建筑结构设计新手教程(下)_图文

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1、小高:方案阶段首先我解释几个概念剪力墙:这里指一般剪力墙,钢筋混凝土实体墙,其墙肢截面高度与厚度之比大于8的墙体短肢剪力墙:墙肢截面高度与厚度之比大于58的剪力墙异型柱:异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2-4,相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。规范点:短肢剪力墙结构体系短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的5-8倍剪力墙结构,常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。这种结构型式的特点是:结合建筑平面,利用间隔墙位置来布置竖向构件,基本上不与建筑使用功能发生矛盾;墙的数量可多可少,肢长可长可短,主要视抗侧力的需要而定,还可通过不同的尺寸和布置来调

2、整刚度中心的位置;能灵活布置,可选择的方案较多,楼盖方案简单;连接各墙的梁,随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内,可隐蔽;根据建筑平面的抗侧刚度的需要,利用中心剪力墙,形成主要的抗侧力构件,较易满足刚度和强度要求。异形柱结构异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2-4,相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。它包括异形柱框架和异形柱框架剪力墙,常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。这种结构的特点是:由于截面的这种特殊性,使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大,导致各向刚度不一致,其各向承载能力也有较大差异;对于长柱(H/h>4可以不考虑剪切变形的影响,控制轴压比较小时,受力明确,变形

3、能力较好。而对短柱(H/h<4,剪切变形占有相当比例,构件变形能力下降。异形柱通常在短柱范围,且属薄壁构件,即使发生延性的弯曲形破坏,也因截面曲率M/EI或cu/(cu为砼的极限压应变,为截面受压区高度较小,使弯曲变形性能有限,延性较差;异形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面范围之外,受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力,这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力,而该剪应力的存在,使柱肢易先出现裂缝,也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态,它使得异形柱较普通截面柱变形能力低,脆性破坏明显;特别是异形柱不同于矩形柱,它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况,其延性更差。由国内外大量的试

4、验资料和理论分析2,异形柱的破坏形态为:弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等,影响其破坏形态的因素有:荷载角、轴压比、柱净高与截面肢长比(剪跨比,配箍率以及箍筋间距S与纵筋直径D 的比值等。由于其受力性能的复杂,设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。异形钢筋混凝土柱的计算与绘图1. 异形柱的应用和特点异形钢筋混凝土截面柱,指的是除矩形、圆形以外的截面形式,如工形、L形、T形、Z形、十字形等截面形式。这种截面形式常用于多层住宅结构,由于其符合室内布置的要求,且与墙体(这里指填充墙连接良好,而在工程中应用越来越多。以前计算异形截面柱,一般是把这类截面简化,并等效成矩形截面近似计算

5、,这种方法难以计算出异形柱真实的受力和各段配筋。如图1所示,为一异形柱的实际工程平面,若按简化方法,则难以定位,如:柱的位置、梁的计算长度、荷载作用等,再加上有十几层同时简化,则误差人为加大,计算结果可信度太差。图1. 异形柱结构平面图异形柱的形式往往与短墙肢相似,异形柱的柱肢长些就可称为短墙肢,因此很难划分这两者的界限,所以在设计中需要寻求较好的通用方法。2. 异形柱的定位和输入在PKPM软件中,异形柱的定位和导荷载由PMCAD模块完成,其操作过程与钢结构类似。2.1 异形柱的平面输入在PMCAD主菜单A的人机交互建模中,对异形柱一般使用第5、6类型截面来定义。第5类截面是槽形或Z形,可通过

6、使其某一肢长为0 定义成L形截面。第6类是+字形截面,除可用来直接定义成+字形截面以外,还可通过使其某一肢长为0 定义成T形截面,使其两个肢长为0定义成L形截面。在定义截面材料时应定义成混凝土。对2、5、6截面类型的定义中应注意参数的形式,如槽形截面的悬臂部分的正负方向问题等。在平面定位时,对2、5、6类截面是以竖向肢的中点来定位的,这在异形柱的布置时要注意。异形柱在输入时会大量地使用偏心及转角,尤其是转角给输入带来不便,这时,可以把截面相同但转角不同的异形柱多定义几种截面。2.2 异形柱结构的导荷载异形柱结构的导荷与普通梁柱结构的区别,在于梁的长度。随着异形柱柱肢的加长,梁的长度变短,荷载对

