未配置隔振消能構(gòu)件的普通混凝土結(jié)構(gòu)建筑物消耗地震作用的方式通常有兩種,一種是主體振動(dòng)消耗,一種是構(gòu)件破壞消耗,連梁的作用就是通過(guò)構(gòu)件破壞來(lái)消耗地震作用的。
我們知道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的支座形式有剛接和鉸接兩種,而抗震中常將介于剛接和鉸接之間的形態(tài)稱作半剛接,也稱之為塑性鉸。塑性鉸是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋達(dá)到屈服直至退出工作的過(guò)程,這個(gè)過(guò)程消耗了大量的能量卻沒(méi)有造成建筑物的嚴(yán)重破壞,不影響結(jié)構(gòu)安全。
塑性鉸的形式有兩種,一種是縱向支座鋼筋先屈服(彎曲破壞),破壞截面將發(fā)生在梁端,形成梁端塑性鉸;另一種是箍筋率先屈服(剪切破壞),破壞截面發(fā)生在梁中部,形成梁中塑性鉸。對(duì)于跨高比較大的構(gòu)件,一般彎矩控制內(nèi)力,縱筋先屈服,這使其必然形成梁端塑性鉸;但是對(duì)于跨高比較小的構(gòu)件,剪力為控制內(nèi)力,箍筋先屈服,雖然在設(shè)計(jì)中按照強(qiáng)剪弱彎的理念盡量的減少縱筋配置,以期縱筋先屈服,但是由于其截面特性,其塑形鉸必然發(fā)生在梁中,形成梁中塑性鉸。由于跨高比大的梁往往承擔(dān)著較大面積的板,因此伴隨梁端塑性鉸的是梁及板較大的撓度甚至破壞;同時(shí),由于跨高比較大,傳遞水平荷載時(shí)不具有良好的穩(wěn)定性,不利于對(duì)豎向構(gòu)件的拉結(jié)。對(duì)跨高比較小的梁往往承擔(dān)較小面積的板,且伴隨梁中塑性鉸的形成,梁的形態(tài)類(lèi)似于懸挑梁,很好的規(guī)避了板的大面積破壞;另外在拉結(jié)豎向構(gòu)件的過(guò)程中表現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性,這使其極適合作為耗能構(gòu)件參與抗震。在抗震聯(lián)肢墻和連肢筒壁中,各層連梁跨高比一般均較小,是塑形耗能構(gòu)件的首選部位。
高烈度區(qū)連梁超筋是個(gè)不可避免的現(xiàn)象,其原因往往是構(gòu)件的剪壓比不足。剪壓比的限制是連梁作為耗能構(gòu)件存在的先決條件,為預(yù)防連梁發(fā)生斜壓破壞(腹板破壞)和控制裂縫寬度提供了強(qiáng)有力的保證,也為箍筋的充分工作提供了試驗(yàn)依據(jù)。然而如何解決和規(guī)避剪壓比超限是非常棘手的問(wèn)題,目前規(guī)范對(duì)于連梁的設(shè)計(jì)要求主要有兩種:一種是高規(guī)的做法按照常規(guī)的配筋方案,嚴(yán)格限制構(gòu)件的剪壓比,并配置比普通梁更多的鋼筋;另一種是混凝土規(guī)范補(bǔ)充的做法,適當(dāng)放松對(duì)構(gòu)件剪壓比的限制,通過(guò)配置附加的鋼筋提高連梁構(gòu)件的延性水平和塑性耗能能力。
高規(guī)及混凝土規(guī)范對(duì)方法一的要求
混凝土規(guī)范對(duì)方法二的要求
設(shè)計(jì)中解決連梁超限問(wèn)題的常規(guī)做法主要有:
1、計(jì)算中對(duì)連梁的剛度進(jìn)行折減;
2、減小連梁截面高度或采取其他減小連梁剛度的措施;
3、對(duì)連梁進(jìn)行塑形調(diào)幅處理,減低其剪力設(shè)計(jì)值(已經(jīng)剛度折減的連梁其調(diào)幅范圍應(yīng)限制或不調(diào)幅);
4、將連梁分縫設(shè)置為多道連梁;
5、對(duì)連梁進(jìn)行點(diǎn)鉸處理,按照連梁退出工作后的狀態(tài)來(lái)包絡(luò)設(shè)計(jì);
6、對(duì)連梁的內(nèi)力和配筋進(jìn)行再調(diào)整(全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施/結(jié)構(gòu)/混凝土結(jié)構(gòu)(2009年版))方法進(jìn)行處理;
7、在連梁中設(shè)置交叉斜筋、集中對(duì)角斜筋或交叉暗撐(規(guī)范具體要求詳見(jiàn)上述方法二)。
方法1~4是比較常用的解決連梁超筋的方法,其主要滿足規(guī)范對(duì)方法一的控制要求,將連梁的抗彎縱筋減小,盡可能的降低連梁的抗彎能力,促使梁端出現(xiàn)塑性鉸,同時(shí)加強(qiáng)對(duì)箍筋的配筋要求,提高截面的抗剪能力,做到強(qiáng)剪弱彎,有效提高構(gòu)件的截面延性及耗能能力。這種方法主要適合剪跨比大于2.5的連梁。
對(duì)于跨高比小于2.5的連梁可采用方法7進(jìn)行處理,在連梁中配置一些附加鋼筋提高連梁構(gòu)件的延性水平和塑性耗能能力。而方法7的配筋方式根據(jù)不同的文獻(xiàn)又可以有所調(diào)整,進(jìn)一步降低對(duì)梁截面的要求和施工難度。
對(duì)于方法5和方法6,主要考慮在非地震荷載作用下的彈性性能,在地震作用下出塑性鉸耗能,同時(shí)還要保證地震工況下的結(jié)構(gòu)整體安全,因此需要進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。
方法5、6、7的具體操作筆者將在后續(xù)的文章中詳解,敬請(qǐng)期待。
[1] 混凝土設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)規(guī)范 GB50010-2010 中國(guó)建筑工業(yè)出版社
[2] 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ3-2010 中國(guó)建筑工業(yè)出版社
[3] 邵西子,張綺思.連梁超筋解決方案的選擇與優(yōu)化.結(jié)構(gòu)工程師2016年4月第32券第2期
[4] 2009全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-結(jié)構(gòu)(混凝土結(jié)構(gòu))中國(guó)計(jì)劃出版社
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