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建筑設計

發布日期:2021-10-29 17:14:29

 1.剪力墻與鋼筋混凝土壓彎構件相比有何特點?在剪力墻內,各種鋼筋的作用如何?需要進行哪些計算與驗算?

  答:墻體承受軸力,彎矩和剪力的共同作用,它應當符合鋼筋混凝土壓彎構件的基本規律。但與柱子相比,它的截面往往薄而長(受力方向截面高寬比遠大于4),沿截面長方向要布置許多分布鋼筋,同時,截面剪力大,抗剪問題較為突出。這使剪力墻和柱截面的配筋計算和配筋構造都略有不同。

  在剪力墻內,由豎向分布筋和受力縱筋抗彎、水平鋼筋抗剪,需要進行正截面抗彎承載能力和斜截面抗剪承載能力計算,必要時,還要進行抗裂度或裂縫寬度的驗算。剪力墻必須依賴各層樓板作為支撐,保持平面外穩定。在樓層之間也要保持局部穩定,必要時還應進行平面外的穩定驗算。

  2.如何判別剪力墻的大、小偏心受壓?

  答:與偏心受壓柱類似,在極限狀態下,當剪力墻的相對受壓區高度ξ(x/hw0)≤ξb時,為大偏心受壓破壞;ξ>ξb時為小偏心受壓破壞。

  3.剪力墻按大偏心受壓進行強度計算時,應滿足哪兩個條件?

  答:剪力墻按大偏心受壓進行強度計算時,應滿足的兩個條件:

  (1)必須驗算是否滿足ξ≤ξb。若不滿足,則應按小偏壓計算配筋。

  (2)無論在哪種情況下,均應符合 的條件,否則按 進行計算。

  4.剪力墻大、小偏心受壓破壞的特點與假定如何?

  答:大偏壓破壞時,遠離中和軸的受拉、受壓鋼筋都可以達到流限fy,壓區混凝土達到極限強度α1fc,但是靠近中和軸處的豎向分布筋不能達到流限。按照平截面假定,未達流限的范圍可以由計算確定。但為了簡化計算,在剪力墻正截面計算時,假定只在1.5x范圍(x為受壓區高度)以外的受拉豎向分布筋達到流限并參加受力。在1.5x范圍內的鋼筋未達流限或受壓,均不參與受力計算。

  與小偏壓柱相同,剪力墻截面小偏壓破壞時,截面上大部分受壓或全部受壓。在壓應力較大的一側,混凝土達到極限抗壓強度而喪失承載能力,端部鋼筋及分布鋼筋均達到抗壓屈服強度,但計算中不考慮分布壓筋的作用。在受拉區分布鋼筋應力較小,因而受拉區分布鋼筋的作用也不考慮。這樣,剪力墻截面極限狀態的應力分布與小偏壓柱完全相同,配筋計算方法也完全相同。

  5.如何判別剪力墻的大、小偏心受拉?它們各有何受力特點?設計思路如何?

  答:剪力墻在彎矩 和軸向拉力 作用下,當拉力較大,使偏心矩 時,全截面受拉,屬于小偏心受拉情況。當偏心矩 ,即為大偏心受拉。

  在小偏心受拉情況下,整個截面處在拉應力狀態下,混凝土由于抗拉性能很差將開裂貫通整個截面,所有拉力分別由墻肢腹部豎向分布鋼筋和端部鋼筋承擔。因此,剪力墻一般不可能也不允許發生小偏心受拉破壞。

  在大偏心受拉情況下,截面上大部分受拉,仍有小部分受壓。與大偏壓一樣,假定1.5x范圍以外的受拉分布鋼筋都參加工作并達到屈服,同時忽略受壓豎向分布鋼筋的作用。

  6.剪力墻斜截面受剪破壞主要有哪三種破壞形態?在剪力墻設計中,分別如何處理?

  答:剪力墻斜截面受剪破壞主要有三種破壞形態—剪拉破壞、剪壓破壞和斜壓破壞。其中剪拉破壞和斜壓破壞比剪壓破壞顯得更脆性,設計中應盡量避免。在剪力墻設計中,通過構造措施防止發生剪拉和斜壓破壞,通過計算確定墻中水平鋼筋,防止其發生剪切破壞。具體地,是通過限制墻肢內分布鋼筋的最小配筋率防止發生剪拉破壞;通過限制截面剪壓比避免斜壓破壞。

  7.剪力墻斜截面承載力計算的主要目的是什么?

  答;設計中通常認為:豎向分布筋抵抗彎矩,而水平分布筋抵抗剪力。這樣,剪力墻就由混凝土和水平鋼筋共同抗剪。所以斜截面承載力計算的主要目的就是在已定截面尺寸和混凝土等級的情況下,計算水平分布筋的面積。

  8.為什么要對剪力墻截面的剪壓比進行限制?

