超限报告系列总混凝土名义拉应力超过ftk

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高烈度超限高层设计难点及解决思路

高烈度超限高层设计难点及解决思路

高烈度超限高层设计难点及解决思路摘要:通过高烈度下超限高层的结构设计,从中找出每个环节的设计难点,对此进行分析并找出解决的方法,从而得到一个受力合理且综合效益较高的设计成果。

关键词:高烈度;B级高度;超限判别;性能化设计;高宽比;时程波选取;中震型钢受拉1.项目概况:本项目位于云南省昆明市盘龙区,共4个地块,由4栋44层、1栋43层、3栋42层、17栋32层、1栋28层住宅及2栋30层公寓,底部5层大型商业组成,设置1~2层整体全埋式地下室。

用地面积16.26万m2,总建筑面积78.76万m2,地下室面积15.83万m2。

本文以3-4栋(43层)为例,对高烈度超高层进行设计难点分析,并找出解决方案。

2.设计参数及超限判别:2.1设计参数:项目抗震设防烈度为8度0.20g,地震分组为第三组,场地类别:2#4#地块Ⅲ类,1#3#地块Ⅱ类;基本风压0.30KN/㎡。

详见表2。

3-4栋采用剪力墙结构。

2.2高度超限判别:3-4栋结构高度125.6m,属B级高度,超A级25.6%,属高度超限。

2.3规则性超限判别:不规则类型:3项,(1)扭转不规则(2)凹凸不规则(3)局部不规则:局部穿层柱、个别构件错层,属不规则超限。

3.结构设计难点及其解决方案(限于篇幅,相关图表、计算分析过程详见本人文章《高烈度超限高层设计难点及解决思路》详细图文版)3.1方案设计阶段:(1)控制建筑物的高宽比,虽然《高规》3.3.2条并没有限定值,只有参考值,但控制在参考值附近,对于高层建筑结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性有至关重要的作用。

3-4栋采用有效宽度较大的户型,把高宽比控制在5.57,经济效益得到明显提高。

(2)嵌固端设置:在地下室顶板标高附近,塔楼增设一层结构夹层(车库顶板上2m覆土,塔楼室内外0.3m高差,夹层板相对车库顶板降0.5m,因此夹层层高为2.8m)作为嵌固端,既能保证水平力的有效传递,又能把塔楼的计算高度减少两层,结构受力更优。

超高层建筑结构设计高级研修班结业考试

超高层建筑结构设计高级研修班结业考试

超高层建筑结构设计高级研修班结业考试基本信息:[矩阵文本题] *1、在我国,根据《民用建筑设计通则》(GB50325-2005)和《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)规定:建筑高度大于下列何值的民用建筑为超高层建筑?[单选题] *A、80米B、100米(正确答案)C、120米D、150米2、世界超高层建筑学会的新标准:建筑高度大于下列何值的建筑为超高层建筑?[单选题] *A、150米B、200米C、250米D、300米(正确答案)3、世界已建成的高度超过600米的超高层建筑数量为下列哪个选项? [单选题] *A、1座B、3座(正确答案)C、6座D、8座4、超高层建筑水平荷载产生的位移与高度的几次方成正比? [单选题] *A、2次方B、3次方C、4次方(正确答案)D、5次方5、如果假定柱子均被布置在图形的顶点,图形的平面面积相等,柱子面积之和也相等,材料也相同。

