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結構設計師必看的轉換梁設計要點匯總?

1.提出的問題

設計人員壹般都比較重視轉換梁的設計,但是通過計算發現,在某些情況下,轉換梁的配筋似乎變化的和預期的壹樣大,在某些情況下,轉換梁的配筋變化很小,甚至在某些情況下,定義轉換梁與否,配筋基本不受影響。設計師會有壹系列的疑惑。軟件如何實現規範對轉換梁的配筋變化和內力調整放大的相關要求?而且轉換梁的內力調整與反規範、高規範、異形柱規範並不完全壹致。軟件是根據哪個代碼實現的?為什麽定義轉換梁和鋼筋區別不大?

本文結合各種規範中轉換梁的內力調整要求,分析了規範之間的異同,說明了利用軟件進行轉換梁的內力放大和特殊配筋設計,為設計人員展示了轉換梁的設計細節。

2.轉換梁內力調整要求規程

(1)轉換梁的內力調整要求違反規範。

3.4.3和3.4.4對於豎向抗側力構件不連續的結構,歸類為豎向不規則。對於該結構中的水平轉換構件,規範要求地震內力乘以增大系數1.25~2.0,如圖1。

註意,轉換梁的內力調整系數是壹個範圍,在設計中無法準確實施。調整轉換梁的內力,需要參考其他規範的相關要求。

看規範中框支轉換結構的抗震等級,如圖2所示,可以看出框支框架的抗震等級只有壹級和二級,沒有其他抗震等級。因此,水平轉換構件的地震內力放大僅為I級和II級。

②轉換梁高軌距調整要求。

框支轉換結構中轉換梁的地震內力放大系數要求如下,如圖3所示:

根據規範10.2.4的規定,對於轉換梁的內力放大,規範65438給出了具體的放大系數,在設計中可以執行。規範65438只給出了特殊壹、壹、二級的轉換梁的放大系數,沒有三、四級抗震等級。

在高規範中,如圖4、圖5所示,可以看出,某些框支剪力墻結構中的框支剪力墻只有特殊的壹、壹、二級,沒有三、四級。因此,高規範中三級、四級轉換梁不存在內力放大,特殊級別轉換構件比反規範有更多的內力放大要求。

③轉換梁異形柱規程的調整要求。

《異形柱規範》(3.2.5)第四條要求,不規則異形柱的抗震設計應與豎向抗側力構件不連續時構件傳遞的水平傳遞構件的地震內力壹致,並根據不同情況和條件乘以1.25~1.5的放大系數。

內力調整系數和抗震規範的要求差不多,都在壹個範圍內,但具體範圍的數值和抗震規範要求的1.25~2.0略有不同。

《異形柱規範》附錄A對底部帶轉換層的異形柱結構提出了特殊要求。底部帶轉換層的異形柱結構的轉換構件應為梁;抗震設計中,底部帶轉換層的異形柱結構的轉換梁和轉換梁下的柱的抗震等級應按本規範第3.3.1條的有關規定提高到壹級。

此外,異形柱規範第3.3.1節給出了框架和框架剪力墻的抗震等級,如下圖6所示。

根據上述異形柱結構的抗震等級,在實際設計中如果有柱抽換,就會出現壹個三個抗震等級的轉換梁。在這種情況下,需要按照代碼1.25~1.5的放大系數來放大轉換梁的內力。然而,應該註意的是,轉移光束的放大系數需要由設計者指定。

3.軟件執行傳送光束的相關調整。

綜合以上三個規範可以看出,高規範中明確要求轉換梁的內力放大系數,其他兩個規範中水平轉換構件的內力放大系數是壹個範圍。因此,在程序執行過程中,對於特殊壹、壹、二級抗震等級的轉換梁,會根據高規範的要求自動進行內力放大。

對於第三個和第四個轉換梁,即使定義了轉換梁,程序默認也不會放大內力。雖然反規範和高規範中沒有抗震等級為3-4級的水平轉換構件,但由於異形柱規範中底部帶轉換層的異形柱結構,該類結構中轉換構件的抗震等級可能為3級。此時,轉換構件的地震效應應按異形柱規範進行放大。或者有些框架結構是由梁支撐的,設計師想把梁定義為轉換梁,並考慮壹定的放大作用。這時候就需要對抗震等級為III級和IV級的梁進行人工放大。

PKPM程序提供了如下如圖7所示的選項,供設計人員填寫相應的放大系數,以便在上述情況下放大三級和四級轉換構件的內力。當轉換構件(三級和四級)的水平地震效應放大系數填入後,程序會自動放大內力。

4.手動檢查轉換梁的內力調整

①轉換梁內力調整自動放大(特殊主次)

某7.5度框支轉換結構高度60m以上,結構轉換層在五層。非底部加強區剪力墻抗震等級為二級,框支框架抗震等級為壹級..下圖8是項目的3D圖和五樓轉換層的梁、柱、墻的布置。

計算結束後,選擇其中壹個轉換梁的計算結果,輸出該梁的相關計算信息。圖9為梁的位置和幾何信息,圖10為梁輸出的相關調整系數信息和屬性信息,圖11為單壹工況下梁的內力計算結果。圖12顯示了梁輸出的組合內力和配筋結果。

根據手查框支轉換梁,從圖12框支轉換梁的結果可以看出,梁的I端對應的組合號為49,該組合的具體構成如下圖13所示:

手動檢查轉換梁I端的彎矩組合,如下所示:

m = 1.2 *(856.09)+0.6 * 124.78-0.28 *(237.01)-1.3 *(949.88)= 2403.383 kn·m,

人工校核的結果與軟件計算的結果完全壹致。

從組合過程看,似乎轉換梁的內力沒有調整,但實際上構件信息中地震作用輸出的單壹工況的內力已經按規範進行了調整,轉換梁的內力涉及剪重比、薄弱層和框支梁進行了放大調整。所以需要在軟件中查看調整前後地震作用的內力,看調整過程。

圖14為轉換梁在Y向正偏心地震作用下調整前後的地震內力對比。可以看出,轉換梁I端彎矩調整前為-391.13kn·m,調整後為-949.99 kn·m,梁的調整地震內力輸出中已經考慮了所有調整。地震作用下的梁端內力已經考慮了薄弱層的調整系數X,Y方向為1.25,剪重比方向為1.21,轉換梁為1.6。

Y向正偏心地震作用下,轉換梁有三個調整系數,綜合調整系數為:1.25 * 1.21 * 1.6 = 2.42。因此,根據這壹調整系數,調整後的內力為:2.42 * 391.6465864867

(註:由於這裏的剪重比調整系數是四舍五入的結果,實際計算的剪重比調整系數有四位小數:0.0237/(6080/311288.73)= 1.2135。)

因此,計算調整後內力的準確值應為:

1.25 * 1.2135 * 1.6 * 391.13 = 949.3 kN·m,與軟件計算結果完全壹致。

從上面的校核可以看出,對於規範要求的特殊壹類、壹類、二類轉換構件,程序會自動考慮地震作用的內力調整,放大系數無需人為幹預。

②手動指定和手動檢查轉換梁(三級和四級)的內力調整

同樣在上述項目中,轉換梁的抗震等級修改為三級,程序輸出梁的相關計算結果信息。圖15中的構件信息顯示,轉換梁的地震內力放大系數為1.0,即轉換梁程序的內力沒有調整。

應當註意,只要轉移光束被限定,光束的特性就變成非調幅光束。雖然轉換梁的內力沒有調整,但加固結果與沒有定義的轉換梁相比是不同的。

如果在SATWE中的“調整信息”下手工定義了抗震等級為三級的轉換梁的水平地震效應放大系數(異形柱代號中的放大系數為1.25~1.5),如圖16所示,則檢查梁的信息輸出和配筋結果。

如圖17所示,輸出對應梁的性質、抗震等級、內力調整等信息,圖18輸出轉換梁的組合內力和配筋結果。

三級抗震等級轉換梁I端彎矩組合仍為49號組合,Y向正偏心調整前轉換梁I端彎矩為:391.13kN.m,轉換梁剪重比調整1.2135,薄弱層調整1.25,轉換構件內力放大系數65438

1.25*1.2135*1.4=2.1236

調整後,地震作用為:

2.1236 * 391.13 = 830.6千牛米

手動檢查梁I端的組合內力如下:

m = 1.2 *(856.09)+0.6 * 124.78-0.28 *(237.01)-1.3 *(830.6)= 2248.32 kn·m,

顯然,人工檢查結果與軟件計算結果是壹致的。

三級和四級傳遞構件的內力放大程序不會自動執行。如果人為定義內力調整系數,程序將考慮地震作用下梁的內力放大。

5.是否定義轉換梁的比較。

對於特殊抗震等級為I、I、II級的轉換梁,由於內力放大系數的不同,轉換梁的定義壹般會影響加固結果。但對於抗震等級為ⅲ、ⅳ級的轉換梁,程序默認不放大內力,所以轉換梁的定義不應該影響配筋計算。當然,轉換梁的結構配筋不同於普通梁。在相同條件下,檢查壹個梁是否被定義為轉換梁,並比較計算結果。

如圖19所示,顯示梁的相關基本信息。梁的抗震等級為二級,內力組合屬於地震參與的組合。分別按普通梁和轉換梁計算,結果如圖19所示。

通過對比普通梁和框支梁的配筋結果可以看出,框支梁的配筋計算與普通梁有很大的不同,框支梁支座的受拉配筋計算只考慮單個配筋截面。普通框架梁在抗震等級為壹、二、三級時,應按考慮受壓鋼筋的雙筋截面設計。即使在相同彎矩下,框支梁支座的計算受拉鋼筋面積也比普通梁大。同時,更重要的是,如果定義了轉換梁,則默認為非調幅梁,不做彎矩調幅,導致轉換梁在單壹工況下即使內力壹致,組合內力也會有差異,是否定義轉換梁也會導致配筋略有差異。

6.轉換梁內力調整及配筋設計綜述

框支轉換結構內力調整分級配筋設計總結如下:

(1)在滿足抗規範和高規範要求的條件下,程序會根據高規範的要求自動調整轉換梁的地震作用,因為規範中只有三種情況:特級、壹級、二級。

(2)對於抗震等級為ⅲ、ⅳ級的轉換梁,默認情況下,程序不自動考慮地震作用下的內力調整;如果第三和第四個傳遞構件的內力放大系數是按異形柱規範或人為定義的,程序也會考慮第三和第四個傳遞構件的放大。

(3)對於梁支撐柱的情況,在某些情況下,設計者定義轉換梁。雖然三、四級默認不調整地震內力,但由於轉換梁為非調幅梁,這將導致梁的支座和跨中配筋與未定義的相比略有變化。

④無論是否定義轉換梁,轉換梁的構造配筋也與普通梁不同。壹般來說,轉換梁的結構配筋大於普通梁。

⑤轉換梁的配筋與普通梁有很大的區別。轉換梁只按單筋截面設計,普通框架梁按規範要求設計,壹、二、三級按雙筋截面設計。這導致在相同彎矩下,轉換梁設計的支座受拉鋼筋面積壹般比普通框架梁設計的大。

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