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经典建筑设计问题处理方法

文章出处:方致室内设计顾问机构 发表时间:2022-03-23 13:16 


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  1.剪力墙与钢筋混凝土压弯构件相比有何特点?在剪力墙内,各种钢筋的作用如何?需要进行哪些计算与验算?

  答:墙体承受轴力,弯矩和剪力的共同作用,它应当符合钢筋混凝土压弯构件的基本规律。但与柱子相比,它的截面往往薄而长(受力方向截面高宽比远大于4),沿截面长方向要布置许多分布钢筋,同时,截面剪力大,抗剪问题较为突出。这使剪力墙和柱截面的配筋计算和配筋构造都略有不同。

  在剪力墙内,由竖向分布筋和受力纵筋抗弯、水平钢筋抗剪,需要进行正截面抗弯承载能力和斜截面抗剪承载能力计算,必要时,还要进行抗裂度或裂缝宽度的验算。剪力墙必须依赖各层楼板作为支撑,保持平面外稳定。在楼层之间也要保持局部稳定,必要时还应进行平面外的稳定验算。

  2.如何判别剪力墙的大、小偏心受压?

  答:与偏心受压柱类似,在极限状态下,当剪力墙的相对受压区高度ξ(x/hw0)≤ξb时,为大偏心受压破坏;ξ>ξb时为小偏心受压破坏。

  3.剪力墙按大偏心受压进行强度计算时,应满足哪两个条件?

  答:剪力墙按大偏心受压进行强度计算时,应满足的两个条件:

  (1)必须验算是否满足ξ≤ξb。若不满足,则应按小偏压计算配筋。

  (2)无论在哪种情况下,均应符合 的条件,否则按 进行计算。

  4.剪力墙大、小偏心受压破坏的特点与假定如何?

  答:大偏压破坏时,远离中和轴的受拉、受压钢筋都可以达到流限fy,压区混凝土达到极限强度α1fc,但是靠近中和轴处的竖向分布筋不能达到流限。按照平截面假定,未达流限的范围可以由计算确定。但为了简化计算,在剪力墙正截面计算时,假定只在1.5x范围(x为受压区高度)以外的受拉竖向分布筋达到流限并参加受力。在1.5x范围内的钢筋未达流限或受压,均不参与受力计算。

  与小偏压柱相同,剪力墙截面小偏压破坏时,截面上大部分受压或全部受压。在压应力较大的一侧,混凝土达到极限抗压强度而丧失承载能力,端部钢筋及分布钢筋均达到抗压屈服强度,但计算中不考虑分布压筋的作用。在受拉区分布钢筋应力较小,因而受拉区分布钢筋的作用也不考虑。这样,剪力墙截面极限状态的应力分布与小偏压柱完全相同,配筋计算方法也完全相同。

  5.如何判别剪力墙的大、小偏心受拉?它们各有何受力特点?设计思路如何?

  答:剪力墙在弯矩 和轴向拉力 作用下,当拉力较大,使偏心矩 时,全截面受拉,属于小偏心受拉情况。当偏心矩 ,即为大偏心受拉。

  在小偏心受拉情况下,整个截面处在拉应力状态下,混凝土由于抗拉性能很差将开裂贯通整个截面,所有拉力分别由墙肢腹部竖向分布钢筋和端部钢筋承担。因此,剪力墙一般不可能也不允许发生小偏心受拉破坏。

  在大偏心受拉情况下,截面上大部分受拉,仍有小部分受压。与大偏压一样,假定1.5x范围以外的受拉分布钢筋都参加工作并达到屈服,同时忽略受压竖向分布钢筋的作用。

  6.剪力墙斜截面受剪破坏主要有哪三种破坏形态?在剪力墙设计中,分别如何处理?

  答:剪力墙斜截面受剪破坏主要有三种破坏形态—剪拉破坏、剪压破坏和斜压破坏。其中剪拉破坏和斜压破坏比剪压破坏显得更脆性,设计中应尽量避免。在剪力墙设计中,通过构造措施防止发生剪拉和斜压破坏,通过计算确定墙中水平钢筋,防止其发生剪切破坏。具体地,是通过限制墙肢内分布钢筋的最小配筋率防止发生剪拉破坏;通过限制截面剪压比避免斜压破坏。

  7.剪力墙斜截面承载力计算的主要目的是什么?

  答;设计中通常认为:竖向分布筋抵抗弯矩,而水平分布筋抵抗剪力。这样,剪力墙就由混凝土和水平钢筋共同抗剪。所以斜截面承载力计算的主要目的就是在已定截面尺寸和混凝土等级的情况下,计算水平分布筋的面积。

  8.为什么要对剪力墙截面的剪压比进行限制?

