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在建筑工程结构设计中, 概念设计与结构措施至关重要。下面针对几个常遇的概念应用问题进行具体分析:
1.抗震设计中梁柱
正确的抗震设计理念应该是,梁中塑性铰先出、多出,增大耗能, 尽量减少或推迟柱中塑性铰的出现, 特别是要避免在同一层各柱的两端都出现塑性铰,即避免软弱层, 导致楼层可能倒塌。
柱通常都承受较大轴力, 在高轴压下, 钢筋混凝土柱很难具有高延性能。而梁是受弯构件, 比较容易实现高延性系数要求。柱是主要承重构件, 出现较大的塑性变形后难于修复, 柱子破坏可能引起整个结构倒塌。
为了使抗震结构能维持承载能力而又具有较大的塑性变形能力, 设计时应遵循“强剪弱弯、强柱弱梁”,保证主要耗能部位具有延性的设计原则。
设计中通过控制受压区高度、最小配筋率、梁上部和下部纵筋的比例关系以及梁端箍筋配置要求来保证梁端塑性铰区有足够的转动能力; 通过各种内力调整系数来保证“强剪弱弯、强柱弱梁“ , 具体涵义是调整梁端负筋、箍筋、梁底纵筋与柱纵筋、箍筋的相对比例关系, 使结构在地震作用下梁端塑性铰较普遍、较早出现, 柱端塑性铰较少、较晚出现。
通过塑性耗能,避免在较强地震作用下的结构严重损伤和更强地震作用下发生危及人身安全的局部或整体失效。这就是为什么《建筑抗震设计规范》将梁端负筋、箍筋、梁底纵筋与柱纵筋、箍筋之间的合理比例关系。
实际工程中, 框架结构角柱尽管所受轴力较小, 轴压比较小, 但其在抗扭过程中作用却很大, 若角柱先坏, 整个结构的扭转刚度或强度下降, 中柱必定依次破坏, 同时, 在水平力的作用下, 角柱轴力的变化幅度也会很大, 这样势必要求角柱有较大的变形能力。
由于角柱的上述作用,设计时在承载力和变形能力上都应有较多考虑, 如加大配箍, 采用密排箍筋柱、钢管混凝土柱。遵循“强剪弱弯、强柱弱梁” ,保证结构整体稳定至关重要。
2.受弯剪扭作用的梁
在工程设计中采用水平曲梁的结构较多, 在竖向荷载作用下, 水平曲梁处于弯剪扭受力状态, 内力计算较为复杂, 为了方便设计应用, 下面分别提出水平曲梁的内力计算要点及有关配筋构造。
所有的水平曲梁的两端均为固定支座, 沿轴线各截面都相同。其梁内力有弯矩、扭矩和剪力三种。在对称的竖向荷载作用下, 最大弯矩发生在跨度中点; 最大负弯矩和最大剪力都在支座处; 最大扭矩对圆弧梁发生在梁的反弯点; 对水平曲梁最大扭矩沿杆长不变。
从配筋上讲, 受扭所需的箍筋应做成封闭式, 且应沿截面周边布置; 当采用复合箍筋时, 位于截面内部的箍筋不应计入受扭所需的箍筋面积。
在弯剪扭构件中, 配置在截面弯曲受拉边的纵向受力钢筋,其截面面积不应小于按受弯构件受拉钢筋最小配筋率计算所得的钢筋截面面积与按受扭纵向钢筋最小配筋率计算并分配到弯曲受拉边的钢筋截面面积之和。
3.对图集、手册和程序结果的合理使用是结构设计的又一重要环节
图集、手册和程序计算全部来自于编者对规范的理解和总结, 不可对软件结构过分依赖。图集、手册的使用节约了设计者的精力, 方便了施工, 也是监理、建设监管部门控制审查的依据。各种图集和手册大部分来自规范和经验总结, 可能是比较好的解决方法, 但并不是唯一的。
概念设计与结构措施之所以重要, 还在于在方案设计阶段,初步设计阶段是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念, 根据各工程的不同条件选择结构安全、功能实用、造价低廉的结构方案。
