小偏心受拉混凝土剪力墙中震可修验算方法技术

本发明专利技术涉及小偏心受拉钢筋混凝土、型钢混凝土或钢板混凝土剪力墙中震可修验算方法，用于解决高层结构中墙肢名义应力和最大裂缝宽度控制的技术问题。技术方案是：先将墙肢名义拉应力和名义剪应力标准值线性叠加为名义组合应力标准值，与混凝土抗拉强度标准值做比较，并确定名义拉应力项系数；其次，根据名义组合应力公式验算，且当名义拉应力标准值不大于对应数值时，可不配置型钢或钢板；再次，控制混凝土墙肢中钢筋(含型钢和钢板)等效应力不大于最大裂缝宽度对应钢筋应力；最后，综合判定可修状态并做调整。本发明专利技术适用于各类混凝土剪力墙处于小偏心受拉时可修验算，与规范衔接较好，可广泛用于高层结构领域，有良好技术经济效益。

Medium-Earthquake Repairable Checking Method for Small Eccentric Tension Concrete Shear Wall

The present invention relates to a medium-earthquake repairable checking method for small eccentric tension reinforced concrete, steel reinforced concrete or steel plate concrete shear walls, which is used to solve technical problems of nominal stress and maximum crack width control of wall limbs in high-rise structures. The technical scheme is as follows: firstly, the nominal tensile stress and nominal shear stress standard values of wall extremities are linearly superposed to the nominal composite stress standard values, and compared with the concrete tensile strength standard values, and the nominal tensile stress term coefficients are determined; secondly, the nominal composite stress formula is checked, and when the nominal tensile stress standard values are not greater than the corresponding values, profiled steel or steel plate can not be allocated; thirdly, control is carried out. The equivalent stress of steel bar (including section steel and steel plate) in concrete wall is not greater than that of steel bar corresponding to the maximum crack width. Finally, the repairable state is judged comprehensively and adjusted. The invention is suitable for repairing and checking calculation of various concrete shear walls under small eccentric tension, which is well connected with the code and can be widely used in the field of high-rise structures with good technical and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
小偏心受拉混凝土剪力墙中震可修验算方法
本专利技术涉及一种应用于高层建筑结构中钢筋混凝土剪力墙、型钢混凝土剪力墙或钢板混凝土剪力墙处于小偏心受拉状态时的中震可修验算方法，属于结构工程

