牛飞
安徽地平线建筑设计有限公司 安徽合肥 230081
摘要：在建筑结构中，深受弯构件作为特殊结构常应用在结构设计中，通过深受弯构件的应用，提高受力稳定性。基于此，本文首先介绍了深受弯构件的概念、受力性能以及破坏形态，其次设计深受弯构件要先对负载能力进行计算，经过计算后才能展开构件结构设计。以期本研究可以对深受弯构件设计的优化起到借鉴作用，可以提高建筑结构稳定性，延长结构使用寿命。
关键词：简支钢筋混凝土；深受弯构件；结构设计
引言：深受弯构件经常应用于梁高度大但是跨度小的区域，如楼梯间跨度较小，使用深受弯构件可以提高楼梯间稳定性，让楼梯间受力均衡，延长使用寿命。在简支梁中使用时需要尽量连接较大刚度的构件。一旦简支深梁出现裂缝，梁内内力重新分布，深受弯构件有助于形成平衡的受力体系，提高结构的稳定性。因此，研究深受弯构件的设计对于建筑行业具有重要价值，有助于利用构件提高建筑工程的稳定性。
一、深受弯构件
（一）概念
深受弯构件主要是指跨度和截面高度的比例较小的梁构件，根据规定，梁跨径l和高度比值不超过5，称之为深受弯构件。简支钢筋混凝土中，简支梁中l/h不超过2的可以称作深梁，l/h处于2~5之间的称作短梁。由于深受弯构件跨高较小，受力作用梁正截面应力分布无法满足平截面假定，相比于普通梁，深受弯构件出现的破坏形态以及计算方法有一定差距。
跨高比不超过2的简支梁，或者跨高比不超过2.5的连续梁，称之为深梁。跨高比不超过5的称作深受弯构件。深受弯构件和普通梁存在很大差距，因此需要作出合理的设计。由于深受弯构件放置在高度高且跨度小的位置，如楼梯间等区域，为了让建筑性能得到满足，如果框架梁高度足够大，框架梁要形成深梁。建筑中，为了让抗浮设计得到满足，基础梁一般比较高大，如果基础梁的跨度相对较小，极容易构成深梁。
（二）受力特性分析
受弯构件的受力情况随着跨高比变化而发生变化，混凝土出现开裂时，构件正处于弹性期间，界面上应力的分布，满足于弹性力学的计算结果。如果跨高比值较小，支座截面应变曲线会随着跨高比逐渐增加，曲线变化逐渐平坦。如果l/h超过5时，支座截面应变会趋近于维纳埃直线。构件开裂之后进入裂缝期，l/h超过5时，跨中会先出现垂直的裂缝，一般情况下并不会立刻出现斜裂缝。混凝土的受拉和受压区域应变满足维纳埃直线。如果构件跨高比没有超过5，跨中会先显示出垂直裂缝，跨高比逐渐变小，剪弯段逐渐出现斜向裂缝，构成纵向受拉钢筋以及混凝土构成的受力体系。跨中的下部受到的应力较低，垂直裂缝出现发展缓慢的情况，受压区以及受拉区混凝土应变曲线逐渐偏离维纳埃直线。
（三）破坏形态分析
受弯构件破坏形态包括弯曲破坏和剪切破坏两种。依照钢筋配筋率将弯曲破坏分成超筋、适筋以及少筋三种情况。依照剪跨比将剪切破坏划分成剪切、斜拉和斜压三种。这两种破坏形态跟随配筋率变化而改变。如果跨高比不超过2，配筋率适中或者偏低，受拉钢筋出现屈服，表现为弯曲破坏，但是混凝土不会受到破坏。实测压应变不会超过极限应变值，相比于受弯构件有着明显的不同[1]。如果配筋率较大，混凝土被压碎、斜裂缝出现贯穿表现，造成斜压情况或者受到剪力破坏。在跨高比处于2~5范围时，破坏形态根据跨高比确定，如l/h不超过3时，破坏形态和深梁类似。钢筋屈服后，造成混凝土压碎，斜截面受到破坏。如l/h超过3，其破坏形态和一般性受弯构件相似。因此跨高比在2~5之间的深受弯构件，破坏形态在一般梁和深梁形态的中间。
二、分析承载能力
（一）分析受弯承载力
在材料和界面相同时，梁受弯承载能力受到跨高比以及配筋率的影响。如果配筋率较小，混凝土受压趋于降低高度，纵向拉力和混凝土压力之和，内力臂逐渐增加。
梁有着不同跨高比，支座截面分布图形随着跨高比逐渐增加，趋近于维纳埃直线。如果跨高比小，出现的偏离程度越大，内力臂有所减少。承载力也会随之遍地，深受弯构件跨高比直接影响梁承载能力。
