四级抗震等级梁配筋是二级梁配筋的1.1倍：是软件计算错误了吗？

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设计师一般都会想当然的认为对于同一个工程如果将结构中梁的抗震等级从四级修改为二级，梁的配筋都会变大。但是在某些特殊的情况下，会得到与设计师概念判断不符的结果，甚至有些情况下与概念判断的结果完全大相径庭，甚至会让设计师觉着软件计算得到的结果是错误的。下面的案例就是来自某设计师的一简单框架结构，该结构中某根梁的配筋四级抗震等级是二级梁配筋的1.1倍，梁的抗震等级从四级修改为二级配筋没有变大，反而变小，是软件计算错误了吗？

01设计师工程模型及疑问

图1所示为用户设计师的框架工程案例，从三维图中可以看到，该框架比较简单。但是在设计时采用了性能设计，按照中震弹性进行计算。

图1 设计师框架模型三维图

设计师按抗震等级为2级与抗震等级为4级，对该模型分别计算，计算的某根梁配筋结果如图2 及图3所示。

图2 按抗震等级四级计算该模型中梁的配筋

图3 按抗震等级二级计算该模型中梁的配筋

对，你没有看错，四级抗震等级的梁配筋不但没有比二级抗震等级梁配筋小，反而比二级的大，是二级抗震等级梁配筋的1.1倍。这样的结果与我们常规概念判断不相符，甚至背道而驰。

02不同抗震等级的梁的详细结果

选择抗震等级为四级时，输出该梁的详细配筋计算结果，如图4所示，当选择该结构抗震等级为二级时，该梁的抗震等级也是二级，输出该梁的详细配筋计算结果，如图5所示。

图4 抗震等级为四级时该梁配筋详细计算结果

图5 抗震等级为二级时该梁配筋详细计算结果

从上面图4及图5的计算结果可以看到，该梁中有较大拉力，配筋是由拉弯控制，并且二级与四级的组合弯矩完全一致，只是配筋不同。这是因为该模型设计师做的是中震弹性性能设计，因此，修改不同的抗震等级，不影响内力调整，故组合内力不同的抗震等级完全一致。

也就是说内力组合都完全一致，只是抗震等级不同导致了配筋结果不同，并且四级抗震等级的配筋结果比二级的大，这就更加增加了设计师的疑惑。

03四级抗震等级时梁配筋校核

我们先以四级抗震等级的梁配筋结果进行手工校核，详细分析该配筋过程。结构中该梁构件的基本信息如图6所示。

由于该梁有拉力，在使用PKPM软件工具箱进行校核时，我们先校核梁的底部受压钢筋面积。按照该梁截面的相关信息，由于保护层厚度为20，因此，输入梁截面受压钢筋合力点至截面近边缘距离a’s=42.5mm,受拉钢筋合力点到截面近边缘距离as=42.5mm,截面宽度b=400mm,高度h=800mm,混凝土强度等级C30,纵向受拉钢筋强度设计值fy=360MPa,纵向受压钢筋强度设计值f’y=360MPa,4级抗震,113组合为地震组合,设计截面位于框架梁梁端,截面设计弯矩M=625.50kN·m,轴拉力设计值N=185.41kN。按照工具箱计算的该梁端支座下部受压钢筋面积为As=2329.12mm2，计算结果如图7所示，校核结果与梁构件信息中输出的配筋面积完全一致。

图7 该梁支座受压钢筋面积校核

再校核该四级抗震等级的梁的支座受拉钢筋的面积，67组合为地震组合,设计截面位于框架梁梁端受拉区,截面设计弯矩M=1467.17kN·m,截面上部受拉,轴拉力设计值N=185.41kN。按照工具箱计算的该梁端上部支座受拉钢筋面积为As=6518.58mm2，计算结果如图8所示，校核结果与梁构件信息中输出的配筋面积完全一致。注意由于计算的受拉钢筋配筋梁大于1%,软件自动按照放置两排钢筋重新计算钢筋面积。

