【同辰原創(chuàng)】熟悉而陌生的結(jié)構(gòu)層間受剪承載力
- 時(shí)間:2021-11-19
- 作者:同辰建筑
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層間受剪承載力對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師來說是非常熟悉的參數(shù),“結(jié)構(gòu)高規(guī)”規(guī)定“A級(jí)高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%,不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的65%”。
實(shí)際上,大部分人對(duì)此參數(shù)的理解都存在較大偏差,本文將從剪力墻結(jié)構(gòu)的樓層受剪承載力入手,從規(guī)范解析、方案對(duì)比、數(shù)據(jù)分析等多個(gè)角度對(duì)“層間受剪承載力”進(jìn)行簡單的立體化解析。
Part.1、規(guī)范解析高規(guī)對(duì)偏心受壓剪力墻受剪承載力的計(jì)算公式如下:
△ 高規(guī)受剪承載力計(jì)算公式
從高規(guī)對(duì)“斜截面受剪承載力”計(jì)算公式可知,影響層間受剪承載力的主要因素為:
- 剪力墻剪跨比;
- 剪力墻長度、厚度、混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;
- 截面軸向壓力設(shè)計(jì)值;
- 水平分布筋;
由此可知,當(dāng)結(jié)構(gòu)布置及水平分布筋確定時(shí),本質(zhì)影響因素及無關(guān)因素如下:
- 影響因素:剪跨比、截面軸向壓力設(shè)計(jì)值;
- 無關(guān)因素:截面高度、平面梁板布置(內(nèi)力影響考慮在軸力影響范疇);
上述因素與大家的結(jié)構(gòu)認(rèn)知體系一致嗎?是否存在一些想去驗(yàn)證而沒有行動(dòng)疑問呢?為確認(rèn)內(nèi)中的各種疑問,筆者將通過不同情況的結(jié)構(gòu)方案對(duì)比及數(shù)據(jù)分析引導(dǎo)大家進(jìn)一步認(rèn)識(shí)這個(gè)“熟悉而陌生的”受剪承載力。
Part.2、與層高無關(guān)?
“層間受剪承載力”真的與層高無關(guān)嗎?大家的直覺判斷認(rèn)為是有關(guān)還是無關(guān)呢?
對(duì)比方案(均為8層,各方案平面布置、荷載、參數(shù)均完全相同):
- 層高3.0m;
- 層高4.5m;
- 層高6.0m;
△ 結(jié)構(gòu)平面布置
△ “層高3.0m”計(jì)算數(shù)據(jù)
△ “層高4.5m”計(jì)算數(shù)據(jù)
△ “層高6.0m”計(jì)算數(shù)據(jù)
分析數(shù)據(jù):
△ 關(guān)鍵數(shù)據(jù)匯總(5層Y向?yàn)槔?/span>
數(shù)據(jù)情況:
- 初步結(jié)論:受剪承載力與層高無絕對(duì)相關(guān)(不考慮剪跨比變化導(dǎo)致的影響);
- 偏差情況:層間受剪承載力X向差異很小,Y向不同樓層、不同層高有一定差異;
偏差推測:
- 層高不同影響軸力N,底層N大,故整體趨勢為“下層>上層”(本文非研究性文章,不對(duì)此推測進(jìn)行深入研究);
- “層高6m方案”Y向1~4層受剪承載力整體趨向增大,4~7層整體趨向減小,推測此情況與樓層剪跨比的差異有很大關(guān)系。
Part.3、與剪跨比有關(guān)!
為進(jìn)一步驗(yàn)證上一節(jié)的初步結(jié)論,本節(jié)對(duì)上節(jié)“偏差推測”2)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的剪跨比關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證,取“層高6.0m方案”中下圖所示矩形框內(nèi)的Y向墻肢剪跨比數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
△ “層高6.0m”所要分析的墻肢平面示意
分析數(shù)據(jù):
△ 關(guān)鍵數(shù)據(jù)匯總
數(shù)據(jù)情況:
- 初步結(jié)論:結(jié)構(gòu)布置相同的情況下,剪跨比越大受剪承載力越?。ǜ鲗虞S力偏差變化不大,軸力影響不深入研究);
- 偏差情況:受剪承載力與剪跨比的反向變化趨勢基本一致,無明顯偏差。
Part.4、如果軸力完全相同,受剪承載力真的是1.0嗎?
