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現行建筑設計規范大全:耦合梁型

發布日期:2019-01-19|變形縫生產廠家小編
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  實用鋼筋混凝土建筑設計

  現行建筑設計規范大全鋼筋混凝土(RC)剪力墻通常是鋼筋混凝土建筑的主要抗側力體系,屋面變形縫相鄰的剪力墻墩通常在樓面與門或走廊上方的耦合梁相連。耦合梁減小了剪力墻墩的受彎矩,為整個建筑物的高度提供了耗能機制,提高了剪力墻體系的效率。

  作為鋼筋混凝土結構中最關鍵的構件之一,在循環荷載作用下,耦合梁應表現出良好的耗能能力,其剛度和強度退化幅度較小。良好的延性滯回性能通常是通過提供復雜的細節來實現的,這就導致了施工的困難。通過改變鋼筋布置方案和探索不同的材料,在尋找延性滯回性能與施工實用性之間尋求平衡時,考慮了各種類型的耦合梁。

  目前,建筑規范和設計行業采用了五種常用的耦合梁:

  常規鋼筋混凝土耦合梁

  對角鋼筋混凝土連梁

  鋼耦合梁

  外包鋼組合梁

  埋入鋼板組合梁

  常規鋼筋混凝土耦合梁

  傳統鋼筋混凝土耦合梁是指用水平鋼筋和緊密間隔的箍筋加固的耦合梁.常規鋼筋混凝土耦合梁的設計和詳細要求與鋼筋混凝土特殊彎矩框架構件相同,并在建筑規范中有很好的規定,如ACI 318(圖1)傳統的鋼筋混凝土耦合梁由于其結構簡單、施工方便等優點,是建筑設計中應用最廣泛的耦合梁形式。在低地震危險區,普通鋼筋混凝土耦合梁的尺寸有時比樓板結構中的連接剪力墻墩還要寬。

  

現行建筑設計規范大全

 

  圖1.典型的傳統混凝土耦合梁。

  然而,傳統的鋼筋混凝土耦合梁在高循環剪應力和滯回響應中存在明顯的釘扎現象,不能保持良好的耗能能力。這種耦合梁的斜剪破壞和滑動剪切破壞是不可避免的,即使有緊密的橫向加固細節。研究表明,普通鋼筋混凝土耦合梁只有在名義總截面剪應力小于3√時才能表現出滿意的性能。F‘c (PSI)以及當梁的性能受撓度控制時,盡管名義上的最大允許剪應力極限為10√。F‘c (PSI)在ACI 318。

  斜向鋼筋混凝土連梁

  20世紀60年代,提出了混凝土連梁的斜截面鋼筋布置方案,有效地阻止了耦合剪力墻墩面板上的耦合梁滑動剪切破壞。圖2)迄今為止,對角鋼筋混凝土耦合梁被認為是最有效的加固細節類型,尤其是當跨度/深度比小于2時,才能提供優良的耗能性能。關于對角線增強耦合梁的既定設計規定和細節,見ACI 318-14第18.10.7節。建筑規范對結構混凝土的要求.

  

屋面變形縫

 

  圖2.典型的全約束對角線鋼筋混凝土耦合梁。

  在對角線鋼筋混凝土耦合梁的設計中,剪力僅由對角線鋼筋抵抗,彎矩由對角“桁架”構件自動提供。標稱最大允許梁剪切應力極限,10√F‘c (PSI),以保證耦合梁的延性和變形性。

  雖然斜配筋耦合梁具有優良的剛度和高延性耗能能力,但仍存在一些施工性問題,限制了其應用:

  對角鋼筋混凝土耦合梁的實際寬度至少為14英寸(16英寸或更好),以適應所有符合最低規范允許間距要求的鋼筋。

  現場安裝對角線鋼筋是困難的,勞動強度大.

