目前对结构承载力的计算主要是通过PKPM和YJK两种计算软件,为确认计算软件对内框架结构计算的准确性,特别是混凝土柱计算的准确性以及在建模时的注意事项,特地构造了如图所示的一个三层内框架,上一期我们分析了利用PKPM软件对内框架结构计算时的注意事项,本期我们对YJK软件对内框架计算的注意事项。 计算参数如下: 7度0.1g,Ⅳ类场地土 混凝土强度C20,砂浆强度M5,砖强度MU10
目前对结构承载力的计算主要是通过PKPM和YJK两种计算软件,为确认计算软件对内框架结构计算的准确性,特别是混凝土柱计算的准确性以及在建模时的注意事项,特地构造了如图所示的一个三层内框架,上一期我们分析了利用PKPM软件对内框架结构计算时的注意事项,本期我们对YJK软件对内框架计算的注意事项。
计算参数如下:
7度0.1g,Ⅳ类场地土
混凝土强度C20,砂浆强度M5,砖强度MU10
各层层高均为4.0m
横向开间4.5m,纵向跨度6.0m,纵墙上开有1.5m宽的窗
各层楼面恒载4.0kN/m2,活载5.0kN/m2;屋面恒载5.0kN/m2,活载2.0kN/m2
一、验算结果一览
A类建筑、B类建筑、01版抗规和非抗震等四种情况下钢筋混凝土柱的验算结果如下图所示,其中A类建筑按构件承载力验算法考虑,未列出综合抗震能力指数法的结果。
1、A类建筑
一层配筋平面示意图
二层平面配筋示意图
三层平面配筋示意图
2、B类建筑
一层平面配筋示意图
二层平面配筋示意图
三层平面配筋示意图
3、01版抗规
一层平面配筋示意图
二层平面配筋示意图
三层平面配筋示意图
4、非抗震
一层平面配筋示意图
二层平面配筋示意图
三层平面配筋示意图
将四种工况的验算结果列表如下:
二、验算结果规律总结
由上表的计算结果,我们可以总结出如下规律(限于条件,本文仅列出单个案例的结果,事实上,我们对多个典型案例的计算结果也分析,也可以得出如下相同的规律):
1、对于YJK程序,内框架结构中混凝土构件的承载力计算时,尽管A类建筑与B类建筑的配筋结果基本一致,非抗震工况的配筋结果最小,01版抗规的配筋结果最大,从配筋规律看是符合常规的概念的。但从内力分析,四种工况的内力还是存在一定的区别,
2、在内框架结构的总地震剪力标准值的计算时,01版抗规>B类建筑>A类建筑,这是因为相对01版抗规,A类建筑乘了0.75的调整系数,B类建筑乘了0.88的调整系数,其出处来自于《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009中第1.0.1条的条文说明:
其实这是软件编制者对规范的误读(原因我们以后有机会再讨论),导致的后果就是YJK程序对A类和B类墙体的抗震验算结果不准确,且偏于不安全。
3、在内框架结构混凝土柱的地震剪力计算时,非抗震>01版抗规=B类建筑=A类建筑,实际上该剪力未考虑规范规定的内框架结构中混凝土柱的地震剪力,仅考虑的是梁柱节点平衡引起的剪力,因此对剪力的计算是偏小的。且由于非抗震工况考虑的正常使用作用组合,而抗震工况考虑的地震作用组合,因此非抗震工况的平衡剪力大于抗震工况的平衡剪力。当然即使考虑了规范规定的内框架结构中混凝土柱的地震剪力,由于其值较小,对最终的结果基本没有影响。
4、 在内框架结构混凝土柱的轴压比计算时,非抗震>01版抗规=B类建筑>A类建筑,原因与混凝土剪力的原因一致,由于非抗震工况考虑的正常使用作用组合下的轴力,而抗震工况考虑的重力荷载代表值作用下的轴力,因此非抗震工况的轴力大于抗震工况的轴力,而抗震工况在计算重力荷载代表值作用下的轴力时,01版抗规和B类建筑的分项系数采用的是1.2,而A类建筑的分项系数采用的是1.0。轴压比计算时对A类建筑的分项系数采用1.0是否合理值得商榷,不过由于A类建筑没有轴压比的要求,因此对最终的结果基本没有影响。
5、内框架中框架柱的纵向配筋均由构造配筋控制,由构件信息可以查得,对于非抗震工况、A类建筑和B类建筑,YJK采用的截面总配筋率为0.6%,实际单边配筋率分别为0.25%和0.3%,01版抗规,YJK采用的单边构造配筋率为0.7%,实际单边配筋率分别为0.3%和0.3%。
非抗震工况的规范规定:
根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010(2016年版)第8.5节的规定,对于钢筋混凝土结构构件中的受压钢筋,对于强度等级为300MPa、335MPa的钢筋,截面总配筋率不少于0.60%,且单侧纵向钢筋的配筋率不少于0.2%。
A类建筑规范规定:
《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009第6.2节A类钢筋混凝土房屋抗震鉴定一节中,对框架柱的构造要求为:6度和7度Ⅰ、Ⅱ类场地土时:框架梁柱的纵向钢筋和横向箍筋的配置应符合非抗震设计的要求。规范未对7度Ⅲ、Ⅳ类场地土上框架柱的纵筋配置做出规定,应该是规范失误。老陈理解应符合8度的要求,即框架中柱和边柱纵向钢筋的总配筋率不应少于0.6%。