图8 该梁支座受拉钢筋面积校核

04二级抗震等级时梁配筋校核

抗震等级为二级时，对于梁的底部受压钢筋面积配筋结果手工校核与四级抗震等级的一样，都是地震组合，都按照拉弯构件计算，按照工具箱计算的梁端支座下部受压钢筋面积为As=2329.12mm2，计算结果如图9所示，校核结果与梁构件信息中输出的配筋面积完全一致。

图9 二级抗震等级时该梁支座受压钢筋面积校核

再校核该二级抗震等级梁的支座受拉钢筋的面积，67组合为地震组合,设计截面位于框架梁梁端受拉区,截面设计弯矩M=1467.17kN·m,截面上部受拉,轴拉力设计值N=185.41kN。按照工具箱计算的该梁端上部支座受拉钢筋面积为As=5738.45mm2，计算结果如图10所示，校核结果与梁构件信息中输出的配筋面积完全一致。注意由于计算的受拉钢筋配筋梁大于1%,软件自动按照放置两排钢筋重新计算钢筋面积。

图10 二级抗震等级时该梁支座受拉钢筋面积校核

图11是该二级抗震等级梁的配筋详细计算结果。从结果中可以看到对二级抗震等级的梁要考虑界限相对受压区高度0.35的限值，这就需要在配筋计算的时候需要考虑受压钢筋。受压区高度取界限相对受压区高度0.35时，计算受压钢筋面积936mm2，计算得到支座受拉钢筋面积为5595.64mm2，由于受拉筋配筋率大于1%，需按照双排布置，重新计算得到受拉钢筋的面积为5738.45mm2，再按受压区高度取界限相对受压区高度0.35重新校核，得到受压钢筋面积为1218.21mm2。受拉钢筋面积校核结果与梁构件信息中输出的面积完全一致。

图11 二级抗震等级时该梁支座受拉钢筋配筋计算详细结果

05四级抗震等级梁配筋比二级大的原因分析

从二级抗震等级梁的校核结果中可以看到对二级抗震等级的梁要考虑界限相对受压区高度0.35的限值，这就需要在配筋计算的时候需要考虑受压钢筋。而四级抗震等级的梁界限相对受压区高度0.518，不考虑受压钢筋，这样计算的受拉配筋面积二级较四级抗震等级的小。按照对二级抗震等级梁支座的构造要求，受压钢筋需要至少满足受拉钢筋的0.3倍，因此，二级抗震等级梁的支座受压钢筋面积应为0.3*5738.45mm2=1721.535mm2。但不论二级还是四级抗震等级的梁按拉弯构件计算的梁端支座下部受压钢筋面积均为As=2329.12mm2，该面积大于了1721.535mm2，最终梁端受压筋面积取As=2329.12mm2。

06 结论

常规性能设计中，设计师一般都会使用软件直接选择按照“中震弹性”或者“大震不屈服”等，由软件自动完成性能设计相关的调整，最终查看配筋结果。但是该设计师想通过选择“中震弹性”性能设计，同时人为通过手动将抗震等级修改为四级的方式实现性能设计。在性能设计时，软件可以自动实现与抗震相关的内力不调整、可以实现与中大震弹性或者不屈服性能设计相关的其他调整，虽然调整系数和四级的调整系数一致，但设计中不应该直接将抗震等级修改为四级，这样可能会导致配筋计算的不合理。设计中需要注意以下两点：

第一，在进行性能设计时，不应该直接自己手动将抗震等级修改为四级。直接修改抗震等级为四级，虽然保证了调整系数一致，但是会导致其他相关细节要求变化，甚至会得到不正确的结果。

第二，特别要注意偏心受拉梁的配筋。如果梁中有拉力，对于梁端底部受压钢筋会按照拉弯构件计算，往往梁端底部会由该配筋控制。不同抗震等级时受压钢筋面积可能都一致。

第三，该结构中四级抗震等级梁配筋是二级梁配筋的1.1倍并不是软件计算错误，反而四级抗震等级比二级梁端受拉钢筋大是正确的。由于四级抗震等级的梁在计算梁端受拉配筋时，不考虑梁端受压钢筋，并且对混凝土界限相对受压区高度的要求与二级不同，导致很有可能四级抗震等级梁支座受拉配筋面积较二级的大。

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[1] GB50011-2010（2016版）建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版 ，2016.

[2] JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版 ，2011.

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