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结构静力计算手册 砌体结构抗浮验算和基础规范的抗浮验算区别
未知 《混凝土异形柱结构技术规程》新规范全面分析及解读!   [ 日期:2018-10-18 ]   [ 来自:本站原创 ]  HTML


转载:2018-01-30 刘孝国 PKPM构力科技
混凝土异形柱规程JGJ149-2017已执行,与旧规程JGJ149-2006相比,其在规范适用范围、最大使用高度及高宽比、抗震等级、结构布置、弹性及弹塑性变形等方面的不同,导致异形柱框架及异形柱框剪结构的设计与之前的设计有所区别,系统梳理了新旧规程在上述要求之间的异同,分析了设计中对配筋的影响,供设计师参考。

前言

《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2017(后续简称“新规程”)于2017年12月1日执行,相比旧规程《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2006(后续简称“旧规程”)做了一些调整,这些调整涉及到规程使用范畴、内力分析及调整、变形限值控制及构件构造限值不同等,本文对新规范的调整做了系统的梳理,与旧规范做了对比分析,同时对使用新规范进行异形柱结构体系设计时引起的配筋量的变化及需要注意的事项进行梳理。并结合PKPM软件V4.1版本对旧规程条文的实现做解读,同时对新规程软件的实现做了系统的梳理,供设计中参考。

适用范围

新规程明确要求适用于非抗震和抗震设防烈度为6度,7度和8度抗震设计的一般居住建筑混凝土异形柱结构的设计及施工。旧规程的适用范围不包括8度0.3g,即对于8度半地区异形柱规程是不能使用的。相比旧规程,新规程扩大了使用范围,对于异形柱框架-剪力墙结构可以在8度0.3g使用,但是也仅限于I、II类场地,当然与旧规程相同的是8度区0.3g不允许使用异形柱框架结构体系。需要注意的是,按照《中国地震动参数区划图》GB18306—2015,全国设防区域已经全覆盖,在国内已经不存在非抗震区,本规程中提到的非抗震相关的内容在设计中已无意义。

最大适用高度和高宽比

新规范要求对非抗震区的异形柱框架结构与框架—剪力墙结构体系最大适用高度为28m、58m,相对旧规程中的最大适用高度24m、45m有了较大幅度的提高,最大适用高度对于框架—剪力墙结构做的提高更大。对于6度、7度0.1g、7度0.15g及8度0.2g的异形柱框架结构的最大适用高度分别为24m、21m、18m、12m,该最大适用高度与旧规程的要求完全一致。对于6度、7度0.1g、7度0.15g及8度0.2g、8度0.3g(仅I、II类场地土)的异形柱框剪结构的最大适用高度分别为55m、48m、40m、28m、21m,相对旧规程而言,增加了异形柱框剪在8度0.3g的使用,同时最大适用高度也做了不同程度的提高,也取消了对于平面和竖向均不规则的异形柱结构或者IV类场地上的异形柱结构最大适用高度适当降低的限制。

非抗震区的异形柱框架结构与框架—剪力墙结构体系最大高宽比为4.5、5,相对旧规程中的最大高宽比为2.5、5,对于框架最大高宽比有了较大幅度的提高,框剪最大高宽比保持不变。对于6度、7度0.1g、7度0.15g及8度0.2g的异形柱框架结构的最大高宽比为4、3.5、3、2.5,该最大高宽比与旧规程相比,对7度0.15g从2.5提高到3.5。对于6度、7度0.1g、7度0.15g及8度0.2g、8度0.3g(仅I、II类场地土)的异形柱剪架结构的最大高宽比分别为5、4.5、4、3.5、3,相对旧规程而言,增加了异形柱框剪在8度0.3g的高宽比,其他烈度下的框剪最大高宽比新旧规范保持一致。

根据框架倾覆力矩比例判断结构设计方法

新规程增加了对于异形柱框剪结构根据规定的水平力作用下结构底层框架部分承受的倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值,确定结构的设计方法。这条是新规程相比旧规程增加的部分,新规程这条的要求与《建筑抗震设计规范》GB50011

-2010(后续简称“抗规”)的要求一致。这导致对于异形柱框剪结构的设计与原设计方法有一定的区别,对于框架柱底层倾覆力矩大于结构底层地震总倾覆力矩80%时,按照框剪结构进行设计,但是对最大适用高度按照纯框架要求采用,同时框架部分的如抗震等级及轴压比等构造措施需要按照异形柱框架的要求执行。