上海市地方标准《现有建筑抗震鉴定与加固标准》DGJ08-81-2021第6.2节A类钢筋混凝土房屋抗震鉴定一节中,对框架柱的构造要求为:框架梁柱的纵向钢筋的配置应符合非抗震设计的要求,7度时,框架中柱和边柱的纵向钢筋的总配筋率不应少于0.5%。
B类建筑规范规定:
《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009第6.3节B类钢筋混凝土房屋抗震鉴定一节中,对框架柱纵向钢筋的最小总配筋率的要求如下:
上海市地方标准《现有建筑抗震鉴定与加固标准》DGJ08-81-2021第6.3节中,对框架柱纵向钢筋的最小总配筋率的要求与国家标准基本一致。
01版规范规定:
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001第6.3节中,对框架柱纵向钢筋的最小总配筋率的要求如下:
由以上的分析结果可知,YJK程序对框架柱的构造配筋符合规范对纵筋的规定,若计算由构造控制,则YKJ 的配筋基本可以采用。
6、内框架中框架柱的横向配筋均由构造配筋控制,由构件信息可以查得,对于非抗震工况,YJK采用的体积配箍率为0.3%;
A类建筑,采用的体积配箍率为0.4%(轴压比<0.4);
B类建筑,采用的体积配箍率为0.4%(轴压比<0.4)、0.6%(0.4 <轴压比<0.6);<>轴压比<0.6);<>
01版抗规,采用的体积配箍率为0.48%(轴压比<0.4)、0.56%(0.4 <轴压比<0.6)、0.72%(轴压比> 0.6)。 轴压比<0.6)、0.72%(轴压比>
非抗震工况的规范规定:
《混凝土结构设计规范》GB50010-2010(2016年版)中无最小体积配箍率的要求。
A类建筑规范规定:
无论是《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009,还是《现有建筑抗震鉴定与加固标准》DGJ08-81-2021,均未有最小体积配箍率的要求,仅要求箍筋配置不小于φ6@200。
B类建筑规范规定:
《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009表6.3.5-3中抗震等级三级柱的最小体积配箍率如下:
《现有建筑抗震鉴定与加固标准》DGJ08-81-2021对箍筋最小体积配箍率的要求与国家标准一致。
01版规范规定:
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001表6.3.12中,抗震等级三级柱的最小配箍特征值如下:
由上述对各工况下对箍筋配置的要求总结可知,YJK程序对非抗震工况和A类建筑的箍筋配置要求较高,相对保守,对于B类建筑和01版抗规的箍筋配置基本符合规范要求,可以直接采用。
三、YJK建模和计算结果的注意事项
1、YJK建模的注意事项
1). 建模的结构体系选择
由于YJK无内框架选项,因此建模时可选择砌体结构进行建模。
2). 纵墙扶壁柱的输入
对于上世纪七十、八十年代的内框架结构,在混凝土梁的搁置处,一般均会在纵墙上设置砖砌扶壁柱,由于YJK无法设置砖柱,因此无法在此处设置砖柱,建议按纵墙变截面方法进行建模。具体建模方法见“老陈聊房检”的早期文章如何利用软件准确计算砖砌带壁柱墙的抗压承载力。
2、YJK计算结果的注意事项
1). 关于砖墙的抗震承载力验算问题
YJK在内框架结构的总地震剪力标准值的计算时,相对01版抗规,A类建筑乘了0.75的调整系数,B类建筑乘了0.88的调整系数,导致YJK程序对A类和B类墙体的抗震验算结果不准确,且偏于不安全。
2). 关于扶壁柱砖墙的抗压承载力验算问题
按纵墙变截面建模后,YJK对T型截面的计算也按计算墙体的折算厚度时未按扶壁柱偏置计算,而按居中计算,因此折算厚度比实际折算厚度小,结果略偏于保守。
3). 关于混凝土柱的箍筋配置问题
由于YJK程序无法按内框架规范的要求计算地震工况下的剪力设计值,仅考虑了正常使用作用下剪力设计值,因此在地震工况下,剪力设计值相对偏小,建议可以通过规范公式手算地震工况下的剪力设计值,叠加正常使用作用下剪力设计值后,对斜截面抗剪承载力进行校核(当然根据实例,该剪力设计值相对较小,影响不大),若确认混凝土柱的箍筋配置仍为构造控制,则YJK程序对于B类建筑和01版抗规的箍筋配置基本符合规范要求,可以直接采用。但非抗震工况和A类建筑的箍筋配置要求较高,过于保守,建议按规范要求重新计算构造要求。
4). 关于混凝土柱的纵向配筋问题
由于YJK程序未考虑抗震工况下的地震剪力设计值,因此由该剪力设计值引起的弯矩也未考虑,对框架柱的纵筋进行配置时,计算弯矩相对偏小。若确认在叠加了该弯矩后,混凝土柱的纵向配筋仍由构造配筋控制,则YKJ 的配筋基本可以直接采用。
总的来说,对于内框架结构,由于其内力计算未考虑内框架的因素,且对砌体结构的地震作用进行了不恰当的打折,因此YJK 的计算结果相对偏小,且偏于不安全。
知识点:YJK程序对内框架计算的注意事项