结构设计嵌固端如何确定?

作者:yobo体育全站app发布时间:2021-12-21 09:59

本文摘要:前 言修建结构在举行结构分析盘算之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置,而嵌固端的选取根据《高层修建混凝土结构技术规程》JGJ3-2010(以下简称“高规”)和《修建抗震设计规范》GB5011-2010(以下简称“抗规”)都要满足一定的条件,好比在地下室顶板嵌固需要满足相关规模内地下一层构件剪切刚度与上层构件剪切刚度比大于2,同时地下室顶板还需满足一定的结构要求,如果地下室顶板达不到嵌固条件,嵌固端下移,下移之后的嵌固端位置一般为地下室底板。

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前 言修建结构在举行结构分析盘算之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置,而嵌固端的选取根据《高层修建混凝土结构技术规程》JGJ3-2010(以下简称“高规”)和《修建抗震设计规范》GB5011-2010(以下简称“抗规”)都要满足一定的条件,好比在地下室顶板嵌固需要满足相关规模内地下一层构件剪切刚度与上层构件剪切刚度比大于2,同时地下室顶板还需满足一定的结构要求,如果地下室顶板达不到嵌固条件,嵌固端下移,下移之后的嵌固端位置一般为地下室底板。实际工程中也由于种种特殊的情况,好比错层、夹层、坡地修建、大底盘多塔结构等导致嵌固部位不太好确定,固然嵌固部位简直定也与是否有地下室、地下室层数的几多及基础形式都均有关系。差别的嵌固端位置会影响结构梁柱构件内力的调整、底部增强区的高度、梁柱构件配筋放大的处置惩罚等,对于经济性会发生一定的影响。

本文联合规范嵌固端相关要求,对当前设计中存在的一些问题进一步分析,加深设计师对于结构嵌固相关问题的明白及对提高设计师对实际工程问题的处置惩罚能力。对规范嵌固端的明白嵌固端包罗两个条理的寄义:1)盘算嵌固端(盘算模型的嵌固端或力学嵌固端,可明白为刚度嵌固端,简朴明白被牢固的位置);2)设计嵌固端(预期塑性铰泛起的部位或者强度嵌固端)。实际结构设计中,若不存在地下室,结构的嵌固端就是结构最底部,该部位是属于盘算嵌固端,构件最底部不发生任何的平动和转动变形;若存在地下室,结构的盘算嵌固端应该属于地下室的底板,但从规范精神出发,由于地下室土体约束作用的不确定性及线性地震加速度反映谱曲线属于地面反映谱等原因,为了在盘算中获得明确的盘算模型,规范认为地下室顶板结构满足一定的条件、地下一层相关规模构件剪切刚度与地上一层剪切刚度比大于2时,上部结构剪力可以可靠通报给地下室,地下室由于刚度大,且有土体约束,将发生较小的变形,仍应将地下室顶板作为上部结构设计的嵌固端,此时的嵌固端可以明白为设计嵌固端,该位置也是在结构设计中预期泛起塑性铰的部位。

不带地下室的结构,地震作用下结构塑性铰一般泛起在结构最底部;对于带地下室的结构,由于地下室土体的约束作用,导致地下室顶板下层发生刚度突变,地震作用下可能使高层修建的塑性铰由基础顶部转移到地下室顶板部以上。震害讲明,在地震作用下,一般塑性铰泛起在结构正负0处,但塑性铰也有向地下一层延伸的情况,基本未发现地下室底板泛起塑性铰的情况。规范中为满足地下室顶板嵌固,保证塑性铰越发可靠的泛起在地下室顶板以上部位,且保证塑性铰不要下移,对地下室结构的刚度和承载力提出了适当的增强措施,通过这样的调整,迫使塑性铰在预期的部位泛起。

规范中的嵌固端,涉及到结构设计中的强度、刚度及延性,其重点是获得较为准确的盘算模型及保证抗震作用下的延性。通过确定嵌固端,获得清晰准确的盘算模型,举行内力分析、配筋设计及规范指标判断。

