框筒結構設計中,我們經常遇到下面這個問題。
如果把樓面梁全部擱置在剪力牆上,則部分樓面梁不得不斜向佈置。
這種佈置會有幾個問題:1)不利於建築空間分隔,影響美觀;2)出現異形板,且板跨不同,部分梁跨加大,受力不規律;3)施工不便,尤其採用裝配式時,對造價有顯著影響。
很自然地,我們會想到,為了結構佈置的勻稱性,把樓面梁支撐在連樑上,於是,形成如下佈置形式。
這種佈置,對建築及結構排布均有好處,但最大的問題是,連梁的設計變得複雜。連梁除了要承受水平荷載引起的剪力,還要承受樓面梁傳遞的豎向荷載,另外,也需要承受樓面梁梁端傳遞的扭矩。一方面,我們希望連梁耗能;另一方面,又不希望它顯著損傷。
考慮到以上問題,《高規》7.1.5條規定,“樓面梁不宜支承在剪力牆或核心筒的連樑上。”
過去的解決思路是,調整連梁的效能目標,即調整為中震不屈服,大震抗剪不屈服。這個思路的本質,其實是降低連梁耗能。但從能量守恆的角度來看,連梁損傷降低,往往意味著剪力牆損傷加重,這有點“撿了橘子,丟了西瓜”的意味。
怎麼辦呢?
2021版深圳高規給出了一個可選方案,即兩段式連梁:
1)兩段式連梁的強段宜設置於樓面梁與剪力牆相距較短的梁端區域,強段截面變高度起始點距樓面梁邊不小於100mm;
2)強段用於承擔樓面梁荷載,罕遇地震作用下不屈服;弱段為耗能段,允許罕遇地震作用下抗彎屈服;
3)強段箍筋和縱筋應按罕遇地震作用下不屈服進行配筋設計。
張良平教授對此連梁方案進行過研究(有可能,深圳高規的兩段式連梁思路即由張良平教授提出),建議的效能目標如下:
在彈性設計中,耗能段的剛度折減係數取 0.7,加強段不折減; 加強段在中震作用下不屈服,在大震作用下承載力不顯著降低,仍能夠承擔樓面次梁傳來的豎向荷 載; 耗能段中震作用下受剪不屈服、受彎允許部分屈 服,在大震作用下允許屈服耗能。
研究表明:採用兩段式連梁,連梁損傷最大處出現在耗能段,加強段連梁損傷相對較小,大震後加強段連梁仍起到了懸挑梁的作用,能承擔樓面次梁傳來的集中力,可為次梁提供支撐。
實際設計中,為保證加強段連梁更好地達到預期的效能目標,對加強段連梁採取如下措施:1)加強段連梁按懸臂構件驗算其承載力;2)加強段連梁在樓面次梁和剪力牆之間的箍筋,比計算結果直徑加大2mm。
按照個人理解,連梁加強段的高度其實需要試算,因為高度增加,其內力也會隨之增大,當然並非線性關係。只有高度增加到一定程度,加強段的作用類似於牛腿,其與剪力牆已近似成為一個整體,才能充分保證塑性鉸出現在耗能段。
當然,上面提到的樓面梁,主要是非框架樑。如果是框架樑呢?框架樑可不可以搭到連樑上呢?
在常規框筒結構中(參考圖1),樓面次梁與框架樑平行佈置,其受荷面積基本一致,豎向受荷並無主次之分。相比框架樑支撐於剪力牆面外,框梁支撐在連樑上,如果梁端設鉸,則框梁本身受力並無顯著差異。
個人認為,深圳市高規提到的分段式連梁可以用於支撐框架樑。
但是,根據目前超限審查情況,專家還是比較排斥將框架樑支撐在連樑上。據說,傅總點名某單位,如果他再碰到將框梁支撐到連樑上的專案,超限審查不能透過。
參考文獻:
《高層建築混凝土剪力牆連梁設計例項分析》
《基於MidasGen的變截面連梁結構靜力彈塑性分析》
《某超高層建築結構設計中幾個關鍵問題的思考》
《建築工程設計常見問題彙編 》
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