鋼筋混凝土梁裂縫計算的研究分析
第一個問題是：鋼筋混凝土梁什么時候是強(qiáng)度控制，什么時候是裂縫控制呢？
一般情況下，經(jīng)過抗震設(shè)計的嵌固層以上的結(jié)構(gòu)（7度以上），其框架梁多屬于強(qiáng)度控制，裂縫大都可以滿足設(shè)計要求，因為地震作用比較大，地震組合需要的強(qiáng)度配筋已經(jīng)比正常使用狀態(tài)下的配筋大了，當(dāng)然地震產(chǎn)生的內(nèi)力與豎向作用產(chǎn)生的內(nèi)力之間的比例關(guān)系，是決定因素，而并不是說考慮了地震作用就一定能滿足裂縫要求。但是對于次梁，地下室等結(jié)構(gòu)的梁構(gòu)件，由于標(biāo)準(zhǔn)組合比非抗震設(shè)計組合的內(nèi)力不會小很多，因此一般對于非抗震設(shè)計的構(gòu)件而言，正常使用狀態(tài)的設(shè)計對梁的配筋起控制作用，當(dāng)然這個結(jié)論也不絕對，具體分析如下個問題。
第二個問題是：裂縫計算主要與哪些因素有關(guān)系？
1.受拉鋼筋的應(yīng)力水平，受拉鋼筋的應(yīng)力與裂縫寬度線性相關(guān)，因此控制受拉鋼筋在標(biāo)準(zhǔn)組合下的應(yīng)力水平是控制裂縫寬度的關(guān)鍵因素，國外如aci,ec等多控制受拉鋼筋的應(yīng)力水平在0.6fy左右，由于我國的荷載分項系數(shù)較小，因此受拉鋼筋的應(yīng)力水平比國外稍大，對于hrb400三級鋼，左右的直徑，正常保護(hù)層下的梁而言，應(yīng)力水平主要在0.6-0.8區(qū)間不等，而這個應(yīng)力水平將隨著鋼筋直徑，保護(hù)層，配筋率，混凝土等級等因素的變化而變化。
2.受拉鋼筋配筋率，配筋率是決定鋼筋應(yīng)力有效利用水平的關(guān)鍵因素，因此也是裂縫計算的關(guān)鍵因素之一，統(tǒng)計混凝土規(guī)范的計算公式表明，配筋率越大，鋼筋應(yīng)力有效利用的水平越高，裂縫也越容易控制，這里好象存在一個悖論，比如在前提條件相同的情況下，一根400x800的梁裂縫計算不滿足要求，而換成350x800裂縫計算卻滿足要求了，就是因為后者配筋率大了一些，因此鋼筋應(yīng)力水平要求相應(yīng)放松了的緣故，從本質(zhì)上說這是混凝土規(guī)范裂縫寬度驗算公式的“特點”，但是從另一方面來看，“死扣”規(guī)范有時候卻可以用于優(yōu)化構(gòu)件尺寸。
3.保護(hù)層厚度，保護(hù)層厚度對于裂縫寬度的計算也很敏感，混凝土規(guī)范要求保護(hù)層厚度的計算區(qū)間為，保護(hù)層越大裂縫計算寬度也越大，因此要求鋼筋有效利用的應(yīng)力水平也減?。ǜ鼑?yán)）。
4.鋼筋直徑，一般情況下小直徑鋼筋對于控制裂縫寬度有利，比如用直徑的鋼筋做設(shè)計，比直徑鋼筋做設(shè)計，在裂縫寬度控制的情況下，直徑鋼筋的計算面積要大不少。
5.混凝土強(qiáng)度等級，提高混凝土強(qiáng)度等級對于減小裂縫寬度的貢獻(xiàn)很小，一般不推薦。
6.設(shè)計組合之間的關(guān)系，即標(biāo)準(zhǔn)組合與基本組合的比值，一般只考慮恒活的情況下，標(biāo)準(zhǔn)組合的內(nèi)力約為基本組合的0.75-0.8，處于平均值0.77附近的情況較多，根據(jù)這個比例結(jié)合鋼筋應(yīng)力的力臂計算值不同以及鋼筋應(yīng)力利用水平，可以估算裂縫寬度設(shè)計的鋼筋用量和強(qiáng)度設(shè)計鋼筋用量之間的關(guān)系，這對于按照強(qiáng)度計算配筋，用裂縫控制去復(fù)核和調(diào)整配筋量的設(shè)計方式十分有效，掌握這個比例關(guān)系，可節(jié)約大量鋼筋調(diào)整時間。
