CN103971013A - 一种用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法 - Google Patents
一种用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是一种用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法，假设：1）墙体已经根据应力结果配置截面钢筋；2）墙体内钢筋只承受其单轴轴向应力；3）忽略混凝土抗拉强度；4）假定墙体内钢筋已经处于屈服的临界点；根据假定截面内拉应力全部由该方向布置的钢筋承担，且钢筋刚刚进入屈服，则混凝土承担的部分应是墙体的剪应力与扣除钢筋拉力后的正应力，若能承担，则表示墙体配筋能满足承载力要求；若不能，则需要调整截面或配筋，重新计算，直到满足为止。本发明可根据实际工程情况来复核弧墙斜墙截面配筋是否满足截面承载力的要求。本发明改变了目前以估算手段为主的设计现状,不仅对弧墙斜墙配筋进行量化复核，而且还能直接指导实际工程的结构构造与设计。
Description
技术领域
本发明是一种用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法，属于用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法的改造技术。
背景技术
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JBJ3～2010）中剪力墙正截面承载力公式适用的截面为矩形、T形和I形。墙体的配筋根据截面内力求解，这套计算方法的前提是墙体截面满足平截面假定。对于弧墙斜墙，不论平面还是立面均属于非常规截面，常见的平截面假定已不再适用，此时仍依赖规范的计算公式求解构件配筋，则截面配筋误差较大。鉴于现有规范对此类变形复杂的墙体未提供承载力设计与计算的相关方法，主要是根据截面应力大小估算墙体的配筋，但难于确定估算后的墙体配筋是否能满足承载力要求。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法。本发明不仅节省空间、成本低、使用安全、操作方便，使用寿命长。
本发明的技术方案是：本发明是用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法，首先假设：1）墙体已经根据应力结果配置截面钢筋；2）墙体内钢筋只承受其单轴轴向应力，即钢筋混凝土墙体的剪应力由混凝土承担；3）忽略混凝土抗拉强度；4）假定墙体内钢筋已经处于屈服的临界点，即钢筋强度充分发挥，复核混凝土部分承受的应力状态，进行墙体应力分析时先对墙体进行剖分，提取各组合工况下墙体应力，根据假定，截面内拉应力全部由该方向布置的钢筋承担，且钢筋刚刚进入屈服，则混凝土承担的部分应是墙体的剪应力与扣除钢筋拉力后的正应力，即复核截面混凝土部分能否承担剪应力与剩余的截面应力,若能承担，则表示墙体配筋能满足承载力要求；若不能，则需要调整截面或配筋，重新计算，直到满足为止。
本发明用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法，具体过程如下：
1）纯混凝土部分墙体承受的应力分析
假定钢筋混凝土墙体承担正应力σ l 、σ t 与剪应力τ lt ，纯混凝土部分墙体承担正应力σ lc 、σ tc 与剪应力τ ltc ，钢筋其两主轴方向应力为σ ls 、σ ts ，则将钢筋混凝土墙体承受的应力状态进行分解，分解出钢筋和混凝土部分承担的应力状态，如附图1所示，公式见（1）～（3），
（1）
（2）
（3）
根据第4个假定，当墙体内钢筋处于受拉屈服时，纵向钢筋和横向钢筋的强度（如f ly ，f ty ）和配筋率（如 、 t），式（1）～（3）可以演变为式（4）～（6），