嵌固端位置简直定1.不带地下室结构嵌固端位置简直定根据上述分析,对不带地下室的结构,结构嵌固端位置是结构最底部,在举行内力分析与配筋设计时,结构最底部既是力学意义的嵌固端也是设计意义的嵌固端,底部节点既不发生平动也不发生转动变形。2.带地下室结构嵌固端位置简直定对于带地下室的结构,根据规范要求,应将上部结构与地下室“相关部位”(地上结构外扩不凌驾三跨的地下室规模)构件一起举行整体分析,根据高规附录E.0.1举行剪切刚度比的盘算,如果地下一层“相关部位”构件剪切刚度与上层剪切刚度比大于2,地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端。如果地下一层“相关部位”构件剪切刚度与上层剪切刚度比不大于2时,地下室顶板无法作为上部结构嵌固部位,嵌固端下移,移动的嵌固端位置应该为地下室底板,此时规范设计嵌固端也就是盘算嵌固端,不应将中间某层设置为嵌固端所在的楼层。

是否能在地下室中间某楼层嵌固,规范并没有给出相关的盘算条件,不能直接根据下层比上层剪切刚度比大于2去判断嵌固,还需要思量下层为地下室这一容易被设计师所忽略的隐含重要信息,正如上部结构盘算中不能认为某一层与上层刚度比大于2,就将该层位置作为嵌固一个原理。规范没有讲明在地下室中间楼层位置嵌固的条件,不能盲目扩大剪切刚度2倍的使用规模。

因此,如果地下室顶板不能作为上部结构的嵌固端时,应将嵌固端移至结构的最底部,即地下室底板。顶板嵌固相关问题1.上部结构的配筋及指标控制由于土体约束的不确定性,应只管通过调整结构部署,满足地下室顶板嵌固的剪切刚度比要求,保证地下室顶板作为上部结构的嵌固端。当地下室顶板为上部结构的嵌固部位时,应按取消掉地下室举行上部结构的内力分析、配筋设计及规范相关控制指标的判断。

地下室部门不举行地震作用的分析,上部结构盘算的剪力即基底剪力通过地下室的顶板直接通报给地下室,在地下土体约束作用下,上部地震作用仅仅传给地下一层,不再向下通报。诸如,刚度比、刚重比、剪重比、周期比、位移等到层间位移角指标,也应该是在取消掉地下室的模型上盘算获得的,并与规范限值举行比力。2.地下室地震作用分析根据高规3.9.5条的相关要求,地下室顶板作为上部结构嵌固部位时,规范要求地震作用下结构的屈服部位发生在地上楼层,同时将影响地下一层,地面以下结构的地震响应由于土体作用逐渐减小,划定地下一层抗震品级不降低,地下一层以下不要求盘算地震作用,其抗震结构措施抗震品级逐层降低。

规范认为当地下室顶板嵌固以后,按正负0以上结构盘算的地震剪力,通过满足增强措施的地下室顶板通报给全部地下室,并主要由地下一层构件负担。3.地下室土体约束的思量用于判断地下室顶板是否嵌固的剪切刚度与土体约束无关,但土体约束影响结构整体盘算的刚度及内力,进而影响配筋。

地下室层土体约束巨细规范并没有给出详细值,当前设计一般都根据弹簧方式模拟土体作用,在SATWE软件中可以通过填写界说地下室,并填写“X、Y偏向土层水平抗力系数的比例系数m值”来反映土体的这种约束作用。m值根据《修建桩基技术规范》JGJ94-2008(以下简称“桩基规范”)中表5.7.5的灌注桩对应的地基土类型去确定,m值越大,对应的土体对结构整体的约束作用越强。如果m值填写为负值,好比三层地下室填写m=-3,代表地下两层在X、Y两个水平偏向实现完全的嵌固,地下室不发生水平位移,但土体不会约束转动偏向位移,地下室会发生转动偏向的转角变形。

4.地下室构件配筋的增强措施对地下室顶板嵌固的结构,为保证塑性铰不要泛起在地下室,而泛起在地上楼层,规范要求地下室结构的刚度和承载力做适当增强。地下室顶板满足梁板体系、最小板厚180、混凝土标号大于C30、最小配筋率0.25%等结构要求;地下一层梁、柱、墙等构件抗弯承载力做了提高,要求嵌固端下一层柱构件配筋单侧配筋是上层柱单侧配筋的1.1倍,梁构件支座部位按组合弯矩乘以1.3举行配筋,墙体边缘构件要求原来可设置结构边缘构件的,但要求纵筋面积不小于上层约束边缘构件纵筋面积。

