研究扁梁设计在高层建筑中的应用
摘要：兴建高层建筑中要确定经济合理的层高。首先建筑室内净高有一定要求，各设备专业要在各层顶安装管道；结构上要布置纵横方向框架大梁，这样势必在高层建筑中会经常发生互争高度尺寸的“空间大战”。要解决设计的诸多矛盾，有效的利用空间，经济合理的确定建筑层高，笔者阐述了在高层工程设计中采用“扁梁”设计结构方案，大大降低了高度增加了层数。在高层建筑中取得了明显的技术经济效益。
关键词：层高；扁梁；高层建筑
"问题的提出祖国四化建设日新月异，全国各地高楼大厦如雨后春笋般拔地而起，在兴建每座高层建筑中要确定经济合理的层高是一个大问题。首先建筑室内净高有一定要求；各设备专业在各层顶安装管道；如风管&水管及灯具&灯罩等，特别是采暖通风管道要占去较大的空间尺寸。结构上要布置纵横方向框架大梁，这样势必在每项高层建筑中会经常发生互争高度尺寸的“空间大站”。有的工程中也曾采用管道穿梁，大梁留洞的做法，但采用这一方案时会造成设计上配合矛盾较多，管道布置不自由，施工图复杂化，施工上困难多，梁又高，层高也不能降低下来，材料有浪费等缺点，因此采用高梁留洞方案往往不被采用。
要解决设计上的诸多矛盾，有效的利用空间，经济合理的确定建筑层高则是各专业需要共同探讨的重要课题，为此笔者针对层高问题初步探索在高层工程设计中首先采用“扁梁”结构方案。
众所周知，普通钢筋混凝土梁高与梁宽的比值在!’（ 之间是合理断面，而按常规设计梁高为梁跨度的$ ） *’$ ） $!，通常高层建筑中框架梁跨度在%’$" 米之间。设计这些梁的断面大部分为"&!#+"&%"’"&（#+$&"米。由此可见梁高将占去较大的空间尺寸，再加上风管，吊顶等又要占去一定的高度，又要保证建筑净高，因此按常规设计层高就较大，一般为（&（’（&% 米，有的更大，这样是很不经济的。如果我们将梁的高度尽量减少，管道也做成扁平状，将各层高减少"&（"’"&,#米，如一幢（" 层大楼就可减少-’$（&# 米。相当于（’，层高度，反之如果总高度不变则可多建（’， 层，相当于增建面积$".以上，这在经济上是很有意义的。
但单纯减小梁高会大大削弱框架梁和结构整体刚度；在水平风力或地震力作用下会增加建筑侧向位移；梁的配筋面积也会骤然增大，甚至无法配筋；梁的变形，抗裂及建筑侧向位移也不能满足，因此在减少梁高的同时，还应增加梁宽，最后必须满足梁的强度，刚度等要求。这样在设计中将梁高减少而增加梁宽使梁的断面形成扁平状，改变了以往普通梁的常规做法，本文我们将梁宽大于梁高/包括板厚0的梁称之为“扁梁”。
2.“" 扁梁”工作状态及适用范围为了说明问题列出以下二种最简单的情况：设二根梁其跨度，荷载相同。
从以上二种情况可以看出：二根跨度相同，荷载一样，刚度也一致的梁在不同支座条件下会使梁的内力与变形有较大的差别。二根梁的跨中弯矩比值为49$，二根梁的最大弯矩绝对值的比值为49!，而二根梁跨中挠度的比值为#9$。很显然二端固定梁其内力、变形都比二端简支梁为小，特别是梁的变形：情况！ 比情况$ 其挠度值降低很多，3!*&+） $# 3$*&+ 7$7!
反之：如果在同一挠度限值下则情况！ 梁的刚度6!7!
