【结构咖】关于剪力墙底部加强区与约束边缘构件的两个小争议 提问 发帖 回复
作者 | 鲲鹏 自媒体人 本文来源于其微信公众号“JIE构生活” 01  底部加强区 底部加强区的官方定义: 抗震设计时,为保证剪力墙底部出现塑性铰后具有足够大的延性,应对可能出现塑性铰的部位加强抗震措施,包括提高其抗剪切破坏的能力,设置约束边缘构件等,该加强部位称为“底部加强部位”。 底部加强区的范围,规范规定地很明确,即从结构计算嵌固端起算(一般设置在地下室顶板)。 在计算底部加强部位高度的时候,有一个“墙体总高度 1/10”的概念;但对带转换层的高层建筑,规范又引出了一个“房屋高度的 1/10”,这两个有啥不一样呢?
作者 | 鲲鹏 自媒体人 本文来源于其微信公众号“JIE构生活”
01  底部加强区
底部加强区的官方定义:
抗震设计时,为保证剪力墙底部出现塑性铰后具有足够大的延性,应对可能出现塑性铰的部位加强抗震措施,包括提高其抗剪切破坏的能力,设置约束边缘构件等,该加强部位称为“底部加强部位”。 底部加强区的范围,规范规定地很明确,即从结构计算嵌固端起算(一般设置在地下室顶板)。 在计算底部加强部位高度的时候,有一个“墙体总高度 1/10”的概念;但对带转换层的高层建筑,规范又引出了一个“房屋高度的 1/10”,这两个有啥不一样呢?
个人认为,应该保持一致才对,即使在措辞上,也应该保持一致,统一为“房屋高度”(这也是老朱的建议)。规范对“房屋高度”这个概念有规定,即,自室外地面至房屋主要屋面的高度。
实际操作中,会出现一些小问题。其一,室外地面的标高可能是变化的;其二,底部加强区是一个结构概念,但室外地面标高更多的是一个建筑术语,二者嵌套在一起,有些不伦不类。基于这些原因,建议在实际操作的时候,如果要定义房屋高度,从计算嵌固端算到房屋主屋面比较妥当,这样也会清晰方便很多。
上面讨论的是计算嵌固端就在地下室顶板的情况,那如果不在地下室顶板呢?比如在顶板下一层。如果是这样的话,房屋高度从嵌固端开始算(负一层楼面),会比规范的定义多算了一层。但按照规范,底部加强部位还是要延伸到计算嵌固端的。无论怎样,底部加强部位的设置起点都在计算嵌固端。
实际计算时,按这两种操作办法,房屋高度不同,可能导致底部加强区的层数相差一层。相差的一层是在底部加强区的上部。
顺便插个题外话。
我们想想,为什么计算嵌固端会取到地下室一层,而非地下室顶板呢?真实情况很可能是,地下室单侧或多侧临空,或出现了半地下,或地下室大开洞等,从侧向约束这个角度来评判,地下室顶板不符合嵌固端条件。否则,设计院一定会想尽办法将嵌固端设在顶板的。既如此,从室外地面起算的房屋高度,对结构计算有何意义呢?
关于底部加强区,再提个醒。
实际工程中,常碰到一些多层建筑,对这种建筑,《抗规》有特殊规定。对一般结构的抗震墙,房屋高度不大于24m时,底部加强部位可取底部一层。这点要注意,如果按高规的习惯性经验,很可能会取为两层了,这样就没必要了。
最后,再说说老朱提到的“剪力墙总加强范围”这个概念。书中给出的定义是:
底部加强部位及其向下延伸至嵌固端的下一层(当嵌固端在基础顶时,延伸至基础顶面) 这一条,未看到规范依据。为何要将底部加强范围扩大到嵌固端的下一层呢?嵌固端下一层需要加强,但规范已另有规定。比如:
1)地下一层相关范围的抗震等级应按上部结构采用。原因是:地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,地震作用下结构的屈服部位将发生在地上楼层,同时将影响到地下一层。这和老朱的出发点是否一致呢?