7.內(nèi)力調(diào)幅系數(shù)，利用內(nèi)力調(diào)幅系數(shù)，可以減小梁端的配筋，增加跨中的配筋，建議可以采用調(diào)幅后的基本組合內(nèi)力進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計，但是最好不要采用調(diào)幅后的標(biāo)準(zhǔn)組合內(nèi)力進(jìn)行裂縫寬度驗算，這是因為在標(biāo)準(zhǔn)組合內(nèi)力下梁端并未達(dá)到極限承載力還可以繼續(xù)加載，因此裂縫還會繼續(xù)發(fā)展。histruct注:由于pkpm中采用主梁方式建立的次梁,stawe默認(rèn)為非調(diào)幅梁,因此,可以在特殊構(gòu)件指定里修改它的屬性進(jìn)行調(diào)幅。假如采用pkpm次梁布置的方式,則自動生成的連續(xù)次梁就默認(rèn)為調(diào)幅梁,不需要再次指定。pkpm的裂縫計算并不考慮標(biāo)準(zhǔn)組合內(nèi)力的調(diào)幅。
8.力臂系數(shù)，由于強(qiáng)度設(shè)計時候的力臂系數(shù)是實際計算出來的，而鋼筋應(yīng)力的力臂系數(shù)，卻是統(tǒng)計之后給定的0.87，顯然對于具體的梁構(gòu)件而言，并不會總是0.87，一般變化幅度可達(dá)0.8-0.95，因此對于標(biāo)準(zhǔn)組合下鋼筋應(yīng)力而言，可能計算偏大或偏小，按照規(guī)范解讀的介紹，力臂系數(shù)一般可參考規(guī)范取值，但也不限制采用更準(zhǔn)確的系數(shù)。
第三個問題是：裂縫驗算所采用的標(biāo)準(zhǔn)組合是否包括地震荷載和風(fēng)荷載？
一般裂縫計算不考慮抗震設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)組合，但是histruct建議考慮風(fēng)荷載參與組合，雖然風(fēng)荷載的準(zhǔn)永久系數(shù)為0，而裂縫計算卻是考慮了長期作用，但是由于風(fēng)作為一種頻遇荷載還是很有必要控制正常使用下的要求，比如裂縫，比如舒適度等。
第四個問題是：裂縫控制是不是只發(fā)生在大跨度或者荷載很大的梁上？
答案是否定的，裂縫控制可以發(fā)生在各種跨度和各種荷載條件的梁上，而撓度要求則確實一般發(fā)生在大跨度和受力很大的梁上。一般情況下，對于非抗震設(shè)計或者地震力較小的結(jié)構(gòu)，采用hrb400，其中受力不大的梁和普通梁的鋼筋超配較多時，或者由于采用平法表示支座處鋼筋采用鄰跨更大的配筋拉通時，以及根據(jù)強(qiáng)度配筋設(shè)計，配筋率較大（>1.5%以上）時，按照混凝土規(guī)范的裂縫寬度計算公式，這些配筋一般是可以滿足裂縫限值要求的，除此之外均為正常使用控制。而對于hrb335，強(qiáng)度控制的情況還要更多一些。
第五個問題是：框架梁支座處的裂縫可以不考慮嗎？
框架梁支座的裂縫可以不考慮，從梁內(nèi)力的角度考慮，因為一般計算梁端彎矩可以取到柱邊，彎矩可折減15％甚至更多，而且梁端的配筋率比較大，受拉鋼筋的有效利用應(yīng)力水平也高，比如可達(dá)0.7以上，因此在忽略其他因素的條件下，一般強(qiáng)度計算的配筋是可以滿足裂縫計算要求的。另一方面從“強(qiáng)柱弱梁”的角度看，支座鋼筋因為錯誤的裂縫計算假定而導(dǎo)致的用量增加，將加劇“強(qiáng)梁弱柱”破壞的可能性。
第六個問題是：混凝土梁端可以做鉸接嗎?如何設(shè)計
實際上在設(shè)計中經(jīng)常會需要將梁端設(shè)鉸,然后采用跨中鋼筋的25%放在支座上部作為負(fù)彎矩鋼筋用,這樣做是可以的,只要在原理上滿足超靜定結(jié)構(gòu)的上(下)限定理,一般不會有安全上的問題,關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力自我調(diào)節(jié)問題,見本空間內(nèi)的文章"結(jié)構(gòu)的智慧".但是需要特別指出的,此時設(shè)計的梁端鋼筋還需要根據(jù)其承載能力驗算相應(yīng)的裂縫寬度,滿足正常使用狀態(tài)的設(shè)計要求,此時應(yīng)如何處理,留給各位思考.