（4）
（5）
（6）
2）纯混凝土部分抗力分析
将混凝土部分应力状态用主应力表示，如主拉应力以σ r 表示，主压应力以σ d 表示，α为从L轴转至主压应力的夹角（顺时针为正），则根据材料力学主应力计算公式，可得式（7）～（9），
（7）
（8）
（9）
由第二个假定，σ r =0，根据三角函数公式（10）～（12），可将式（7）～（9）简化成式（13），
（10）
（11）
（12）
（13）
式（13）的物理意义是：（σ lc ，τ ltc ）及（σ tc ，τ ltc ）两点均在一个以（1/2（σ lc +σ tc ），为圆心、半径为（σ d ～1/2（σ lc +σ t ）的摩尔圆上，
σ d 为墙体单元混凝土的主压应力，衡量其状态是否满足的临界值为混凝土单轴抗压特征值，以混凝土C30为例，弹性设计时混凝土单轴抗压特征值取为混凝土轴心抗压强度设计值f c 。即一旦σ d 大于混凝土的单轴抗压特征值时，则表示该应力状态超出混凝土的强度范围。
3）判断方法
由式(4)～(6)求得的（σ lc ，τ ltc ）、（σ tc ，τ ltc ）落在直径为f c,r 的摩尔圆（式（13））内，则表示墙体配筋满足要求；若超出该摩尔圆范围，则表示该墙体截面或配筋不够，需要调整，并重新复核；
其中，σ l,t 、σ lc,tc 、σ ls,ts 分别表示钢筋混凝土墙体正应力、纯混凝土部分承担正应力、钢筋承担的单轴应力，τ lt 、τ ltc 表示钢筋混凝土墙体剪应力、纯混凝土部分承担的剪应力；
σ为正应力，τ为剪应力，σ d 表示纯混凝土部分的主压应力，A点和B点为纯混凝土部分两个面承受的应力状态点。
本发明专利的有益效果是：利用本发明的方法可以用于任何一个实际工程验算弧墙斜墙墙体配筋，，也可以用来复核弧墙斜墙截面配筋是否满足截面承载力的要求。本发明可直接指导实际工程的应用，改变了目前以估算手段为主的设计现状。本发明是一种方便实用的用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法。
附图说明
图1为本发明的墙体应力状态分解图，其中(a)为钢筋混凝土应力状态，(b)为混凝土部分应力状态，(c)为钢筋部分应力状态；
图2为本发明的摩尔圆示意图；
图3为本发明应用的实例，T1～T4示意图；
图4为本发明的18.00m标高以下部分T2墙体s 11 -τ应力摩尔图复核，横坐标为正应力s 11 ，纵坐标为剪应力τ；
图5为本发明的18.00m标高以下部分T2墙体s 22 -τ应力摩尔图复核，横坐标为正应力s 22 ，纵坐标为剪应力τ；
图6为本发明的18.00m标高以下部分T3墙体s 11 -τ应力摩尔图复核，横坐标为正应力s 11 ，纵坐标为剪应力τ；
图7为本发明的18.00m标高以下部分T3墙体s 22 -τ应力摩尔图复核，横坐标为正应力s 22 ，纵坐标为剪应力τ；
图8为本发明的18.00m标高以下部分T1墙体s 11 -τ应力摩尔图复核，横坐标为正应力s 11 ，纵坐标为剪应力τ；
图9为本发明的18.00m标高以上部分T1墙体s 22 -τ应力摩尔图复核，横坐标为正应力s 22 ，纵坐标为剪应力τ；
图10为本发明的18.00m标高以上部分T4墙体s 11 -τ应力摩尔图复核，横坐标为正应力s 11 ，纵坐标为剪应力τ；
图11为本发明的18.00m标高以上部分T4墙体s 22 -τ应力摩尔图复核，横坐标为正应力s 22 ，纵坐标为剪应力τ。
具体实施方式
实施例：
本发明首先假设：1）墙体已经根据应力结果配置截面钢筋；2）墙体内钢筋只承受其单轴轴向应力，即钢筋混凝土墙体的剪应力由混凝土承担；3）忽略混凝土抗拉强度；4）在推导公式时，假定墙体内钢筋已经处于屈服的临界点（即钢筋强度充分发挥），复核混凝土部分承受的应力状态。
