本篇文章给大家谈谈剪力墙设计原则强剪弱弯,以及强剪弱弯剪力调整对应的知识点,希望对各位有所帮助,不要忘了收藏本站喔,本文目录一览:,1、,什么是强剪弱弯?这就是我们设计时要结构达到“强柱弱梁,强剪弱弯”这个目标,人为的控制不利的、更危险的破坏发生, ,2、具体计算:要达到上述目的,要通过计算确定!
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本文目录一览:
什么是强剪弱弯?,设计中如何实现?
解答(一)
1、“强柱弱梁,强剪弱弯”是一个从结构抗震设计角度提出的一个结构概念。就是柱子不先于梁破坏,因为梁破坏属于构件破坏,是局部性的,柱子破坏将危及整个结构的安全---可能会整体倒塌,后果严重!所以我们要保证柱子更“相对”安全,故要“强柱弱梁”;“弯曲破坏”是延性破坏,是有预兆的--如开裂或下挠等,而“剪切破坏”是一种脆性的破坏,没有预兆的,舜时发生,没有防范,所以我们要避免发生剪切破坏!这就是我们设计时要结构达到“强柱弱梁,强剪弱弯”这个目标。人为的控制不利的、更危险的破坏发生。
2、具体计算:要达到上述目的,要通过计算确定!具体公式可参见“抗震结构设计”、“高层建筑设计”或“砼设计规范”等!
3、上述是个人观点,愿与大家交流分享,如有不妥之处,敬请指正!!
解答(二)
二十世纪70年代后期,新西兰的T.Paulay和R.Park提出了保证钢筋混凝土结构具有足够弹塑性变形能力的能力设计方法。该方法是基于对非弹性性能对结构抗震能力贡献的理解和超静定结构在地震作用下实现具有延性破坏机制的控制思想提出的,可有效保证和达到结构抗震设防目标,同时又使设计做到经济合理。
能力设计方法的核心是,(1)引导框架结构或框架-剪力墙(核心筒)结构在地震作用下形成梁铰机构,即控制塑性变形能力大的梁端先于柱出现塑性铰,即所谓“强柱弱梁”;(2)避免构件(梁、柱、墙)剪力较大的部位在梁端达到塑性变形能力极限之前发生非延性破坏,即控制脆性破坏形式的发生,即所谓“强剪弱弯”;(3)通过各类构造措施保证将出现较大塑性变形的部位确实具有所需要的非弹性变形能力。
到二十世纪80年代,各国规范均在不同程度上采用了能力设计方法的思路。
能力设计方法的关键在于将控制概念引入结构抗震设计,有目的的引导结构破坏机制,避免不合理的破坏形态。该方法不仅使得结构抗震性能和能力更易于掌握,同时也使得抗震设计变得更为简便明确,即后来在抗震概念设计中提出的主动抗震设计思想。
高层剪力墙中连梁设计建议与配筋计算?