技术介绍
在超高层及超限高层建筑结构中，由钢筋混凝土剪力墙、型钢混凝土剪力墙或钢板混凝土剪力墙围合而成的筒体被广泛采用，部分墙肢因承担较大的风荷载及地震作用而易处于小偏心受拉状态，尤其在性能化设计时的中震作用状况下，这一现象更为突出，成为设计难点。在国家及行业标准中：GB50011-2010《建筑抗震设计规范》针对中震可修设计水准，规定采用与小震不坏设计水准同样的方法，即通过基于小震的抗震承载力验算来实现，未给出单独的验算方法；JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》和GB50010-2010《混凝土结构设计规范》给出了偏心受拉钢筋混凝土剪力墙的抗剪承载力验算方法，GB50010-2010的附录G.0.5条给出了钢筋混凝土深梁在标准组合下剪力不大于0.5ftkbh0时可保证一般情况下不出现斜裂缝，可不进行受剪承载力验算即不需要做配筋验算，此方法属于名义剪应力方法控制可修，但深梁与剪力墙受力状态不同，仅可作为参考；JGJ138-2016《组合结构设计规范》给出了偏心受拉型钢混凝土剪力墙和钢板混凝土剪力墙的抗剪承载力验算方法。上述标准均未提及中震可修验算方法及对应的应力控制水平，而且各标准中的小偏心受拉混凝土剪力墙的抗剪计算模式是根据偏心受压剪力墙的受剪承载力规律折减后给出，未进行试验验证，在某些情况下偏于不安全；上述标准将纵向钢筋的抗剪贡献并入了其他系数中考虑，与同一规范体系下的类似受力状态的深受弯构件(GB50010-2010附录G.0.4条)、转换层水平楼板(JGJ3-2010的10.2.24条)单独考虑纵向钢筋贡献的抗剪验算模式不一致；上述标准中的设计公式未考虑高名义拉应力水平下纵向钢筋(或钢板)承受拉剪复合作用导致的“割韭菜”式的破坏模式，也未考虑高拉应力水平下往复拉压导致的边界条件改变后墙肢的稳定性问题。在超限结构规定或地方标准中：全国超限规定《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(2015版)基于延性构造做出规定，中震时出现小偏心受拉的混凝土构件应采用特一级构造，对小偏心受拉剪力墙中震时双向水平地震下墙肢全截面由轴向力产生的名义拉应力超过混凝土抗拉强度标准值时宜设置型钢承担拉力，且名义拉应力不宜超过两倍混凝土抗拉强度标准值(可按弹性模量换算考虑型钢和钢板的作用)；广东省超限规定《广东省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会关于超限高层建筑结构设计和审查若干问题讨论会会议纪要》(2016年)规定，中震作用下小偏心受拉构件是否需要配置型钢可根据其具体受力情况由设计人确定，不控制混凝土的名义拉应力，在往复荷载作用下构件承受较大压力(压应变大于0.003)时，应扣除保护层厚度校核其平面外稳定承载力；福建省地方规定《福建省住宅工程设计若干技术规定》(2018年)第二十三条规定，在风荷载和中震标准组合下，剪力墙出现受拉且拉应力超过ftk时，拉力应由型钢来承担，型钢(Q345B)的拉应力不应大于200MPa，竖向构件出现小偏心受拉时，应按抗震等级特一级构造，配置型钢后的纵向钢筋按受力要求和原有抗震等级的约束边缘构件配筋率取大值设置。上述规定属于名义拉应力方法，但是控制方式不同甚至相反，并且都没考虑剪应力影响。在实际工程方面：中冶京诚工程技术有限公司在2007年的烟台世茂项目中，为了使主要混凝土剪力墙在中震作用下不产生不可修复的裂缝，控制剪力墙受拉时名义剪应力不大于0.4ftk，其中竖向荷载和地震作用均取标准值；2008年的大连万达中心写字楼项目也采用了类似方法。以上工程所采用的方法均属于名义剪应力控制方法。在理论和试验研究方面：海南大学于2016年根据JGJ3-2010偏心受拉时受剪承载力公式(7.2.11-2)，不考虑钢筋贡献以混凝土部分贡献不小于零为条件推导出名义拉应力限值为4ft，据此，相应标准值工况下名义拉应力限值为4ftk；中国建筑设计研究院于2016年对钢板混凝土剪力墙在小偏心受拉状态下拉弯性能进行了有限元分析和试验研究，有限元分析发现当名义拉应力达到3.0ftk时，位移延性系数降至2.0，试验发现轴向力下混凝土裂缝为0.13mm，往复荷载下最终裂缝均为水平通缝且集中在中下部，无剪切斜裂缝，试件截面端部和中部处的钢筋或钢板抗剪作用相当，名义拉应力按照材料实测值计算约为2.86ftk，按其轴拉比推算约为2.75ftk，对应位移延性系数为2.12；奥雅纳工程顾问公司于2017年对不同轴拉比的钢筋混凝土剪力墙构件进行了抗震性能试验和有限元分析，构件在轴向力下的最大裂缝宽度为0.3mm，按照试验施加的最大轴拉比折算，最大名义拉应力为2ftk，对应的位移延性系数约为2.6，有限元分析发现，当名义拉应力很大时，墙肢开裂并出现通缝，在剪力和弯矩的复合作用下会在通缝处出现剪切滑移破坏模式。