结构设计规范【S】.

【2】GB50011-2010 建筑抗震设计规范【S】.

【3】JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程【S】.

【4】戴自强.钢筋混凝土房屋结构（第三版）【K】.天津：天津大学出版社，2002.

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