鉸接樑在工程中有著大量的應用
1.引言
在經濟社會飛速發展的今天，速度成為整個社會的代名詞。為了適應這種快速變化的形勢，建築領域的結構設計也進行了一些革新，PKPM結構設計軟件在這種環境中應運而生。。一個好的結構設計關係到建築的質量，關係到業主的切身利益，在建築設計過程中有著舉足輕重的作用。因此，結構設計工作者在追求速度的同時，要力求科學、聯繫實際、做到精益求精。下文針對目前PKPM結構設計中如何確定鉸接樑的問題做如下探討。
2.剛接與鉸接的概念
混凝土框架樑之間連接的方式通常有剛接和鉸接兩種形式。剛接和鉸接都是理想中的概念。剛接是指能傳遞豎向力和水平力，又能傳遞彎矩的構件相互連接方式，而鉸接是指能傳遞豎向力和水平力而不能傳遞彎矩的構件相互連接方式。然而現實中樑的連接方式通常是介於兩者之間的，一般情況下，能承受彎矩大連接方式就稱為剛性，而受力過程中承受較小彎矩時就偏向於形成鉸接。在柔性設計中，即使剛接的節點在地震力的作用下也會考慮鋼筋屈服而形成“塑性鉸”變成鉸接節點，也就是原本的框架樑會變成類似簡支樑，從而消耗地震力產生的破壞效果。在設計時，工程師需要根據工程的實際情況判斷樑的約束情況、傳遞彎矩的大小，適當給定負彎矩筋的大小，以滿足實際受力的需要。
3.混凝土結構設計中鉸接樑的探討
鉸接樑活動接頭不完全連續，按照實際立柱的支承的數目, 分為單跨樑, 雙跨樑或多跨鉸接樑多種。PKPM SATWE軟件對鉸接樑沒有隱含的定義，需用戶指定。因此結構設計師需要根據工程的實際情況判定樑是鉸接樑還是其它類型的樑，本文僅就混凝土結構設計中如何確定鉸接樑的問題從以下四個方面做以探討：
3.1主樑直接支撐在框架柱或者主樑平行支撐在剪力牆上
主樑是指將樓蓋荷載傳遞到柱、牆上的樑。主樑不管是抗震的主樑或者是非抗震的主樑，其兩端(或者一端)與豎向受力構件相連，因此主樑與豎向構件連接處必然傳遞彎矩。同時，在框架結構中框架柱截面比較大，一般可以滿足框架樑支座負彎矩鋼筋的錨固要求;在框剪或者剪力牆結構中，當主樑平行支撐在剪力牆上時，主樑也可以滿足負彎矩鋼筋的錨固要求。 因此，在這種情況下主樑與豎向構件屬於剛接，不需要點鉸。
3.2主樑垂直支撐在剪力牆上
當主樑垂直支撐在剪力牆上時，可以分為以下兩種情況：
3.2.1剪力牆比較厚(bw較大)，剪力牆的厚度可以滿足主樑負彎矩筋的錨固要求，則主樑與豎向構件的連接屬於剛接;
3.2.2剪力牆比較薄(bw較小)
3.2.2.1當樑為單跨佈置時，剪力牆的厚度不能滿足主樑負彎矩筋的錨固要求，則主樑與豎向構件的連接可以認為屬於鉸接，在PKPM結構設計時可以點鉸。
3.2.2.2當樑為多誇連續佈置時，連續樑的端支座處理辦法同3.2.1，其中間支座負彎矩筋連續通過剪力牆，不存在錨固長度的問題，可以認為是剛接。
注：以上剪力牆的薄厚均以bw的大小能否滿足樑的負彎矩筋的錨固要求為標準
3.3次樑(低一級次樑)支撐於主樑(高一級次樑)上
次樑：將樓面荷載傳遞到主樑上的樑。為方便敘述，以下將次樑和低一級次樑統一稱為次樑，主樑和高一級次樑統一稱為主樑。
當次樑支撐在主樑上時，可以分為以下三種情況：
3.3.1主樑寬度比較大，可以滿足次樑支座負彎矩筋的錨固要求，即負彎矩筋水平段的錨固長度不小於0.35倍的非抗震時受拉鋼筋的基本錨固長度，總錨固長度不小於La，則次樑與主樑連接處可以認為是剛接。
3.3.2主樑寬度比較小
3.3.2.1當次樑為單跨佈置時，主樑的寬度不能滿足次樑支座負彎矩筋的錨固要求，則次樑在主樑連接處可以認為是鉸接。
3.3.2.2當次樑為多誇連續佈置時，連續次樑的端支座處理辦法同上面，其中間支座負彎矩筋連續通過主樑，不存在錨固長度的問題，可以認為是剛接。
3.3.3雖然主樑的寬度可以滿足次樑負彎矩筋的錨固要求，但因主樑的線剛度比次樑的線剛度大很多，此時線剛度大的主樑可視作線剛度小的次樑系的不動鉸支座，則次樑與主樑連接處可以認為是鉸接。
注：以上主樑寬度的大小均以其否滿足次樑的負彎矩筋的錨固要求為標準