进行墙体应力分析时先对墙体进行剖分，剖分单元的长度与宽度尺寸控制在0.5～2m。剖分单元的长度与宽度尺寸最佳宜控制在1m左右，提取各组合工况下墙体应力，根据假定，截面内拉应力全部由该方向布置的钢筋承担，且钢筋刚刚进入屈服。则混凝土承担的部分应是墙体的剪应力与扣除钢筋拉力后的正应力，即复核截面混凝土部分能否承担剪应力与剩余的截面应力。若能承担，则表示墙体配筋能满足承载力要求；若不能，则需要调整截面或配筋，重新计算，直到满足为止。具体计算过程如下：
一、纯混凝土部分墙体承受的应力计算分析
如附图1所示，σ l,t 、σ lc,tc 、σ ls,ts 分别表示钢筋混凝土墙体正应力、纯混凝土部分承担正应力、钢筋承担的单轴应力，τ lt 、τ ltc 表示钢筋混凝土墙体剪应力、纯混凝土部分承担的剪应力。假定钢筋混凝土墙体承担正应力σ l 、σ t 与剪应力τ lt ，纯混凝土部分墙体承担正应力σ lc 、σ tc 与剪应力τ ltc ，钢筋其两主轴方向应力为σ ls 、σ ts ，则将钢筋混凝土墙体承受的应力状态进行分解，分解出钢筋和混凝土部分承担的应力状态， 公式见（1）～（3），
（1）
（2）
（3）
根据第4个假定，当墙体内钢筋处于受拉屈服时，纵向钢筋和横向钢筋的强度（如f ly ，f ty ）和配筋率（如、 t），式（1）～（3）可以演变为式（4）～（6），
（4）
（5）
（6）
二、纯混凝土部分抗力计算分析
附图2中，横轴σ为正应力，纵轴τ为剪应力，σ d 表示纯混凝土部分的主压应力，图中A点和B点为纯混凝土部分两个面承受的应力状态点。图中的σ d 为墙体单元混凝土的主压应力，衡量其状态是否满足的临界值为混凝土单轴抗压特征值。以混凝土C30为例，弹性设计时混凝土单轴抗压特征值取为混凝土轴心抗压强度设计值f c 。即一旦σ d 大于混凝土的单轴抗压特征值时，则表示该应力状态超出混凝土的强度范围。
将混凝土部分应力状态用主应力表示，如主拉应力以σ r 表示，主压应力以σ d 表示，α为从L轴转至主压应力的夹角（顺时针为正），则根据材料力学主应力计算公式，可得式（7）～（9），
（7）
（8）
（9）
由第二个假定，σ r =0，根据三角函数公式（10）～（12），可将式（7）～（9）简化成式（13），
（10）
（11）
（12）
（13）
式（13）的物理意义是：（σ lc ，τ ltc ）（如附图2中A点）、（σ tc ，τ ltc ）（如附图2中B点）两点均在一个以（1/2（σ lc +σ tc ），0）为圆心、半径为（σ d ～1/2（σ lc +σ t ））的摩尔圆，摩尔圆如附图2所示。
某实际工程建筑高度为32.30m，地上5层，局部设夹层，地下1层，结构采用框架～剪力墙结构体系，结构计算层有8层。为满足建筑功能要求，且与建筑四周特殊造型相对应，布置圆弧形钢筋混凝土剪力墙，立面上呈下小上大的喇叭形状，如附图3。很显然，平截面假定不适用于类似这样的墙体。故采用有限元软件进行应力分析，确定配筋后，采用本发明进行配筋复核，并根据复核结果进行调整。
以附图3中的T1～T4为例，结构标高约18.00m以下墙体厚度为400mm，配筋为φ18～150（混凝土为C40，钢筋为HRB400），18.00m标高以上部分墙体厚度为300mm，暗柱区配筋为φ18～150（混凝土为C30，钢筋为HRB400），非暗柱分布钢筋为φ12300+φ14300，楼层部位墙体设置暗梁，配置通长钢筋。
根据本发明复核结果如附图4～7。结果表明：1）18.00m标高以下墙体的绝大多数截面配筋能满足承载力要求，个别超出摩尔圆的应力点主要是位于应力集中点与楼板部位设置环梁处，对环梁适当加大配筋；2）18.00m标高以上墙体超出摩尔圆的应力点是位于楼层环梁部位，根据计算结果，将环梁宽度由原300mm改至400mm，并适当增配钢筋。