那么下列哪一个平面图形的抗弯刚度最大? [单选题] *A、(正确答案)B、C、D、6、下列哪项是提高超高层结构抗侧效率的有效方法? [单选题] *A、抗倾覆的竖向构件尽量布置在结构平面外侧;B、使平面变形接近平截面假定,抗侧力构件尽可能以轴力的方式抵抗倾覆弯矩;C、立面布置锥型化、支撑化;D、三个答案均正确;(正确答案)7、下列说法错误的是哪个选项? [单选题] *A、结构质量大,对抗风有利;B、抗风设计时,要求结构有足够的延性;(正确答案)C、结构所受风荷载大小与建筑体型有关;D、结构所受地震力与结构质量有关;8、负剪力滞后效应一般发生在框筒结构的哪个部位? [单选题] *A、结构底部B、结构中部C、结构上部(正确答案)D、三个答案均正确9、下列选项中不属于筒中筒结构体系的是? [单选题] *A、框筒-核心筒B、斜交网格筒-核心筒C、框架-核心筒(正确答案)D、框架支撑筒-核心筒10、不属于混合结构的是下列哪个选项? [单选题] *A、型钢混凝土柱+钢梁+钢筋混凝土核心筒的框架-核心筒结构B、型钢混凝土柱+型钢混凝土梁+钢筋混凝土核心筒的框架-核心筒结构C、型钢混凝土柱+钢筋混凝土梁+钢筋混凝土核心筒的框架-核心筒结构(正确答案)D、钢管混凝土柱+钢梁+钢筋混凝土核心筒的框架-核心筒结构11、超高层建筑水平荷载产生的侧移与结构宽度的几次方成反比? [单选题] *A、1次方B、2次方C、3次方(正确答案)D、4次方12、高宽比大于下列何值的超高层建筑,水平荷载产生的变形以弯曲变形为主?[单选题] *A、2B、3C、4D、5(正确答案)13、超限审查要点规定:框架部分计算分配的楼层地震剪力,除底部个别楼层、加强层及其相邻上下层外,多数不低于基底剪力的百分比为下列哪项? [单选题] *A、5%B、8%C、10%(正确答案)D、15%14、根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定,超高层结构剪力墙的混凝土强度等级不宜高于下列哪个选项? [单选题] *A、C60(正确答案)B、C70C、C80A、D、C10015、为了增大超高层建筑抵抗水平力和侧移的能力,最有效的方法是下列哪个选项? [单选题] *A、增大框架柱截面B、增加剪力墙厚度C、设置加强层D、增加建筑的有效宽度(正确答案)16、当超高层建筑仅设置一道伸臂桁架时,最优布置位置为下列哪个选项?(H为嵌固端以上的结构总高度) [单选题] *A、结构顶层B、0.5H处C、0.33H处D、0.65H处(正确答案)17、压型钢板组合楼板设计时需要考虑下列哪些问题? [单选题] *A、考虑压型钢板与混凝土的组合作用B、考虑防火问题C、考虑防腐蚀问题D、以上问题均需要考虑(正确答案)18、根据《广东省高层建筑混凝土结构技术规程》(DBJ/T 15-92-2021)的规定,设防烈度为7度的丙类建筑结构的抗震性能目标为下列哪项? [单选题] *A、性能目标AB、性能目标BC、性能目标C(正确答案)D、性能目标D19、根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定,性能目标C所对应的中震的性能水准为下列哪项? [单选题] *A、性能水准2B、性能水准3(正确答案)C、性能水准4D、性能水准520、超限审查要点规定:结构基本周期为3.5~5s的结构,计算的底部剪力系数不小于规范规定值多少时,即可采用规范关于剪力系数最小值的规定进行设计? [单选题] *A、5%B、10%C、15%(正确答案)D、20%21、下列不属于限制结构层间位移角的主要目的的选项是? [单选题] *A、限制或控制结构构件的开裂或变形;B、避免非结构构件,如玻璃幕墙、内隔墙等,因层间位移角过大而损坏C、避免在较大的风荷载作用下产生令人不舒适的低频振动;D、降低结构构件内力;(正确答案)22、从刚重比与侧向位移增幅关系图可以看出,当弯剪型结构的刚重比小于何值时,会导致P-Δ效应较快增加,对结构设计是不安全的,是刚重比的下限条件。

