关于连梁纵筋最大配筋率的探讨
zsd_3322138751
2022年09月29日 14:11:47
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在抗震设计时,《高规》关于框架梁的受拉钢筋最大配筋率为不宜大于2.5%,不应大于2.75%。而对于跨高比较小连梁(b≤2.5)的最大配筋率(表7.2.25)却明显小于对框架梁的规定,原因何在?在实际的结构设计工作中,由于连梁计算超筋等原因,设计人员通常会采取加大连梁纵向配筋的方式加以处理,那么这种方式是否妥当,可有隐患?

在抗震设计时,《高规》关于框架梁的受拉钢筋最大配筋率为不宜大于2.5%,不应大于2.75%。而对于跨高比较小连梁(b≤2.5)的最大配筋率(表7.2.25)却明显小于对框架梁的规定,原因何在?在实际的结构设计工作中,由于连梁计算超筋等原因,设计人员通常会采取加大连梁纵向配筋的方式加以处理,那么这种方式是否妥当,可有隐患?

本文将进行一些简单的探讨与论证。






高规7.2.21条规定了连梁剪力与弯矩之间的关系,除9度时一级剪力墙的连梁以外,通过放大与梁端弯矩相对应的剪力设计值,从而实现所设计连梁“强剪弱弯”的承载力特性:

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 (式1)

同时,高规的7.2.22条又规定了跨高比不大于2.5的连梁的名义剪应力的上限值(即剪压比限值)。

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 (式2)

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       ——承载力抗震调整系数,对受剪构件取0.85。

跨高比较小(≤2.5)的连梁的受力特点:内力以水平荷载作用下产生的弯矩和剪力为主,竖向荷载作用下的内力所占比例不大,可让问题简化,先不计入的影响,结合(式1)与(式2),则有如下关系:

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 假定连梁作用端弯矩相等:

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 则连梁端部弯矩:

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 那么,连梁的最大计算纵筋面积及配筋率:

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一般工程中,混凝土等级不超过C50,βc=1.0,则:

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 (式3)

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      ——承载力抗震调整系数,对受弯构件取0.75。


按普通工程混凝土强度C35,钢筋等级HRB400考虑,分别按抗震等级为一级、二级、三级、四级等情况核算其最大配筋率:

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同理计算,可以分别得到抗震等级二级、三级、四级相对应的最大配筋率。

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(表中可见:一、二级时,配筋率均不足最大配筋率的1/2)

以上计算可看出,抗震等级越低,连梁可能出现的最大配筋率越大,反之,抗震等级越高,连梁可能出现的最大配筋率越小。同时,由(式3)可看出,当混凝土等级越高,连梁可能出现的最大配筋率也越大,因此,混凝土等级取为C50,抗震等级取为四级时,连梁的最大配筋率如下:

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 高规规定剪力墙的混凝土强度等级不宜高于C60,与以上计算方法相同,当混凝土等级为C55、C60时,βc=0.97、0.93.经复核,与之相对应的配筋率最大值依然在规范限值之内。

以上推论中有两个因素尚未考虑到位:


1、重力荷载代表值所产生的连梁梁端剪力未被计入,如考虑此值的影响,则对连梁计算配筋率起减小的作用。


2、由于连梁两端剪力墙的刚度不等所造成的连梁在水平力作用下产生的反弯点不在连梁跨度中点,于是左右弯矩不等(但左右弯矩之和不变,恒为水平力作用所产生的连梁剪力乘以连梁跨度),按绝对值较大的弯矩得出的配筋值会比按左右弯矩相等的假定所得配筋稍大。但即便两端弯矩绝对值差距达到极致,一端弯矩为零,另一端弯矩达到两端弯矩相等时的两倍,相应配筋率会比两端弯矩相等时增大一倍,依据表中的数据,在上述情况下,抗震等级为二级的计算结果与规范相应限值非常接近。



结论




1、规范规定的ρmax与抗剪截面限制条件存在对应关系,基本等于抗震等级二级时连梁截面抗剪条件对应的抗弯最大配筋,也可以认为是截面抗剪条件的另一种表达方式。


2、满足截面抗剪限制条件时,一、二级抗震等级计算所得的连梁纵筋基本不会超过ρmax;其它情况,仅当两端支座弯矩相差极为悬殊时,计算所得配筋可能超过ρmax,需要人工复核。


3、不满足截面抗剪限制条件时,如果按计算结果配置箍筋、纵筋或根据截面限值条件反求最大箍筋、纵筋,都欠妥。此部分的分析涉及如何对超限连梁进行刚度的转移与补偿,留作后文分析。

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知识点:连梁纵筋最大配筋率

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