二、关于结构平面布置:2.1框架柱2.1.1柱平面布置(1)各柱宜分布均匀①柱分布均匀,亦及各区域侧移刚度接近,水平力作用时,扭转作用减弱。
②每个柱所分担竖向荷载比较接近③梁跨度接近相等,不会形成长短跨,梁受力更合理(2)各柱宜成排布置,X、Y 向分别对齐①框架梁易贯通,梁柱之间易于形成典型框架,使得传力明确②框架梁易于形成连续梁(当转角>15°时,一般不再认为是连续梁)3)柱间距考虑梁的经济跨度,柱经济间距6m~9m①若跨度太小,梁截面有下限(一般框架梁最小高度500,最小宽度250),造成梁配筋均为构造配筋②若跨度太大:从梁的角度,一方面梁截面大,影响使用净高;另一方面,可能使梁设计由挠度控制,非强度控制。
从柱角度,可能柱承担竖向力大,柱截面大,影响功能使用,或者带来基础处理等其他方面问题。
4)在能够通过计算的情况下,柱能少布,尽量少布置。
①可以使得使用空间更为灵活②多一根柱意味着多一个基础,尤其对于桩基础,可能造成造价大幅提高5)柱布置应充分尊重建筑使用功能(结构服务于建筑)①竖向构件不应挡门,挡窗等其他立面洞口②不应占交通通道(过道、走廊、楼梯间等),或者影响交通通道宽度③柱布置,除非使用功能允许,不应设置在功能房间中间(优先布置在墙角,或墙内)④柱间距应结合不同建筑物,不用功能特点,进行布置。
例如带地下车库,应考虑停车位距离,按模数布置,避免空间浪费。
(6)柱布置在安全的前提下,应充分考虑甲方要求。
①例如,增加竖向构件,则建筑面积按全面积计算,悬挑按半面积计算②例如,甲方为偷面积,需要楼板开洞,此中间不能有竖向构件,否则应计算面积(7)其他因素2.1.2框架柱截面(1)柱截面计算控制因素:①框架柱截面一般受轴压比控制由:μ =N/FA,当轴压比不满足要求时,一般采用提高混凝土强度或者采用加大截面两种方式;当然综合考虑由于布置不合理时,应重新进行结构布置,以减小柱轴力。
结合:SATWE计算结果轴压比,进行查看但注意:不宜同时在某层既改变截面又改变混凝土强度等级,应错开操作。
同时在控制轴压比时应注意,当结构较高,柱截面较大时,往往每层柱剪跨比较大,此时轴压比控制值,应根据规范适当减小(柱截面越大表现越突出)。
例如:某框架核心筒结构,二级抗震不考虑剪跨比时,按规范柱轴压比控制值为 但考虑剪跨比影响时,控制值几乎小到 0.6 。
② 当框架柱受到较大弯矩时,框架截面可能受到承载力控制A 较大水平力时:1)存在挡土墙时,土的水平推力2)坡屋顶的顶层柱3)首层柱4)同一建筑不同区域不等高(例如一部分 8 层,一部分 4 层,则第 5 层柱可能出 现这种情况);或者说楼层侧移刚度突变位置处。
B 与其相连梁跨度或荷载较大时③ 当层高相差较大时,柱截面可能受到上下层侧移刚度比控制。
层高大得多的楼层,截面大,避免造成刚度突变2)柱截面尺寸应充分考虑梁截面宽度柱截面≥梁宽 +100mm例如: 500 宽的梁,柱子最小截面应为 600 宽3)柱截面形式应考虑梁方向及搭梁方向要求。
如图所示情况,可能采用异型柱。
以使得柱不突出到立面外,同时满足搭梁的要求。
包括异型柱结构,转角处做成 L 型, T 型等。
(4)柱截面确定,上下层柱截面关系。
0.85;例如如图所示,嵌固层上下柱截面,下层柱截面取用完全是为了,使支撑上层柱。
下层柱截面不应小于上层柱截面。
(通俗语言讲就是,包得住) (6)除特殊情况外,双向受力柱优先采用长宽相等正方形。