超限报告系列总05楼板薄弱连接位置抗剪计算

超限报告系列总05楼板薄弱连接位置抗剪计算

超限报告中的几点问题05——楼板薄弱连接位置抗剪计算在实际工程中,时常碰到验算楼板薄弱连接位置(包括细腰)的面内抗剪问题。

以下为两个工程的结构平面图。

从下图可明显看到结构布置中的楼板薄弱位置。

楼板协调两侧的主结构时,面内将受到较大的水平力,包括轴力和剪力。

楼板面内承受拉力或者压力,相对来说,比较容易计算,但面内抗剪的问题,其实并不简单。

通常的做法是,按《混凝》或《高规》中梁或墙的抗剪承载力计算公式进行复核。

但这样做,有无问题呢?它们的抗剪机理是否一致呢?先来看梁的受剪机理。

翻看教材,抗剪破坏分为斜压破坏、剪压破坏以及斜拉破坏。

简单来说,梁的跨高比较小时,发生斜压破坏,这种破坏多发生在剪力大而弯矩小的区段,以及腹板很薄的梁内。

在这种破坏机制下,受剪承载力取决于混凝土抗压强度,是斜截面承载力中最大的。

梁的跨高比适中,梁截面中的剪力和弯矩均可能其控制作用,这种破坏由拉区边缘的裂缝开始,然后延伸形成斜裂缝,剪压区高度逐渐减小,当最终剪压区混凝土破坏,斜截面承载力丧失。

梁的跨高比更大的时候,截面破坏由弯矩控制,受拉引起的垂直裂缝一旦出现,就迅速向压区延伸,斜截面承载力随之丧失。

混凝土楼板承受横向荷载的破坏模式就属于这种情况。

它的承载力是由弯矩起控制作用,所以,在规范中,我们主要对楼板的正截面承载力进行计算,对斜截面承载力,通过构造措施(比如楼板厚度,跨厚比要求),是可以天然保证的。

无论是规范,还是教材,梁的受剪承载力推导均是基于剪压破坏这种模式得到的。

给出的抗剪截面承载力限值,也是基于剪压破坏的。

但对跨高比较小的构件,比如上面提及的楼板面外抗剪验算,跨高比很多情况下,是小于1.0的,破坏模式应该是斜压破坏才对。

也就是说,抗剪承载力上限应该更高。

另外,斜压破坏的抗剪承载力计算公式,是否应该有所不同呢?从受力机制来看,长墙肢的面内受剪似乎与上文提到的楼板面内受剪很接近?如果把剪力墙旋转90°,边缘构件看作梁的话。

超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点

超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点

超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点第一章总则第一条为进一步做好超限高层建筑工程抗震设防专项审查工作,确保审查质量,根据《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》(建设部令第111号),制定本技术要点。

第二条本技术要点所指超限高层建筑工程包括:(一) 高度超限工程:指房屋高度超过规定,包括超过《建筑抗震设计规范》(以下简称《抗震规范》)第6章钢筋混凝土结构和第8章钢结构最大适用高度,超过《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高层混凝土结构规程》)第7章中有较多短肢墙的剪力墙结构、第10章中错层结构和第11章混合结构最大适用高度的高层建筑工程。

(二) 规则性超限工程:指房屋高度不超过规定,但建筑结构布置属于《抗震规范》、《高层混凝土结构规程》规定的特别不规则的高层建筑工程。

(三)屋盖超限工程:指屋盖的跨度、长度或结构形式超出《抗震规范》第10章及《空间网格结构技术规程》、《索结构技术规程》等空间结构规程规定的大型公共建筑工程(不含骨架支承式膜结构和空气支承膜结构)。

超限高层建筑工程具体范围详见附件1。

第三条本技术要点第二条规定的超限高层建筑工程,属于下列情况的,建议委托全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会进行抗震设防专项审查:(一) 高度超过《高层混凝土结构规程》B级高度的混凝土结构,高度超过《高层混凝土结构规程》第11章最大适用高度的混合结构;(二) 高度超过规定的错层结构,塔体显著不同的连体结构,同时具有转换层、加强层、错层、连体四种类型中三种的复杂结构,高度超过《抗震规范》规定且转换层位置超过《高层混凝土结构规程》规定层数的混凝土结构,高度超过《抗震规范》规定且水平和竖向均特别不规则的建筑结构;(三) 超过《抗震规范》第8章适用范围的钢结构;(四)跨度或长度超过《抗震规范》第10章适用范围的大跨屋盖结构;(五) 其他各地认为审查难度较大的超限高层建筑工程。

第四条对主体结构总高度超过350m的超限高层建筑工程的抗震设防专项审查,应满足以下要求:(一)从严把握抗震设防的各项技术性指标;(二)全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会进行的抗震设防专项审查,应会同工程所在地省级超限高层建筑工程抗震设防专家委员会共同开展,或在当地超限高层建筑工程抗震设防专家委员会工作的基础上开展。

