框架结构中地坪拉梁设计问题探讨

摘要：框架结构设计中，地坪拉梁是否应建入模型整体计算存在较大争议;理论分析及震害调查表明框架结构的底层柱对整体结构的抗倒塌起到关键作用，框架结构底层柱的承载能力应适当加强;现行版本PKPM程序不支持框架结构修改嵌固端所在层号，模型中建入地坪拉梁后形成计算一层，被程序默认为嵌固端所在层对柱弯矩值进行调整，对常发生破坏部位的柱承载力却未调整;本文认为现阶段地坪拉梁不应建入整体模型计算。

关键词：框架结构;地坪拉梁;抗倒塌能力;承载力调整

Abstract: In the design of frame structure, floor beam should be built into the model of integral calculation in great dispute; theoretical analysis and seismic damage investigation showed that the frame structure of bottom columns on the overall structure of the collapse has played a key role, frame structure of bottom column bearing capacity should be strengthened; the current version of PKPM does not support frame structure modification of block fixed end where the layer number, model built into the floor after the formation of a layer of the pull beam calculation, by default as the fixed end where the layer on the column moment value is adjusted, the often destroyed parts of the column bearing capacity without adjustment; in the current stage, floor beam should not be built into the whole model calculation.

Key words: frame structure; floor beam; collapse resistant capacity; capacity adjustment

中图分类号： TU2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)

1 前言

框架结构设计中，通常在建筑地坪处设置纵横向拉梁(以下简称地坪拉梁)。设置地坪拉梁，即起到了调节基础不均匀沉降的作用，同时也承担建筑一层墙体的竖向荷载，防止出现因施工时基坑回填土质量难以控制，压实系数不能满足设计要求而引起的一层墙体沉降裂缝的问题。

采用PKPM设计软件计算框架结构时，地坪拉梁是否应该建入模型整体计算在结构设计人员中一直存在较大争议。为此，本文基于现行版本的PKPM计算软件(10版2011年3月28日)，以整体模型中将地坪拉梁建入与不建入所带来不同的计算结果为线索对这一问题进行探讨，分析框架结构计算时是否应将地坪拉梁带入整体模型。

2 地坪拉梁的作用

尽管框架结构设计图纸中对基坑回填土及房心土有压实系数不小于0.94的要求，但在实际工程中，业主、监理及施工单位往往对主体结构的质量都很重视，却常常忽视回填土的压实质量，建筑一层的隔墙砌筑后不久便会出现明显的沉降裂缝，个别工程中出现的裂缝还很严重，常因此造成返工，即耽搁了工期又浪费了材料。

因此，设计中在建筑地坪处(通常梁顶标高-0.100)设置地坪拉梁以承托建筑一层的墙体荷载，有效的防止了墙体的沉降裂缝。

框架结构的一层柱底从基础顶面算起，计算高度比上一层要高很多，往往造成该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%，建筑一层形成薄弱层。设置地坪拉梁后，将原计算一层(基础顶面~一层顶)分隔成两个计算层，即计算一层(基础顶面~地坪拉梁顶)和计算二层(地坪拉梁顶~一层顶)，可以消除因计算一层高度太大而引起的侧向刚度不规则的问题。

3 模型中建入地坪拉梁的影响分析

由于框架柱中存在轴压力，即使在采取必要的抗震构造措施后，其延性能力通常仍比框架梁偏小;加之框架柱是结构中的重要竖向承重构件，对防止结构在罕遇地震下的整体或局部倒塌起关键作用，故在抗震设计中通常均需采取“强柱弱梁，底层柱更强”的措施，即人为增大柱截面的抗弯能力，以减少柱端形成塑性铰的可能性【3】。比较合理的结构体系应为下部结构刚度大，上部结构刚度逐渐减小。因此，框架结构的底层柱对于整个结构的抗倒塌能力起着至关重要的作用。

