CN1376840A - 小高层建筑宽肢异形柱结构体系 - Google Patents

小高层建筑宽肢异形柱结构体系 Download PDF

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CN1376840A CN 02111527 CN02111527A CN1376840A CN 1376840 A CN1376840 A CN 1376840A CN 02111527 CN02111527 CN 02111527 CN 02111527 A CN02111527 A CN 02111527A CN 1376840 A CN1376840 A CN 1376840A
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施永昌
黄磊
田炜
季征宇
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Abstract

本申请涉及小高层宽肢异形柱结构体系,目的在于提供一种结构延性好、抗震性强、施工简单、较易实现可变性和灵活性的宽肢异形柱结构体系,本发明通过控制柱、梁刚度和强度二个级差即双控概念—控制柱、梁刚度比∑ic≥λ∑ib及柱、梁承载能力比即强度比∑Mc≥1.25∑Mb,用梁铰机制来设计小高层住宅中宽肢异形柱结构体系,来实现这种结构良好的抗震性能。

Description

一种小高层建筑物宽肢异形柱结构体系
技术领域
:本申请涉及一种小高层宽肢异形柱结构体系。
背景技术
:目前常规异形柱(截面肢长宽比小于等于4)结构,一般多应用于多层框架结构(不高于7层),而在10-15层的小高层异形柱结构中,由于结构高度增加,结构的层侧移刚度也必然增加,如果采用常规异形柱结构体系,则存在结构刚度差,不能满足结构多遇地震时的结构变形要求以及有关的抗震性能,因此在国内某些地方规范中采用斜撑的方法来解决该问题,但是该方法又存在结构抗震延性差、施工困难、较难实现可变性和灵活性等缺陷。
目前采用的混合铰机制的设计,通常情况下柱先于梁出现塑性铰,可能在结构中除了底层外出现结构薄弱层,大大降低了结构的延性,给整个结构的抗震性造成不利影响。混合铰机制的设计不能保证采用延性好的结构,因为承载力并不能保证结构的抗震安全,变形能力不足是结构倒塌的主要原因。
混合铰机制的设计无法解决轴压比和短柱之间在设计中的矛盾。
薄壁异形柱构件由于不对称截面导致延性严重不对称,当腹板受压时破坏为脆性破坏。满足不了控制轴压比所要达到的出现大偏心受压的延性破坏。
建立在结构混合铰机制基础之上的设计方法使异形柱框架设计中由于轴压比的限制,往往出现竖向构件配筋由构造配筋率控制的不合理后果,并且这种构造配筋结果导致结构延性性能是比较低的。
现行规范没有很好地控制柱、梁的刚度级差,导致柱、梁的节点很可能成为薄弱环节。
按混合铰机制的设计,弹塑性变形角θp的要求对于墙型薄壁柱延性构造的处理是不利的。
现行规范墙柱定值分界线(h/b=4),带来设计强度、刚度和构造突变,即h/b≤4为按框架要求,h/b>4为按剪力墙要求,在现实中间我们发现,同样的竖向构件截面尺寸在不同的梁柱关系中也会呈现出不同的破坏形态,因为钢筋混凝土构件受力破坏形态在很大程度上与构件之间的组合关系是密不可分的。如果采用目前的混合铰机制的设计思路,上述构件(h/b在3~8之间)可能在受力、变形特征以及屈服机制等方面存在较大差异。
本发明提出梁铰机制的设计方法,由于在保证梁先屈服产生塑性铰的条件下,宽肢异形柱呈现反弯点不断上升,剪跨比迅速增大,剪应力相应逐渐减少,而弯曲应力明显加大的动态过程中,宽肢异形柱最终弯曲破坏。采用梁铰机制可以让结构设计人员预先得知结构的破坏形式,因而在设计时预先采取必要的措施以保证结构具有较好的延性,从而大大提高结构的抗震性能。
本发明通过控制柱、梁刚度和强度二个级差即双控概念,用梁铰机制来设计小高层住宅中宽肢异形柱结构体系。
本发明是通过以下方法来实现的:1.刚度比∑ic≥λ∑ib∑ic,∑ib分别为同一节点处柱和梁所计算出线刚度之和。计算ic和ib时分别采用层高和梁净跨。λ为柱梁刚度比,λ>3.0柱梁线刚度如果存在一定级差,可以控制梁先开裂,且较容易保证整体结构的破坏形态。2.控制柱、梁承载能力比即强度比∑Mc≥1.25∑Mb∑Mc,∑Mb分别为同一节点处柱端和梁端实配钢筋所计算的极限受弯承载力之和。
保证节点处梁的屈服先于竖向构件的屈服,让水平构件耗散地震能量。3.控制梁跨高比及强剪弱弯系数ηb梁跨高应满足Lb/hb≥4强剪弱弯系数ηb≥1.2式中Lb为梁净跨,hb为梁高。
该措施是为了提高梁的抗剪能力,保证梁的发生弯曲破坏而非剪切破坏,使得梁有较大的延性。