浅谈超高层建筑结构的超限设计

浅谈超高层建筑结构的超限设计

浅谈超高层建筑结构的超限设计摘要:由于社会发展的需要,建筑物高度日渐增高,体型日渐复杂,结构设计的难度也越来越大。

本文通过一个工程实例,介绍一下超高层建筑结构超限设计的处理方法及思路,以供其他设计参考。

关键词:超高层建筑;结构设计;超限设计;一、前言随着城市化进程的加快,土地资源日益紧张,为了充分利用有限的土地资源,建筑物的层数及高度只能不断增加,越来越多的超高层建筑拔地而起,并且建筑为了兼顾美观及使用,往往体型也伴随着较多的不规则性。

对于超高层建筑结构设计,需针对超限情况采取对应的补充计算分析,并采取一定的加强措施,来保证建筑物的安全性。

二、工程实例1.工程概况本工程为超高层住宅小区,总建筑面积30.2万㎡,地上22.4万㎡,地下7.8万㎡。

由9栋塔楼组成,设2层地下室,塔楼高度为148.75m~158.95m,地下室高度为10.48m。

本文主要介绍其中1栋塔楼结构超限情况及处理方法。

本工程基本地震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第一组,场地类别为Ⅱ类。

50年重现期的基本风压为Wo=0.5kN/㎡,承载力计算时按基本风压的1.1倍采用,地面粗糙度类别为C类。

塔楼主体采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构体系,隔墙采用蒸压加气混凝土砌块,塔楼外墙采用铝模砼墙。

墙混凝土强度等级为 C60~C30,梁板为C30;钢筋采用HRB400;嵌固端为基础面。

各楼层构件主要截面分别如下:地下室底板采用平板结构,塔楼底板1500mm,塔楼外底板厚度500mm;地下室顶板,塔楼范围外采用无梁楼盖体系,板厚400mm,塔楼范围内梁板结构,板厚160mm;塔楼标准层楼板厚度为 100~150mm。

剪力墙厚 450mm ~200mm;框架梁截面200mm×400mm~250mm×1595mm,次梁为200mm×300mm~200mm×605mm。

基础采用直径1.1m直径钻(冲)孔灌注桩,有效桩长约30~35m,单桩竖向承载力特征值12000kN,桩身混凝土强度C45,持力层为<4-4>微风化花岗岩层。

超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点

超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点

超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点第一章总则第一条为进一步做好超限高层建筑工程抗震设防专项审查工作,确保审查质量,根据《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》(建设部令第111号),制定本技术要点。

第二条本技术要点所指超限高层建筑工程包括:(一) 高度超限工程:指房屋高度超过规定,包括超过《建筑抗震设计规范》(以下简称《抗震规范》)第6章钢筋混凝土结构和第8章钢结构最大适用高度,超过《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高层混凝土结构规程》)第7章中有较多短肢墙的剪力墙结构、第10章中错层结构和第11章混合结构最大适用高度的高层建筑工程。

(二) 规则性超限工程:指房屋高度不超过规定,但建筑结构布置属于《抗震规范》、《高层混凝土结构规程》规定的特别不规则的高层建筑工程。

(三)屋盖超限工程:指屋盖的跨度、长度或结构形式超出《抗震规范》第10章及《空间网格结构技术规程》、《索结构技术规程》等空间结构规程规定的大型公共建筑工程(不含骨架支承式膜结构和空气支承膜结构)。

超限高层建筑工程具体范围详见附件1。

第三条本技术要点第二条规定的超限高层建筑工程,属于下列情况的,建议委托全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会进行抗震设防专项审查:(一) 高度超过《高层混凝土结构规程》B级高度的混凝土结构,高度超过《高层混凝土结构规程》第11章最大适用高度的混合结构;(二) 高度超过规定的错层结构,塔体显著不同的连体结构,同时具有转换层、加强层、错层、连体四种类型中三种的复杂结构,高度超过《抗震规范》规定且转换层位置超过《高层混凝土结构规程》规定层数的混凝土结构,高度超过《抗震规范》规定且水平和竖向均特别不规则的建筑结构;(三) 超过《抗震规范》第8章适用范围的钢结构;(四)跨度或长度超过《抗震规范》第10章适用范围的大跨屋盖结构;(五) 其他各地认为审查难度较大的超限高层建筑工程。