高层剪力墙中连梁设计建议与配筋计算是什么?下面中达咨询为大家详细介绍。
1、连梁的工作和破坏机理
在风荷载和地震荷载作用下,墙肢产生弯曲变形,使连梁产生转角,从而使连梁产生内力。同时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了墙肢的内力和变形,对墙肢起到了一定的约束作用,改善了墙肢的受力状态。高层建筑剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种,即脆性破坏(剪切破坏)和延性破坏(弯曲破坏)。连梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力,在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时,各墙肢丧失了连梁对它的约束作用,将成为单片的独立梁。这会使结构的侧向刚度大大降低,变形加大,墙肢弯矩加大,并且进一步增加P—Δ效应(竖向荷载由于水平位移而产生的附加弯矩),并最终可能导致结构的倒塌。连梁在发生延性破坏时,梁端会出现垂直裂缝,受拉区会出现微裂缝,在地震作用下会出现交叉裂缝,并形成塑性绞,结构刚度降低,变形加大,从而吸收大量的地震能量,同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力,对墙肢起到一定的约束作用,使剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中,连梁起到了一种耗能的作用,对减少墙肢内力,延缓墙肢屈服有着重要的作用。但在地震反复作用下,连梁的裂缝会不断发展、加宽,直到混凝土受压破坏。
2、设计的建议
在墙肢和连梁的协同工作中,剪力墙应该具有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷载作用下,结构应该处于弹性工作状态,连梁不应该产生塑性铰。在地震作用下,结构允许进入弹塑性状态,连梁可以产生塑性铰。根据抗震设计规范总则的要求,建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,一般不损坏或不需修复仍可使用,当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。因此,剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏,也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则,同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服,而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。
因此在实际工程中要使连梁设计满足强剪弱弯的原则就必须考虑以下几个方面:
2.1、关于连梁刚度的折减。连梁由于跨高比小,与之相连的墙肢刚度大等原因,在水平力作用下的内力往往很大,连梁屈服时表现为梁端出现裂缝,刚度减弱,内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时,就需对连梁刚度进行折减。根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》第417条规定:“在内力与位移计算中,所有构件均可采用弹性刚度,在框架—剪力墙结构中,连梁的刚度可予以折减,折减系数不应小于0.55.”一般在实际设计中我们在0.55—1之间取值,以符合截面设计的要求。
2.2、加连梁跨度减少高度。在连梁设计中,刚度折减后,仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况,这时可以增加洞口的宽度,以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度,也就减少了地震作用的影响,使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超筋或超限,则可采取调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于20%,且连梁必须满足“强剪弱弯”的要求。
2.3、增加剪力墙厚度。亦即增加连梁的截面宽度,其结果一方面由于结构整体刚度加大,地震作用产生的内力增加,另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后,地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙,而是小于这个比例,因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。
