关于框-剪结构0.2Vo调整时与柱相连的框架梁端弯矩和剪力是否需要调整的讨论(建筑结构优化)
1. 概述
框架-剪力墙结构在水平地震作用下,框架部分计算所得的剪力一般都较小。按多道防的概念设计要求,墙体是第一道防线,在设防地震、罕遇地震下先于框架破坏,由于塑性内力重分布,框架部分按侧向刚度分配的剪力会比多遇地震下加大,为保证作为第二道防线的框架具有一定的抗侧能力,需要对框架承担的剪力予以适当的调整;对框架柱地震剪力调整后,与柱相连的框架梁端是否同时调整,不同规范条文要求不统一,在结构设计时,对梁端纵筋和箍筋计算结果有较大影响;在房地产下行的大环境下,有必要分析不同规范的差异的原因,在保证结构整体抗震性能前提下,降低结构成本,从而获得较好的经济性;
2. 各地方规范分析对比
2.1《国家高规》
高规8.14.条第2款:地震总剪力调整后,应按调整前、调整后总剪力的比值调整每根框架柱和与之相连框架梁的剪力及端部弯矩标准值;此条文明确指出,框架梁端弯矩和剪力均需对于放大调整;对于条文说明未给出相应解释,笔者从抗震概念上理解,作为第二道防线,提供一定抗侧能力的框架自然包含框架梁和框架柱连接的整体;
2.2《广东省高规-老规范》
广东高规8.14.条第2款:地震总剪力调整后,应按调整前、调整后总剪力的比值调整每根框架柱的剪力及端部弯矩;与之相连框架梁的剪力及端部弯矩可不调整;根据条文说明的解释,为实现墙柱弱梁的抗震设计要求,不再对梁端弯矩和剪力进行调整;
2.3《海南省超限高层建筑结构抗震设计要点(2021年版)》
因海南省没有地方高规,仍采用国家高规,但根据《海南省超限高层建筑结构抗震设计要点(2021年版)》7.2.1条指出,框架剪力墙0.2v调整时,框架梁端剪力和弯矩可适度调整或不调整;可不调整的理由与广东省相同,均是遵循墙柱弱梁的抗震概念设计原则;
3. 案例对比分析
针对框架-剪力墙结构,当Vf<0.2Vo时,为更直观反映与框架柱相连的框架梁端弯矩及剪力调整时,对结构设计经济性的影响;选取位于海南省某项目为例;通过YJK软件进行计算分析,设置前处理参数,勾选或不勾选 与柱相连的框架梁端M、V不调整,如下图所示
模型计算结果如下
统计对比表:
梁端弯矩包络值 | 梁端剪力包络值 | 梁端纵筋配筋值 | 梁端箍筋配筋值 | 梁柱核心区箍筋值 | 钢筋统计(Kg/m2) | |
梁端M、V不调整 | 319 | 210 | 15 | 0.5 | 1.8 | 30.1 |
梁端M、V调整 | 465 | 270 | 23 | 0.7 | 3.4 | 31.6 |
差值 | 146 | 60 | 8 | 0.2 | 1.6 | 1.5 |
放大百分百 | 45% | 28.5% | 53% | 40% | 88% | 5% |
从上表可看出:
1)当梁端弯矩和剪力跟随柱剪力放大调整时,梁端弯矩和剪力放大比例约30%~45%;相应梁端配筋值增加50%左右;梁柱核心区箍筋值增加88%,增加很明显;
2)统计对比梁墙柱实际配筋量,梁端内力调整比不调整每平米增加1.5Kg钢筋用量;
4. 结论及建议
通过实际案例,对比分析,对于框架剪力墙结构,当Vf<0.2Vo时,考虑梁端弯矩及剪力随柱剪力调整时,
1)梁端实配箍筋和纵筋都会明显加大,而柱纵筋和非核心区段箍筋并未加大,从而导致梁比柱更强,与强柱弱梁的抗震设计理念相悖;
2)梁端调整会导致梁端与柱核心区钢筋较密,不利于现场浇筑质量保证
3)成本会增加较多,且整体抗震性能反而降低;
4)对于广东和海南等有规范依据的地方项目,建议直接不调整梁端内力;
5)执行国家高规的地方,建议提前与审图沟通,参考广东和海南做法,争取不调整或适当调整,从而降低项目成本。
内容来源:江南(中国)