同时地下室构件配筋还要满足盘算要求。顶板不嵌固相关问题1.地下室顶板不嵌固的内力分析与配筋设计抗规6.1.10.3强调了当结构盘算嵌固端位于地下一层的底板或以下时,底部增强部位宜向下延伸到盘算嵌固端。当地下室顶板无法作为上部结构的嵌固端时,规范要求嵌固端下移,此时一般设计师会直接将地下室和上部结构一起建模盘算,根据桩基规范填写X、Y偏向土层水平抗力系数的比例系数m值,完成上部与地下室的配筋。

在配筋设计阶段嵌固端所在的层号对配筋处置惩罚有较大影响。如果是一层地下室,嵌固端填写1与2盘算内力及配筋效果完全一样,导致许多设计师不用为了满足顶板嵌固而加大地下室墙柱构件的截面,直接将嵌固端放在地下室底板。对一层地下室结构,嵌固端位置差别,虽然盘算效果完全一致,但不切合规范精神,应只管通过加大地下室相关规模构件截面尺寸,做到在地下室顶板嵌固。

带多层地下室结构,如果有4层,顶板若不嵌固,设计师会将嵌固端下移到地下一层底板作为嵌固端,此时,地下一层底板能否作为嵌固端,需要凭据剪切刚度比去判断,部门设计师以地下二层剪切刚度与地下一层剪切刚度比是否大于2来判断是否嵌固,也有部门设计师以地下二层与地上一层剪切刚度比是否大于2判断是否嵌固。这样就有“嵌固端所在层号”为地下室中间某层,2或3或4等多种情况,根据规范若顶板不嵌固,应该只有嵌固端所在层号为1这种情况。在SATWE盘算中如果将地下室与上部结构一起盘算,填写嵌固端所在层号为3,内力分析与嵌固端所在层号填写无关,配筋设计时,思量底部增强区下延,约束边缘构件延伸到嵌固端层,相应楼板、梁及柱对应的结构及配筋均做增强处置惩罚,柱单侧配筋1.1放大一直延伸到嵌固端,梁支座弯矩1.3放大不仅放大地下一层位置的,也放大嵌固端所在层号下一层的。固然对于地上结构配筋许多设计师由于掌握禁绝确土约束巨细,而接纳了根据带地下室模型整体盘算与不带地下室模型盘算,对上部配筋包络设计。

2.地下室顶板不嵌固的结构指标控制由于土体约束的不确定性,虽然可以根据桩基规范表5.7.5去填写,但这是一个规模,在举行结构内力分析时,设计师对相同的土体约束情况可能赋予差别的m值,这样会导致盘算模型由于差别的刚度而引起各项指标可能有差异。设计中关注的结构整体指标位移角、基底剪力、刚重比与结构楼层指标层刚度比、位移比、剪重比等这些指标就很难掌握。部门设计师可能认为思量地下室土体约束情况,盘算的各项指标更准确,但由于土体约束的禁绝确,此效果与规范限值控制需要的盘算模型效果是差池等的。

因此,纵然地下室顶板不嵌固,在举行这类结构指标控制的时候,建议还是根据取消掉地下室的模型举行控制。与嵌固端相关细部问题1.底部增强区简直定及软件处置惩罚抗规6.1.10、高规7.1.4及对应条文说明对结构底部增强区简直定综合可归纳综合如下。

如果是地下室顶板嵌固,底部增强区为:max(H/10,顶板算起底部两层,有裙房层数时裙房层数加1,有转换层层数时转换层层数加2);如果是地下室顶板不嵌固,嵌固端下移,底部增强区下延,此时的H始终从地下室顶板算起。软件在处置惩罚规范这条时不完全与规范一致,对于H的取值,如果顶板嵌固,从正负0算起,如果嵌固端下移,H高度随着下延。

同时由于规范要求嵌固端下一层结构边缘构件纵筋大于上层约束边缘构件纵筋,软件对于底部增强区根据上述方式确定以后还下延一层。固然对于底部增强区高度也允许设计师举行任意楼层指定干预,如图1所示。图1 底部增强区人工干预图2.地下室顶板嵌固刚度比的判断及软件处置惩罚地下室顶板是否嵌固时,需判断地下一层“相关规模”内楼层剪切刚度与上层的剪切刚度比,根据抗规6.1.14.2、高规5.3.7及高规附录E.0.1可知,该剪切刚度比仅与层高、竖向构件截面尺寸有关,与土体约束无关。在使用SATWE软件举行该项判断时,需要带地下室模型做整体分析,m值默认即可,因为此值不影响剪切刚度比的盘算。