如电梯井处连梁Lb/hb≤4时,可对连梁进行刚度折减,确保连梁破坏先于墙体。4.底层柱内力增大a)弯距增大系数ηcmηcm≥1.25b)剪力增大系数ηcvηcv≥1.1ηcv是在考虑弯距增大系数后实配纵筋基础上再实配抗剪箍筋宽肢异形柱的横截面为L形或Z形或T形或十字形,并且,宽肢异形柱截面肢长宽比h/b在3-8之间。5.控制梁铰出现次序理想出铰次序是先底部,然后中上部,因此在梁纵筋归并时应在里面高度范围内分区域归并,以免人为加大底部梁的纵向钢筋配筋量。6.构造要求宽肢异形柱的腹板的水平钢筋在两端应锚固于暗柱核心内,并保证水平弯折段达到15d(d为水平钢筋的直径),这种构造处理可以避免地震时柱的保护层脱落后,水平钢筋在端部失去锚固,导致暗柱失去可靠的连接而变成独立柱。
框架梁纵向钢筋在伸入宽肢异形柱中由于要避开柱内竖向钢筋,在距柱800mm处需要向内斜向弯折,而箍筋则保持相同的宽度,在此段范围内于箍筋弯钩增设附加架立筋,这样的构造处理使框架梁是有效宽度减少,从而保证框架梁的抗震承载力和梁的转角延性,并且框架梁的纵向钢筋深入宽肢异形柱中锚固长度为Lae,不得小于600mm。
为了保证底层宽肢异形柱的延性,采用底部加强区范围宽肢异形柱两端设置暗柱,来有效约束端部混凝土,暗柱的箍筋的弯钩设置在暗柱的内侧,以避免端部混凝土剥落后弯钩的脱开,而起不到约束混凝土的效果,通过增大弯距放大系数和剪力放大系数来提高底层宽肢异形柱的承载力,适当减缓对底层宽肢异形柱的延性要求。
在实际中还要注意几种情况:1)窗下墙宜采用嵌填混凝土空心砌块等填充材料,2)应当按照二级抗震要求,实配宽肢异形柱的受力钢筋,3)楼电梯间墙体不宜做成实体墙,应当开结构洞,4)在建筑平面上有凹凸处,如阳台或凹廊或相邻房间凹进凸出处尽量采用Z形横截面的宽肢异形柱。
5)外墙厚度大于内墙厚度。
以下通过附图所示最佳实施方式对本发明予以详细说明。
参见图4,其中1-墙主要受力钢筋,2-暗柱纵筋,3-暗柱箍筋其中,宽肢异形柱的腹板的水平钢筋(4)在两端应锚固于暗柱的核心区内,并且保证水平弯折段达到15d(d为水平钢筋的直径),这种构造处理可以避免因地震时柱的保护层脱落后,水平钢筋在端部失去锚固,导致暗柱失去可靠的连接而变成独立柱。
参见图5,其中1-暗柱,2-暗柱箍筋底部加强区范围宽肢异形柱两端设置暗柱(1),来有效约束端部混凝土。暗柱箍筋的弯钩设置在暗柱的内侧,以避免端部混凝土剥落后弯钩的脱开而起不到约束混凝土的作用,通过增大弯距放大系数和剪力放大系数来提高底层宽肢异形柱的承载力,适当缓解对底层宽肢异形柱的延性要求。
参见图6,其中1-梁纵向钢筋,2-宽肢异形柱框架梁纵向钢筋(1)伸入宽肢异形柱中锚固长度Lae不得小于600mm。
实际中,还应当注意以下几种情况:1)为了实现“梁铰机制”的破坏模式,竖向构件与水平构件的刚度必须存在—定的级差,(本实施例定为柱梁刚度比为3),对于实际工程中存在的不满足上述条件的小宽肢异形柱,在设计中可忽略其抗侧刚度,如果为一字型,可按照两端铰接的竖向杆件来建立计算模型。设计中还应注意窗下墙的处理,窗下墙宜采用嵌填混凝土空心砌块等填充材料,有利于形成“强柱弱梁”,否则梁的高度可能达到1.0-1.3m,梁的刚度接近甚至超过宽肢异形柱的刚度,于抗震不利;在竖向和水平构件承载力的关系上,即使按三级抗震等级(即柱梁承载力之比要求1∶1)设计的梁柱试件均能形成“梁铰机制”;设计中为了提高结构的抗震安全度,应当按照二级抗震要求,实配宽肢异形柱的受力钢筋,尽量确保梁的屈服先于柱的屈服。
2)配筋分析当设防烈度为7度时,12-13层左右小高层剪力墙住宅,标准层以上均为构造配筋,目前工程配筋设计是根据规范的要求和工程习惯,合理配置非加强部位剪力墙的水平和竖向分布筋,确定暗柱的范围和配筋量(往往是构造配筋)。
3)楼、电梯间的刚度楼、电梯间四周的墙体对小高层结构的抗侧刚度的贡献是很大的,吸收了过多的地震力,容易首先开裂导致刚度衰减而将地震力转移到宽肢异形柱构件上去,因此从受力均匀的角度出发,楼电梯间墙体不宜做成实体墙,应当开结构洞,将其承担的水平力降下来,提高宽肢异形柱的水平力。4)建筑平面凹凸处处理在建筑平面上有凹凸处时,如阳台、凹廊或相邻房间凹进凸出时,建议宽肢异形柱横截面尽量采用采用Z形,以加强拉结,增加整体效果。5)外墙厚度建议为了解决结构扭转周期过于接近结构平动周期,建议外墙厚度比内墙厚一些,这样的做法同时还可以部分解决外墙面渗水和热工性能的有关要求。6)地震周期折减系数宽肢异形柱结构体系既不同于纯剪力墙结构体系,又不属于框架结构体系,因此不能在计算中象剪力墙体系那样忽略砌体填充墙的刚度,即地震力周期折减系数为1.0。从其受力变形特征来看,宽肢异形柱结构呈现弯剪型,即界于剪力墙和框架结构之间,周期折减系数建议取0.75-0.8。

