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梁柱节点核心区抗剪超限的应对

对于高烈度区的框架结构,梁柱节点核心区抗剪超限一直是一个比较棘手的问题。传统的设计中,为了核心区抗剪满足限值要求,一般采取的措施是加大梁柱截面、提高混凝土标号,这种做法虽然能解决柱节点核心区的抗剪超限问题,但往往是以损坏建筑物的使用效果,增加结构材料用量为代价的。

一、YJKPKPM在计算节点核心区抗剪问题上的差异

在实际工程中,用户往往会遇到YJKPKPM在计算节点核心区抗剪结果差异的问题,比如此例,同一工程,两个软件在核心区计算结果上差异比较大,查看构件信息可知,两个软件在核心区剪力设计值限值的计算上存在差异。

YJK计算结果:

PKPM计算结果:

产生这一差异的主要原因是两款软件根据《混凝土规范》11.6.3计算核心区剪力设计值限值时对于正交梁对节点的约束影响系数的取值规则不同。

YJK在计算正交梁对节点的约束影响系数时,按照规范的要求只要柱XY两个方向中有一个方向的梁宽小于柱宽一半,则正交梁约束影响系数取为1,而PKPM的判断规则不同,PKPM判断时根据各侧梁宽和柱宽的关系分别决定正交梁对节点的约束影响系数,对于此例,PKPM在计算X向核心区抗剪时,正交梁约束系数取1.5

所以PKPM结果中Vj=3610.34KN>节点核心区剪力限制3585.0KN,并未对此进行提示。

二、选择地震工况按全楼弹性板6计算可大量减少柱节点核心区抗剪超限

从《混凝土规范》11.6.3可知:当梁柱材料、截面尺寸一定时,若想使框架梁柱节点核心区抗剪满足要求,唯一的方法是减小节点核心区剪力设计值Vj

从《混凝土规范》11.6.2可知:节点核心区剪力设计值Vj与节点处框架梁端地震作用弯矩值有关。

所以解决框架节点核心区抗剪超限问题的根本在于降低地震作用下节点位置处梁端的弯矩设计值。

结构计算时对于楼板较厚(如大于150mm时)的板可以将其设置为弹性板6(壳元)计算,这是梁板共同工作的计算模型,可使梁上荷载由板和梁共同承担,从而减少梁的受力和配筋。既节约了材料,又实现了墙柱弱梁改善了结构的抗震性能。这种计算方法已经广泛运用在地下室顶板、转换层、加强层等结构的设计当中。

但是对于一般的民用建筑结构,楼板厚度较薄,往往只有100~120mm,对于恒活风工况计算时,设计师习惯于按照刚性板计算,这种模型不考虑楼板的抗弯承载能力,由梁承担全部荷载内力,此时楼板成为一种承载力的安全储备。但是从抗震设计墙柱弱梁的要求考虑,常造成梁端弯矩、配筋过大这种不好的效果。

为此软件增加地震内力按照全楼弹性板计算的计算选项。

勾选此选项软件仅对地震作用的内力按照全楼弹性板6计算,这样地震计算时让楼板和梁共同抵抗地震作用,可以大幅度降低地震作用下框架梁的支座弯矩和实配钢筋。

而对于其他荷载工况仍按照以前的设计习惯,保持恒活风等其他荷载工况的计算结果不变,这样做既没有降低结构的安全储备,又实现了墙柱弱梁,减少了框架梁端的弯矩设计值和实配钢筋。

所以对于解决框架节点核心区的抗剪超限问题,可以考虑勾选地震内力按全楼弹性板6计算的参数选项。

三、核心区抗剪超限问题解决案例

此框架工程建设在高烈度区(8度,0.2g,设计分组为三组,III类场地),框架抗震等级为二级。

此前采用刚性板模型计算,核心区抗剪超限问题比较明显,以第二标准层为例,当前层就有5处核心区抗剪超限:

针对节点核心区超限问题,在前处理当中勾选地震内力按全楼梯弹性板6计算选项:

勾选此选项后,对于地震工况,计算框架梁的内力时可以考虑楼板承担荷载的能力,从而分担框架梁端的地震内力,进而减少核心区剪力设计值,最终解决核心区抗剪超限的问题。

下面的统计表格是该模型第二标准层五根核心区抗剪超限柱,在采用地震内力按全楼弹性板6计算计算选项前后核心区剪力设计值的对比,通过表格可以发现,在采用地震内力按全楼弹性板6计算计算选项后,柱的核心区剪力设计值均有不同幅度的减小。

柱节点核心区剪力对比

1

2

3

4

5

刚性板

3481

2554

3621

3658

4606

弹性板6计算地震

2995

1957

2720

2964

3707

减少%

16%

30%

33%

23%

24%

由此可见,地震内力按全楼弹性板6计算是解决高烈度区框架结构节点核心区抗剪超限问题的一个有效方法。

四、小结

1YJKPKPM在计算节点核心区抗剪计算上存在差异主要是计算核心区剪力设计值限值时对于正交梁对节点的约束影响系数的取值有时不同。

2、当存在柱节点核心区抗剪超限时,勾选参数对地震内力按全楼弹性板6计算,可有效减少这种超限现象。