上述做法均属于名义拉应力控制方法，但未考虑试验和理论分析中呈现出来的剪应力影响。在国外的设计标准中：美国标准ACI318-2014中22.5.7.1条给出了承受显著轴向拉力构件混凝土部分的抗剪承载力计算方法，其名义拉应力上限为500psi，约为3.445MPa，为混凝土抗拉强度设计值ft的1.69～2.01倍(C40～C60)，据此推理，对应标准值工况是混凝土抗拉强度标准值ftk的1.69～2.01倍，属于可修验算的名义拉应力控制方法；BS8110-1997标准曾在3.9.4.18中规定了素混凝土墙名义剪应力不超过0.5MPa时可不考虑受剪承载力验算，属于可修验算的名义剪应力控制方法；欧洲标准Eurocode2(2004):Designofconcretestructures-Part1-1的6.2.2条给出了轴向力作用下的无受剪钢筋构件的混凝土抗剪承载力计算方法，根据此方法推论，其拉应力控制在0.2fcd，为混凝土抗拉强度设计值ft的2.23～2.7倍(C40～C60)，对应标准值工况是混凝土抗拉强度标准值ftk的2.23～2.7倍，属于名义拉应力控制方法。综上可知，小偏心受拉混凝土剪力墙尚无定量的中震可修验算方法，目前国内外不同的标准及文献采用的定值应力控制方法也各不相同，有的控制名义拉应力，有的控制名义剪应力，有的认为可以不用控制，均未能真实反映混凝土剪力墙小偏心受拉时的实际状态，使得实际工程的设计存在较大的主观性和不确定性，或者过于保守、或者偏于不安全，进而使得各工程所具有的安全性和经济性产生较大差别。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种小偏心受拉混凝土剪力墙中震可修的定量验算方法，解决在现有技术中存在的规范标准未能给出适用于小偏心受拉混凝土剪力墙中震可修的设计验算方法和对应的应力控制水平，以及现有可供参考方法存在的计算模式未经试验验证且在某些情况下偏不安全、各种应力控制方法不一致甚至相反、未能考虑复合受力引起的承载力和稳定性不足的技术问题。本专利技术的名义组合应力设计验算方法能改善当前小偏心受拉混凝土剪力墙抗剪计算模式，控制不发生复合受力下的拉剪和失稳破坏，满足剪力墙作为主要抗震构件基本的延性需求及钢筋和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小偏心受拉混凝土剪力墙中震可修验算方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，将混凝土剪力墙名义拉应力标准值σk和名义剪应力标准值τk线性叠加得到名义组合应力标准值，与混凝土抗拉强度标准值做比较，验算公式为ατk+βσk≤γftk，α、β和γ为系数，根据计算模式可靠性、钢筋与混凝土间界面性能以及位移延性需求，确定名义拉应力项系数β取0.2；第二步，永久及短暂设计状况下墙肢的名义组合应力验算公式为(λ‑0.5)τk+0.2σk≤0.5ftk，当σk≤2.5ftk时可不用配置型钢或钢板来降低墙肢名义拉应力，λ为墙肢剪跨比(1.5≤λ≤2.2)，ftk为混凝土抗拉强度标准值；第三步，地震设计状况下墙肢的名义组合应力验算公式为(λ‑0.5)τk+0.2σk≤0.4ftk，当σk≤2ftk时可不用配置型钢或钢板来降低墙肢名义拉应力；第四步，控制混凝土墙肢中钢筋(包含型钢和钢板，如有)等效应力不大于混凝土最大裂缝宽度对应的钢筋应力，等效应力采用第四强度理论计算；第五步，综合第二、三、四步验算结果判定可修状态是否满足并做后续调整。

【技术特征摘要】
1.一种小偏心受拉混凝土剪力墙中震可修验算方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，将混凝土剪力墙名义拉应力标准值σk和名义剪应力标准值τk线性叠加得到名义组合应力标准值，与混凝土抗拉强度标准值做比较，验算公式为ατk+βσk≤γftk，α、β和γ为系数，根据计算模式可靠性、钢筋与混凝土间界面性能以及位移延性需求，确定名义拉应力项系数β取0.2；第二步，永久及短暂设计状况下墙肢的名义组合应力验算公式为(λ-0.5)τk+0.2σk≤0.5ftk，当σk≤2.5ftk时可不用配置型钢或钢板来降低墙肢名义拉应力，λ为墙肢剪跨比(1.5≤λ≤2.2)，ftk为混凝土抗拉强度标准值；第三步，地震设计状况下墙肢的名义组合应力验算公式为(λ-0.5)τk+0.2σk≤0.4ftk，当σk≤2ftk时可不用配置型钢或钢板来降低墙肢名义拉应力；第四步，...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：田淑明，
类型：发明
国别省市：北京,11