连梁抗剪配筋的讨论及优化
cunyiban
cunyiban Lv.2
2023年03月01日 11:39:03
只看楼主

连梁抗剪配筋的讨论及优化 剪力墙是常用的结构体系之一,如:多高层住宅的全剪力墙或者框架-剪力墙,多高层公建如:商场、办公、酒店等的框架-剪力墙、框架-核心筒或者筒中筒(核心筒是由多片剪力墙组合而成的空间结构)。剪力墙设计中,最常见的也是最难处理的问题就是连梁抗剪的超筋超限,很多资料已经对此进行过分析并提出处理措施,本文就不再敷述了(若确有强烈需求的,后续再拟文将各种措施收集汇总后供大家参考吧)

连梁抗剪配筋的讨论优化


剪力墙是常用的结构体系之一,:多高层住宅的全剪力墙或者框架-剪力墙,多高层公建如:办公、酒店等的框架-剪力墙、框架-核心筒或者筒中核心筒是由多片剪组合而成的空间结构)。剪力墙设计中,最常见的也是最难处理的问题就是连梁抗剪的超筋超限,很多资料已经对此进行过分析并提出处理措施,本文就不再敷述了(确有强烈需求的,后续再拟文将各种措施收集汇总供大家参考吧)。本次主要是针对连梁的抗剪钢筋配进行对比分析研究。

规范连梁抗剪截面验算、抗剪承载力以及超限的建议措施等,都有明确要求。如,《高规的“剪力墙结构设计”一章具体如下图所示

图片

图片

抗剪截面验算


图片

抗剪承载力验算


图片

连梁超限处理建议


大部分情况下,抗剪钢筋的配置方式就是竖向箍筋。少数情况下也可见交叉斜筋、对角斜筋或对角暗撑等特别是核心筒结构中跨高比较小的连梁。

图片


图片


图片


在《钢筋混凝土梁集中力处附加钢筋的优化》一文已分析对比过抵抗竖向力时竖向箍筋与斜向吊筋的区别结论是斜向吊筋的受力效率较低、构造用量较多性价比较差等。初步类比可知抵抗竖向力时连梁斜向筋的受力效率、材料用量等也是不及箍筋的

但是既然规范有相关内容、实际设计也时有应用,说明斜向筋还是有其适用范围及某方面优势的集中力附加横向钢筋的比选结果不能简单地全盘套用。以下就进行详细分析讨论。

连梁抗剪主要包括抗剪截面验算及抗剪承载力设计,砼其中最主要的参数(跟梁集中力验算只跟钢筋有关的最大不同点)。

一、抗剪截面验算只跟砼相关,与钢筋无关。

抗剪截面验算结果主要取决于系数值。根据《砼规》可知,布置斜与否抗剪系数取值也不相同。

图片

图片

《砼规》配置斜向的抗剪截面验算公


图片

《砼规》配置箍的抗剪截面验算公


对比两个公式可知,同为跨高比≤2.5(适用于一、二级抗震的,理论可推广应用至三、四级抗震非抗震),布置斜向筋后,抗剪系数从0.15改为0.25、提高了66%,抗力提高后截面验算更容易通过

众所周知,抗剪截面超限是连梁设计中最常见的问题难题。抗剪截面条件虽然不是规范强条,但基于“强剪弱弯”的概念,设计人员和审图人员对此都是从严要求的,实际设计中总会遇到部连梁超限、且很难调整通过的情况

比如:剪力500kN>截面抗剪值450kN,差值10%,设计人员如果想着适当加大截面补足,就会发现:将加大截面后的连梁输入模型重新计算复核时,差值不但没有弥补、反而是加大了即超限情况更严重了。为什么会这样?其实简要分析一下就明白了:连梁抗剪截面=b*h0,加大高度抗剪截面积线性增长;而连梁受力分配跟其抗弯刚度相关、抗弯刚度又跟截面惯性矩bh3/12相关,是3次方长;抗力增长速度 <效应< pan> 速度, 所以 越是加 连梁高度越 容易 超限,此时 宜反向 做减法 、适当 降低梁高 。当然, 连梁高度也不可能无限取小, 以下 情况,如: 1 整体 抗侧刚度 需要。较强 连梁 可以将独立墙肢 连接 成联肢墙、小开口整体墙等共同受力,提高抗侧刚度。 2 承受 竖向荷载需要。 部分 连梁需要承受 相连 楼板 传来 较大 竖向荷载 承载力 能力有 一定 要求。 3、屈服 耗能需要。连梁是 设计期望 可首先进入屈服耗能的 构件 起到 保护竖向构件 作用,截面太小保护能力不足等 都要求连梁具有一定的高度。

设置斜向筋后,相同截面的抗剪提高了66%,这对解决抗剪超限的难题是很有帮助的特别是连梁高度不宜取小的情况下当抗力>>效应富余较多也可适当高度,此时抗力降低速度 <效应降低< pan> 速度 抗剪验算更容易解决了。