2008年5.12汶川地震后震害调查表明，框架结构的底层柱出现了严重破坏，而上部结构却破坏很小甚至完好，本该是强柱弱梁却呈现了强梁弱柱的破坏，造成了相当的人员伤亡。图1【1】为映秀镇某三层框架，地震中该建筑一层完全坍塌，
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仅存上部两层。图2【2】为某框架结构底层柱发生严重破坏倾斜。这些调查表明框架结构的底层柱在地震时更容易发生破坏，更应该加强其承载力，计算嵌固端所在层即底层的柱下端过早出现塑性屈服，将影响整个结构的抗地震倒塌能力。
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为此，《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中6.2.3条规定：一、二、三、四级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.7、1.5、1.3、1.2，底层柱纵向钢筋应按上下端的不利情况配置【3】。
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如图3所示，框架结构计算时建入地坪拉梁，基础顶面~地坪拉梁顶形成计算一层，建筑一层变为计算二层，即地坪拉梁顶~建筑一层顶。而现行版本PKPM程序在计算时会自动对底层柱即嵌固端所在层按《抗规》6.2.3条对柱下端截面组合的弯矩设计值分别乘以相应增大系数，程序默认计算一层为嵌固端所在层，尚不支持框架结构修改嵌固端所在层号。根据上述震害调查，框架结构的底层柱破坏发生在嵌固端至建筑一层顶之间，发生在基础顶面~地拉梁顶之间的破坏鲜有报道。因此，建入地坪拉梁后，程序的计算结果与规范规定的调整目的不一致。

基于以上论述，本文认为现阶段框架结构设计时地坪拉梁不应带入整体模型计算。

4 地坪拉梁的的计算方法

地坪拉梁不建入整体模型中，其配筋计算可取拉梁所拉结的柱子中轴力较大者的1/10，作为拉梁轴心受拉的拉力，进行承载力的计算;以拉梁平衡柱底弯矩，柱基础按中心受压考虑。当相邻两跨跨度相等时，拉梁弯矩在中支座可取柱底弯矩的一半，在边支座侧取柱底弯矩。拉梁正弯矩钢筋全部拉通，负弯矩钢筋1/2拉通。并且拉梁的构造应满足抗震要求。如拉梁承托隔墙、楼梯或其他竖向荷载，则应将竖向荷载所产生的拉梁内力与上述计算所得内力组合计算。拉梁截面宽度可取L/35~L/20，高度可取L/20~L/12。如不考虑拉梁平衡柱底弯矩，配筋应上下相同，总量不少于4?14,箍筋不少于?6@200,拉梁截面取下限。【4】

如果因建筑一层计算高度太大出现侧向刚度薄弱层，可采用基础短柱调整嵌固端标高来减小一层计算高度。基础短柱的构造做法参见《11G101-3》67、68页。

5 结论

本文简要介绍了地坪拉梁的作用，通过理论分析及震害调查表明框架结构的底层柱对整体结构的抗倒塌起到关键作用，框架结构底层柱(嵌固端~建筑一层顶)的承载能力应适当加强。

模型中建入地坪拉梁后形成计算一层(嵌固端~地坪拉梁顶)，被程序默认为嵌固端所在层对柱弯矩值进行调整，而对常发生破坏部位的柱承载力却未调整，现行版本PKPM程序不支持框架结构修改嵌固端所在层号。因此，本文认为现阶段地坪拉梁不应建入整体模型计算。

6 展望

《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中3.6.6条规定，利用计算机进行结构抗震分析，计算模型的建立、必要的简化计算与处理，应符合结构的实际工作状况。框架结构如需要设置地坪拉梁，计算时本应将地坪拉梁建入模型。现阶段不建议建入模型计算的原因在于程序不完善，希望程序升级后能解决这一问题。

参考文献：

【1】叶列平，陆新征，赵世春，李易.框架结构抗地震倒塌能力的研究——汶川地震极震区几个框架结构震害案例分析.建筑结构学报.2009，30(6)

【2】李宏男，肖诗云，霍林生.汶川地震震害调查与启示。建筑结构学报.2008,29(4)

【3】 GB 50011-2010.建筑抗震设计规范

【4】全国民用建筑工程设计技术措施.结构.地基与基础.2009