7、柱的分配就越多,这与剪力墙导荷类似。3. 异形柱的计算和配筋在PKPM软件中,异形柱的计算和配筋由TA T和SA TWE模块完成,由于异形柱是一空间受力体系,所以不宜用平面杆系程序计算。3.1 异形柱的计算图2. 异形柱的局部坐标在计算异形柱的刚度时,应以其主形心的主轴坐标为参考点,即要求出异形柱主形心惯性矩,如图2所示,与之相连的梁的刚度也均向异形柱主形心迭加。计算时按材料力学的经典公式,求出各种异形截面在主轴的惯性矩和方向角,并建立主轴的单元刚度,与梁元刚度、墙元刚度一起参与结构的整体分析。整体分析后,把异形柱作用于主形心的弯矩、轴力、剪力按照材料力学公式进一步分解到异形截面上每一关键点的

8、应力,如式(1和式(2,通过积分即得每一段柱肢在平面内的弯矩、轴力和剪力,柱肢平面外不考虑。然后以每段柱肢为一矩形截面,按照对称配筋计算配筋。这种方式与多肢剪力墙的方法类似。正应力计算公式:(1剪应力计算公式:(2式中:A 截面面积JX,JY 截面的X方向惯性矩、Y方向惯性矩X,Y 截面上C点的X,Y座标QX,QY 截面主轴剪力;MX,MY 截面主轴弯矩;SX ,SY 截面的X,Y方向静矩,且在以上整体轴力到柱肢力的分配中,考虑到异形柱截面重叠部分较多(如图2中阴影部分,TA T和SA TWE软件中作了如下处理:如图2所示,水平段为柱肢1,竖向段为柱肢2,在求柱肢1和柱肢2的轴力时,先分别用材

9、料力学的方法,以公式(1求出各柱肢的轴力N1,N2,并可分为:N1 = N12 + N2aN2 = N13 + N3b由于两柱肢中N12,N13在同一截面内,则最终取两柱肢的轴力分别为:N 1* = N12 + N13 + N2aN 2* = N12 + N13 + N3b3.2异形柱与结构整体刚度的讨论图3. 异形柱结构梁计算长度示意图当用户输入异形柱后,如认为与该异形柱相连的梁与其形心相连,如图3所示,那么在计算此梁时,就以两端异形柱的形心为准,在计算梁刚度时就会以两端形心长度为准L2,这种方式要求对异形柱的定义非常严格,即异形柱柱肢的长度与柱肢的厚度之比不大于4。另外,如异形柱考虑梁的刚

10、域,即按L1来计算梁长刚度,这样梁的计算长度变短,从而提高了结构的刚度。这种方式可普遍用于各类异形柱结构,其计算结果亦可靠。但是依上所述,异形柱+形心长度的梁,与异形柱+带刚域的梁,两者会得到不同的计算结果。因此在分析中要注意:异形柱的柱肢不应过长,其配筋柱肢截面长H4B为好,否则应考虑梁的刚域;如认为用异形柱而导致刚度下降,使得地震力减小,应适当增加地震力,如输入地震力放大系数等各种方法。pkpm新天地2005年第四期上提到了关于异型柱,短肢墙和一般剪力墙的区分,主要就是h/b的比值区分的嘛,高规上有规定,比值在58的为短肢墙,大于8为一般剪力墙,小于5为异型柱。1.剪力墙设计的几个问题关键

11、词:结构设计剪力墙一.剪力墙设计中的基本概念1.剪力墙高和宽尺寸较大但厚度较小,几何特征像板,受力形态接近于柱,而与柱的区别主要是其长度与厚度的比值,当比值小于或等于4时可按柱设计,当墙肢长与肢宽之比略大于4或略小于4时可视为为异形柱,按双向受压构件设计。2.剪力墙结构中,墙是一平面构件,它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外,还承担竖向压力;在轴力,弯矩,剪力的复合状态下工作,其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外,还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求:墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏,因此注意尽量将剪