①由于功能要求, 某个方向, 若太宽影响交通通道或者其他影响使用功能的情况, 用长宽不等矩形;② 受单向力或者其中一个方向受力为主时(该方向梁跨度明显更大,或者荷载明显更大),可采用长宽不等矩形(7)最小截面要求①单层框架结构,最小截面不宜小于 300②两层框架结构,最小截面不宜小于 400 (规范要求不宜小于 350)③三层及以上框架结构,最小截面不宜小于 500,如果柱距较小时可取 400(8)截面估算:μ =N/FA ;(不要去估算,直接取个截面试算,知道方法即可)N = γGqSn α1α2β柱轴向压力设计值可初步按下式估算 : N = γ× G × q × S ×n×α1×α 2×β 式中: γG --- 竖向荷载分项系数 q --- 每个楼层上单位面积的竖向荷载 ,可取 q=12~14KN/m2S --- 柱一层的荷载面积n --- 柱荷载楼层数 α1 考虑水平力产生的附加系数 ,风荷载或四级抗震时 三 ~一级抗震时 α1=1.05~1.15α2 - 边角柱轴向力增大系数 ,边柱 α2 =1.1,角柱 α2 =1.2β -- 柱由框架梁与剪力墙连接时 ,柱轴力折减系数 ,可取为 0.7~0.82.1.3 关于框架柱配筋:配筋依据—— PKPM —— SATWE ——计算结果 2.2 梁布置原则:2.2.1 框架梁 先搞清楚什么是框架: 其和非框架梁的本质区别是:框架梁参与水平力的计算,即参与抗震及抗风计算 框架梁和非框架梁布置区别:框架梁至少有一端搭在柱子上 工程表现:框架梁箍筋有加密区,非框架梁没有可采 α 1=1.05,(1)框架梁布置原则:①除特殊情况,不宜采用一段锚入柱,一端锚入梁的框架梁这会使得传力不明确,竖向力作用时,主次关系不明确;同时因为与竖向构件一端近似相当于固端,此处弯矩很大,更有甚者可能形成近似悬挑的受力模式。
水平力作用时,不能形成典型框架当然,有时梁实在不好搭的时候也可以采用如图所示某梁,即为所描述情况。
②框架梁,能贯通宜贯通,形成连续梁显然如图所示,图A的跨中弯矩比图B 大。
当跨数大于5 跨时,这种影响减小,即5 跨和6 跨比,差别不大。
③同一榀框架梁,框架梁不同跨之间夹角不宜大于15°如图所示,第1 跨与第2 跨形成的角度若>15°,则认为,第一跨与2、3 跨不是连续梁,编号时应分别编号。
④除特殊情况外,同一榀框架梁,宽度宜相同(高度根据需要变化)。
如图所示,上面一跨宽度为300,下面一跨宽度为400,此时中间支座处梁顶部钢筋不易贯通,部分钢筋需要锚入柱子。
宜优先贯通。
⑤同一榀框架梁,宜对齐。
如图所示第1 跨与柱下边对齐,第2 跨上边对齐,显然中间支座处,梁顶钢筋不能贯通,时只能锚入柱。
当第1 跨梁与第2 跨梁下边,偏移距离≤ 100mm 时,我们认为仍然可以通过弯锚贯通。
故同一榀框架梁不同跨偏心距不宜相差>100mm 。
除了不利于顶部钢筋贯通外,此时宜不利于水平力传递。
⑥框架梁的布置应考虑传力路径问题如图所示,此时AB 之间框架梁取消,采用单向梁的传力方式,此时一方面CD上不搭梁,可避免AB 或CD 因跨度太大而计算通不过,或需要过分增大梁截面,这样可能反而对结构更有利。
⑦框架梁布置时应考虑钢筋锚固入柱带啦的施工问题。
如图所示,同一柱节点一共搭有6 根梁,从图中可以看到,L4 和L6 钢筋可以贯通,当L2 和L5 夹角≤ 15 °时可以弯折贯通,剩下L1 和L3 的梁钢筋,只有锚固入柱。
此时柱节点处钢筋会很密集,极不利于施工。