  當跨深比大于2時,斜交鋼筋傾斜角變小時,斜配筋的效果明顯降低,而高層建筑中的大多數實際耦合梁尺寸均在此范圍內。

  鋼-鋼復合組合梁

  鋼耦合梁和外包鋼組合梁是可行的替代方案,以避免對角鋼筋混凝土耦合梁固有的施工困難?,F行建筑設計規范大全這兩種連接梁類型的鋼構件都是隱式寬翼緣鋼構件,盡管鋼管也在早期研究中使用。圖3)大量試驗表明,鋼耦合梁和外包鋼組合梁均具有良好的延性和耗能能力,與對角鋼筋混凝土耦合梁的延性和耗能能力相當。Ansi/AISC 341-16,鋼結構建筑抗震規定,屋面變形縫在復合剪力墻系統中采用兩種形式的耦合梁,并對其進行了詳細的設計和規定。

  

Figure 3. Typical encased steel composite coupling beam.

 

  圖3.典型外包鋼組合梁。

  對于這兩種耦合梁,均假定剪力和彎矩都是鋼構件完全抵抗的。由于缺乏數據,目前忽略了具體封存的好處?;炷镣鈿ぬ峁┝溯^高的梁剛度,并作為防火層的封裝鋼梁。

  與鋼筋混凝土連接梁不同,規范規定的混凝土梁的最大允許剪應力極限(例如10√)。F‘c (PSI)在ACI 318中)可用于包覆鋼組合梁。雖然未對鋼構件與鋼筋混凝土圍護結構的相互作用進行研究,但仍需保持鋼梁與耦合梁之間的實際尺寸范圍,以保證鋼-混凝土組合梁的合理組合作用。類似地,對于混凝土圍護開裂控制而言,鋼組合梁的最大允許名義剪應力極限是可取的,而文獻中還沒有這方面的數值。

  鋼連接梁和鋼組合梁的設計中最重要的一項是鋼構件的嵌入。這兩種耦合梁的嵌入長度設計通?;趧傂訫attock-Gaafar嵌入模型,滿足預期的耦合梁-剪力墻連接抗剪強度(Eq)。H4.1和H5.1,載于監委會341-16)。對于延性性能和良好的耗能能力來說,合理地布置耦合梁的清晰跨度和嵌入區域也是非常重要的。

  與對角鋼筋混凝土耦合梁相比,鋼/外包鋼組合梁的施工更加可行,施工進度的干擾可忽略不計,只要承包商熟悉施工過程。而寬翼緣鋼構件往往會干擾剪力墻耦合墩的豎向和約束配筋,特別是在特殊剪力墻體系的邊界單元區。為了適應剪力墻鋼筋的詳細要求和鋼梁嵌入,必須使用更寬或杠鈴形墻墩和特殊的細節??紤]到減小翼緣寬度會增加鋼梁的埋設長度,并可能導致鋼梁組合梁保護區出現缺陷,故不宜采用鋼梁翼緣處理方法。此外,嵌入鋼成員復雜的任何袖子可能橫向通過耦合梁,往往需要灑水。

  埋入鋼板組合梁

  為了緩解鋼構件與剪力墻加固之間的矛盾,設計人員可以考慮采用嵌入鋼板組合梁。如圖所示圖4在典型的埋入式鋼板組合梁中,頭釘焊接在鋼板的兩個垂直面上,對剪力墻豎向鋼筋的擾動較小,但水平/約束鋼筋仍需進行特殊的詳細設計。為了在混凝土部分和鋼板之間提供適當的錨固力和傳遞力,頭釘是必要的。研究表明,鋼板的存在能有效地阻礙混凝土連接梁的斜裂縫發展,防止混凝土耦合梁的脆性破壞,而嵌入鋼板組合耦合梁的延性和變形性能明顯優于普通鋼筋混凝土耦合梁。

  

Figure 4. Typical embedded steel plate composite coupling beam.