2)地下一层柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外,不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。原因是:当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,地下室顶板及其下层竖向构件的设计应适当加强,以符合作为嵌固部位的要求。这是否又和老朱的出发点一致呢? 如果答案是肯定的,说明嵌固端下一层已经加强。继续提高的理由并不充分,至少这是没有依据地提高。虽然,我看到个别设计院将地下室一层也当做底部加强范围(顶板为嵌固端),同时也设置了约束边缘构件,但确实没有找到依据。
02  约束边缘构件
之前在看某设计院图纸的时候,部分框支剪力墙结构,地上三四十层,地下四层,嵌固端选在地下室顶板,但约束边缘构件一直设到了地下四层。这样有无必要呢?
其实,弄清了底部加强区的概念,会很清楚地知道,这样做是没有必要的。设置约束边缘构件是底部加强区的一种抗震构造措施。目的是为了提高该部位的抗震延性能力和塑性耗能能力。地下室不牵扯这些问题,有什么必要设置约束边缘构件呢?退一步讲,如果仔细读规范,也可以看出这一点。
规范在规定约束边缘构件时,给出了两条件一范围。
两条件:1)轴压比超过规定值;或者,2)部分框支剪力墙结构;
一范围:底部加强部位及相邻的上一层; 非常清楚,对不对?
实际操作,会遇到这样一个问题。规范规定,判断轴压比是否超过规定值时,选取的位置是,底层墙肢底截面,通常情况下,就是地下室顶板处的墙肢截面。对一个非框支的剪力墙结构,假如底部加强部位为三层,加上上一层,共四层,底部两层的轴压比没有超过规定值,三四层轴压比超过规定值(出现这种情况的原因是,变截面或设置型钢范围不同),那究竟是否需要设置约束边缘构件?或者是,底部两层不设置,三四层设置?
针对这个问题,老朱的建议是:
底部加强部位及相邻上一层的剪力墙,避免出现墙厚变化,刚度变化;
复杂工程,确实出现这种情况时,应以底部加强部位高度范围内墙肢的最大轴压比数值来确定是否设置约束边缘构件。
有无必要呢?理论上来说,没有必要。因为设置约束边缘构件,是为了提高抗震延性能力,而轴压比是和延性能力有关的,控制同样的延性能力,轴压比小,不需要设置约束边缘构件,只要轴压比较大时,才需要设置。《混规》条文说明,有一段话,讲得很清楚。
为保证底部加强部位的抗震延性能力和塑性耗能能力,通常采用的抗震构造措施包括:1)对一、二、三级抗震等级的剪力墙肢和筒壁墙肢的轴压比进行限制;2)对一、二、三级抗震等级的剪力墙肢和筒壁墙肢,当底部轴压比超过一定限值后,在墙肢或筒壁墙肢两侧设置约束边缘构件。
如果同意上述观点的话,理论做法应该是,底部两层不设置,三四层设置约束边缘构件,是不是有点反直觉?
也许你已经注意到,我一直在强调“理论”这两个字。原因在于,真实情况,可能是,底部两层,部分竖向构件轴压比小于规定值,部分大于规定值,三四层也是。这样的话,理论做法的操作性比较差,在时间紧,任务重的情况下,老朱建议的方法不失为一种可行的保守做法。但既然已经明白了这是偏保守做法,其他人为放大就可以不要了罢。
以上仅为个人观点,欢迎讨论。
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  1. yds2003
    yds2003 2018年10月11日 09:55:16 3楼
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  2. yds2003
    yds2003 2018年10月11日 10:07:13 4楼
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  3. yds2003
    yds2003 2018年10月11日 10:16:41 5楼
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  4. yds2003
    yds2003 2018年10月11日 10:24:35 6楼
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  5. yds2003
    yds2003 2018年10月11日 10:29:05 7楼
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  6. yyz639
    yyz639 2018年10月11日 10:49:44 8楼
    谢谢分享
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  7. 隐为者
    隐为者 2018年10月11日 11:06:46 9楼
    分析的透彻,有借鉴意义
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  8. chjx1280
    chjx1280 2018年10月11日 11:14:08 10楼
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  9. 隐为者
    隐为者 2018年10月12日 08:32:00 11楼
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