法式在盘算剪切刚度比的时候接纳的是本层刚度与下一层的刚度比,因此,如果检察地下室顶板能否嵌固,带着地下室盘算,检察正负0 层剪切刚度比RATX与RATY两值是否小于0.5来判断。3.嵌固端抗震品级确定及软件处置惩罚根据抗规6.1.3及高规3.9.5,地下室顶板嵌固以后,地下一层相关规模内抗震品级同上部结构。

地下一层及以下抗震结构措施抗震品级逐层降低,但不应低于四级,地下室超出上部主楼相关规模且无上部结构的部门,其抗震品级可凭据详细情况接纳三级或四级;顶板嵌固以后,地震剪力从上部仅传给地下一层,不再向下通报,实际上是抗震结构措施抗震品级为三级或四级。在SATWE软件中默认地下室构件抗震品级同上部结构的抗震品级,对嵌固端以下抗震结构措施抗震品级可逐层降低,如图2所示。在实际设计中对于地下一层及以下需要手工修改抗震品级及抗震结构措施的抗震品级,如图3所示。

图2 抗震结构措施抗震品级逐层降低选项图图3 抗震品级及抗震结构措施抗震品级修改图4.嵌固端相关结构底部单薄层判断及软件处置惩罚高规3.5.2对底部嵌固层是否是单薄层提出了较高的要求,由于底部嵌固层层间位移角效果较小,规范对其与上一层侧向刚度比做了150%的要求。此处侧向刚度比指的是层剪力与层间位移的比值,如果有土体作用,该比值与土体约束有关。设计中需正确的处置惩罚结构模型,正确举行首层刚度比的盘算,并举行首层是否是单薄层的判断。

SATWE软件中为了正确的去判断首层是否是单薄层,需要取消掉地下室去盘算首层与上层的刚度比。法式对于高规3.5.2的执行仅仅针对结构建模盘算的首层执行刚度比150%的较高要求。

需要注意的是,如果带地下室盘算,法式仅对结构地下室最底部根据150%控制刚度比,对正负0这一层并不会执行规范的这条要求。直接检察3.1.6版本软件输出的首层的RATX2与RATY2,检察这两个值是否大于1.5举行单薄层的判断(注意:2.2及以前版本这个刚度比已经思量1.5的值,直接与1比力即可)。

5.嵌固端相关底层剪力及倾覆力矩盘算及软件处置惩罚高规4.3.12与抗规5.2.5对结构的底部最小剪力均提出了要求,要举行规范这项最小剪重比的判断,需要准确盘算结构底部剪力。抗规和高规中要求通过盘算的框架柱所占的倾覆力矩的比例确定相应的框剪结构的设计方法,倾覆力矩的盘算是指嵌固端所在层即正负0处的盘算效果。SATWE软件为了准确的思量上部结构的剪力及倾覆力矩,在上部结构和地下室一起配合盘算时,思量地下室回填土的刚度孝敬,可是有效质量系数的盘算法式是不思量地下室的,仅仅根据上部结构去统计有效质量系数。

根据满足上部有效质量系数90%下盘算的地下室顶板处的基底剪力举行最小剪重比调整及倾覆力矩的盘算,底层倾覆力矩是嵌固端所在层的倾覆力矩。6.嵌固端相关转换柱的弯矩放大高规10.2.11中要求对于一、二级转换柱的顶上端和下端弯矩组合值分部乘以放大系数1.5,1.3。

设计师需要注意,根据规范体系,转换柱这条的放大需要正确明白嵌固端情况下执行,正确界说转换柱。在SATWE法式中需要正确界说转换柱,法式才可以根据规范要求正确放大其顶部和底部,需要设计师注意的是,如果带地下室盘算,转换柱底部界说到正负0 层即可,不要延伸到地下室,否则规范要求的放大没有正确执行。

如果不带地下室,就应该界说转换柱从正负0到转换柱顶。7.嵌固端相关剪力墙轴压比、边缘构件判断及软件处置惩罚设计师在设计中发现不带地下室盘算的剪力墙轴压比基本切合从底到顶轴压比逐渐减小,可是带地下室以后,导致剪力墙轴压比漫衍与观点判断不太相符,这主要是由于地下室土体约束引起的,土体约束导致地下首层刚度突变,剪力墙分管的恒活荷载也变化,进而引起轴压比在正负0处也会发生突变。对于剪力墙轴压比盘算是接纳重力荷载代表值作用下的轴力,恒活作用下的轴力与结构刚度有关,与土体约束有关。