结构布置

新规程中增加了对于8度区0.3g现浇异形柱结构剪力墙最大间距要求为2倍楼盖宽度与25m的较小值。其他非抗震、6度、7度0.1g、7度0.15g及8度0.2g对应的剪力墙最大间距分别为:min(4.5B,55m)、min(4.0B,50m)、min(3.5B,45m)、min(3.0B,40m)、min(2.5B,35m),B为楼盖宽度。新旧规程相比,增加了对于8度0.3g的现浇异形柱结构剪力墙最大间距的要求,非抗震及其他抗震烈度下的要求新旧规范一致。对于装配整体式结构,新规程仅仅要求在非抗震区适用,剪力墙最大间距为min(3.5B,45m),其他烈度下不允许使用,这与旧规范有很大的区别,旧规程中对于其他烈度下均可以使用装配整体式。按照《中国地震动参数区划图》GB18306—2015,全国范围内已无非抗震区,即装配整体式异形柱框剪在以后的设计中不能使用。

新规程中要求对于抗震安全性和使用功能有较高要求的异形柱结构可采用隔震设计,隔震设计执行相关抗震与隔震规范要求。隔震设计在旧规范中是没有要求的,这是新增加的条文,隔震设计的要求与普通的框架、框剪结构要求一致。

新规程中增加了对于地下室顶板嵌固刚度比的要求及地下室顶板的构造要求,该要求同抗规及高规。

结构抗震等级

新规程中对于抗震等级的要求基本整体同旧规程,对比分析主要有以下几点:

1、对于异形柱框架结构的抗震等级要求新旧规程完全一致。

2、新规程异形柱框剪结构增加了8度0.3g的抗震等级为一级,这个是新规程增加的,旧规程没有该烈度下的结构。

3、异形柱框剪新规程中对于7度0.1g细分了高度划分,分别为高度小于21m,剪力墙与框架抗震等级分别为三级与四级,这是新规程新增的内容;高度大于21m小于30m,剪力墙与框架抗震等级分别为二级与三级,旧规程高度小于30m的异形柱框剪,剪力墙与框架抗震等级分别为二级与三级;高度大于30m,剪力墙与框架抗震等级均为二级;新旧规程要求一致。

4、异形柱框剪新规程中对于7度0.15g也根据高度进行了抗震等级的划分,分别为高度小于18m,剪力墙与框架抗震等级分别为二级与四级,对于建造在III、IV类场地土的异形柱框剪,剪力墙与框架抗震等级分别为二级与三级,这是新规程新增的内容。高度大于18m小于30m,剪力墙与框架抗震等级分别为二级与三级,对于建造在III、IV类场地土的异形柱框剪,剪力墙与框架抗震等级均为二级,旧规程高度小于30m的异形柱框剪,剪力墙与框架抗震等级分别为二级与三级,对于建造在III、IV类场地土的异形柱框剪,剪力墙与框架抗震等级均为二级,新旧规程要求一致。高度大于30m,剪力墙与框架抗震等级均为二级,对于建造在III、IV类场地土的异形柱框剪,剪力墙与框架抗震等级分别为一级和二级,新旧规程要求一致。

5、新规程对异形柱框剪8度0.2g也细分了高度划分,分别为高度小于18m,剪力墙与框架抗震等级均为二级,这是新规程新增的内容;对于高度大于18m小于28m,剪力墙与框架抗震等级分别为一级与二级,这与旧规程高度小于28m的抗震等级要求一致。

6、新规程取消了对于除6度以外的异形柱结构,建筑场地为I类时,抗震构造措施降低的要求。这对建造在较高烈度区I类场地的框架及框剪构造措施控制配筋时有一定的配筋量的提高。

结构分析

新规程增加了对于二阶效应影响比较明显的结构,需要按照《混凝土结构设计规范》GB50010-2010要求考虑结构二阶效应,这在旧规程中没有要求,但是在设计中由于PKPM等软件均提供了结构整体是否考虑二阶效应的判断,并且当需要计算时,程序都提供了选项让设计师考虑重力二阶效应。

变形控制

新规程对于弹性变形的控制与弹塑性变形的要求如下。

对于框架结构在风荷载、多遇地震作用下的结构弹性层间位移角限值为1/550,底层抽柱带转换层的异形柱框架在风荷载、多遇地震作用下的结构弹性层间位移角限值为1/650,旧规程框架结构及底层抽柱带转换层的异形柱框架的弹性层间位移角限值分别为:1/600、1/700,新规程对异形柱框架结构变形做了适当的放松。