2.4、提高混凝土等级。混凝土等级提高后,结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例,有可能使连梁的受剪承载力不超限。
2.5、地震区高层建筑的剪力墙连梁,在进行了上述调整后,仍有部分不符合承载力要求时,可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求,配置相应的纵向钢筋。此时,如果不能保证连梁在大震时的延性要求,应重新计算整个结构,必要时调整结构布置,使连梁的承载力符合要求。
上述各种措施中,在能满足整体刚度的情况下,可先采用刚度折减,如仍超限可采用其余各种措施。
3、连梁的配筋计算
根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计和施工规程》,在连梁设计方面,对于连梁非抗震设计,抗震设计时跨高比大于25及小于25两种情况,在截面受剪承载力及配筋方面均有不同规定。
在结构计算时这类连梁往往发生受剪承载力的超限,这时可以将受力筋均匀布置,同时考虑到连梁以承载水平荷载为主,支座弯矩主要由水平荷载引起,在反复的水平荷载作用下支座截面上、下受拉筋面积相近,可以采用截面对称配筋。在连梁配筋中,配置平行筋往往导致斜向受拉破坏或由于箍筋过量而发生剪切滑移破坏,这些破坏将导致连梁的滞回曲线变坏,耗能能力下降。若采用菱形配筋方式,可以克服这些不足之处。
4、结语
高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度、与之相连的墙肢刚度等都有关。因此在设计时,问题是比较复杂的,设计时要把互相制约的因素统一协调,以取得比较理想的结果。
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二道防线是强剪弱弯调整么
框架剪力墙结构二道防线调整
摘要:框架剪力墙结构二道防线调整可有效提高建筑工程剪力墙设计原则强剪弱弯的抗震性能剪力墙设计原则强剪弱弯,保证结构安全。框剪结构中剪力墙是第一道防线,框架是二道防线。设计时,要根据规范的原则来设置二道防线,保证二道防线具有一定的抵抗水平荷载的能力,防止第一道防线剪力墙进入塑性造成结构整体破坏。本文以笔者设计的某高层框架剪力墙结构为案例,阐述二道防线的调整理论和方法。
关键词:框剪结构剪力墙设计原则强剪弱弯;抗震设计;二道防线调整
引言:
框架剪力墙结构中剪力墙的布置较剪力墙结构灵活,在具有一定刚度和抗震性能的同时,可以满足不同使用功能的要求,在办公、公寓、商业、酒店等高层建筑中得到大量应用。框剪结构在设计时,需设置二道防线,防止设防地震或大震发生时,一道防线进入塑性失去承载能力后结构整体破坏。二道防线的设置,应符合《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版)和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中的相关规定。
1.框剪结构二道防线调整的作用
框架剪力墙结构是由框架和剪力墙两种力学性能不同的抗侧力构件构成,共同抵抗水平及竖向荷载。它的受力特点不同于框架,也不同于剪力墙在剪力墙结构中的受力特点。因为框剪结构底部楼层剪力墙的位移较小,剪力墙主要承担水平作用,上部楼层剪力墙的位移比较大,具有外倾倾向,框架具有内收作用,框架阻止剪力墙按照剪切曲线变形。剪力墙不仅承担上部楼层的水平作用,还需给框架提供附加水平剪力[1]。框架部分的抗剪能力远小于剪力墙部分,因此在遭受地震时,由剪力墙来承担主要地震作用,框架辅助受力作用很小,剪力墙是承受水平作用的第一道防线。在小震作用下,剪力墙的基本不开裂或开裂较小,刚度损失较小。当承受中、大震作用时,剪力墙刚度退化严重,进入塑性,剩余地震作用将转移作用到框架,框架成为第二道防线。根据抗规、高规的要求,设计二道防线时,要考虑框架结构塑性变形内力重分布特点,要求结构具有一定的延性和弹性,可以满足结构变形等要求,所以在设计时需对框剪结构进行二道防线调整。
2.国内外关于二道防线调整的差异
2.1国内规范对二道防线调整要求
抗规和高规要求对框剪结构对应于地震作用标准值的各层框架总剪力进行调整,具体计算公式如下:Vf=min(0.2V0,1.5Vf。max),其中V0为对应地震作用标准值的结构底层总剪力,Vf为对应地震作用标准值的各层框架承担的地震总剪力(未经过调整的)。
2.2国外规范对二道防线调整要求
《美国统一建筑规范UBC》对高层建筑框架剪力墙结构体系提出以下要求:1、高层建筑应具有完整的结构体系来支承担竖向荷载作用。2、当遭受地震作用时,剪力墙和框架共同承担水平地震作用且框架应至少具备承担25%的基底水平剪力的能力。3、设计时要充分考虑框架和剪力墙的相互影响,提高框架剪力墙的整体刚度。根据相关研究,框架承担25%的基底剪力,可以确保结构在大震下依然可以承担建筑重力荷载,建筑结构的抗倒塌性能良好[2]。
