摘要：結合多年的實際工作經驗，筆者介紹了深梁和普通梁的界限，分析了深梁結構的受力特點，最后，結合規范，探討了混凝土深梁的設計，供相關技術人員參考。
　　關鍵詞：混凝土、深梁、設計
　　
　　
　　近年來國內外各種建筑結構形式發展迅速，日益向著體型復雜、功能多樣的綜合性方向發展，目的在于為人們提供良好的生活環境和工作條件。現代建筑使用功能擴大，所受荷載成倍增加，作為主要承重和受彎構件的梁高度不斷增大，當梁構件長度和高度之比減小達到一定界限，就形成高度較大的深梁結構，現階段深梁構件由于其巨大的承載能力而得到越來越廣泛的應用。具體如高層建筑的轉換層梁、雙肢柱的肩梁、框支剪力墻的底層大梁、地下室墻壁和墻式基礎梁、各類儲倉或水池的側壁等都屬于深梁的范疇。
　　1深梁與普通梁的界限
　　《規范》規定：對I0／h≤2的鋼筋混凝土簡支梁和I0／h≤2.5的鋼筋混凝土連續梁均應按深梁進行計算。
　　1.1連續深梁與普通連續梁的區別
　　在《規范》規定范圍的梁加荷后的內力分布，與普通梁有很大差別。如連續深梁與普通連續梁相比，其支座彎矩偏小，而跨中彎矩偏大。雖然簡支深梁的彎矩、剪力可以按普通簡支梁進行計算。但在同一截面上的應變分布已和連續深梁一樣不符合平截面假定，無法象普通梁那樣用彎曲理論算出應力。所以《規范》把此范圍的梁定為深梁，其應力按《規范》的深梁理論計算。
　　1.2《規范》深梁設計理論特點
　　按《規范》的深梁設計理論與以往設計方法比較，可以發現有許多工程構件梁均應按深梁設計。如以往設計的7m×7m多跨鋼筋混凝土裝車方倉的中間橫向二跨連續梁，其設計斷面多數為400mm×3200mm左右，其跨高比I0／h≤2.5應該屬于深梁范圍可見以往的設計思路多數都與《規范》設計思路略有出入。這些工程中的深梁如果按照深梁理論設計時，不但應力分布與原設計有差別，而且配筋形式及構造要求都將有新的標準。可是這些按老方法設計而且已建成的建、構筑物中的深梁經實踐證明是安全的。這只能解釋為以往設計雖然沒有按實際應力分布配筋，但也能使工程具有足夠的安全度。保證結構構件安全只能有兩種情況：一為合理配筋，即鋼筋按應力分布大小合理配置；二為不合理配筋，即雖然每處配筋也能滿足構件應力要求，卻有可能會造成鋼筋的浪費(浪費數量的多少，另行統計討論)。
　　《規范》深梁設計理論是建立在大量鋼筋混凝土構件破壞性試驗基礎上的成熟理論，較老方法更接近構件實際應力狀態，是經濟可靠的設計方法，我們一定要貫徹到設計實踐中去，發揮其應有的作用。
　　2深梁結構的受力特點
　　通常深梁的荷載沿頂面施加，反力作用在底面位置；但有時荷載也可能沿底邊施加，如某些大型儲倉的側壁；當其它深梁與其垂直相接時，荷載也可能沿梁高近乎均勻施加。深梁有簡支深梁也有連續深梁。
　　深梁為承重構件，其作用如梁，但高厚比較大，跨高比則不超過2，所以在外荷載作用下，其受力性能將與普通鋼筋混凝土梁有較大的差異。圖1是試驗分析確定的具有不同跨高比的勻質彈性簡支梁(開裂前)在承受均布荷載W時，其跨中水平彎曲應力的分布情況。從圖中不難看出，深梁的正截面應變分布不再符合平截面假定，而且跨高比越小，這種現象就越明顯。這是由于深梁的尺寸比例與普通鋼筋混凝土淺梁不同，故其性能與其說屬于一維構件，不如說是二維構件，且為雙向受力。因此，受彎前為平面的截面，受彎后不再保持平面，應力分布也不能再看作是線性的。而在普通梁中被略去不計的剪切變形，現在深梁中要比純彎矩所產生的變形大的多。因此受壓區的應力分布，即使還在彈性階段，已經屬于非線性性質;在極限荷載階段，混凝土中的壓應力分布不象普通梁那樣成拋物形曲線分布，應力值也不相同。此外，這種梁開裂后將引起內力重分布，從而使梁的破壞特征和承載力也與普通鋼筋混凝土梁不同。隨著跨高比的減小，這些差異會更加顯著。