对于异形柱框剪结构在风荷载、多遇地震作用下的结构弹性层间位移角限值为1/800,底层抽柱带转换层的异形柱框剪在风荷载、多遇地震作用下的结构弹性层间位移角限值为1/900,旧规程框剪结构及底层抽柱带转换层的异形柱框剪的弹性层间位移角限值分别为:1/850、1/950,新规程对异形柱框剪结构变形也做了适当放松。

框架结构及底层抽柱带转换层的异形柱框架在罕遇地震作用下的结构弹塑性层间位移角限值为1/50、1/60,旧规程对应的结构弹塑性层间位移角限值分别为:1/60、1/70,新规程对异形柱框架罕遇地震下的变形也做了放松控制。

框剪结构及底层抽柱带转换层的异形柱框剪在罕遇地震作用下的结构弹塑性层间位移角限值为1/110、1/120,旧规程对应的结构弹塑性层间位移角限值分别为:1/100、1/110,新规程对异形柱框剪结构罕遇地震下的变形也做了放松控制。

底层抽柱带转换层异形柱结构要求

新规程要求在进行抗震设计时,底层抽柱带转换层的异形柱结构,其转换梁和转换梁下的柱抗震等级需按照规程3.3.1条的相关规定提高一级采用。这是新规程新提出的要求,旧规程没有这个提高。这个提高会导致相关的计算措施及构造措施提高,有可能导致用钢量上升。

新规程对落地的框架柱及不落地的框架柱提出了新的要求。落地的框架柱应连续贯通其所在框架全高;不落地的框架柱应连续贯通其所在框架转换层以上的所有楼层。抗震设计时,底部抽柱数不宜超过转换层相邻上部楼层框架柱总数的80%,非抗震设计时,底部抽柱数不宜超过转换层相邻上部楼层框架柱总数的40%。这条要求在旧规范中是没有的,新规范对于抽柱数量提出了严格的要求。

柱相关的调整

新规程区分了框架与框剪不同的抗震等级对应调整及构造措施不同,异形柱框架无一级抗震等级,但是异形柱框剪有一、二、三、四抗震等级,对应的调整做了细致区分。

1、强柱弱梁调整。新规程调整区分框架框剪不同的调整系数,修改为类似现行抗规、高规的执行方式。框架二、三、四级框架对应调整系数1.5,1.3,1.2,同普通结构对应抗震等级的调整系数。框剪的调整系数同抗规、高规上普通非框架结构的调整系数,一,二,三,四级对应框架柱调整系数1.4,1.2,1.1,1.1。需要区分结构类型采用不同的强柱弱梁调整系数。这个是与旧规程有很大区别的,旧规程是不区分结构体系的,这可能导致框架及框剪结构中框架柱强柱弱梁调整系数变大,组合弯矩变大,计算配筋变大。

2、纯框架底层柱弯矩放大系数调整。新规程中的调整要求及系数同抗规、高规中对普通框架的要求,只是没有一级抗震等级的调整。抗震等级二,三,四级对应框架柱调整系数1.5,1.3,1.2。这个新旧规范的要求是一致的。

3、新规程对角柱调整同抗规、高规对于一般结构角柱的调整,各抗震等级的角柱,在有地震作用组合下的剪力、弯矩设计值按照调整后的值再乘以不小于1.1的增大系数。这个要求与旧规范要求也完全一致。

4、新规程与旧规程对于小偏心受拉的柱调整均没有要求,但是按照抗规、高规中对于地震组合下的小偏心受拉的柱需要对柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%。此要求虽然规范无要求,但是在PKPM软件执行过程中程序是执行了该条要求,异形柱如果存在地震下小偏心受拉的柱程序会放大配筋25%。

5、强剪弱弯调整。新规范调整区分框架框剪不同的调整系数,修改为类似现行抗规、高规的执行方式。框架二,三,四级对应系数1.3,1.2,1.1,同一般结构对应抗震等级的调整系数。框剪的调整系数同抗规、高规上普通非框架结构的调整系数,一,二,三,四级对应框架柱调整系数1.4,1.2,1.1,1.1。新规程与旧规程有较大区别的,旧规程是不区分结构体系的,这可能导致框架及框剪结构中框架柱强剪弱弯调整系数变大,尤其一级的框剪结构中框架柱,剪力放大系数1.4,旧规程中剪力放大系数最大为1.2。

