059剪力墙端柱的竖向刚度折减

从以下平面来看,框架柱与剪力墙有相当大的重叠部分,重叠面积300*500,重叠面积占比达60%之多,我们知道,墙柱的竖向刚度与截面面积相关(EA)。

 

 

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结构模型平面

(此模型并非分析模型)

 

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结构有限元分析模型

 

在上图的结构有限元分析模型中,剪力墙的端柱(墙端黄色线条)为一根包含了截面特性和材料属性的一维杆元线条,并没有实质的截面,根本没法考虑面积重叠的问题,除非用实体单元模拟,所以程序在计算是并没有考虑重叠部分对竖向刚度的影响。

 

不对柱竖向刚度作任何处理,跟日常设计一样,端柱和剪力墙的配筋结果如下图所示:

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端柱竖向刚度折减前配筋简图

 

如果按开始时所说的那样,根据重叠部分面积按比例对框架柱的竖向刚度进行折减,折减系数为u=1-0.6=0.4,YJK参数设置如下图:

 

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构件刚度设置参数

 

折减后端柱和剪力墙的配筋结果如下图所示:

 

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端柱竖向刚度折减后配筋简图

 

比较折减前和折减后框架柱配筋,两者相差还是比较大的:B边配筋面积由81cm2变为52cm2, H边配筋面积由72cm2变为47cm2

剪力墙布置受各种限制,配筋太大了放不下,出此下策也实属无奈。

 

框架柱仅竖向刚度折减一点为何会引起如此大的变化?这一点点刚度重叠折减引起如此之大的差别有点让人难以接受。

 

经过各种折腾后总算找着原因了,以B边为例作说明:

 

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端柱竖向刚度折减前B边配筋计算书

 

 

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端柱竖向刚度折减后B边配筋计算书

 

比较以上计算书可以发现,折减前的柱是因为竖向刚度较大,内力分析得到的轴力(此处轴力为拉力)相应也较大,偏小矩e=M/N自然变小,刚好成为小偏拉构件,程序自动把配筋面积放大了1.25倍,真正折减前和折减后的差别仅有从6424.97 mm2变为5204.77mm2

 

建筑抗震设计规范GB50011-2010(2016年版)条6.3.8条:

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剪力墙端柱为小偏拉时也要放大1.25倍?没道理

剪力墙端柱有不受拉的吗?实际项目中估计几乎找不到,除非剪力墙顶的轴力很大,大到水平力和竖向力组合下使得剪力墙全截面受压,否则端柱都是会受拉的。

 

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上图在水平力P的作用下,左端柱轴力为拉力T,右端柱轴力为压力N,柱是剪力墙的一部分,然而整片剪力墙根本就没有拉力,只不过端柱落在了剪力墙的拉应力区而以,此拉力是由弯矩产生的,并不是拉力产生的。

如果这种情况下剪力墙端柱纵筋都要放大1.25倍,那么,所有框架柱的单边配筋面积都要放大1.25倍了。

 

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顺便也说一下,本文中不论折减前或折减后的柱B边配筋面积81cm2和52cm2都是没有参考意义的,是为什么呢?那就留点给大家自己慢慢品吧!

 


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