　　          
　　
　　                                                   　圖1在勻質材料簡支梁中彎曲應力的分布
　　
　　3鋼筋混凝土深梁設計
　　3.1深梁抗彎鋼筋的計算
　　3.1.1深梁正截面受彎承載力計算公式
　　鋼筋混凝土深梁設計其實只需近似地了解梁內各部位應力分布，重點應放在計算主應力方向和大小上。鋼筋的計算其實用經驗公式及鋼筋的分布規則已滿足要求，因為這些經驗公式和規則都是從大量鋼筋混凝土構件破壞性試驗中得出的。正是基于此點，《規范》規定鋼筋混凝土深梁的正截面受彎承載力，應按下式計算：
　　M≤fyAsZ
　　公式表示鋼筋在混凝土中產生的抵抗彎矩能力應大于荷載作用產生的彎矩。公式付諸實用的關鍵就是如何確定內力臂Z。找出Z的準確實用的計算方式，此公式才能成立。大量試驗結果的研究表明：對于跨高比(I0/h)不同的梁總有一個與梁高h成近似比例關系的內力臂，也就是說跨高比I0／h≤2的變化對內力臂Z的計算方式影響不大，甚至很深的梁在開裂后內力臂也沒有大幅度地增長。根據深梁工作機理的試驗研究成果，可以比較容易地得到內力臂Z的計算方法。確定了內力臂的計算方法，為進行深梁配筋計算帶來很大的方便。
　　《規范》規定深梁內力臂Z按下列公式取用：
　　①對簡支深梁和連續深梁的跨中截面
　　Z=0.1(I0+5.5h)
　　當I0<h時，取Z=0.65I0；
　　②對連續深梁的支座截面
　　Z=0.1((I0+5h)
　　當I0<h時，取Z=0.6I0；
　　3.1.2內力臂Z的合理數值
　　內力臂Z來源于試驗成果，使深梁正截面配筋計算變得簡單而實用。可是深梁配筋計算雖然較簡單，但內力計算卻比較復雜。因為《規范》規定連續深梁的彎矩、剪力等內力應按彈性力學的方法計算。設計時如果手邊沒有現成的圖表，而對彈性力學又較生疏的話，計算內力是比較困難的。這就無意中給設計實踐設置了一個不大不小的障礙。既然內力臂來自試驗。為什么不能用近似的方法計算內力呢?這只能說是《規范》的美中不足。
　　為了簡化抗彎鋼筋的計算，歐洲混凝土協會(CEB)建議連續深梁的正、負彎矩都按普通梁計算：即支座和跨中彎矩分別為1/12ql2和1/24ql2而內力臂都按下式取值：
　　當，I≤I0≤2.5時,Z=0.2(I0+1.5h)
　　當，I0／h<1時Z=0.5I0。
　　在這里跨中與支座的內力臂取相同值，使支座截面Z值比實際偏大。但因為實際支座彎矩低于1/12ql02，就補償了這個明顯的偏差。
　　這種方法的內力臂Z的取值小于我國《規范》中規定的數值，表面看來由此算出的應力值肯定偏大。但是由于跨中彎距值1/12ql02也同樣小于深梁的實際彎矩，所以此法算出的鋼筋面積與我國《規范》的結果將趨于一致。我認為歐洲混凝土協會建議的內力計算法是簡便易行的實用方法。路有千條，殊途同歸，我們為何不抄近道呢?