二、抗剪承载力砼和钢筋都相关。

抗剪承载力包括砼、箍筋及斜向筋3部分的贡献不同情况下部分的系数取值也是有差异的

图片

《砼规》配置斜向的抗剪承载力验算公

图片

《砼规》配置箍的抗剪承载力验算公


    可见,加斜向筋后砼项系数从0.38变为将0.4提高约5%,箍筋项系数从0.9变为0.6降低50%;钢筋的抗拉能力及贡献比例,远高于砼,上述系数调整后+筋的抗剪承载力有所下降的,斜向筋的抗剪效率又是低于箍筋的总体而言,设置斜向筋的综合抗剪效率也是有所下降的。

《砼规》中关于斜向筋的设置没有限定结构体系,《高规则限定为筒中筒结构中的外框筒及内筒连梁。实际项目中,公共建筑会设置核心筒,筒内布置较多设备房间,设备间门较窄较矮导致其上的连梁跨高比均较小,容易出现抗剪超限超筋问题也较符合规范中设置斜向筋的适用条件设计人员也经常把设置斜向筋作为一种加强措施但对其受力效率、性价比等就没有定量的直观认识。下面就取一具体截面,通过自编Excel表可对不同配筋方式的抗剪截面、抗剪承载力及其材料用量进行定量的分析对比。

一级抗震的连梁截面400x1000跨度1m,C50砼。剪力1500kN。对比结果截图如下:

图片

图片

主要结论如下:

1、配置箍筋的抗剪截面限值为1574kN,配置斜向筋的抗剪截面限值为  2623kN增幅约66%。反之,即配置斜向筋的截面尺寸400x600仍可满足截面验算

2、统一采用400x1000截面时,配置箍筋的用量约40kg钢筋+砼费用约484元;配置交叉斜筋的钢筋用量约143~166kg,钢筋+砼费用约1097~1236配置对角斜筋(斜撑钢筋用量约152kg,钢筋+砼费用约1150元。箍筋的受力效率、成本等明显占优,施工也最简便。

3、配置斜向筋后减小截面至400x600,配置交叉斜筋的钢筋用量约189kg,钢筋+砼费用约1280配置对角斜筋(斜撑钢筋用量约177kg,钢筋+砼费用约1206元。总体费用不减小截面的多主要是斜向筋倾角变平缓导致其抵抗竖向力的效率降低、用量增加。

4、统一采用400x1000截面,仅配置箍筋时,砼+箍筋外Φ12+内Φ10@100(4)的抗剪承载力1736kN配置斜向筋时,相同配置的砼+箍筋的抗剪承载力仅1283kN。计算公式中项系数取值的不同,影响了承载力计算结果

5、采用400x1000截面、且配置斜向筋时,箍筋采用外Φ12+内Φ10@100(4)或Φ10@1002)的,交叉斜筋的计算面积用量基本相同(第2小点的交叉斜筋方式的钢筋用量有个变化幅度,就是箍筋量的变化对比)。公式中的箍筋与斜向筋配筋强度比???fsvAsvh0)/(sfydAsd)取值要求介于0.6~1.2严重限制了箍筋的贡献。常规情况下,箍筋满足构造要求即可。

6、 交叉斜筋可与砼、箍筋共同承担剪力,对斜筋(斜撑需要单独承受全部剪力,但两者钢筋用量及费用差别不大主要原因交叉斜筋中方式中4组折线筋的构造相对复杂其用量较多施工也较复杂。

7、对角斜撑需自设封闭小箍筋,但连梁箍筋间距可放大至@200mm,总钢筋用量较对角斜筋的略低。

8、对角斜筋和对角斜撑计算公式相同,直观理解上存在疑问梁端抗剪时,交叉斜向筋受力是一拉一压(与中心支撑类似),斜撑有内置箍筋围闭约束,可抗拉也可抗压;斜筋无横向约束、抗压稳定性差,可抗拉不适宜抗压。计算公式是否需要调整?供大家进一步思考讨论。

综合上述分析结果,对连梁抗剪配筋设计优化建议如下

1、通常情况下,优先采用箍筋。

2、抗剪截面超限采用减小梁高、梁端点铰、塑性折算有效截面、竖向分层连梁常用措施;确实难以调整通过时设置斜向筋提高截面抗剪能力

3、计算软件特殊构件定义里面,有“斜向筋”选项。可以根据初次计算结果,对部分超限连梁指定斜向筋”后重新计算,可大幅减少抗剪超限现象

4、设置斜向筋时,箍筋仅需满足最小直径及最大间距要求。

知识点:连梁抗剪配筋的讨论及优化

建筑立面凹凸造型的结构选型讨论及优化

免费打赏

相关推荐

APP内打开