SATWE软件中,法式仅判断嵌固端所在楼层的剪力墙轴压比是否满足可设置结构边缘构件的条件。如果带地下室盘算,纵然嵌固端以上楼层轴压比大于表7.2.14的限值,嵌固层轴压比小于表7.2.14要求,法式仍然会一律设置结构边缘构件。在软件中参数设置如图4所示。

图4 按抗规6.4.5是否设置结构边缘构件8.嵌固端相关强柱根调整及软件处置惩罚为了提高结构宁静度,高规6.2.2要求对于底层柱弯矩举行放大(强柱根调整),以增强底层柱下端的实际受弯承载力,推迟塑性铰的泛起。此处底层柱弯矩方法系数应该仅仅对结构正负0的底层柱举行放大即可。

SATWE软件对地上一层、嵌固端和地下室底层的柱底弯矩都做了调整。如果建模盘算中地下室到场结构整体分析,岂论地下室顶板是否到达嵌固要求与否,地上一层天然存在一个或强或弱的被嵌固效果。

地震灾害分析陈诉中绝大多数工程的地上一层都属于结构的最单薄部位,少少见到地下室结构发生严重破坏的。为确保工程宁静,软件按此举行控制虽然是守旧的,可是须要的。9.嵌固端相关部位梁、柱、墙配筋放大及软件处置惩罚根据抗规6.1.14及高规12.2.1可知,对于地下室顶板作为上部结构嵌固端时,嵌固端下层的梁端实配抗震受弯承载力大于地上柱下端实配抗震受弯承载力的1.3倍;柱嵌固端下层柱单侧配筋不小于地上一层柱的1.1倍;墙嵌固端下层边缘构件纵筋面积不小于地下一层对应墙肢边缘构件的纵筋面积。SATWE软件对地下一层即嵌固端下一层柱构件配筋单侧配筋取上层柱单侧配筋的1.1倍与自身盘算的大值,柱上下截面形式纷歧致时,法式不会自动做这个1.1放大。

地下一层梁支座部位法式按组合后的弯矩乘以1.3举行配筋,未完全根据规范要求举行处置惩罚,同时这个放大也是有条件的,需要梁的两头均有竖向构件相连,而且梁端上部也需要有柱,同时还要满足地震作用组合,同时满足这三个条件,才执行端部1.3放大。地下一层墙体边缘构件要求原来可设置结构边缘构件的,但法式判断该层为底部增强区,认为属于约束边缘构件,在满足自身盘算配筋的同时,取纵筋面积不小于上层约束边缘构件纵筋面积,两者取大。

如果嵌固端不在地下室顶板,则嵌固端下移,如果嵌固端移到结构最底部,好比有四层地下室,则地下四层柱配筋均取地上一层柱单侧配筋1.1倍与盘算的大值。对于梁端配筋,不仅地下室顶板梁支座部位按组合后的弯矩乘以1.3举行配筋,嵌固端所在层梁端支座也根据组合弯矩乘以1.3举行配筋。由于嵌固端下延,地下室均设置约束边缘构件,且配筋均取首层约束边缘构件配筋与自身盘算配筋的大值。

放大处置惩罚的理由是,与柱底设计内力的放大原则设计理念相同,一句话归纳综合为:“地下室顶板处总是根据嵌固端设计”。竣事语高层修建结构设计中,由于土体的不确定性,联合规范要求,分析了关于内力、配筋及指标等各方面的问题,建议结构的嵌固端只管设置在地下室顶板,如果无法在顶板满足下层与上层剪切刚度比不大于2,嵌固端下移至地下室底板。对于土体的约束如果输入m值,法式可以根据输入的值,体现土对结构的约束作用。

实际设计中,无论选择地下室顶板还是结构最部位作为结构嵌固端,法式都通过相应的措施对梁、柱、墙及板配筋做了有针对性的增强,确保塑性铰尽可能泛起在结构正负0,制止塑性铰向下延伸。本文同时联合设计师常用的SATWE设计软件对于嵌固端相关问题的处置惩罚及明白举行了详细的分析,供设计师在设计中参考。


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