故一般,钢筋锚固入柱的梁尽量少,一般不多于1 根梁,实在布置比较难时,亦不宜多余2 根。
⑧框架梁布置时应考虑钢筋直锚长度问题。
如图所示布置边梁,将L1和L2与柱边对齐,则将A区域放大后如下图所示:显然此时,梁钢筋锚固入柱的直锚长度不满足规范要求:0.4La(抗震时0.4LaE);若进行如下修改,此时,将该梁居中,使两段错开,避重就轻,即可避免直锚长度不够问题。
⑨框架梁布置应考虑建筑墙体所在位置。
如图所示周边建筑墙体,若梁居中布置则会出现以下情况。
显然图A 中填充墙施工不便,若墙能刚好顶到梁上就不会出现这种问题,如图B。
⑩框架梁布置应考虑建筑空间功能顺序。
一般建筑立面——公共交通区域——主要功能房间——相对次要功能房间如:住宅中功能房间优先顺序为:过道——客厅——主卧——次卧——厨房——卫生间。
如图所示:图中墙体均为200mm 厚图中墙1 处梁,考虑建筑立面,此处梁应往外靠;墙2 处左侧为过道,右侧为楼梯间,此处楼梯间优先;而墙3 处右侧为公共区域,左侧为房间,故过道优先;墙4 处上侧为卧室,下侧为卫生间,卧室优先。
则其梁偏心情况如下图:(2)框架梁截面:①最小截面框架梁宽度:框架结构中框架梁宽度不宜小于250(一般300);剪力墙结构中框架梁截面不宜小于200框架梁高度:不宜小于500②高宽比梁高宽比宜为:h/b=2.0~3.5根据抗震规范6.3.1 ,框架梁高宽比,不宜大于4 当然某些特殊情况,300× 3200 的梁也是做过的,一般情况不宜。
当高宽比较大时,梁稳定性差,容易发生失稳破坏,此时应加强构造措施抵抗失稳破坏,同时加大梁的抗扭能力。
当梁高宽比小时,对一般以抵抗弯矩为主的梁而言不经济。
③合理梁截面合理梁截面,应按计算后,按合理配筋率进行截面调整。
经济配筋率:梁底部为0.6~1.4 ;梁顶部为1.0~1.6;一般控制梁底钢筋配筋率为1.2 左右,梁顶部钢筋不大于1.6 均可。
当大面积梁配筋率不合理时,应进行截面调整,局部少量梁可不作调整。
④计算通不过时:a、当梁抗弯计算通不过时,宜增大截面高度抗弯刚度矩形截面W=bh 2/6 显然增加高度更有利b、当梁抗剪算不过时,宜增大梁宽度,显然剪切刚度与b 、h 均成线性关系,似乎增加高度和宽度一样;但是增加高度h 的同时,梁截面抗弯线刚度i 增大,从位移法计算中可以很清晰的知道,线刚度i 越大,分配系数越大,此时该跨剪力增大。
此消彼长,增加高度显然不利。
增加宽度,线刚度增大相对较小,更有利。
当次梁位于主梁与柱节点不远处时,≤ 300mm 时,此时因竖向构件提供近似固端的锚固作用,使此处刚度极大,一般扭转都算不过,此为PKPM 的bug,可手算复合。
如图所示,KL1靠近B 端有次梁L1,此时KL1在B端抗剪一般都算不过。
c、当梁扭转算不过时:1)增大次梁截面可减小主梁扭转如图所示,若KL1 或者KL2扭转算不过,可增大中间井字梁截面。
2)引导受力模式,次梁点铰,使次梁开裂,减小对主梁扭矩目前关于点铰的问题,业界存在一些技术性争论,意见不尽相同。
3)可改变传力路径,减小扭矩4)当梁两边都有洞口时,扭转一般都算不过,此为PKPM 的bug,可手算复合。
如图所示,某梁两侧都开有洞口,此时两侧若存在不平衡弯矩时,A 端一般都扭转算不过。
5)另外PKPM 计算中未能充分考虑楼板对抗扭的有利作用,只是简单采用扭矩折减系数0.4 ,故计算时,即使计算通不过,梁若两边都存在板,一般扭转不会存在问题。
确实扭矩可能较大时,应手算复合。