(作者单位:大连北方建筑设计研究院有限公司)
1.抗震设计中梁柱
正确的抗震设计理念应该是,梁中塑性铰先出、多出,增大耗能, 尽量减少或推迟柱中塑性铰的出现, 特别是要避免在同一层各柱的两端都出现塑性铰,即避免软弱层, 导致楼层可能倒塌。
柱通常都承受较大轴力, 在高轴压下, 钢筋混凝土柱很难具有高延性能。而梁是受弯构件, 比较容易实现高延性系数要求。柱是主要承重构件, 出现较大的塑性变形后难于修复, 柱子破坏可能引起整个结构倒塌。
为了使抗震结构能维持承载能力而又具有较大的塑性变形能力, 设计时应遵循“强剪弱弯、强柱弱梁”,保证主要耗能部位具有延性的设计原则。
设计中通过控制受压区高度、最小配筋率、梁上部和下部纵筋的比例关系以及梁端箍筋配置要求来保证梁端塑性铰区有足够的转动能力; 通过各种内力调整系数来保证“强剪弱弯、强柱弱梁“ , 具体涵义是调整梁端负筋、箍筋、梁底纵筋与柱纵筋、箍筋的相对比例关系, 使结构在地震作用下梁端塑性铰较普遍、较早出现, 柱端塑性铰较少、较晚出现。
通过塑性耗能,避免在较强地震作用下的结构严重损伤和更强地震作用下发生危及人身安全的局部或整体失效。这就是为什么《建筑抗震设计规范》将梁端负筋、箍筋、梁底纵筋与柱纵筋、箍筋之间的合理比例关系。
实际工程中, 框架结构角柱尽管所受轴力较小, 轴压比较小, 但其在抗扭过程中作用却很大, 若角柱先坏, 整个结构的扭转刚度或强度下降, 中柱必定依次破坏, 同时, 在水平力的作用下, 角柱轴力的变化幅度也会很大, 这样势必要求角柱有较大的变形能力。
由于角柱的上述作用,设计时在承载力和变形能力上都应有较多考虑, 如加大配箍, 采用密排箍筋柱、钢管混凝土柱。遵循“强剪弱弯、强柱弱梁” ,保证结构整体稳定至关重要。
2.受弯剪扭作用的梁
在工程设计中采用水平曲梁的结构较多, 在竖向荷载作用下, 水平曲梁处于弯剪扭受力状态, 内力计算较为复杂, 为了方便设计应用, 下面分别提出水平曲梁的内力计算要点及有关配筋构造。
所有的水平曲梁的两端均为固定支座, 沿轴线各截面都相同。其梁内力有弯矩、扭矩和剪力三种。在对称的竖向荷载作用下, 最大弯矩发生在跨度中点; 最大负弯矩和最大剪力都在支座处; 最大扭矩对圆弧梁发生在梁的反弯点; 对水平曲梁最大扭矩沿杆长不变。
从配筋上讲, 受扭所需的箍筋应做成封闭式, 且应沿截面周边布置; 当采用复合箍筋时, 位于截面内部的箍筋不应计入受扭所需的箍筋面积。
在弯剪扭构件中, 配置在截面弯曲受拉边的纵向受力钢筋,其截面面积不应小于按受弯构件受拉钢筋最小配筋率计算所得的钢筋截面面积与按受扭纵向钢筋最小配筋率计算并分配到弯曲受拉边的钢筋截面面积之和。
3.对图集、手册和程序结果的合理使用是结构设计的又一重要环节
图集、手册和程序计算全部来自于编者对规范的理解和总结, 不可对软件结构过分依赖。图集、手册的使用节约了设计者的精力, 方便了施工, 也是监理、建设监管部门控制审查的依据。各种图集和手册大部分来自规范和经验总结, 可能是比较好的解决方法, 但并不是唯一的。
概念设计与结构措施之所以重要, 还在于在方案设计阶段,初步设计阶段是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念, 根据各工程的不同条件选择结构安全、功能实用、造价低廉的结构方案。
(作者单位:大连北方建筑设计研究院有限公司)