第四条对主体结构总高度超过350m的超限高层建筑工程的抗震设防专项审查,应满足以下要求:(一)从严把握抗震设防的各项技术性指标;(二)全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会进行的抗震设防专项审查,应会同工程所在地省级超限高层建筑工程抗震设防专家委员会共同开展,或在当地超限高层建筑工程抗震设防专家委员会工作的基础上开展。

超限高层设计笔记

超限高层设计笔记
7条(2条人工、5条天然),平均值。(常用) 2、底部剪力:每条不小于CQC的65%,多条平均不小于CQC的80%。 3、持续时间:不宜小于5倍或15s,时间间距0.01s或0.02s。
4.小震弹性时程分析
YJK实操
1、上部结构计算—弹性时程分析
2、计算参数—添加地震波—自动筛选
3、打勾:
• a/有效持续时间不小于5倍基本周期 • b/有效持续时间大于15s • c/单条地震波基底剪力满足规范要求 • d/地震波组合平均基底剪力满足规范要求
大震
2
3
4
5
5.中震大震性能设计
关键构件
关键构件
根据项目对照高规3.11.2条文说明所列构件。
关键构件: a、底部加强部位的重要竖向构件(底部加强区剪力墙); b、水平转换构件及其相连竖向支承构件(框支柱、框支梁); c、大跨连体结构的连接体及其相连的竖向支承构件; d、大悬挑结构的主要悬挑构件; e、加强层伸臂和周边环带结构的竖向支承构件; f、承托上部多个楼层框架柱的腰桁架; g、长短柱在同一楼层且数量相当时该层各个长短柱; h、扭转变形很大部位的竖向(斜向)构件; i、重要的斜撑构件;
5 个别屈服 抗剪不屈服 较多屈服 保证抗剪截面 较多屈服 保证抗剪截面 弹塑性分析
5.中震大震性能设计
性能目标
词语解析
个别:5%以下,部分:30%以下,较多:30%以上。 弹性:计算结果不红,按计算结果配筋。 不屈服:计算结果不红,按计算结果配筋。 可屈服:计算结果可红。 抗剪不屈服:计算结果箍筋不红,按此结果配筋。 保证抗剪截面:计算结果箍筋不红,但不按此结果配筋。
人工波有效持续时间不足
1、生成时长足够的人工波。(弹性时程分析—人工波生成)

超限报告中的几点问题(一)

超限报告中的几点问题(一)