 

  圖4.典型嵌入式鋼板組合梁。

  與外包鋼組合梁類似,合理的鋼板埋設設計是保證該類耦合梁延性良好的關鍵。剛性Mattock-Gaafar嵌入模型可以通過假定鋼板和頭柱的均勻承載應力來確定嵌入鋼板的嵌入長度。

  在這種組合梁的承載力設計中,需要同時考慮混凝土和鋼板的貢獻。鋼板用于補充鋼筋混凝土截面的承載力??紤]到鋼筋混凝土部分和鋼板由于相互作用而產生的不同應變分布,SU&Lam(2009)提出了這種耦合梁的統一設計方法。設計原則為:(A)鋼板厚度與組合梁深度之比應控制在0.8~0.95之間,(B)實際跨深比范圍為1.0~4.0,(C)必須設置最小剪力配筋;(D)最小埋設長度取決于耦合梁的跨深比,可變化范圍為梁凈跨的0.35~0.7倍;(E)組合耦合梁的最大名義剪應力上限為1.5√。f銅兆帕(18√)F‘c,鋼板的抗剪力應小于0.45。Vu,這限制了這種耦合梁的使用。

  梁剛度減小

  在現有的基于強度的設計框架下,建筑物的分析和設計主要是基于線彈性結構模型進行的??紤]梁開裂、鋼筋滑移和鋼構件固定點位置的影響,在彈性建筑模型中,根據耦合梁的類型,提出了減小耦合梁剛度的建議:

  傳統鋼筋混凝土耦合梁和對角鋼筋混凝土耦合梁-ACI 318規定了0.35梁剛度折減系數的極限設計,這是一個公認的設計行業實踐。

  鋼連接梁-極限設計的彈性有效抗彎剛度降低到原值的60%,這是由于鋼梁有效固定點(鞍鋼341-16):

  (艾爾)EFF = 0.6EsI鋼

  提出了鋼-鋼組合梁-彈性有效抗彎剛度的極限設計(Motter Et).(Al,2017年):

  (艾爾)EFF = 0.06 • ln/h·EsI反式

  其中ln/h是梁的跨深比I反式是外包鋼組合耦合梁的轉動慣量。但是,當跨深比較小時,該公式會導致剛度值偏小.遵循行業慣例,0.35EcIg可作為此類耦合梁在建筑物分析中的下界。

  迄今為止,還沒有明確提出嵌入鋼板耦合梁有效抗彎剛度的計算公式。試驗表明,嵌入鋼板耦合梁與普通鋼筋混凝土耦合梁剛度差異不顯著(SU&LAM,2009),因此0.35。EcIg是一種合理的降低剛度值的嵌入式鋼板組合梁的極限設計。

  對于鋼耦合梁和外包鋼組合梁,由于鋼構件尺寸在設計前都是未知的,因此需要通過迭代來調整其有效抗彎剛度。

  梁剪力垂直分布

  在高層建筑設計中,工程師經常將控制梁的設計結果應用于多層樓,避免在逐層基礎上進行微小的改動,即根據梁設計剪力隨建筑物高度的變化而對多個相鄰樓層進行“分組”梁設計加固。設計者也可以證明將過應力梁重新分配到上下的低應力梁是合理的,以緩解鋼筋的擁堵。這種做法相當于在分析中對耦合梁采用較小的有效剛度,其允許與否取決于耦合梁的延性和變形能力。

  對于傳統的鋼筋混凝土耦合梁,在高循環剪應力作用下,其變形能力和延性較差,因此不推薦剪力垂直重分布。其他四種耦合梁的延性和變形性較好,但在設計耦合梁的過程中,可以合理地應用耦合梁剛度或剪力垂直分布的下限,以緩解鋼筋擁堵。對于鋼耦合梁和外包鋼組合梁,鞍鋼341-16明確允許剪力垂直分布高達20%。

  摘要

  

Table summary of the five types of coupling beams in RC buildings.

 

  表總結了鋼筋混凝土建筑中的五種耦合梁。

  行業采用的五種耦合梁各有其優點和局限性,如桌子。然而,在建筑設計中,沒有一種形式的耦合梁適用于所有的情況。當梁的剪應力較低、受彎控制時,傳統的鋼筋混凝土耦合梁往往是最可行、最經濟的耦合梁。當耦合梁的跨深比較小且期望有較高的剪應力時,應考慮其它四種形式的耦合梁。在為具體工程選擇合適的耦合梁類型時,應牢記這些類型的耦合梁的局限性和相關的錨固要求。一如既往,屋面變形縫現行建筑設計規范大全設計師應盡可能考慮施工團隊的喜好,因為許多承包商對每種方法都有不同的意見。

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