1、問題提出
設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)師一般都比較重視轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì),但通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),定義轉(zhuǎn)換梁與否,有些情況下轉(zhuǎn)換梁的配筋好像沒有預(yù)期的結(jié)果那樣變化大,有些轉(zhuǎn)換梁配筋變化很小,甚至有些情況下定義轉(zhuǎn)換梁與否基本不影響配筋。設(shè)計(jì)師會(huì)產(chǎn)生一系列疑慮,對(duì)于轉(zhuǎn)換梁的配筋變化情況及轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力調(diào)整放大,軟件是如何執(zhí)行規(guī)范的相關(guān)要求?并且抗規(guī)、高規(guī)及異形柱規(guī)程等對(duì)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力調(diào)整均不完全一致,軟件是按照那本規(guī)范執(zhí)行?為什么定義轉(zhuǎn)換梁與否配筋差異很小等?
本文結(jié)合各規(guī)范對(duì)轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力調(diào)整要求,剖析各規(guī)范之間的異同,闡釋軟件對(duì)于轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力放大及特殊的配筋設(shè)計(jì),為設(shè)計(jì)師展示轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。
2 .規(guī)范對(duì)于轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力調(diào)整要求
① 抗規(guī)對(duì)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力調(diào)整要求
抗規(guī)3.4.3及3.4.4對(duì)于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)的結(jié)構(gòu)歸為豎向不規(guī)則,對(duì)于這種結(jié)構(gòu)中的水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件規(guī)范要求地震內(nèi)力需要乘以1.25~2.0的增大系數(shù),如圖1所示。
注意的是,抗規(guī)對(duì)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)是個(gè)范圍,在設(shè)計(jì)中無法準(zhǔn)確執(zhí)行。要對(duì)轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整需要參考其他規(guī)范的相關(guān)要求。
查看抗規(guī)關(guān)于框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí),如圖2所示,可知,框支框架的抗震等級(jí)僅僅有抗震等級(jí)一級(jí)與二級(jí),無其他抗震等級(jí),因此,水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件地震內(nèi)力的放大只放大一級(jí)與二級(jí)。
通過高規(guī)10.2.4條文可知,對(duì)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力放大,高規(guī)給出了具體的放大系數(shù),在設(shè)計(jì)中可以執(zhí)行,高規(guī)中僅僅給出了特一級(jí)、一級(jí)及二級(jí),并沒有三級(jí)、四級(jí)抗震等級(jí)的轉(zhuǎn)換梁放大系數(shù)。
在高規(guī)中,如圖4,圖5可知,不論是A級(jí)高度還是B級(jí)高度的建筑,部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中的框支框架只有特一級(jí)、一級(jí)及二級(jí),不存在三級(jí)與四級(jí)的情況。因此,高規(guī)中也不存在三級(jí)、四級(jí)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力放大,相比抗規(guī)多了特一級(jí)水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的內(nèi)力放大要求。
③ 異形柱規(guī)程對(duì)轉(zhuǎn)換梁的調(diào)整要求
異形柱規(guī)程3.2.5的第四條要求,對(duì)于不規(guī)則的異形柱結(jié)構(gòu),其抗震設(shè)計(jì)應(yīng)符合對(duì)于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)時(shí),構(gòu)件傳遞水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的地震內(nèi)力應(yīng)根據(jù)不同條件和情況乘以1.25~1.5的放大系數(shù)。
該內(nèi)力調(diào)整系數(shù)與抗震規(guī)范要求類似,均是一個(gè)范圍,但具體范圍的數(shù)值大小與抗規(guī)規(guī)范要求的1.25~2.0稍有區(qū)別。
異形柱規(guī)程附錄A中對(duì)底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的異形柱結(jié)構(gòu)提出了相關(guān)的特殊要求,底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的異形柱結(jié)構(gòu),其轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用梁;對(duì)于抗震設(shè)計(jì)時(shí),底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的異形柱結(jié)構(gòu),其轉(zhuǎn)換梁和轉(zhuǎn)換梁下的柱的抗震等級(jí)應(yīng)按本規(guī)程第3.3.1條相關(guān)規(guī)定提高一級(jí)采用。