  答:試驗表明,當剪力墻截面尺寸太小(通常指厚度太小),截面剪應力過高時,會在早期出現斜裂縫,而且很可能是在抗剪鋼筋還沒有來得及發揮作用時,混凝土就在高剪力及壓力下被擠碎了,此時配置更多的抗剪鋼筋已毫無意義。為避免這種破壞,應當對截面的剪壓比進行限制。

  9.剪力墻斜截面受剪破壞主要有哪幾種破壞形態?設計中如何考慮這些破壞?

  答:剪力墻斜截面受剪破壞主要有三種破壞形態—剪拉破壞、剪壓破壞和斜壓破壞。其中剪拉破壞和斜壓破壞比剪壓破壞顯得更脆性,設計中應盡量避免。在剪力墻設計中,通過構造措施防止發生剪拉和斜壓破壞,通過計算確定墻中水平鋼筋,防止其發生剪切破壞。具體地,是通過限制墻肢內分布鋼筋的最小配筋率防止發生剪拉破壞;通過限制截面剪壓比避免斜壓破壞;斜截面承載力計算則是為了防止剪壓破壞。

  10.剪力墻腹板中存在著哪幾種分布鋼筋?各有何作用?它們各自所起作用的大小與哪些因素有關?設計中是如何處理的?

  答:剪力墻腹板中存在豎向及水平分布鋼筋,二者都可阻止斜裂縫展開,維持混凝土抗剪壓的面積,從而改善沿斜裂縫剪切破壞的脆性性質。它們各自所起作用的大小與剪跨比、斜裂縫傾斜度有關。但是,設計中通常將二者的功能分開:豎向分布筋抵抗彎矩,而水平分布筋抵抗剪力。這樣,墻肢就由混凝土和水平鋼筋共同抗剪。所以,斜截面承載力計算就是在已定截面尺寸和混凝土等級的情況下,計算出水平分布筋的面積,從而起到防止剪壓破壞的目的。

  11.為什么要對截面的剪壓比進行限制?

  答:試驗表明,當剪力墻截面尺寸太小(通常指厚度太小),截面剪應力過高時,會在早期出現斜裂縫,而且很可能是在抗剪鋼筋還沒有來得及發揮作用時,混凝土就在高剪力及壓力下被擠碎了,此時配置更多的抗剪鋼筋已毫無意義。為避免這種破壞,應當對截面的剪壓比進行限制。

  12.連梁的配筋形式有哪幾種,各有什么特點?

  答:試驗研究表明,若連梁采用普通梁的配筋方式(縱向鋼筋抗彎、豎向鋼筋抗剪),其抗震性能稍差,只有在嚴格控制截面平均剪應力的條件下連梁才可能有較好的延性。否則,即使做到 “強剪弱彎”,也常常是在鋼筋屈服后不久連梁就剪壞,延性很小。為了改善連梁的延性,可以采用斜交叉配筋形式,此種配筋,剪力傳遞是通過交叉鋼筋的拉力和壓力來實現的,混凝土裂縫對剪力的傳遞影響較小,因此可避免發生斜拉破壞和出現對角線交叉裂縫以及端剪切滑移,延性也大大改善。此外,在連梁中開水平縫減小其跨高比,也可改善連梁的延性。

  13.為何剪力墻中配置的水平和豎向分布鋼筋必須大于或等于最小配筋百分率?

  答:當剪力墻中水平配筋過少時,斜裂縫—旦出現就會立即開展成一條主要斜裂縫,裂縫寬度加大,剪壓區迅速減小,使構件沿斜裂縫劈裂成兩半。這是脆性的斜拉型剪切破壞,設計中應當避免。因此,在墻肢中應當配置一定數量的水平鋼筋,以限制斜裂縫開展和防止脆性破壞。同時,還要考慮由于某種原因使墻肢產生裂縫時(如施工原因),剪力墻仍能抵抗溫度應力并仍能承受設計荷載。所以,水平分布鋼筋的最小配筋率不能小于規范的要求。

  為了防止混凝土墻體在受彎裂縫出現后立即達到極限抗彎承載力,配置的豎向分布鋼筋也必須大于或等于最小配筋百分率??紤]到豎向分布鋼筋也可以限制斜裂縫的開展,減小豎向的溫度收縮應力,所以豎向分布筋的最小配筋率與水平鋼筋的相同。

  14.小開口剪力墻在水平荷載下的內力與位移如何計算?