Claims (15)

1.一种宽肢异形柱结构体系,其特征在于,控制柱、梁刚度比即刚度比∑ic≥λ∑ib及控制柱、梁承载能力比即强度比∑Mc1.25∑Mb。
2.根据权利要求1所述的宽肢异形柱结构体系,其特征在于,柱梁刚度比λ≥3.0。
3.根据权利要求1或2所述的宽肢异形柱结构体系,其特征在于,梁跨高应满足Lb/hb≥4,强剪弱弯系数ηb≥1.2。
4.根据权利要求1或2所述的宽肢异形柱结构体系,其特征在于电梯井处连梁Lb/hb≤4。
5.根据权利要求1或2所述的宽肢异形柱结构体系,其特征在于底层柱:a)弯距增大系数ηcmηcm≥1.25b)剪力增大系数ηcvηcv≥1.1。
6.根据权利要求1所述的宽肢异形柱结构体系,其特征在于,宽肢异形柱的截面肢长宽比h/b在3-8之间。
7.根据权利要求1或6所述的宽肢异形柱结构体系,其特征在于,宽肢异形柱的横截面为L形或T形或Z形或十字形。
8.根据权利要求1所述的宽肢异形柱结构体系,其特在在于,楼电梯间应开结构洞。
9.根据权利要求1所述的宽肢异形柱结构体系,其特征在于,窗下墙应采用嵌填混凝土空心砌块等填充材料。
10.根据权利要求1或7所述的宽肢异形柱结构体系,其特征在于,在建筑平面有凹凸处,如阳台或凹廊或相邻房间凹进凸出的地方,所述宽肢异形柱横截面应当采用Z形。
11.根据权利要求1所述的宽肢异形柱结构体系,其特征在于,宽肢异形柱的腹板的水平钢筋在两端应锚固于暗柱核心内,并保证水平弯折段达到15d。
12.根据权利要求1所述的宽肢异形柱结构体系,其特征在于,框架梁纵向钢筋在伸入宽肢异形柱中,在距柱800mm处向内斜向弯折,而箍筋则保持相同的宽度,在此段范围内于箍筋弯钩增设附加架立筋。
13.根据权利要求1所述的宽肢异形柱结构体系其特征在于,框架梁的纵向钢筋深入宽肢异形柱中锚固长度为Lae,且大于等于600mm。
14.根据权利要求1所述的宽肢异形柱结构体系,其特征在于,底部加强区范围宽肢异形柱两端设置暗柱。
15.根据权利要求1所述的宽肢异形柱结构体系,其特征在于,暗柱的箍筋的弯钩设置在暗柱的内侧。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103741817A (zh) * 2013-12-31 2014-04-23 天津大学 一种改善异形柱节点抗震性能的x形配筋增强方法
CN104775515A (zh) * 2015-04-03 2015-07-15 浙江工业大学 一种改善z形柱节点抗扭性能的暗梁增强方法
CN105275247A (zh) * 2014-07-25 2016-01-27 国家电网公司 一种输电铁塔主材连接强度的确定方法

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