　　3.2深梁彎起鋼筋的設置
　　就《規范》關于深梁抗剪及抗裂給出了下列三個公式：
　　(1)深梁斜載面抗剪能力公式
　　V≤0.12[1+22(ρ+ρsh)]fcbh
　　(2)限制裂縫在0.2mm之內的截面要求公式
　　V≤0.15fcbh
　　(3)不出現裂縫的截面要求公式
　　V≤0.5ftkbh
　　以上三個公式都與深梁中的豎向鋼筋無關，因為試驗證明深梁中出現的裂縫幾乎都是接近豎直的裂縫，所以布置豎向箍筋或彎起筋來提高抗剪能力都沒有水平分布筋效果好。而提高深梁抗剪能力的關鍵在于提高混凝土強度等級和梁截面面積。斜壁漏斗等在深梁中引起的豎向拉應力由豎向箍筋承擔。
　　另外深梁進入拉桿拱受力狀態后，下部受拉筋在整個跨度內的應力漸漸趨于一致。如把部分縱筋彎起，將會明顯削弱梁的抗彎能力。現場施工時，在豎壁鋼筋網中澆注混凝土是比較困難的。如果有幾道彎起筋就更加容易造成混凝土中水泥砂漿與石子的離析，對保證混凝土的施工質量增加了一定的困難，鋼筋混凝土方倉施工現場經常遇到這種情景，施工單位對此反映強烈。
　　3.3深梁的配筋方式
　　3.3.1舊設計的深梁配筋方式
　　過去深梁設計是先根據圖表查出深粱的跨中、支座截面的應力分布再進行配筋計算的。這種配筋設計方式使設計者對整個梁的應力分布比較明確。但設計每一根梁時都必須對梁各部位作應力分布迭加與分析，才能確定各部位的鋼筋需要量。對施工圖設計來說，增加了煩瑣的工作量，延長了設計周期。
　　3.3.2《規范》的設計特點
　　《規范》為深梁定出了不同截面位置的受力鋼筋配置范圍。在算出所需鋼筋面積以后，就可以按此范圍直接配置鋼筋，而不必再對各部位應力進行迭加與分析。在配置鋼筋之前對配筋范圍已經一目了然，計算工作只是確定鋼筋數量。所以《規范》的配筋設計方法簡單明確而且實用。
　　3.3.3鋼筋混凝土結構對構造的要求
　　鋼筋混凝土結構對構造是很重視的。而深梁設計把構造措施的重要性提得更高。深梁有些部位的強度主要靠構造措施來滿足。如在支座截面，隨著跨高比(I0／h)的減小，彎矩產生的拉應力下移，最低能下移到中和軸稍下的位置。如果對跨高比不同的深梁規定不同的負鋼筋配置范圍，實際設計和施工都很麻煩。所以《規范》規定對跨高比I0／h<1.5的連續深梁，在中間支座上部0.2~0.6h范圍的總水平配筋率不應小于0.5％，且不小于1.67ρ。用構造措施滿足了這種應力分布的要求，對縱向受力鋼筋的支座錨固和各部位鋼筋配筋率都提出了具體的要求。這些構造措施都應引起我們足夠的重視。
　　4幾點建議
　　(1)文中對深梁抗彎鋼筋計算的探討比較粗淺，還需進一步做工作，但對于土建設計技術人員來說，簡便易行是設計方法能得到廣泛推廣的先決條件。構件設計簡單，能夠把精力放在“概念設計”及結構優化等大問題上，不但能提高設計效果，更對結構的經濟合理創造了條件。所以按普通梁的方法來計算深粱彎矩和剪力。確實是一種切實可行的設計方法。
　　(2)在鋼筋混凝土方倉豎壁類深梁中如果沒有太大集中荷載的情況下，就不宜設置彎起鋼筋，而主要靠水平鋼筋抵抗剪力，即使有較大集中荷載存在，也應當首先考慮采用水平和豎向鋼筋來滿足抗剪強度要求。這樣既容易滿足應力對鋼筋配置的要求，又有利于混凝土施工質量的保證。
　　
　　參考文獻：
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　　[2]藍宗建.混凝土結構設計原理[M].南京:東南大學出版社,2003
　　[3]蔣大樺、周旺華主編.鋼筋混凝土構件計算手冊[M].上海科學技術出版社，1992．6