钢筋混凝土结构楼层受剪承载力的计算
摘 要:在一些高层建筑或大跨度建筑中,钢筋混凝土结构承受的荷载越来越大。在前期进行工程设计时,必须要对钢筋混凝土结构楼层受剪承载力进行科学、准确的计算,保证后期施工后建筑结构的稳定性和安全性。另外,在计算受剪承载力时,还要结合建筑抗震等级的要求。目前建筑行业关于钢筋混凝土楼板受剪承载力的计算方法有多种,例如“拟弱柱化法”、“节点平衡法”等。不同计算方法的使用情况有所差异,本文介绍了一种适用于四边及两边支承混凝土矩形板的受剪承载力计算方法。
关键词:钢筋混凝土;受剪承载力;均布荷载;集中荷载
一、四边支承钢筋混凝土矩形板的计算
1、集中荷载下楼层受剪承载力的计算
对于四边支承的钢筋混凝土楼板来说,正常状态下楼板所受的荷载力为集中荷载。在四边支承部位,荷载力相对集中,并产生冲切破坏,在这一结构下形成的作用力即为冲切承载力。冲切承载力是一个波动变化的数值,会受到多方面因素的影响,包括钢筋混凝土结构楼板的厚度、配筋率以及混凝土的整体强度等等。在计算前,应当结合建筑设计图纸,在明确上述影响的基础上,确定影响参数,保证冲切承载力计算结果的准确性。另外,对于不同的楼板形式,其能够承受的冲切承载力也会变化,总体来说现浇楼板的冲切承载力要高于叠合楼板。对于形状规则、集中荷载位置固定的楼板,其冲切承载力(Flu)计算公式为:
Flu=ζ1ζ2ζ3ζ4ftumh0 ①
上式中,ft为混凝土抗拉强度,h0为钢筋混凝土楼板的高度,um为冲切破坏锥体的平均周长。钢筋混凝土楼板的受力形式,除了集中荷载这种外,还有一种情况是荷载均匀分布于板的中心位置,此时楼板所受的冲切承载力也会发生相应的变化。在这种荷载形式下,其冲切承载力(Flu,min)计算公式为:
Flu,min =0.95 ftumh0 ②
2、计算方法的比较
按照《混凝土结构加固技术规范(CECS25:90)》(以下统称“规范”)中的相关要求,钢筋混凝土楼板所受的冲切承载力计算公式为:
Fl≤0.6 ftumh0 ③
相比于上文中的两种计算公式,式子③的优势不仅简化了计算流程,而且能够将影响楼板受冲承载力的主要因素考虑在内,提高了计算的实用性。但是式子③也具有一定的适用范围,在实际应用时需要考虑以下两方面的问题:其一是随着建筑楼层的增加,楼板所受呈且承载力的值也会增加,对于不同楼层,使用同一计算公式,可能会得出差异较大的两个结果。其二,在建筑行业不断发展的同时,《规范》中的标准和内容也在调整,例如安全系数从开始的20%调整为16%,最后又调整为10%。只要控制好这两方面的影响,公式③的使用效果优于其他两种计算公式。
二、对边支承钢筋混凝土矩形板的计算
1、均布荷载作用下的受剪承载力计算
钢筋混凝土结构楼板的受剪承载力会因为荷载分布的不同而发生变化,通常情况下,楼板所受荷载低于梁的荷载,但是当对边支承矩形板受力均匀,即形成均布荷载时,楼板的受剪承载力要高于梁。根据相关实验,楼板的宽厚比以6.0为分界线,如果宽厚比高于6.0,在计算楼层受剪承载力时,可以不考虑增高值,但是如果宽厚比低于6.0,则在计算时不能忽略增高值。计算公式为:
Vu=Vc+Vsb ④
上式中,Vc为混凝土承担的剪力,Vsb为弯起钢筋承担的剪力。
2、集中荷载作用下的受剪承载力计算
在集中荷载作用下,板的受剪破坏形态与板的宽跨比b/l0和荷载作用面边長b0有关,如图1所示。图1中bl1为第一界限宽度,bl1=b0;bl2为第二界限宽度,bl2=l0。当b=bl1时,受剪破坏形态为梁式剪切破坏;当b≥bl2时,受剪破坏形态为冲切破坏;当bl1 三、钢筋混凝土楼层受剪承载力计算的几点建议
在钢筋混凝土施工设计中,楼层受剪承载力的计算和分析是重要内容,对提升设计方案的实用性有很大影响。近年来,高层和超高层建筑数量不断增加,对钢筋混凝土结构楼层受剪承载力的计算提出了更加严格的要求。在开展相关的计算工作时,应注意做好以下几方面的工作:
(1)对于公式①中的受冲切承载力系数,可以在建筑设计允许范围之内,适当进行提高,尽量让受冲切承载力和受剪承载力的差距缩小,这样可以保证钢筋混凝土结构楼层的不同位置受力比较均衡,提高了结构安全性。
(2)四边支承双向板的受剪承载力计算有一定的条件限制。通常来说,如果钢筋混凝土结构楼层的受力均匀,此时没有必要进行受剪承载力计算,可以直接将楼层垂直方向上的压力近似的代替承载力。如果钢筋混凝土结构楼层的荷载分散,则需要按照公式④单独计算受剪承载力。
(3)对于四边支承矩形板,无论是单向板还是双向板,计算时对结果不会产生影响,可以统一按照冲切模式进行受剪承载力计算,即公式②。但是需要注意,该计算公式只适用于楼层受剪承载力集中的情况,如果是均布荷载在不能按照此公式计算。
(4)受集中荷载的影响,对边支撑矩形板的受剪承载力,与楼板宽度成正比关系,当楼板宽度增加时,受剪承载力也会相应提升。
(作者单位:云南工商学院)
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