  答:小開口剪力墻在水平荷載下的內力與位移按如下方法計算:

  (1)內力計算

  整體小開口墻墻肢的正應力可以看作是由兩部分彎曲應力組成,其中一部分是作為整體懸臂墻作用產生的正應力,另一部分是作為獨立懸臂墻作用產生的應力。

  墻肢剪力,底層按墻肢截面面積分配;其余各層墻肢剪力,可按材料力學公式計算截面面積和慣性矩比例的平均值分配剪力。

  連梁的剪力可由上、下墻肢的軸力差計算。

  (2)頂點位移

  考慮到開孔后剛度的削弱,應將整體墻的水平位移計算結果乘1.20。

  15.為何要限制剪力墻截面的剪壓比不能太大?

  答:驗表明,當剪力墻截面尺寸太小(通常指厚度太小),截面剪應力過高時,會在早期出現斜裂縫,而且很可能是在抗剪鋼筋還沒有來得及發揮作用時,混凝土就在高剪力及壓力下被擠碎了,此時配置更多的抗剪鋼筋已毫無意義。為避免這種破壞,應當對剪力墻截面的剪壓比進行限制。

  16.整體墻在水平荷載下的內力與位移如何計算?

  答:房屋沿平面和沿高度方向比較規整時,可將縱、橫兩個方向墻體分別按平面結構進行計算。

  總水平荷載可以按各片剪力墻的等效剛度分配,然后進行單片剪力墻的計算。

  17.剪力墻斜截面受剪破壞主要有幾種破壞形態?設計中應如何避免這幾種破壞形態的發生?

  答:與受彎構件相似,剪力墻斜截面受剪破壞主要有三種破壞形態—剪拉破壞、剪壓破壞和斜壓破壞。其中剪拉破壞和斜壓破壞比剪壓破壞顯得更脆性,設計中應盡量避免。在剪力墻設計中,通過構造措施防止發生剪拉和斜壓破壞,通過計算確定墻中水平鋼筋,防止其發生剪切破壞。具體地,是通過限制墻肢內分布鋼筋的最小配筋率防止發生剪拉破壞;通過限制截面剪壓比避免斜壓破壞;設計中進行的斜截面承載力計算則是為了防止剪壓破壞。

  18.為什么要在剪力墻的墻肢端部設置邊緣構件?

  答:試驗表明,剪力墻在周期反復荷載作用下的塑性變形能力,與端部邊緣構件(暗柱、端柱、翼墻和轉角墻)的范圍有關,如設有暗柱的剪力墻比不設暗柱的墻體消耗地震能量增加23%左右。這是因為在端部有明柱或暗柱的剪力墻,不僅可防止端部鋼筋壓屈并約束混凝土,還可以阻止腹板內斜裂縫迅速貫通;在腹板混凝土酥裂后,端柱仍可抗彎及抗剪,結構不至于倒塌。因此,剪力墻墻肢端部應嚴格按《高規》要求設置約束邊緣構件或構造邊緣構件,目的是通過約束邊緣構件為墻肢兩端的混凝土提供足夠的約束,以保證剪力墻肢底部塑性鉸區的延性性能以及耗能能力。

  19.雙肢墻在水平荷載下的內力與位移計算的基本假定?

  答:雙肢墻在水平荷載下的內力與位移計算的基本假定如下:

  (1)連梁的反彎點在跨中,連梁的作用可以用沿高度均勻分布的連續彈性薄片代替(連梁連續化假定)

  (2)各墻肢的彎曲變形曲線相似,水平位移相等(即不考慮連梁的軸向變形)

  (3)連梁和墻肢考慮彎曲和剪切變形;墻肢還應考慮軸向變形的影響。

  20.什么是開洞剪力墻?為什么說如果經過合理設計,開洞剪力墻的抗震性能比懸臂墻好?請說明“合理設計”有哪些要求?

  答:開洞剪力墻,是指分別按連梁及墻肢構件設計的開有較大洞口的剪力墻。

  懸臂剪力墻是靜定結構,只要有一個截面破壞,就會導致結構失效或倒塌;而開洞剪力墻則不然,它是超靜定結構,連梁及墻肢都可出鉸。如果做成強墻弱梁的剪力墻,將連梁設計成延性的耗能構件,則可大大改善剪力墻的延性。同時,如將塑性鉸或破壞局限在連梁上,則震后便于修復。所以說,如果經過合理設計,開洞剪力墻的抗震性能比懸臂墻好。

  與延性框架類似,設計延性開洞剪力墻時,應處理好三個基本原則:預計的彈性區要強,塑性區要弱;墻肢要強,連梁要弱;抗剪強度要強,抗彎強度要弱。也就是說,作為超靜定結構的開洞剪力墻如能在連梁上首先出現塑性鉸,吸收地震能量,從而避免墻肢的嚴重破壞,實現“強墻弱梁”,而墻肢及連梁構件做到“強剪弱彎”,才可得到較為理想的延性剪力墻結構??梢?,作為超靜定結構的開洞剪力墻,如能實現“強墻弱梁”,則比懸臂剪力墻具有更好的抗震性能。

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