剪力墙端柱和边框柱的设计区别
coc_06492864
2022年08月02日 15:01:39
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1二者与框架柱的关系 从规范对于二者的定义及上文分析的二者用途可知,毫无疑问,剪力墙边框柱截面宜与其他框架柱相同,且其配筋应满足框架柱的相关要求,边框的设置要求如下: 而作为剪力墙边缘构件的端柱或者框剪结构中一般剪力墙端柱,规范对于其截面统一以边缘构件的形式给出: 由上面右图约束边缘构件的端柱,其截面尺寸是根据墙厚定义的,由此可进一步说明端柱是剪力墙的一部分,其配筋也是满足剪力墙边缘构件配筋,在一般情况下,不需要满足框架柱的截面和配筋要求。

1二者与框架柱的关系

从规范对于二者的定义及上文分析的二者用途可知,毫无疑问,剪力墙边框柱截面宜与其他框架柱相同,且其配筋应满足框架柱的相关要求,边框的设置要求如下:

而作为剪力墙边缘构件的端柱或者框剪结构中一般剪力墙端柱,规范对于其截面统一以边缘构件的形式给出:

由上面右图约束边缘构件的端柱,其截面尺寸是根据墙厚定义的,由此可进一步说明端柱是剪力墙的一部分,其配筋也是满足剪力墙边缘构件配筋,在一般情况下,不需要满足框架柱的截面和配筋要求。

但需要特别注意的是,《抗规》645小注对于端柱的说明:当端柱承受集中荷载时,其纵向钢筋,箍筋直径和间距应满足柱的相应要求,具体原因详见23节关于带端柱墙体计算模型的思考。

2抗震等级

理清了端柱和边框柱的设置原理,我们不难得出结论,对于端柱,其本身就属于剪力墙的一部分,其抗震等级当然就是剪力墙的抗震等级。但对于边框柱,很多小伙伴(包括我自己)在设计时就有点拿不准了,那么边框柱的抗震等级到底时按照框架柱还是剪力墙取值呢?朱炳寅在《建筑结构设计问答于分析》中指出,剪力墙的端柱(包括边框柱)均为剪力墙的一部分,只不过形状像柱,但不是柱,是墙,它的存在是对于墙体起到约束作用。因此,对于剪力墙边框柱,笔者认为,既要满足框架柱的抗震等级,也要满足剪力墙的抗震等级。然而,对于一般的框架剪力墙结构而言,剪力墙作为第一道防线的抗震等级均高于框架,因此,将边框柱的抗震等级按照剪力墙取值是安全且合理的。

3关于剪力墙端柱计算模型的思考

当前,我们在结构设计时,当剪力墙设置了端柱时,通常模型输入时是在墙轴线上按照剪力墙输入,在端部节点上按照框架柱输入,计算软件在计算时也是按照墙元和柱元进行分开计算,但这种处理方法显然是不合理的,具体原因在以下几点:

(1)端柱均应为剪力墙的一部分,人为的在计算上将端柱与剪力墙分开,显然与实际不符;

(2)对于有端柱的剪力墙,当端柱有很大的集中荷载(通常为上部有框架柱向下传力),此时的端柱受力特性与框架柱很接近,这也就解释了21节提到的规范小注要求,但依据圣维南原理,集中力并非框架柱自己承受,而是以接近45度的扩散角传到相邻墙体上,由整个墙体共同承担(详见下图),而程序这种柱墙分离的处理方法,人为放大了端柱承受的集中力,从而导致剪力墙的设计结果可能偏于不安全。

(3)对于抗震等级的错误定义

当模型采用柱、墙分离的方式建模计算时,程序将端柱的抗震等级默认为按框架柱取值,从上文的分析中,我们得知,这对于端柱的计算在某些情况下显然也是偏不安全的。

当柱、墙分离的计算结果出现怪异时,笔者通过查阅规范及其他相关资料,认为可采取以下几种处理方法:、

(1)采用在端柱和相邻墙体间开洞,实际不开洞,将模型变成端柱+墙+短连梁的形式,可避免怪异的计算结果。

(2)按照实际的柱、墙尺寸计算或采用等效截面法将端柱截面等效为剪力墙,必要时应手动复合,具体详见下图:

小结:

1、剪力墙的端柱和边框柱(边框柱其实是端柱的一种),均应为剪力墙的一部分,其设计计算均应将柱和墙作为整体计算。

2、作为剪力墙边缘构件时,端柱的截面和配筋不要求按照框架柱,仅当端柱承受集中荷载时,才同时满足框架柱的要求;而作为加强框剪结构的边框柱则不同,其截面和配筋均应满足框架柱的要求。

3、端柱的抗震等级均应同墙,尤其注意框剪结构中,墙体的抗震等级一般较高,往往需手动修改边框柱的抗震等级。

4、对于带端柱的剪力墙,当采用柱、墙分离的计算模型时,一定注意设计结果的复核。


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知识点:剪力墙柱


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