3.4井字樑
井字樑：在同一平面內相互正交或斜交的樑所組成的結構構件。 當建築物因功能需要而設計成大空間結構時，可以優先考慮井字樑結構樓蓋。但井字樑設計時，井字樑的截面高度一般可取為1/16~1/20,而其周邊支座樑截面一般比井字樑的截面高度高200以上，同時，寬度也比井字樑的大，此時，井字樑周邊支座樑的剛度比井字樑本身大好多，例如：15mx10m的大空間需要佈置井字樑樓蓋，設計時井字樑截面取為300mmx550mm，其抗彎剛度為EI=Ex300x550x550x550/12，再乘以中樑的剛度放大係數2.0，則井字樑的實際抗彎剛度為EI=Ex300x550x550x550/6，邊支座樑截面取為400mmx800mm，其抗彎剛度為EI=Ex400x800x800x800/12，再乘以邊樑的剛度放大係數1.5，則井字樑的實際抗彎剛度為EI=Ex400x800x800x800/8，則邊支座樑與井字樑線剛度之比為3.0。則井字樑與周邊支座樑處可以認為是鉸接，而且有些地方還將此要求寫進了地方標準。
4.軟件設計時對鉸接的處理
4.1 樑的鉸接處理
在框剪結構中，連樑在結構中起著協調剪力牆和框架變形的作用，它在樑端承受很大的彎矩和剪力。由於跨度或荷載的原因，連樑在實際工程中往往有著很大的斷面積,樑端承受的內力很大。這時候可以將連樑與剪力牆相連端的連接方式處理成鉸接。經過處理後，結構整體剛度會降低, 自振週期會隨之增大, 層間和整體之間的位移也會有一定程度的增大。這樣處理後，能充分滿足鋼筋混凝土高層建築在結構設計與施工規程中有關位移的規定。簡化處理後，連樑與剪力牆之間的約束將會得到減弱,同時柱子在縱向承受的軸力將會變大。因此在處理前應充分分析連樑端部配筋,視情況決定是否採用鉸接處理。
4.2 次樑的鉸接處理方式
由於主樑對次樑的約束作用,當次樑的邊支座為樑時,會在其樑樑端產生相應的負彎矩和一定程度的扭矩。當次樑靠近主樑支座時, 相應的主樑受到的扭矩會變得很大, 這樣會導致配筋困難,樑截面也將很難滿足相關規範的要求。這時候，我們可以將次樑樑端處理成鉸接，從而減小主樑受到的扭矩。圖 1 所示情況中, L- 2為單跨簡支樑，支撐在 L- 1上,L- 3同樣支撐於L- 1上, L- 1 和 L- 2、L- 3 之間相互支撐發生作用。分析可以得知，AB 段會受到很大的扭矩。L-2、L- 3 與 L- 1 深入支座鋼筋的錨固長度很容易在設計和施工中忽略。這時候可以人為地將 A、B點鉸接處理。圖 2中, L- 2 為單跨簡支樑, L- 1 為兩跨連續樑。它的彎矩圖為圖 3, M4< M1、M5> M2、M6> M3。L- 2 跨中增加了一個彈性支座，L- 1 按一跨懸挑樑設計。如果 L- 1 挑出長度較小，那麼彎矩值會相差很大。但由於L- 1 的斷面較小, 這將會增加 L- 1配筋的難度。這時候應該處理成鉸接。
第 2種情況中,次樑將在PM中不作為參加整體計算的項目輸入。這樣得到的計算結果還是比較理想的。第 1、3種情況最好能作為彎矩塑性連接處理。只有這樣才會得到比較接近實際情況的計算模型。現有的三維整體計算軟件對於三維空間非線性反應分析的研究的功能還比較薄弱。但隨著計算機技術的不斷髮展，我們相信一定會出現一種更加理想的、更加貼合實際的計算模型的計算程序。
5.結束語
本文就四個方面對PKPM結構設計過程中經常遇到的次樑點鉸問題進行了探討。當然，鉸接處理只是一種結構計算時的一種簡化處理方法，在實際工程中純鉸接的連接是不存在的，所以在結構設計時，還要根據工程的實際情況在次樑的支座處增設負彎矩筋，同時也要滿足最小配筋率的要求。但並不是增設的負彎矩筋越大越好，因為次樑的負彎矩，亦就是次樑傳遞給主樑的扭矩，如果次樑的負彎矩筋配大了，那麼在次樑還沒有破壞的情況下，主樑有可能被扭轉破壞。一般情況下，經過鉸接處理的次樑按照最小配筋率配置負彎矩筋基本能滿足要求，個別特殊的次樑，比如次樑與主樑的連接介於鉸接和剛接之間、即半剛接，那麼次樑的負彎矩筋需要適當加大。