剪力墙结构设置底部加强部位的主要原因

efs2022-07-06  14

钢筋混凝土剪力墙作为一种抗震性能良好的结构构件,广泛应用于高层建筑、人防工程、设备基础、工业管廊等建筑结构中,尤其是在高层钢筋混凝土建筑中。剪力墙结构的设计是整个建筑结构设计的关键。

在高层钢筋混凝土建筑的抗震设计中,经常会提到剪力墙的底部加强部分。为什么要强化底层?这要从剪力墙结构的抗震设计说起。

在水平地震作用下,剪力墙结构的弯矩图和剪力图一般如下:

从上图可以看出,剪力墙结构的最大弯矩和剪力出现在结构的底部,也就是剪力墙和基础的埋入位置。因此,对于剪力墙来说,底部是非常重要的。从理论上讲,遇到罕遇地震,底部最先被破坏。

但是剪力墙的底部既弯曲又剪切。那么,罕遇地震发生时,是剪切破坏还是弯曲破坏呢?

当然,要控制剪力墙结构引起弯曲破坏。因为剪切破坏是脆性破坏,一旦发生,整个结构会瞬间破坏。而弯曲破坏是延性破坏,破坏过程持续时间长,整个破坏过程有较大的塑性变形,在塑性变形过程中仍有一定的承载能力,可以为人员提供充分的反应时间和逃生时间。并能很好地吸收和耗散能量。

因此,在我国的抗震设计中引入了“塑性铰”的概念。

塑性铰

对于一般的结构铰链,结构力学中不承受或传递弯矩。例如,承受均布载荷的简支梁在铰支座处的弯矩为零。

但在结构铰位置,构件可以自由转动。并且可以顺时针和逆时针方向旋转。

可塑性不一样。

当结构的一个截面达到极限弯矩时,在这个截面的位置出现一个成形铰。此时,该截面的位置可以产生弯矩方向的转动,类似于结构铰;但与普通的结构铰不同,塑性铰在其出现和持续的过程中,仍能承受和传递一定的弯矩,直至结构被破坏,塑性铰自然消失。同样,当截面上的弯矩小于塑性极限弯矩时,截面的位置不能旋转,塑性铰也会消失。

因此,塑性铰是结构构件延性破坏中的一种机制,它的出现、持续和消失对应着延性破坏的全过程。

让我们回到剪力墙结构。如上所述,当钢筋混凝土剪力墙结构遭遇罕遇地震时,应控制底部发生延性破坏。这时,底部出现一个塑料铰链。如下图所示:

因此,塑性铰与剪力墙底部的延性是密不可分的。为了保证剪力墙底部在塑性铰出现后有足够的延性,必须保证在此过程中不发生脆性剪切破坏。因此,有必要加强剪力墙的底部位置,以提高其抵抗剪切破坏的能力。这也是“强剪弱弯”的具体体现,是我国抗震设计思想中非常重要的一个方面。

行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)对剪力墙底部钢筋部分的具体规定如下:

在抗震设计中,为保证剪力墙底部塑性铰具有足够的延性,应对可能发生塑性铰的部位加强抗震措施,包括提高其抵抗剪切破坏的能力、设置边缘构件等。这个加强部分称为“底部加强部分”。剪力墙底部的塑性铰有一定的范围。一般情况下,单个塑性铰的发展高度约为墙肢截面的高度hw。但出于安全考虑,设计时应适当扩大加强部位的范围。

底部的钢筋部分规定如下:

1.底部加强部分的高度应从地下室顶板算起。当结构计算预埋件位于或低于地下室底板时,底部加强件应向下延伸至计算预埋件。

2.高度大于24m的房屋:底部两层,地下室顶板以上墙体总高度的1/10,以上两者取较大值可作为底部加强部分的范围。

3.部分框支剪力墙结构的剪力墙:框支一层及以上两层,为底层剪力墙总高度的1/10,应取以上两者的较大值作为底部加强部分。

4.不大于24m的房屋:底层可作为底部加固部分。

5.大底盘(含筒体结构)高层建筑和裙房与建筑主体结构相连的高层建筑:底部钢筋的高度应延伸至大底盘或裙房以上的楼层。

如下图所示:

底部钢筋部分高度范围内的边缘构件和墙体钢筋的构造要求如下:

1.对于抗震等级为ⅰ、ⅱ、ⅲ级的剪力墙,且底墙底部截面轴压比较大(超过《建筑抗震设计规范(2016年版)》表6.4.5-1的规定),应在底部加强部位及相邻上层设置约束边缘构件。

2.对于某些框支剪力墙结构,应在底部钢筋部位及相邻上层设置约束边缘构件。楼板剪力墙底部,墙内纵横向钢筋的配筋率不应小于0.3%,钢筋间距不应大于200mm。

关于剪力墙底部的加强部位和我对剪力墙底部加强部位的理解就这么多了。啰嗦了半天,欢迎兄弟姐妹们批评指正!谢谢希望我的回答能对你有帮助!我是次复合梁的惯性矩。欢迎关注我!

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