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多明戈
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2017-08-29 11:22:12 | 分类:结构专业 | 标签:结构专业

 

    2015版《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》第十二条关于结构抗震性能目标规定:

    第四章:确定所需的延性构造等级。中震时出现小偏心受拉的混凝土构件应采用《高层混凝土结构规程》中规定的特一级构造。中震时双向水平地震下墙肢全截面由轴向力产生的平均名义拉应力超过混凝土抗拉强度标准值时宜设置型钢承担拉力,且平均名义拉应力不宜超过两倍混凝土抗拉强度标准值(可按弹性模量换算考虑型钢和钢板的作用),全截面型钢和钢板的含钢率超过2.5%时可按比例适当放松。

    专家是这么说的:

    限制混凝土名义平均拉应力不宜超过2ftk,本意为限制钢筋、型钢与钢板的平均拉应力不宜超过200MPa,轴心受拉剪力墙正截面裂缝宽度与钢筋应力直接相关,与混凝土的抗拉强度关系较小,钢筋平均拉应力不超过200MPa时,混凝土裂缝宽度一般不超过0.3mm,此外,限制中震作用下竖向钢筋、型钢、钢板的平均拉应力不超过200MPa,有利于剪力墙在中大震拉剪、压剪反复作用下具有较好的抗震能力。

    可是专家又说:

    这里有两个不正确的概念:

    1、出现裂缝的钢筋混凝土小偏心受拉构件不能承受剪力。

    2、混凝土构件的正截面承载力或裂缝宽度计算应控制混凝土的拉应力。

    正确的概念是:

    1、钢筋混凝土小偏心受拉构件可以承受剪力。

    2、一般的钢筋混凝土构件是带裂缝工作的,正截面承载力计算并不考虑混凝土受拉承载力的贡献。

    3、钢筋可以承受拉力,混凝土构件的受拉承载力与混凝土的名义拉应力无关,理论上受拉构件的配筋率可以不限制。

    4、控制混凝土构件裂缝宽度的关键因素是控制钢筋的拉应力而不是混凝土的拉应力。

    如果说,作用时间仅十几秒、几十秒的地震作用下的混凝土受拉构件要配置型钢,那么承受长期荷载、作用时间几十年的钢筋混凝土拉杆(吊柱)呢?

    当混凝土拉应力到达ftk时,构件安全系数

    构件承载力满足大震不屈服。

    如采用HRB500级钢筋,

    全截面受拉开裂的钢筋混凝土构件只要裂缝宽度较小,是可以承担剪力的,因为构件剪切破坏面(斜截面)穿过裂缝,也穿过未开裂的混凝土,还穿过水平和竖向配置的钢筋。未开裂的混凝土以及水平钢筋提供了构件的受剪承载力。《混凝土结构设计规范》有偏心受拉构件的受剪承载力计算公式,并已考虑了拉力对其受剪承载力的影响。

    因此,如果承受拉力的剪力墙还承受剪力,可按《混凝土结构设计规范》相关计算公式验算其斜截面受剪承剪力,视需要决定是否配置型钢。这本是一个构件的设计问题,无需设置不必要的限制。

    构件一旦承受剪力就必然有弯矩。或改变了构件的受力状况,可能由轴心受拉或小偏拉变为大偏拉,此时构件截面有压区。剪压区的存在反而提高了构件的受剪承载力。

    为直观起见,以简单的算例说明:

    (1)剪力墙截面尺寸300×1500,假定中震作用下承受拉力1000KN,采用Ⅲ级钢,fy=360Mpa。不论采用何种强度等级的混凝土,如果按中震不屈服设计,均需配受拉钢筋,配18d14,ρ=0.62%将配筋率提高为0.9%,配26d14,即可把计算裂缝宽控制在不大于0.3mm之内,正截面承载力可满足中震弹性。

    又假定采用C30混凝土,ftk=2.01Mpa,fck=20.1Mpa,Ec=3×104Mpa,则混凝土承担的名义拉力 混凝土的名义拉应力>ftk=2.01Mpa。

    按《混凝土结构设计规范》公式验算其受剪承载力(取剪跨比λ=1.5,水平分布配筋按一般构造2d10@200):=422100-130000+395640=292.1kN+395.6kN=687.7kN

    如果受剪承载力不足,可以提高剪力墙水平钢筋的配筋率,如水平分布2d12@200,Vk=1257.2kN,其剪压比已达即便在高烈度区,一般也可满足受剪承载力要求,无需配置型钢。

    (2)假定中震作用下承受拉力2000kN,其他条件同(1)。满足中震不屈服配筋,配18d20,配筋率1.26%,如配30d20,配筋率2%,可将计算裂缝宽度控制在0.3mm之内。混凝土承担的名义拉力

   混凝土的名义拉应力=>2ftk=4.02Mpa

    其受剪承载力(水平分布筋2d12@200,剪跨比λ取1.5)=731.620kN

    中震作用下的剪压比达0.08fck,一般情况下可满足要求。

    如不满足,可再加大水平钢筋的配筋率,如加大至2d14@200,则受剪承载力,中震作用下的剪压比已达0.1fck,实际工程中的高层建筑较少有不满足要求的情况。

    可见,如果剪力墙满足正截面和斜截面的承载力要求,虽然混凝土的名义拉应力大于2ftk,也不需要配置型钢。

    限制构件混凝土的名义拉应力不大于2ftk,实际上是限制构件承受的拉力N不大于A 2ftk

    此时K=2,ftk=2.O1Mpa~2.85Mpa(C30~C60),fyk=400Mpa,ρ=2.O%~2.8%

已可满足大震不屈服。构件即便承担3ftk甚至更大的名义拉应力也毫无问题。

    算例(2)如改用C60混凝土,其他条件相同,中震作用下承受拉力2000kN,竖向钢筋24d20,配筋率1.67%,水平分布钢筋2d14@200,混凝土的名义拉应力<2ftk,计算裂缝宽度0.4mm,受剪承载力增加176kN。混凝土的名义拉应力小了,计算裂缝宽度反而大了0.1mm,其主要原因是钢筋的拉应力大了。

而增加176kN的受剪承载力,不因为计算裂缝宽度大了0.1mm,而是混凝土的强度高了。在这些算例中,即便构件的混凝土名义拉应力大于2ftk,不需要设置钢也可有足够的安全度。

 

小结:

    1、全截面混凝土的名义拉应力只表示混凝土构件承受拉力的大小。而构件的安全度、裂缝宽度的大小取决于钢筋的应力水平。

    2、混凝土受拉构件的破坏始于钢筋的屈服,破坏形态是典型的延性破坏,无需要求采用特一级构造。

    3、即使剪力墙全截面受拉,混凝土的名义拉应力大于2ftk,也可有足够的受拉承载力安全度储备和较大的斜截面受剪承载力。

    4、中震作用下小偏心受拉构件是否配型钢是一个构件的设计问题,可根据其具体受力情况由设计人确定。配置普通钢筋可满足要求时可配普通钢筋,需要配置型钢则配置型钢,无需另设不合理的限制。

专家对混凝土墙内要设置型钢看法


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