另外異形柱規(guī)程中3.3.1節(jié)中給出了框架及框架—剪力墻的抗震等級(jí),如下圖6所示。
4、轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力調(diào)整手工校核
① 轉(zhuǎn)換梁(特一級(jí)、一級(jí)、二級(jí))內(nèi)力調(diào)整的自動(dòng)放大
某7度半的框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),高度大于60m,該結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層在第五層,非底部加強(qiáng)區(qū)的剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí),框支框架的抗震等級(jí)為一級(jí)。如下圖8為該工程的3D圖及第五層轉(zhuǎn)換層的梁、柱及墻體布置情況。
計(jì)算完畢選取其中某根轉(zhuǎn)換梁的計(jì)算結(jié)果,輸出該梁的相關(guān)計(jì)算信息。圖9為該梁的位置及幾何信息,圖10為該梁輸出的相關(guān)的調(diào)整系數(shù)信息及屬性信息,圖11為該梁的單工況內(nèi)力計(jì)算結(jié)果。圖12為該梁輸出的組合內(nèi)力及配筋結(jié)果。
針對(duì)該框支轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行手工校核,從圖12框支梁結(jié)果可知,該梁I端對(duì)應(yīng)組合號(hào)為49,該組合的具體構(gòu)成情況如下圖13所示:
如果在SATWE中“調(diào)整信息”下對(duì)該三級(jí)抗震等級(jí)的轉(zhuǎn)換梁人工定義水平地震作用效應(yīng)放大系數(shù)1.4(異形柱規(guī)程中的放大系數(shù)為1.25~1.5),如圖16所示,再查看該梁的信息輸出及配筋結(jié)果。
如圖17所示輸出了對(duì)應(yīng)該梁的屬性、抗震等級(jí)及內(nèi)力調(diào)整信息,圖18輸出了該轉(zhuǎn)換梁的組合內(nèi)力及配筋結(jié)果。
通過對(duì)比普通梁和框支梁的配筋結(jié)果,可知,框支梁的配筋計(jì)算與普通梁的配筋計(jì)算很大的不同點(diǎn)是,框支梁支座受拉鋼筋的計(jì)算僅僅考慮單筋截面。普通框架梁,抗震等級(jí)一、二、三級(jí)時(shí),都需要按照考慮受壓鋼筋的雙筋截面進(jìn)行設(shè)計(jì)。這會(huì)導(dǎo)致即使是在同等的彎矩下,框支梁支座計(jì)算的受拉配筋面積較普通梁大。同時(shí)更重要的一點(diǎn),如果定義轉(zhuǎn)換梁,該梁就默認(rèn)為非調(diào)幅梁,不做彎矩的調(diào)幅,這會(huì)導(dǎo)致即使單工況內(nèi)力一致的情況下,若轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力不做放大,定義轉(zhuǎn)換梁與否也會(huì)導(dǎo)致組合內(nèi)力有別,進(jìn)而導(dǎo)致配筋產(chǎn)生微小差異。
6、對(duì)轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力調(diào)整及配筋設(shè)計(jì)的總結(jié)
對(duì)于框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的內(nèi)力調(diào)整級(jí)配筋設(shè)計(jì)總結(jié)如下:
① 在滿足抗規(guī)、高規(guī)的情況下,由于規(guī)范中僅僅有特一級(jí)、一級(jí)及二級(jí)三種情況,程序都會(huì)按照高規(guī)要求,自動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)換梁執(zhí)行地震作用的調(diào)整。
②對(duì)抗震等級(jí)三、四級(jí)的轉(zhuǎn)換梁,默認(rèn)情況下,程序不自動(dòng)考慮地震作用的內(nèi)力調(diào)整;如果按照異形柱規(guī)范或者人為定義了三、四級(jí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件的內(nèi)力放大系數(shù),程序也會(huì)考慮對(duì)三、四級(jí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件的放大。
③對(duì)于梁托柱的情況,有些情況下設(shè)計(jì)師定義轉(zhuǎn)換梁,雖然默認(rèn)三、四級(jí)不做地震內(nèi)力的調(diào)整,但由于轉(zhuǎn)換梁是非調(diào)幅梁,這會(huì)導(dǎo)致與不定義轉(zhuǎn)換梁相比,該梁的支座及跨中配筋會(huì)有微小變化。
④定義轉(zhuǎn)換梁與否,轉(zhuǎn)換梁的構(gòu)造配筋與普通梁構(gòu)造鋼筋也有區(qū)別,一般情況下轉(zhuǎn)換梁的構(gòu)造配筋大于普通梁。
⑤轉(zhuǎn)換梁與普通梁的配筋還有一個(gè)很大的區(qū)別,轉(zhuǎn)換梁只按照單筋截面進(jìn)行構(gòu)件配筋設(shè)計(jì),而普通的框架梁要按照規(guī)范的要求,一、二、三級(jí)按照雙筋截面進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。這導(dǎo)致同等彎矩情況下,按轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)的支座受拉鋼筋面積一般大于按普通框架梁設(shè)計(jì)的面積。