抗侧力构件弹性位移如何计算_说一说现在很火的装配式建筑怎么计算?
裝配整體式剪力墻結構體系,其主要預制構件包括承重墻(預制剪力墻)、非承重墻(外填充墻、內隔墻等)、預制樓梯(預制樓梯梯段,端部伸出連接鋼筋,伸入疊合平臺板,通過疊合現澆形成整體樓梯)、預制陽臺板(根據建筑要求,整體預制各種樣式的陽臺板,板邊緣伸出連接鋼筋,伸入疊合樓板,通過疊合現澆實現陽臺板與主體結構的可靠連接)、疊合樓板(預制薄板,既是樓板的一部分,又可作為施工階段疊合樓板的底模,設置桁架鋼筋,增強薄板的剛度和強度,鋼筋桁架節點又可兼做吊點),如圖所示。
裝配整體式剪力墻結構的組成
對于高層住宅建筑而言,預制裝配整體式剪力墻結構具有良好的實用性。首先,這種建造方式現場施工少,受高層建筑施工中垂直運輸的不便影響小,其次,這種結構建筑速度快,由于它是經過預制或者半預制而成的,因此在建造過程中速度很快,滿足了建筑產業化、現代化的趨勢。裝配整體式剪力墻結構不僅施工效率高,而且現場污染少,構件質量穩定,更容易實現機械化施工。
裝配整體式剪力墻結構的設計主要包括以下幾個方面:
1、概念設計
對于預制建筑的概念設計應該得到充分重視。由于其直接影響建筑的整體效益和質量,因此應在概念設計時充分了解項目的定位,產業政策定位及外部條件。
(1)注重建筑設計方案的概念設計,控制建筑的高寬比。比現澆結構的控制稍嚴。
(2)根據現場土質情況,采取合理適宜的地基方案,加強地下室結構的剛度和整體性,適當提高基礎結構的整體性和剛度,盡量避免結構產生不均勻沉降。
(3)重視無側支墻體的穩定性驗算及加強相應的技術措施。
(4)因結構底部加強部位屬于結構抗震設計的重要部位,為提高裝配整體式剪力墻結構的整體抗震性能,底部加強區一般采用全現澆結構。
(5)嚴格控制剪力墻肢的軸壓比和剪壓比,避免墻肢出現拉應力,加強屋面結構的整體性,屋面宜采用現澆混凝土梁板。
2、結構計算
裝配整體式剪力墻結構的計算分析方法與現澆剪力墻結構相同,墻采用墻元模擬,預制墻板之間采用整體式拼縫,預制墻板和拼縫作為同一墻肢建模。梁采用疊合梁,板采用疊合板,結構內力與位移計算考慮疊合板對梁剛度的增大作用,中梁剛度增大系數和邊梁剛度增大系數可以按實際情況確定,比現澆結構略小。
3、預制墻板設計
預制墻板在工廠生產其強度可靠度不低于現澆剪力墻結構,所以預制墻板四周連接面的形態與現澆拼縫的質量直接決定整體結構的抗震性能。在設計中,預制墻板水平接合面采用粗糙面,豎向接合面做成鍵槽,鍵槽長度方向垂直于主剪力方向。
4、墻板間的連接設計
預制墻板間的連接設計是裝配整體式剪力墻結構設計的重要內容,包括預制墻板水平縫連接與豎向縫連接。預制墻板間鋼筋的連接方式主要有三種:一是套筒灌漿連接;二是約束漿錨搭接連接;三是波紋管漿錨搭接連接。第一種是鋼筋直接連接,第二、三種是鋼筋間接連接。
由于存在后澆拼縫,使結構整體剛度有所削弱,在地震作用和風荷載作用下的實際位移略大于現澆結構。若預制墻板間采取可靠的連接方式后,可具備等同現澆剪力墻結構的受力性能和承載力。
5、疊合梁、疊合板設計
預制墻板洞口上方的預制連梁應與水平現澆帶形成疊合連梁。預制連梁的箍筋應伸出其上表面,水平現澆帶的縱筋應穿在箍筋內。如預制墻板為倒L形,預制連梁一端宜設置現澆邊緣構件,連梁縱筋應錨固在現澆邊緣構件內,連梁端部應做成粗糙面或者設置鍵槽。
疊合板按同厚度的現澆板進行計算。疊合板跨度較大時,樓板內力和撓度應考慮預制板拼縫的影響進行調整,并根據計算結果設置抗剪鋼筋,樓板采用鋼筋桁架板。基本規定
1、結構布置
《裝配式混凝土結構建筑技術標準》(GB/T 51231)規定裝配式剪力墻結構的布置應滿足下列要求:
(1)應沿兩個方向布置剪力墻;
(2) 剪力墻的平面布置宜簡單、規則,自下而上宜連續布置,避免層間側向剛度突變;
(3) 剪力墻門窗洞口宜上下對齊、成列布置,形成明確的墻肢和連梁;抗震等級為一、二、三級的剪力墻底部加強部位不應采用錯洞墻,結構全高均不應采用疊合錯洞墻。