3.框剪结构二道防线调整案例
3.1工程概况
以笔者设计的银川市还建五里宜居友爱保障性住房2#廉租公寓为案例,本例为地上23层,地下1层,平面尺寸为47*18.8m,建筑高度为90m,结构形式采用框架剪力墙结构,抗震设防烈度为8度0.20g,设计地震分组为第二组,场地类别为II类,设计使用年限为50年,抗震设防类别为标准设防类,安全等级为二级,框架及剪力墙抗震等级均为一级。经计算,底层内力CQC的框架柱及短肢墙地震倾覆力矩百分比计算结果如下:X向框架承担的倾覆力矩为21.35%,Y向框架承担的倾覆力矩为13.74%,均大于10%,小于50%,属于标准的框架剪力墙结构。下图为X向框架剪力按楼层在弹性CQC--0.2v0--UBC分布情况。
3.2二道防线调整方法
规范要求框架部分具备承受至少20%基底地震剪力的能力。在结构设计中,要将20%基底剪力以倒三角形荷载的分布模式作用在剪力墙面内,按剪力墙相对面内刚度得到的框架层剪力进行包络设计,但这种调整模式,从上图中可以看出忽视剪力墙设计原则强剪弱弯了楼层剪力分布规律,得到的结果不完全符合结构的实际受力特征。因此,需要对框架剪力墙的框架剪力进行调整,下图为X向框架剪力调整系数按楼层在0.2v0—UBC—中震弹塑性的分布情况。
从上图中可以看出,0.2V0调整系数按楼层高度出现了“中间小,两边大”哑铃形的分布特征,这是由于框剪结构中部楼层框架增加了承受水平荷载的作用,所以需要调整的系数比较小。案例选取代表楼层的X、Y向0.2V0调整系数如下:
通过表格可以得出以上结论。
3.3框架柱剪力调整方法
从框剪结构的层间位移角、框架剪力最大值、剪力墙弯矩及变形曲线的拐点位置,可得出变形曲线拐点位置以上的剪切变形是框剪结构剪力变形最大的地方,上部楼层剪力值大于下部楼层。上部楼层因剪力墙的弯曲变形,框架成为抵抗水平剪力的主要构件,所以需调整框架剪力,形成二道防线,保证框架具备一定的承担地震水平剪力的能力。根据框剪结构抗震弹性模量分析,发现顶部楼层所承受的水平剪力沿框架转移到剪力墙,水平剪力的转移方向和底部相比完全不同,所以实际上层楼层剪力墙被破坏的程度并没有底部结构破坏严重,可以满足规范要求。根据“强剪弱弯”的原则,在设计时,可以提高上部楼层框架剪力墙的延性,从而确保上部楼层框架变形承载力。
受剪变形曲线拐点是框剪结构变形的关键节点,拐点以下主要以弯曲变形为主,中、大震时出现塑性变形。调整时,可以把拐点作为界限将框架剪力墙分成两段分别进行调整。在多遇地震作用下得到结构承受剪力最大的楼层,将该层作为变形曲线的拐点,其下的楼层按照规范要求调整,其上的楼层考虑楼层剪力调整系数[3]。经过二道防线调整后,案例X方向地震作用下楼层最大位移为1/1017,Y方向地震作用下楼层最大位移为1/969,满足规范1/800的规定。
结束语:
综上所述,案件在结构设计时,在满足高规、抗规中层间位移角限值的要求下,进行二道防线调整,保证第二道防线框架的抗震性能,保证高层建筑结构的延性,确保小震不坏、中震可修、大震不倒的三阶段抗震设防目标的实现。
参考文献:
[1]毕杰刚.框架-核心筒结构楼层地震剪力调整方法的对比分析[D].重庆大学,2014.
[2]田淑明.框架-核心筒结构的框架内力调整方法对比研究[J].建筑结构学报,2017,(5):100-108.
[3]赵刚.盛京金融广场项目T3塔楼——带裙房塔楼结构二道防线设计特点[J].建筑工程技术与设计,2017,(12):1575-1575.
作者简介:姓名:景毅(1974.12.23--),性别:男;籍贯:山西;民族:汉;学历:本科;职称:高级工程师;职务:副总工程师;研究方向:建筑结构设计;单位:银川市城市规划设计研究院有限公司。
简述地震区框架结构的延性设计原则?
目前最为普遍采用。框架结构延性设计原则是“强剪弱弯,弱梁强柱,更强节点”;剪力墙结构是由钢筋混凝土浇筑成墙体,即剪力墙,用以承受竖向和水平作用力;框剪结构是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合,吸取了二者的长处,既能为建筑平面布置提供较大的使用空间,又具有良好的抗震性能。混凝土主要表现为脆性材料,其抗压强度远大于砌体结构材料,但抗拉强度低,且混凝土性能对用水量非常敏感,必须严格控制,在复合结构中混凝土主要承受压力载荷;增强钢筋具有优良的承受压、拉多种载荷能力的韧性材料。钢筋、混凝土二者互补受力,从而赋予建筑良好的刚度、强度以及延性,以抵御地震产生的破坏力。钢筋增强的原则是在混凝土受压破坏之前其中的钢筋由于达到受拉极限发生破坏。
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