节点核心区截面验算及抗剪验算

新规程异形柱节点核心区受剪的水平截面验算,旧规范公式基本相同,但是在系数上稍微做了调整。

上述公式中的具体系数可查看新规程。新规程较旧规程而言,引入了一个新的系数α,称纤维增强系数,对于一般的节点核心区采用普通混凝土结构时,该系数取值为1。ξv在新规范中为正交肢影响系数,旧规范中该系数为翼缘影响系数ξf,新旧规范该系数取值有一定的区别。公式调整放松了节点核心区水平截面的验算要求。

新规范对框架节点核心区组合剪力设计值的调整新旧规范有别。调整系数在旧规范二,三,四级对应框架柱调整系数1.2,1.1,1.0,新规范修改为区分结构类型并且调整系数也不同。框架二,三,四级框架对应系数分别1.35,1.2,1.0。框剪结构一,二,三,四级对应框架柱调整系数为1.35,1.2,1.1,1.0。新规范修改的调整系数同抗规、高规对一般结构的剪力设计值调整。调整系数的不同,导致节点核心区组合剪力设计值对一级有较大变化。

构造方面的调整

新规程对构造方面由于一级抗震等级的增加而有所区别,新旧规程的对比主要有以下几点。

1、异形柱轴压比限值控制。新规程相比旧规程而言,框剪结构有一级抗震等级要求,其对应的轴压比限值为:I形及Z形0.4,T形0.45,十字形0.5。另外对特殊情况下轴压比限值的增大及降低新规程增加了几种特殊的要求。比如对于纵向钢筋采用500MPa级钢筋时,轴压比限值按照规范表中的要求降低0.05。

2、异形柱最小配筋率的控制。新旧规程不同之处在于新规程区分了不同的结构类型中框架柱最小配筋率的不同,同时增加了一级抗震等级柱最小配筋率的控制,另外最小配筋率限值也做了修改。采用400Mpa钢筋最小配筋率按照规范限值减小0.05,旧规程减小0.1。新规程对于非抗震的边柱和中柱最小配筋率做了适当的放松,由原来的0.8% 放松到0.6%。对于特殊情况下的处理,新规程要求最小配筋率适当增加。新规程还要求控制异形柱中每一段墙肢的最小配筋率为0.2% 或0.4%。二级抗震等级的异形柱框架结构中框架柱构造最小配筋由旧规程的0.8%提高到0.9%,有一定的提高。

3、新规程对柱加密区箍筋体积配箍率的要求增加了一级的要求,旧规范只有二,三,四级,新规范对于一级加密区箍筋体积配箍率不应小于1.0%。其他抗震等级的要求同旧规程。

4、异形柱箍筋加密区的最大间距和最小直径的构造要求。较旧规程而言,新规程中增加了对于一级抗震等级的要求,要求一级抗震等级的箍筋最小直径为10mm,箍筋最大间距为min(5d,100mm),其中d为纵向受力钢筋的最小直径。其他抗震等级对应的要求同旧规程。

5、新规程要求对一二级抗震等级的房屋角部异形柱以及地震区楼梯间,异形柱肢端(转角处)应设置暗柱,并对暗柱设置的形式和尺寸提出了相关要求,同时对暗柱的附加纵筋与箍筋也有要求。这是旧规程没有的。

6、新规程对于Z形柱节点核心区腹板构造提出了相关规定。节点核心区腹板应在框架梁高范围内配置水平箍筋,其直径和间距与核心区翼缘箍筋相同,且当腹板方向无梁时,应在核心区腹板水平箍筋内侧设置暗梁,并对暗梁的最小配筋提出相关要求。这也是新规程不同于旧规程的内容,在旧规程中无相关要求。

结论及建议

本文通过新旧异形柱结构技术规程的对比,系统梳理新规程的变化,对适用范围、内力调整、构造等细化,内力调整同现行抗规、高规做了对比分析,同时对与旧规程相似部分也进行了阐述,对设计上引起的内力、配筋变化也做了介绍,供设计师在设计中参考。另外,对新规范引起的改动,PKPM软件正在程序中实现对于新规程的要求,供设计师方便、便捷、准确按照规范进行异形柱结构的设计。

 

参考文献

 JGJ149-2017混凝土异形柱结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2017.

 JGJ149-2006混凝土异形柱结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2006.

 GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

 JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

 GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.



[本日志由 tiancao1001 于 2018-10-18 07:58 PM 编辑]


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