根據《裝配式混凝土結構技術規程》(JGJ1),抗震設計時,高層裝配式剪力墻結構不應全部采用短肢剪力墻;抗震設防烈度為8度時,不宜采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構。當采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構時,應符合下列規定:
(1)在規定的水平地震作用下,短肢剪力墻承擔的力矩不宜大于結構底部總地震傾覆力矩的50%;
(2)房屋適用高度應比第2章表2.3中規定的裝配整體式剪力墻結構的最大適用高度適當降低,抗震設防烈度為7度和8度時,宜分別降低20m。
2、結構整體分析
裝配整體式剪力墻結構可采用與現澆剪力墻結構相同的方法進行計算分析,應符合國家現行標準《混凝土結構設計規范》(GB 50010)、《建筑抗震設計規范》(GB 50011)、《裝配式混凝土結構技術規程》(JGJ1)、《裝配式混凝土結構建筑技術標準》(GB/T 51231)和《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3)的有關規定。
《裝配式混凝土結構技術規程》(JGJ1)規定:對同一層內既有現澆墻肢也有預制墻肢的裝配整體式剪力墻結構,現澆墻肢水平地震作用下的彎矩、剪力宜乘以不小于1.1的增大系數。此項規定是考慮預制剪力墻的接縫會造成墻肢抗側剛度的削弱,所有對彈性計算的內力進行調整,適當放大現澆墻肢在水平地震作用下的剪力和彎矩。
3、連接要求
預制裝配整體式剪力墻結構的連接應符合下列要求:
(1)預制裝配整體式剪力墻結構各構件間的連接應能保證結構的整體性。
(2)預制裝配整體式剪力墻結構各構件間的連接破壞不應先于構件破壞。
(3)預制裝配整體式剪力墻結構各構件間的連接的破壞形式不能出現鋼筋錨固破壞等脆性破壞形式。
(4)預制裝配整體式剪力墻結構各構件間的連接構造應符合整體結構的受力模式及傳力途徑。
結構設計計算
1、截面驗算
預制裝配整體式剪力墻結構應進行構件截面承載力計算,包括正截面、斜截面、扭曲截面、受沖切、局部承壓等承載力計算,具體計算應按國家現行標準《混凝土結構設計規范》(GB50010)的規定執行。
預制裝配整體式剪力墻結構應進行構件截面抗震驗算,具體計算應按現行國家標準《建筑抗震設計規范》(GB50011)的規定執行。
2、正常使用極限狀態驗算
預制裝配整體式剪力墻結構應進行使用階段下的裂縫控制驗算,裂縫寬度計算及限值應按現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010)的規定執行和確定。
預制裝配整體式剪力墻結構應進行撓度驗算。撓度驗算可按現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010)的規定執行,結構撓度驗算應考慮荷載長期作用的影響,取構件長期剛度進行計算。撓度限值可按現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010)的規定確定。
3、施工階段承驗算
施工階段承載能力驗算應按下列規定進行:
(1)預制裝配整體式剪力墻結構的預制構件應對脫模、起吊、運輸和安裝等工況進行承載能力極限狀態計算,包括構件截面承載力計算以及必要的抗傾覆和穩定驗算。
(2)預制裝配整體式剪力墻結構預制構件在脫模、起吊、運輸和安裝等工況應選取相應的荷載設計值,選用合理的計算簡圖進行計算,應將構件自重乘以脫模吸附系數或動力系數。其中,脫模吸附系數可取 1.5,構件自重的動力系數取 1.2,脫模吸附力應根據構件和模具的實際狀況取用,且不宜小于1.5kN/m2。
施工階段抗裂及變形驗算應按下列規定進行:
(1)預制裝配整體式剪力墻結構預制構件應進行正截面抗裂驗算。正截面抗裂驗算應按現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010)的規定進行,并按一般要求不出現裂縫的構件驗算。