  答:试验表明,当剪力墙截面尺寸太小(通常指厚度太小),截面剪应力过高时,会在早期出现斜裂缝,而且很可能是在抗剪钢筋还没有来得及发挥作用时,混凝土就在高剪力及压力下被挤碎了,此时配置更多的抗剪钢筋已毫无意义。为避免这种破坏,应当对截面的剪压比进行限制。

  9.剪力墙斜截面受剪破坏主要有哪几种破坏形态?设计中如何考虑这些破坏?

  答:剪力墙斜截面受剪破坏主要有三种破坏形态—剪拉破坏、剪压破坏和斜压破坏。其中剪拉破坏和斜压破坏比剪压破坏显得更脆性,设计中应尽量避免。在剪力墙设计中,通过构造措施防止发生剪拉和斜压破坏,通过计算确定墙中水平钢筋,防止其发生剪切破坏。具体地,是通过限制墙肢内分布钢筋的最小配筋率防止发生剪拉破坏;通过限制截面剪压比避免斜压破坏;斜截面承载力计算则是为了防止剪压破坏。

  10.剪力墙腹板中存在着哪几种分布钢筋?各有何作用?它们各自所起作用的大小与哪些因素有关?设计中是如何处理的?

  答:剪力墙腹板中存在竖向及水平分布钢筋,二者都可阻止斜裂缝展开,维持混凝土抗剪压的面积,从而改善沿斜裂缝剪切破坏的脆性性质。它们各自所起作用的大小与剪跨比、斜裂缝倾斜度有关。但是,设计中通常将二者的功能分开:竖向分布筋抵抗弯矩,而水平分布筋抵抗剪力。这样,墙肢就由混凝土和水平钢筋共同抗剪。所以,斜截面承载力计算就是在已定截面尺寸和混凝土等级的情况下,计算出水平分布筋的面积,从而起到防止剪压破坏的目的。

  11.为什么要对截面的剪压比进行限制?

  答:试验表明,当剪力墙截面尺寸太小(通常指厚度太小),截面剪应力过高时,会在早期出现斜裂缝,而且很可能是在抗剪钢筋还没有来得及发挥作用时,混凝土就在高剪力及压力下被挤碎了,此时配置更多的抗剪钢筋已毫无意义。为避免这种破坏,应当对截面的剪压比进行限制。

  12.连梁的配筋形式有哪几种,各有什么特点?

  答:试验研究表明,若连梁采用普通梁的配筋方式(纵向钢筋抗弯、竖向钢筋抗剪),其抗震性能稍差,只有在严格控制截面平均剪应力的条件下连梁才可能有较好的延性。否则,即使做到 “强剪弱弯”,也常常是在钢筋屈服后不久连梁就剪坏,延性很小。为了改善连梁的延性,可以采用斜交叉配筋形式,此种配筋,剪力传递是通过交叉钢筋的拉力和压力来实现的,混凝土裂缝对剪力的传递影响较小,因此可避免发生斜拉破坏和出现对角线交叉裂缝以及端剪切滑移,延性也大大改善。此外,在连梁中开水平缝减小其跨高比,也可改善连梁的延性。

  13.为何剪力墙中配置的水平和竖向分布钢筋必须大于或等于最小配筋百分率?

  答:当剪力墙中水平配筋过少时,斜裂缝—旦出现就会立即开展成一条主要斜裂缝,裂缝宽度加大,剪压区迅速减小,使构件沿斜裂缝劈裂成两半。这是脆性的斜拉型剪切破坏,设计中应当避免。因此,在墙肢中应当配置一定数量的水平钢筋,以限制斜裂缝开展和防止脆性破坏。同时,还要考虑由于某种原因使墙肢产生裂缝时(如施工原因),剪力墙仍能抵抗温度应力并仍能承受设计荷载。所以,水平分布钢筋的最小配筋率不能小于规范的要求。

  为了防止混凝土墙体在受弯裂缝出现后立即达到极限抗弯承载力,配置的竖向分布钢筋也必须大于或等于最小配筋百分率。考虑到竖向分布钢筋也可以限制斜裂缝的开展,减小竖向的温度收缩应力,所以竖向分布筋的最小配筋率与水平钢筋的相同。

  14.小开口剪力墙在水平荷载下的内力与位移如何计算?

