强柱弱梁、强剪弱弯、强节点调整后的截面内力
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结构在各种荷载作用下的内力经内力组合后,还要根据规范对其进行调整。调整主要体现在抗震等级为一、二级的结构构件,规范还有特殊规定需要调整的构件。内力调整主要遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点”的思想,以保证结构安全。
TBSA、TAT或SATW A的做法,是将构件在不同位置、不同情况下所具有的差别数值化,如TAT,它将这种差别叫“设计内力调整系数”。TA T或SATW A软件采用的设计内力调整系数如下:
1、一级抗震:
框架柱Ucm=1.331 Ucv=1.464 Ucn=1.0
底层框架柱Ucm=1.997 Ucv=2.196 Ucn=1.0
底层加强区剪力墙Uwm=1.000 Uwv=1.331 Uwm=1.0
连梁、框架梁无Ubv=1.271 无
2、二级抗震:
框架柱Ucm=1.100 Ucv=1.210 Ucn=1.0
底层框架柱Ucm=1.250 Ucv=1.375 Ucn=1.0
底层加强区剪力墙Uwm=1.000 Uwv=1.100 Uwm=1.0
连梁、框架梁无Ubv=1.050 无
3、三级抗震及四级抗震:其调整系数均为1.0
以上调整系数的符号说明:
Ucm-柱端弯矩调整系数
Ucv-柱端剪力调整系数
Ucn-柱端轴力调整系数
Uwm-墙端弯矩调整系数
Uwv-墙端剪力调整系数
Uwn-墙端轴力调整系数
Ubv-梁端剪力调整系数
4、框支柱:
设计剪力不小于基底剪力的2%(Vc≥2%Q0);地震力产生的轴力放大1.2;设计弯矩放大1.5,即Ucm=1.5(不分抗震等级)。
5、角柱
混凝土角柱:Ucm=1.3;Ucv=1.3
钢角柱、钢管角柱和劲性角柱:仅将地震力产生的内力放大1.3倍。
(一、二级框架底层柱下端截面的弯矩设计值,系数改为1.5,高规5.2.8条,上述一级和二级调整系数表内已有体现)
一级抗震设计内力调整系数的来历是:
柱端弯矩放大系数Ucm
Ucm=1.1x1.1x1.1=1.331
由高规第5.2.6条:
一级框架梁柱节点处,柱端弯矩应符号下列要求:
∑Mc ≥1.1∑MbuE (5.2.6-1)〖强柱弱梁原则〗
而MbuE=fyk·As·(hb0-as')/γRE (规范5.2.26条)
Ucm中的三个1.1就是:
(5.2.6-1)中的第一个1.1;
MbuE公式中fyk≈1.1fy提供的第二个1.1;
MbuE公式中的As提供第三个1.1,因规范要求的截面抗震设计是验算设计,软件认为实际
配筋大约为计算配筋的1.1倍。
柱端剪力放大系数Ucv
Ucv=1.1x(1.1x1.1x1.1)=1.4641
由高规第5.2.9条:
一级框架柱的剪力设计值:
Vc=1.1(McuEt+McuEb)/Hc0 (5.2.9-1)〖柱的强剪弱弯原则〗
Ucv的第一个1.1就是公式(5.2.9-1)的系数;
而公式中(McuEt+McuEb)一项的定义为:柱上下端考虑承载力抗震调整系数的正截面受弯承载力值,它同样要按高规(5.2.6-1)公式调整,所以Ucv中括号内的三个1.1的含义与Ucm相同。
一级抗震底层柱的弯矩和剪力调整系数只是按高规第5.2.8条,将框架柱的相应调整系数放大1.5倍。
即:Ucm=1.5x1.331=1.9965;Ucv=1.5x1.4641=2.19615
底层剪力墙加强区的剪力调整系数为1.331,可查高规第5.3.10条,按公式(5.3.10-1),其含义基本与一级柱端弯矩调整系数的含义相同。
对一级连梁和框架梁,由于仅仅需要体现强剪若弯,所以只对梁端剪力调整,高规第5.2.26条规定:
Vb=1.05(MbuEl+MbuEr)/Ln+Vgb (5.2.26-1)〖梁的强剪弱弯原则〗
Ubv=1.05x1.1x1.1=1.270
显然,1.05为公式(5.2.26-1)中的系数,它相当于超强比系数,考虑此系数的目的就是提高剪力设计值Vb,但是它只是提高(5.2.26-1)中的第一项,第一项是由梁端调整弯矩引起的剪力,第二项由竖向荷载引起的剪力不予调整,软件则是全部调整,这是两者的区别。其余两个1.1,一个是fyk≈1.1fy提供,一个由As提供。
二级抗震与一级抗震的调整思想完全相同。
TBSA对构件组合内力的调整和TAT或SATW A相同。
由此可见,一、二级框架梁柱截面设计时所用的内力要比计算内力大得多,这是钢筋用量增大的主要原因。
但是,考虑地震作用时,材料的容许应力可以提高三分之一(同抵抗风荷载一样)。在上述设防烈度的地震作用下,结构还不会屈服。如果地震作用大大超过这些设防烈度,就需要利用结构的塑性性能或延性,以吸收地震能量,避免建筑物倒塌或严重破坏。
抗震设计时,结构构件的承载力与抗力的关系式如下:
S≤R/γRE(高规5.1.1-2)
γRE的取值在规范中大致为0.75,代入上式则为:
S≤(1+1/3)R
此即考虑地震作用时,材料的容许应力可以提高三分之一。