超限报告中的几点问题(一)因为咨询工作的原因,翻看/校核过不少的超限报告.有些报告写得不错,但也有不少报告,写得比较粗糙,甚至有些基本的概念尚未搞清楚.说到超限报告,很多人会想到大震动力弹塑性,觉得这是高大上的东西.但其实,大震动力弹塑性只是超限报告中的一小部分,这一部分的结果离散性比较大,超限专家对它的关注度并不是很高.而且,由于软件本身或者参数取值的原因(当然,这与使用者也有很大关系),动力弹塑性分析时常会得到一些看起来似是而非的结果.综合来说,我的观点是,如果在动力弹塑性分析上纠结了太多时间,而忽视了小震、中震以及专项分析,这是不值当的,也是本末倒置的行为.言归正传,我们想想,超限报告到底是要做什么?要报告什么?超限报告,分析的对象是“不正常(超越规范规定)”的结构,分析的方法是“体检,逐一检查各项指标”,然后给出诊断结论.没错,我们和医生做的工作差不多.在体检诊断的时候,我们既要考虑“共性问题”,也要考虑“个体差异”,更要考虑各指标之间的关系.什么是好的报告?好的报告就是不仅有完善的体检,还有详细严谨的诊断过程及诊断结论.相反,如果只是把一些体检单拼凑起来,很少甚至没有分析和诊断,那就不能算是一份好的报告.具体来说,小震及风工况分析这部分,主要做什么?如果按性能目标,是要验证受弯、受剪的弹性.但从构件层面来说,这些基本是天然满足的,一般情况下,我们不会在报告中论证这部分内容.这部分的主要关注点是结构整体性,比如对结构规则性、稳定性、软弱层、薄弱层等的判断.构件层面,可能需要关注的是,水平荷载作用下竖向构件的拉力,尤其是核心筒墙体受拉,尽量保证拉力作用下墙体不开裂.(PS,有专家说,如果墙体开裂较多,则构件已处于非弹性状态,失去了弹性假定的基础,弹性分析就变成空中楼阁.)小震弹性时程分析,这一部分和小震及风工况分析一样,都属于弹性分析,应该放在弹性分析结论之前.有的报告将其放在弹性分析结论之后,个人觉得,逻辑上不妥.弹性时程分析,关键点是选波,如果地震波选得比较合适,后面的工作都很容易.对一般的结构,尽量保证地震波反应谱与规范谱在结构主频点接近(规范规定相差不超20%).从理论上来说,所选地震波的特征周期应与场地特征周期接近或一致,能做到最后,但如果选波确实有困难,差得大一些也没关系.时程分析,是用三条波取包络好,还是七条波取平均好?没有定论,离散性都比较大,但根据经验,七条波取平均,往往会小于三条波取包络.中震及大震分析,主要就是验证性能目标.不同部位,不同构件的性能目标会有所不同,但也无非受弯弹性/不屈服/部分屈服,受剪弹性/不屈服,满足受剪截面限制条件等.这里说的受弯受剪,都是要用承载力和结构内力去比较,然后判断是弹性还是不屈服,是承载力比的概念.我看到的某些报告,竟然有用剪压比的验算结果来判断受剪弹性和不屈服!!这就是概念不清.验证的办法也很简单,有些报告把中震弹性/不屈服的计算配筋摘录出来,和小震/风配筋相比,如果前者较小,说明按照后者配筋,前者的性能目标就可以满足;如果局部配筋,前者大于后者,按包络值进行配筋,也可以满足前者的性能目标,理论上来说,这种做法没问题.当然,也有不少报告,采用自编的Excel表格进行抗剪验算,计算剪承比;采用自编程序或软件自带插件对竖向构件的压弯/拉弯进行PMM验算.个人推荐后面这种方法,原因有两个:1)正常情况下,结构软件计算没有问题,但有时,对某些构件(比如异型截面、型钢混凝土构件或者是常规构件建模不当),计算结果可能比较离奇;我们采用别的方式对构件进行验算(double check),往往可以发现问题,甚至在提取内力的时候,也可以发现异常.2)写超限报告,本身就具有“秀肌肉”的成分,相对来说,后面这种方法更“彰显实力”,而对比配筋的方式,明显就要Low一些.话说回来,超限报告预留的时间往往都很紧凑,我们时常要在“效率”与“效益”之间取一个平衡,那我推荐对关键构件采用后面这种验证方法,比如转换构件.楼板应力分析,是超限报告中的一个重要环节,尤其对含加强层的结构,楼板大开洞的楼层、X型、Y型以及十字型平面形成的弱连接部位等,楼板应力分析必不可少.我们知道,在结构分析中,楼板的作用主要有两个,一个是传递竖向荷载,另一个是传递水平力.传递竖向荷载,楼板表现为恒活组合工况下的受弯验算,这属于常规验算,无论采用YJK还是PKPM,问题都不大.楼板应力分析的关键点是分析楼板传递水平力的性能.在水平力作用下,楼板主要受拉或受剪,在全截面的拉应力或剪应力作用下,楼板可能出现通缝,这对水平力的传递影响较大,所以需要重点关注.全截面应力和弯曲应力不同,在应力层面,应有中心轴处的应力决定,在内力层面,由轴力决定.相对来说,面外弯曲应力形成的楼板裂缝属于表面裂缝,对水平力的传递影响不是很大.。

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超限报告系列总-混凝土名义拉应力超过ftk
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超限报告中的几点问题07——混凝土名义拉应力超过2ftk
《全国超限高层抗震审查技术要点》中提到:“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。