  答:小开口剪力墙在水平荷载下的内力与位移按如下方法计算:

  (1)内力计算

  整体小开口墙墙肢的正应力可以看作是由两部分弯曲应力组成,其中一部分是作为整体悬臂墙作用产生的正应力,另一部分是作为独立悬臂墙作用产生的应力。

  墙肢剪力,底层按墙肢截面面积分配;其余各层墙肢剪力,可按材料力学公式计算截面面积和惯性矩比例的平均值分配剪力。

  连梁的剪力可由上、下墙肢的轴力差计算。

  (2)顶点位移

  考虑到开孔后刚度的削弱,应将整体墙的水平位移计算结果乘1.20。

  15.为何要限制剪力墙截面的剪压比不能太大?

  答:验表明,当剪力墙截面尺寸太小(通常指厚度太小),截面剪应力过高时,会在早期出现斜裂缝,而且很可能是在抗剪钢筋还没有来得及发挥作用时,混凝土就在高剪力及压力下被挤碎了,此时配置更多的抗剪钢筋已毫无意义。为避免这种破坏,应当对剪力墙截面的剪压比进行限制。

  16.整体墙在水平荷载下的内力与位移如何计算?

  答:房屋沿平面和沿高度方向比较规整时,可将纵、横两个方向墙体分别按平面结构进行计算。

  总水平荷载可以按各片剪力墙的等效刚度分配,然后进行单片剪力墙的计算。

  17.剪力墙斜截面受剪破坏主要有几种破坏形态?设计中应如何避免这几种破坏形态的发生?

  答:与受弯构件相似,剪力墙斜截面受剪破坏主要有三种破坏形态—剪拉破坏、剪压破坏和斜压破坏。其中剪拉破坏和斜压破坏比剪压破坏显得更脆性,设计中应尽量避免。在剪力墙设计中,通过构造措施防止发生剪拉和斜压破坏,通过计算确定墙中水平钢筋,防止其发生剪切破坏。具体地,是通过限制墙肢内分布钢筋的最小配筋率防止发生剪拉破坏;通过限制截面剪压比避免斜压破坏;设计中进行的斜截面承载力计算则是为了防止剪压破坏。

  18.为什么要在剪力墙的墙肢端部设置边缘构件?

  答:试验表明,剪力墙在周期反复荷载作用下的塑性变形能力,与端部边缘构件(暗柱、端柱、翼墙和转角墙)的范围有关,如设有暗柱的剪力墙比不设暗柱的墙体消耗地震能量增加23%左右。这是因为在端部有明柱或暗柱的剪力墙,不仅可防止端部钢筋压屈并约束混凝土,还可以阻止腹板内斜裂缝迅速贯通;在腹板混凝土酥裂后,端柱仍可抗弯及抗剪,结构不至于倒塌。因此,剪力墙墙肢端部应严格按《高规》要求设置约束边缘构件或构造边缘构件,目的是通过约束边缘构件为墙肢两端的混凝土提供足够的约束,以保证剪力墙肢底部塑性铰区的延性性能以及耗能能力。

  19.双肢墙在水平荷载下的内力与位移计算的基本假定?

  答:双肢墙在水平荷载下的内力与位移计算的基本假定如下:

  (1)连梁的反弯点在跨中,连梁的作用可以用沿高度均匀分布的连续弹性薄片代替(连梁连续化假定)

  (2)各墙肢的弯曲变形曲线相似,水平位移相等(即不考虑连梁的轴向变形)

  (3)连梁和墙肢考虑弯曲和剪切变形;墙肢还应考虑轴向变形的影响。

  20.什么是开洞剪力墙?为什么说如果经过合理设计,开洞剪力墙的抗震性能比悬臂墙好?请说明“合理设计”有哪些要求?

  答:开洞剪力墙,是指分别按连梁及墙肢构件设计的开有较大洞口的剪力墙。

  悬臂剪力墙是静定结构,只要有一个截面破坏,就会导致结构失效或倒塌;而开洞剪力墙则不然,它是超静定结构,连梁及墙肢都可出铰。如果做成强墙弱梁的剪力墙,将连梁设计成延性的耗能构件,则可大大改善剪力墙的延性。同时,如将塑性铰或破坏局限在连梁上,则震后便于修复。所以说,如果经过合理设计,开洞剪力墙的抗震性能比悬臂墙好。

  与延性框架类似,设计延性开洞剪力墙时,应处理好三个基本原则:预计的弹性区要强,塑性区要弱;墙肢要强,连梁要弱;抗剪强度要强,抗弯强度要弱。也就是说,作为超静定结构的开洞剪力墙如能在连梁上首先出现塑性铰,吸收地震能量,从而避免墙肢的严重破坏,实现“强墙弱梁”,而墙肢及连梁构件做到“强剪弱弯”,才可得到较为理想的延性剪力墙结构。可见,作为超静定结构的开洞剪力墙,如能实现“强墙弱梁”,则比悬臂剪力墙具有更好的抗震性能。


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