前面的簡單分析基本已經(jīng)驗(yàn)證了受剪承載力的核心影響因素是軸壓力和剪跨比,那么如果軸壓力和剪跨比完全相同,受剪承載力會(huì)是0嗎?
以下舉一個(gè)極端的例子,計(jì)算模型中將混凝土容重、樓面荷載等均設(shè)置為0,各層軸壓力均為0,理論上各層受剪承載力計(jì)算結(jié)果應(yīng)該全部為1.0。
△ 各層剪跨比(各層均相同)
△ 受剪承載力計(jì)算結(jié)果
數(shù)據(jù)情況:
- 結(jié)論:當(dāng)荷載為0,軸力、剪跨比計(jì)算結(jié)果完全相同時(shí),各層受剪承載力也完全相同;
- 偏差情況:無偏差。
Part.5受剪承載力會(huì)受到結(jié)構(gòu)布置合理性及受力復(fù)雜性影響嗎?
如果各層結(jié)構(gòu)布置不同,結(jié)構(gòu)布置非常不合理的情況下,受剪承載力會(huì)受到整體結(jié)構(gòu)不合理的影響嗎?
對(duì)比方案:
- 層高4.5m,1~8層結(jié)構(gòu)布置均與前面對(duì)比方案條件相同;
- 層高4.5m,1~4層取消一跨,4~8層與前面結(jié)構(gòu)布置條件相同;
△ 1~4層結(jié)構(gòu)布置
△ 受剪承載力計(jì)算結(jié)果
數(shù)據(jù)情況:
- 非突變樓層,受剪承載力趨勢基本一致;
- 5層處突變懸挑導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)布置、受力非常不合理,超限、超筋嚴(yán)重,但受剪承載力并不受結(jié)構(gòu)整體受力、結(jié)構(gòu)布置不合理的影響。
Part.6、如果豎向構(gòu)件之間沒有樓面連系,對(duì)軟件計(jì)算的層間受剪承載力會(huì)有什么影響?
為進(jìn)一步加深對(duì)受剪承載力的理解,本文再增加一種不合理結(jié)構(gòu)布置的方案數(shù)據(jù)。
對(duì)比方案:
- 層高4.5m;各層結(jié)構(gòu)布置均與前面條件相同;
- 層高4.5m,所有層均取消樓面梁、板,剪力墻之間無拉結(jié),無樓面荷載;
△ 圖11 結(jié)構(gòu)平面布置
△ 層高4.5m,不設(shè)梁板計(jì)算數(shù)據(jù)
△ 層高4.5m計(jì)算數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)情況:
- 不設(shè)梁板、沒有樓面荷載,整體趨勢受剪承載力更??;
- 剪跨比情況如何?此處因篇幅原因不再展示數(shù)據(jù),留給感興趣的朋友自行驗(yàn)證。
Part.7、要點(diǎn)總結(jié)
每個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師對(duì)層間受剪承載力都非常熟悉,但大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師對(duì)其理解都停留在感性層面,現(xiàn)對(duì)上述驗(yàn)證的受剪承載力進(jìn)行不同層面的個(gè)人要點(diǎn)總結(jié)(以個(gè)人理解及需求為出發(fā)點(diǎn)總結(jié),僅供參考):
- 受剪承載力與豎向構(gòu)件軸向壓力、剪跨比絕對(duì)相關(guān);
- 與結(jié)構(gòu)布置的合理性、受力復(fù)雜性無關(guān);
- 與豎向構(gòu)件的高度無絕對(duì)相關(guān);
- 與樓面梁的拉結(jié)情況無絕對(duì)相關(guān);
- 與力的大小無絕對(duì)相關(guān);
- 躍層建模時(shí),若躍層樓層相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)層因個(gè)人設(shè)計(jì)考慮等因素少輸入部分豎向構(gòu)件,受剪承載力將會(huì)失真,此時(shí)處理方式應(yīng)更加嚴(yán)謹(jǐn)。