【同辰原创】熟悉而陌生的结构层间受剪承载力

【同辰原创】熟悉而陌生的结构层间受剪承载力
层间受剪承载力对结构设计师来说是非常熟悉的参数,“结构高规”规定“A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%,不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%”。
实际上,大部分人对此参数的理解都存在较大偏差,本文将从剪力墙结构的楼层受剪承载力入手,从规范解析、方案对比、数据分析等多个角度对“层间受剪承载力”进行简单的立体化解析。
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Part.1
规范解析

高规对偏心受压剪力墙受剪承载力的计算公式如下:

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△ 高规受剪承载力计算公式

从高规对“斜截面受剪承载力”计算公式可知,影响层间受剪承载力的主要因素为:

1、剪力墙剪跨比;

2、剪力墙长度、厚度、混凝土强度设计值;

3、截面轴向压力设计值;

4、水平分布筋;

由此可知,当结构布置及水平分布筋确定时,本质影响因素及无关因素如下:

1、影响因素:剪跨比、截面轴向压力设计值;

2、无关因素:截面高度、平面梁板布置(内力影响考虑在轴力影响范畴);

上述因素与大家的结构认知体系一致吗?是否存在一些想去验证而没有行动疑问呢?为确认内中的各种疑问,笔者将通过不同情况的结构方案对比及数据分析引导大家进一步认识这个“熟悉而陌生的”受剪承载力。

Part.2
与层高无关

“层间受剪承载力”真的与层高无关吗?大家的直觉判断认为是有关还是无关呢?

对比方案(均为8层,各方案平面布置、荷载、参数均完全相同):

1、层高3.0m;

2、层高4.5m;

3、层高6.0m;

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 △ 结构平面布置

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△ “层高3.0m”计算数据

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△ “层高4.5m”计算数据

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△ “层高6.0m”计算数据

分析数据:

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△ 关键数据汇总(5层Y向为例)

数据情况:

1、初步结论:受剪承载力与层高无绝对相关(不考虑剪跨比变化导致的影响)

2、偏差情况:层间受剪承载力X向差异很小,Y向不同楼层、不同层高有一定差异;

偏差推测:

1、层高不同影响轴力N,底层N大,故整体趋势为“下层>上层”(本文非研究性文章,不对此推测进行深入研究);

2、“层高6m方案”Y向1~4层受剪承载力整体趋向增大,4~7层整体趋向减小,推测此情况与楼层剪跨比的差异有很大关系。

Part.3
与剪跨比有关!

为进一步验证上一节的初步结论,本节对上节“偏差推测”2)点对应的剪跨比关系进行进一步验证,取“层高6.0m方案”中下图所示矩形框内的Y向墙肢剪跨比数据进行分析。

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 △ “层高6.0m”所要分析的墙肢平面示意

分析数据:

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△ 关键数据汇总

数据情况:

1、初步结论:结构布置相同的情况下,剪跨比越大受剪承载力越小(各层轴力偏差变化不大,轴力影响不深入研究);

2、偏差情况:受剪承载力与剪跨比的反向变化趋势基本一致,无明显偏差。

Part.4

如果轴力完全相同,受剪承载力真的是1.0吗?

前面的简单分析基本已经验证了受剪承载力的核心影响因素是轴压力和剪跨比,那么如果轴压力和剪跨比完全相同,受剪承载力会是0吗?

以下举一个极端的例子,计算模型中将混凝土容重、楼面荷载等均设置为0,各层轴压力均为0,理论上各层受剪承载力计算结果应该全部为1.0。

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△ 各层剪跨比(各层均相同)

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△ 受剪承载力计算结果

数据情况:

1、结论:当荷载为0,轴力、剪跨比计算结果完全相同时,各层受剪承载力也完全相同;

2、偏差情况:无偏差。

Part.5

受剪承载力会受到结构布置合理性及受力复杂性影响吗?

如果各层结构布置不同,结构布置非常不合理的情况下,受剪承载力会受到整体结构不合理的影响吗?

对比方案

1、层高4.5m,1~8层结构布置均与前面对比方案条件相同;

2、层高4.5m,1~4层取消一跨,4~8层与前面结构布置条件相同;

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△ 1~4层结构布置

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△ 受剪承载力计算结果

数据情况:

1、非突变楼层,受剪承载力趋势基本一致;

2、5层处突变悬挑导致整个结构布置、受力非常不合理,超限、超筋严重,但受剪承载力并不受结构整体受力、结构布置不合理的影响。

Part.6

如果竖向构件之间没有楼面连系,对软件计算的层间受剪承载力会有什么影响?

为进一步加深对受剪承载力的理解,本文再增加一种不合理结构布置的方案数据。

对比方案

1、层高4.5m;各层结构布置均与前面条件相同;

2、层高4.5m,所有层均取消楼面梁、板,剪力墙之间无拉结,无楼面荷载;

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 △ 图11 结构平面布置

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△ 层高4.5m,不设梁板计算数据

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 层高4.5m计算数据

数据情况:

1、不设梁板、没有楼面荷载,整体趋势受剪承载力更小;

2、剪跨比情况如何?此处因篇幅原因不再展示数据,留给感兴趣的朋友自行验证。

Part.7
要点总结

每个结构设计师对层间受剪承载力都非常熟悉,但大部分结构设计师对其理解都停留在感性层面,现对上述验证的受剪承载力进行不同层面的个人要点总结(以个人理解及需求为出发点总结,仅供参考):

受剪承载力与竖向构件轴向压力、剪跨比绝对相关;

与结构布置的合理性、受力复杂性无关;

与竖向构件的高度无绝对相关;

与楼面梁的拉结情况无绝对相关;

与力的大小无绝对相关;

跃层建模时,若跃层楼层相关的标准层因个人设计考虑等因素少输入部分竖向构件,受剪承载力将会失真,此时处理方式应更加严谨。

– END –

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