这条看似不起眼的意见,对我们的设计工作影响还是比较大的。

不少设计院据此设置型钢,不但在墙肢中设置型钢,在框架柱中也设置型钢,理由就是平均名义拉应力超过混凝土抗拉强度强度标准值。

方小丹大师在第二十三届全国高层会议上对这个问题进行了阐述。

主要观点如下:
1)钢筋混凝土小偏心受拉构件可以承担剪力;
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。

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。

假如构件混凝土强度等级为C60,钢筋采用三级钢,当混凝土名义拉应力达到2ftk时,轴向受拉钢筋配筋率仅为1.4%;抗弯计算按构造配筋的话,其实综合配筋率也不高。

5)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。

6)构件一旦承受剪力就必然有弯矩,有可能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。

根据对教材的理解,对剪压破坏来说,斜截面承载力失效的标志是剪压区混凝土压坏。

随着裂缝的开展,剪压区会越来越小,如果剪压区为零(甚至不到零),混凝土不再提供压力,截面失效。

一般情况下,受剪的时候,也会受弯,受弯就会在截面中形成压区,所以剪压区还是存在的,即,即使弯曲形成裂缝,但截面抗剪承载力还是存在的。

极端一点情况,如果构件截面拉力比较大,首先在截面中形成通缝,在弯矩作用下,压区应力不足以使“压区裂缝”弥合,这时,其实是没有剪压区的,截面抗剪承载力还能存在吗?个人理解,在这一瞬间,通常意义上的抗剪承载力其实是有问题的,但这是一个瞬时状态,很快地,
截面会发生转动,底部裂缝会加大,又在上部形成压区,依然可以抗剪,但此时,构件很可能因变形过大而失效。

所以,对这种情况(比较少见)还是要慎重。

概括来讲,抗剪承载力可以分为两个层次,第一个层次,就是剪压区存在的情况,此时,承载力可按规范公式计算;第二个层次,剪压区破坏(包括首次弥合之后的剪压区),抗剪主要靠水平钢筋,钢筋破坏即是剪摩擦破坏。

虽然钢筋可以保证构件不会坠落,但构件变形会较大。

当然,在这种情况下,构件正截面承载力也大打折扣。

再来看看规范规定的受剪截面限制条件(即剪压比)。

根据教材及规范条文说明,
剪压比的规定有两个目的:一个是防止构件发生斜压破坏;什么意思呢?构件可以承受超越剪压比限值规定的承载力,但此时,构件将发生斜压破坏,规范给出的公式以及构造措施等一系列规定,均不适用;第二个目的,限制在使用阶段可能发生的裂缝宽度,间接通过保证剪压区高度,来限制裂缝宽度。

可见,构件剪压比决定的剪力和截面所受拉力是没有关系的。

拉力对抗剪承载力的影响,主要反映在截面抗剪承载力的计算过程中。

参考《混规》的计算公式。

算例1,钢筋混凝土柱,C40,HRB400,截面尺寸700X700mm,名义拉应力为2ftk时,即拉力约为2342kN,配筋按2.5%,计算得到钢筋拉应力为191Mpa,计算得到的最大裂缝宽度为0.274mm (小于0.3mm);箍筋按12@150(体积配箍率0.9%),抗剪承载力为709kN<0.2βcfcbh0;即名义拉应力达到2ftk时,通过增加纵筋的方式,可以满足规范对承载力的要求,不需要设置型钢。

算例2,剪力墙截面尺寸300X1500,C30,HRB400,中震作用下承受拉力2000kN,配筋率2%,计算裂缝宽度在0.3mm以内,混凝土名利拉应力4.06Mpa大于2ftk;水平分布筋2d12@200,剪压比按1.5,则受剪承载力为731.6kN,中震作用下的剪压比为0.08ftk。

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

结论是:下次再碰到混凝土名义拉应力超过ftk,甚至2ftk时,不要着
急加型钢,先增加钢筋,算一算正截面承载力、斜截面承载力以及裂缝能否满足规范要求,如果可以,型钢就可以免了。

我相信,这对设计方、施工方、业主,都是喜闻乐见的。

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