可见，本发明不仅对弧墙斜墙配筋进行量化复核，而且还能直接指导实际工程的结构构造与设计。
Claims (3)
1.一种用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法，首先假设：1）墙体已经根据应力结果配置截面钢筋；2）墙体内钢筋只承受其单轴轴向应力，即钢筋混凝土墙体的剪应力由混凝土承担；3）忽略混凝土抗拉强度；4）假定墙体内钢筋已经处于屈服的临界点，即钢筋强度充分发挥，复核混凝土部分承受的应力状态，其特征在于进行墙体应力分析时先对墙体进行剖分，提取各组合工况下墙体应力，根据假定，截面内拉应力全部由该方向布置的钢筋承担，且钢筋刚刚进入屈服，则混凝土承担的部分应是墙体的剪应力与扣除钢筋拉力后的正应力，即复核截面混凝土部分能否承担剪应力与剩余的截面应力,若能承担，则表示墙体配筋能满足承载力要求；若不能，则需要调整截面或配筋，重新计算，直到满足为止。
2.根据权利要求1所述的用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法，其特征在于具体过程如下：
1）纯混凝土部分墙体承受的应力分析
假定钢筋混凝土墙体承担正应力σ l 、σ t 与剪应力τ lt ，纯混凝土部分墙体承担正应力σ lc 、σ tc 与剪应力τ ltc ，钢筋其两主轴方向应力为σ ls 、σ ts ，则将钢筋混凝土墙体承受的应力状态进行分解，分解出钢筋和混凝土部分承担的应力状态，如附图1所示，公式见（1）～（3），
（1）
（2）
（3）
根据第4个假定，当墙体内钢筋处于受拉屈服时，纵向钢筋和横向钢筋的强度（如f ly ，f ty ）和配筋率（如、t），式（1）～（3）可以演变为式（4）～（6），
（4）
（5）
（6）
2）纯混凝土部分抗力分析
将混凝土部分应力状态用主应力表示，如主拉应力以σ r 表示，主压应力以σ d 表示，α为从L轴转至主压应力的夹角（顺时针为正），则根据材料力学主应力计算公式，可得式（7）～（9），
（7）
（8）
（9）
由第二个假定，σ r =0，根据三角函数公式（10）～（12），可将式（7）～（9）简化成式（13），
（10）
（11）
（12）
（13）
式（13）的物理意义是：（σ lc ，τ ltc ）及（σ tc ，τ ltc ）两点均在一个以（1/2（σ lc +σ tc ），为圆心、半径为（σ d ～1/2（σ lc +σ t ）的摩尔圆上，
σ d 为墙体单元混凝土的主压应力，衡量其状态是否满足的临界值为混凝土单轴抗压特征值，以混凝土C30为例，弹性设计时混凝土单轴抗压特征值取为混凝土轴心抗压强度设计值f c ，
即一旦σ d 大于混凝土的单轴抗压特征值时，则表示该应力状态超出混凝土的强度范围；
3）判断方法
由式(4)～(6)求得的（σ lc ，τ ltc ）、（σ tc ，τ ltc ）落在直径为f c,r 的摩尔圆（式（13））内，则表示墙体配筋满足要求；若超出该摩尔圆范围，则表示该墙体截面或配筋不够，需要调整，并重新复核；
其中，σ l,t 、σ lc,tc 、σ ls,ts 分别表示钢筋混凝土墙体正应力、纯混凝土部分承担正应力、钢筋承担的单轴应力，τ lt 、τ ltc 表示钢筋混凝土墙体剪应力、纯混凝土部分承担的剪应力；
σ为正应力，τ为剪应力，σ d 表示纯混凝土部分的主压应力，A点和B点为纯混凝土部分两个面承受的应力状态点。
3.根据权利要求1所述的用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法，其特征在于进行墙体应力分析时先对墙体进行剖分，剖分单元的长度与宽度尺寸控制在0.5～2m。
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