可以降到6$7$的$ @ #，也就是说在同样跨度、荷载的条件下情况！ 比情况$ 对梁的断面可以降低要求，即可降低梁的刚度。由上述二种情况的启示：当梁的二端支座有一定约束时，则梁的断面可以比简支状态时缩小许多。而高层建筑中一般柱子较粗，梁的二端处于一定的约束状态。其受力状态接近于本文情况！，根据这一原理，我们就可充分利用这一有利条件，在高层建筑结构设计中，以“扁梁”代替普通梁在技术上是完全可行的。
我们假设：2!）！2$，A!） $! A$得7!）$5 7$， 将新的7!）$5 7$代入（！?）式得：3!*&+）< 54,5-.567$’’’’/40。由/40式可见3!*&+仍然小于3$*&+） #4,5-.567$’当然上述情况是理想化的固定约束条件B 在实际工程中柱子对梁处于一种弹性约束条件。约束力大小取决于柱子的刚度，在一定层高情况下柱子越粗其约束力越大，越接近于情况!。因此在高层建筑中采用“扁梁”方案除满足抗弯强度，抗裂要求之外，其变形也同样可以满足要求。
由于“扁梁”与普通梁相比降低了梁刚度，这也正好符合高层建筑中强柱弱梁这一高层结构设计原则，尤其在高层建筑大柱网体系中采用“扁梁”更有实际意义。
值的注意的是在低层建筑中因柱子断面不大，柱子刚度小难以抑制梁的变形，离本文情况！ 差别较大，因此在低层建筑中不宜采用“扁梁”，特别是跨度大，跨数少或混合结构中更不宜采用“扁梁”结构。
!“" 扁梁”结构的技术经济效益剖析我们通过上述简明的分析，对扁梁有了一定认识，并确认在高层建筑中采用“扁梁”方案在技术上是完全可行的。我们层听到或看到国外及港澳地区高层建筑中层高很低而且广泛采用宽梁扁管，这是有其一定道理的。在资本主义国家最讲究经济效益，而且一个聪明的企业家他追求的是宏观的综合经济效益。采用扁梁压低层高后将带来可观的技术经济效益。我们通过西安某工程实践初步体会到“扁梁”有很多优越性。
西安某工程！, 层，最大柱网尺寸为，’5C,’" 米，框剪结构体系，内部框架主梁全部采用“扁梁”，最大断面为"&%’"&（#）高*米，其他所有内部梁高均不大于"&（# 米，在板下梁宽与梁腹高之比为$&+$,这样的梁高比常规设计的普遍梁高压低了"&-# 米。结构上通过多次试算调整和电脑整体空间分析，主体结构各项计算指标符合设计规范要求；部分“扁梁”配筋率较大，但仍可满足设计构造。
通过工程设计、施工实践和建设单位、上级主管部门的意见认为“扁梁”设计是成功的。并具有很多优点，我们为了进一步深入探讨和改进，现列出以下“扁梁结构技术效益分析简表。&在表中标出“/”或“0”符号来表示有利或不利。
表中初步列出！" 余项作了比较，很明显从表中可以看出只有二、三项不利，主要是扁梁减小了梁的刚度；屋顶水平位移相对值略会增加；梁的主筋面积加大，除此之外其它都是有利的，因此，扁梁设计受到各专业设计人员和施工单位的欢迎。
至此不妨再补充说明：在整幢高层建筑中“扁梁”
也只用于跨度大的内框架，外框梁及跨度小的内框架，不必设计成扁梁；同时高层建筑中一般都设有剪力墙，它是高层建筑的刚度核心，由它来承担绝大部分水平风力和地震力，因此在高层建筑中，采用内部“扁梁”结构对整个主体结构来说刚度影响甚微；屋顶水平位移相对值也不一定增加很多。再看来用“扁梁（后其配筋量的确比普通梁增加很多，但边框梁及次梁等都不必设计成“扁梁”，仍可按常规梁配筋设计。这样扁梁设计也仅仅局限于几根内框架，它在整层梁板系统中所占比值不大。这些“扁梁”用钢量加大所起的增加费用和缺点远远小于因采用“扁梁”方案所带来的多项节约费用和好处。
综上所述，并通过西安某工程实践可以充分证明“扁梁”结构在高层建筑中具有明显的技术经济效益。