（二）分析受剪承载力
在混凝土强度、纵向受力、界面尺寸以及配筋率相同时，无腹筋抗剪强度受到剪跨比以及跨高比的影响。跨高比处于10~12范围内，给梁抗剪强度带来的影响逐渐削弱。梁抗剪强度会跟随剪跨比增加发生降低，剪跨比超过3后，抗剪强度逐渐稳定。影响受剪承载力的主要因素在于剪跨比，可以忽略跨高比的影响。对于有腹筋的梁，抗剪强度包括混凝土强度以及腹筋强度两种。腹筋作用在于出现斜裂缝前，腹筋应变逐渐减小，在斜裂缝逐渐出现后，应变逐渐增大。腹筋穿过斜裂缝，会造成应变增加。腹筋如果和斜裂缝相交，斜截面受到破坏关乎跨高比和剪跨比[2]。荷载集中时，剪跨比为1时，经过斜裂缝的水平方向腹筋会全部屈服，但是只有1/3垂直腹筋会屈服，意味着水平腹筋发挥的更大。剪跨比超过1时，水平腹筋只有28.6%发生屈服，但是有90%的竖直腹筋去读，意味着垂直腹筋发挥的作用更大。
在荷载均匀分布的情况下，l/h不超过3时，有80%水平腹筋发生屈服，而竖直腹筋有60%发生屈服，这意味着两者都发挥着重要作用，但是水平腹筋的作用更大一些。l/h超过3时，垂直腹筋出现全部区域，而竖直腹筋只有16.7%出现屈服，这也意味着跨高比相对大时，垂直腹筋发挥着主要作用。
三、构造设计
（一）纵向钢筋
深受弯构件应用于斜裂缝构成拉杆拱体系。纵向钢筋向支座应力靠近随着斜裂缝逐渐和跨中相同。因此不允许钢筋跨中弯起或者截断，向支座伸入，同时使用锚固措施加固。受拉钢筋端部要使用水平搭接的锚固形式，不能使用竖向的弯钩，避免出现竖向劈尖，避免竖向劈尖形成水平劈裂应力，和支座压力造成水平拉应力相互叠加，造成裂缝加剧，不利于锚固钢筋。增加跨高比，让深受弯构件受力向梁受力逐渐过渡。支座附近受拉钢筋应力会逐渐减少。例如在支座位置，为了满足抗剪力要求，l/h超过3的构件要弯起，不超过1/4受拉钢筋面积。
深受弯构件的跨中截面拉应力会在底部高度范围集中，l/h不超过3时，构件应该设计在0.2h的位置上，让受拉约束范围得到扩大，避免垂直裂缝持续夸大。在构件弹性阶段，支座截面应力随着跨高比变化和发生改变，为了让配筋布置得到简化，根据跨高比设计配筋率[3]。按照l/h=3、l/h=2、l/h=1.5、l/h=1四个分类，要求配筋率不能少于最小配筋率，以有效控制中间支座的竖向裂缝。先使用水平腹筋对受拉钢筋进行配置，如果水平腹筋数量不够，要增加短筋数量。
（二）腹筋
一旦深受弯构件出现斜裂纹，裂缝会快速发展，因此需要配置腹筋对裂缝进行抑制。腹筋可能会承担一部分剪力。使用斜置腹筋方式能够有效分担剪力，建议使用水平腹筋和垂直腹筋的方式。如果使用间距小、直径小的正交腹筋，构建受到剪力破坏时，腹筋可以发挥出延性，正交腹筋间要设置拉筋提高连系。避免造成截面横向发生变形，造成侧向劈裂，出现斜压破坏，造成构件失去承载力。深受弯构建使用的腹筋直径避免小于8mm，腹筋间距不能超过200mm，且不小于100mm。
结论：综上所述，本文根据深受弯构件的概念、受力性能以及破坏形态，提出了深受弯构件的设计，在文中强调了设计重点。深受弯构件需要经过受弯承载力和受剪承载力的分析，从纵向钢筋和腹筋两个方面展开设计。经过深受弯构件在简支混凝土中的应用，提高混凝土稳定性。
参考文献：
[1]陈晖,易伟建.钢筋混凝土无腹筋简支和连续深梁压杆-拉杆模型的评价与改进[J/OL].建筑结构学报,2019(07):154-161[2019-05-05].
[2]周清,牛宁宁,刘海员等.配筋率及截面尺寸对简支矩形截面钢筋混凝土梁抗爆性能的影响[J].山东农业大学学报(自然科学版),2018,49(06):1024-1031.
[3]胡淼珍,聂宏涛,张泽俊等.基于弹性应变能的钢筋混凝土简支梁极限承载力判据研究[J/OL].应用力学学报:1-7[2019-05-05].