(2)預制裝配整體式剪力墻結構預制構件應進行撓度驗算,撓度驗算應按現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010)的規定執行。預制構件撓度驗算可不考慮荷載長期作用的影響,取構件短期剛度進行驗算。構件撓度限值可按現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010)的規定執行,并按使用上對撓度有較高要求的構件進行取值。
(3)預制裝配整體式剪力墻結構預制構件應按施工階段實際的受力情況、邊界條件,選取合理的計算簡圖以及荷載組合進行正截面抗裂以及撓度驗算。安裝階段應考慮臨時支撐的有利作用。
4、整體穩定性驗算
高度大于24m和10層以上,或高寬比較大的預制裝配整體式剪力墻結構應進行結構整體穩定性驗算,具體計算應按現行國家標準《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3)的規定執行,即應滿足下式要求:
其中:
EJd — 結構一個主軸方向的彈性等效側向剛度,可按倒三角分布荷載作用下結構頂點位移相等的原則,將結構的側向剛度折算為豎向懸臂受彎構件的等效側向剛度;
H — 房屋高度;
Gi — 第i樓層重力荷載設計值,取1.2倍的永久荷載標準值與1.4倍的樓面可變荷載標準值的組合值。
5、抗傾覆驗算
預制裝配整體式剪力墻結構應進行整體結構抗傾覆驗算。抗傾覆驗算應滿足下列計算公式要求:
M≤[M]/K
其中:
M —— 傾覆力矩,由風荷載或地震作用的基礎頂面處的最大傾覆力矩,應考慮兩者的不利合;
[M] —— 抗傾覆力矩,由豎向荷載對房屋基礎邊緣取矩所得的總力矩,樓層活荷載50%,恒荷載取100%;
K —— 抗傾覆安全系數,當建筑高寬比大于 4 時,取 3.0;當建筑高寬比小于 4 時,取 2.3。
6、變形驗算
預制裝配整體式剪力墻結構應進行多遇地震作用下的抗震變形驗算。結構彈性層間位移應符合下式要求:
Due £[qe]h
其中:
Due —— 多遇地震標準值產生的樓層內最大的彈性層間位移,應計入扭轉變形,各作用分項系數均取 1.0,構件截面剛度可采用彈性剛度;
[qe] —— 彈性層間位移角限值,對預制裝配整體式剪力墻結構,取為1/1000;
h —— 計算樓層層高。
預制裝配整體式剪力墻結構應進行罕遇地震作用下的結構薄弱層(部位)彈塑性變形驗算,具體計算應按現行國家標準《建筑抗震設計規范》 GB50011的規定進行。結構薄弱層(部位)彈塑性層間位移應符合下式要求:
Du p £[qp]h
其中:
Du p —— 彈塑性層間位移;
[qp] —— 彈塑性層間位移角限值,對預制裝配整體式剪力墻結構,取為1/120;
h —— 計算樓層層高。
7、水平接縫驗算
預制裝配剪力墻水平接縫處的受剪承載力設計值應按下式計算:
其中:
Vue -水平接縫受剪承載力設計值;
fy- 垂直穿過水平結合面的鋼筋或螺桿抗拉強度設計值;
Asd -垂直穿過水平結合面的抗剪鋼筋或螺桿面積;
N- 與剪力設計值V相應的垂直于水平結合面的軸向力設計值,壓力時取正,拉力時取負;當大于時,取;此處為混凝土的軸心抗壓強度設計值,為剪力墻厚度,為剪力墻截面有效高度。
例:
剪力墻截面尺寸
選取一實際工程中的裝配剪力墻,墻體構件施工圖詳圖4.84。鋼筋采用HRB400,fy=360N/mm2;剪力墻結合面的抗剪鋼筋為11根16,鋼筋面積As=2211.7mm2由計算結構查得剪力墻軸向力設計值為N=4577.2kN,與之相應的剪力墻底部剪力設計值為V=347.5kN。
根據《裝配式混凝土結構技術規程》(JGJ1-2014)中第8.3.7條,剪力墻水平接縫的受剪承載力設計值:
=0.6×360×2211.7/103+0.8×4577.2=4139.5kN≥347.5kN
滿足要求。
總結
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