關于剪力墻底部加強區與約束邊緣構件的兩個小爭議
發布時間2020-09-29 14:50:03
摘要:01 底部加強區底部加強區的官方定義:抗震設計時,為保證剪力墻底部出現塑性鉸后具有足夠大的延性,應對可能出現塑性鉸的部位加強抗震措施,包括提高其抗剪切破壞的能力,設置約束邊緣構件等,該加強部位稱為“底部加強部位”。底部加強區的范圍,規范規定地很明確,即從剪力墻結構685嵌固端起算(一般設置在地下室頂
01 底部加強區
底部加強區的官方定義:
抗震設計時,為保證剪力墻底部出現塑性鉸后具有足夠大的延性,應對可能出現塑性鉸的部位加強抗震措施,包括提高其抗剪切破壞的能力,設置約束邊緣構件等,該加強部位稱為“底部加強部位”。
底部加強區的范圍,規范規定地很明確,即從剪力墻結構685嵌固端起算(一般設置在地下室頂板)。 在計算底部加強部位高度的時候,有一個“墻體總高度 1/10”的概念;但對帶轉換層的高層建筑,規范又引出了一個“房屋高度的 1/10”,這兩個有啥不一樣呢?
個人認為,應該保持一致才對,即使在措辭上,也應該保持一致,統一為“房屋高度”(這也是老朱的建議)。規范對“房屋高度”這個概念有規定,即,自室外地面至房屋主要屋面的高度。
實際操作中,會出現一些小問題。其一,室外地面的標高可能是變化的;其二,底部加強區是一個結構概念,但室外地面標高更多的是一個建筑術語,二者嵌套在一起,有些不倫不類?;谶@些原因,建議在實際操作的時候,如果要定義房屋高度,從計算嵌固端算到房屋主屋面比較妥當,這樣也會清晰方便很多。
上面討論的是計算嵌固端就在地下室頂板的情況,那如果不在地下室頂板呢?比如在頂板下一層。如果是這樣的話,房屋高度從嵌固端開始算(負一層樓面),會比規范的定義多算了一層。但按照規范,底部加強部位還是要延伸到計算嵌固端的。無論怎樣,底部加強部位的設置起點都在計算嵌固端。
實際計算時,按這兩種操作辦法,房屋高度不同,可能導致底部加強區的層數相差一層。相差的一層是在底部加強區的上部。
順便插個題外話。
我們想想,為什么計算嵌固端會取到地下室一層,而非地下室頂板呢?真實情況很可能是,地下室單側或多側臨空,或出現了半地下,或地下室大開洞等,從側向約束這個角度來評判,地下室頂板不符合嵌固端條件。否則,設計院一定會想盡辦法將嵌固端設在頂板的。既如此,從室外地面起算的房屋高度,對結構計算有何意義呢?
關于底部加強區,再提個醒。
實際工程中,常碰到一些多層建筑,對這種建筑,《抗規》有特殊規定。對一般結構的抗震墻,房屋高度不大于24m時,底部加強部位可取底部一層。這點要注意,如果按高規的習慣性經驗,很可能會取為兩層了,這樣就沒必要了。
*后,再說說老朱提到的“剪力墻總加強范圍”這個概念。書中給出的定義是:
底部加強部位及其向下延伸至嵌固端的下一層(當嵌固端在基礎頂時,延伸至基礎頂面)
這一條,未看到規范依據。為何要將底部加強范圍擴大到嵌固端的下一層呢?嵌固端下一層需要加強,但規范已另有規定。比如:
1)地下一層相關范圍的抗震等級應按上部結構采用。原因是:地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時,地震作用下結構的屈服部位將發生在地上樓層,同時將影響到地下一層。這和老朱的出發點是否一致呢?
2)地下一層柱截面每側的縱向鋼筋面積除應符合計算要求外,不應少于地上一層對應柱每側縱向鋼筋面積的1.1倍。原因是:當地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時,地下室頂板及其下層豎向構件的設計應適當加強,以符合作為嵌固部位的要求。這是否又和老朱的出發點一致呢?
如果答案是肯定的,說明嵌固端下一層已經加強。繼續提高的理由并不充分,至少這是沒有依據地提高。雖然,我看到個別設計院將地下室一層也當做底部加強范圍(頂板為嵌固端),同時也設置了約束邊緣構件,但確實沒有找到依據。
02 約束邊緣構件
之前在看某設計院圖紙的時候,部分框支剪力墻結構,地上三四十層,地下四層,嵌固端選在地下室頂板,但約束邊緣構件一直設到了地下四層。這樣有無必要呢?
其實,弄清了底部加強區的概念,會很清楚地知道,這樣做是沒有必要的。設置約束邊緣構件是底部加強區的一種抗震構造措施。目的是為了提高該部位的抗震延性能力和塑性耗能能力。地下室不牽扯這些問題,有什么必要設置約束邊緣構件呢?退一步講,如果仔細讀規范,也可以看出這一點。
規范在規定約束邊緣構件時,給出了兩條件一范圍。
兩條件:1)軸壓比超過規定值;或者,2)部分框支tag_9;
一范圍:底部加強部位及相鄰的上一層;
非常清楚,對不對?
實際操作,會遇到這樣一個問題。規范規定,判斷軸壓比是否超過規定值時,選取的位置是,底層墻肢底截面,通常情況下,就是地下室頂板處的墻肢截面。對一個非框支的剪力墻結構,假如底部加強部位為三層,加上上一層,共四層,底部兩層的軸壓比沒有超過規定值,三四層軸壓比超過規定值(出現這種情況的原因是,變截面或設置型鋼范圍不同),那究竟是否需要設置約束邊緣構件?或者是,底部兩層不設置,三四層設置?
針對這個問題,老朱的建議是:
底部加強部位及相鄰上一層的剪力墻,避免出現墻厚變化,剛度變化;
復雜工程,確實出現這種情況時,應以底部加強部位高度范圍內墻肢的*大軸壓比數值來確定是否設置約束邊緣構件。
有無必要呢?理論上來說,沒有必要。因為設置約束邊緣構件,是為了提高抗震延性能力,而軸壓比是和延性能力有關的,控制同樣的延性能力,軸壓比小,不需要設置約束邊緣構件,只要軸壓比較大時,才需要設置?!痘煲帯窏l文說明,有一段話,講得很清楚。
為保證底部加強部位的抗震延性能力和塑性耗能能力,通常采用的抗震構造措施包括:1)對一、二、三級抗震等級的剪力墻肢和筒壁墻肢的軸壓比進行限制;2)對一、二、三級抗震等級的剪力墻肢和筒壁墻肢,當底部軸壓比超過一定限值后,在墻肢或筒壁墻肢兩側設置約束邊緣構件。
如果同意上述觀點的話,理論做法應該是,底部兩層不設置,三四層設置約束邊緣構件,是不是有點反直覺?
也許你已經注意到,我一直在強調“理論”這兩個字。原因在于,真實情況,可能是,底部兩層,部分豎向構件軸壓比小于規定值,部分大于規定值,三四層也是。這樣的話,理論做法的操作性比較差,在時間緊,任務重的情況下,老朱建議的方法不失為一種可行的保守做法。但既然已經明白了這是偏保守做法,其他人為放大就可以不要了罷。
設計團隊:圖鑒建筑規劃工程設計事務所
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