¿Discutir el diseño de la estructura de marco de columna de forma especial?
1. Descripción general
Con el rápido desarrollo de la industria inmobiliaria de mi país y la mejora continua de los requisitos de la gente para los edificios residenciales, las columnas de marco rectangular ordinarias traerán grandes problemas a la decoración y el mobiliario de interiores. arreglo. Gran inconveniente. Cómo utilizar racionalmente el área efectiva del edificio ha planteado nuevos requisitos para el diseño de estructuras residenciales. El sistema de estructura de marco de columna de forma especial cumple con los requisitos anteriores hasta cierto punto. Desde la perspectiva de la tensión estructural, adopta la longitud de un sistema de marco más muro de corte. El diseño del plano y la elevación son similares a los de la estructura del marco. La forma de la sección transversal de la columna no se limita a rectangular. el área de la sección transversal se expande en forma de T, forma de cruz, forma de L, etc. , y utiliza menos material de hormigón para una mayor rigidez. Al mismo tiempo, con el uso de muros de relleno livianos, la estructura es más liviana que los marcos normales. Tiene una rigidez moderada y un peso ligero, lo que resulta beneficioso para reducir los efectos de los terremotos. Es un sistema de estructura residencial resistente a los terremotos económico y razonable.
2. Características de tensión de las columnas de formas especiales
En comparación con las estructuras de pórticos ordinarias, las estructuras de columnas de formas especiales tienen las siguientes características de tensión:
1. De acuerdo con las necesidades del edificio, las columnas de formas especiales se organizan de manera flexible en la intersección de las paredes divisorias de la habitación, y la rigidez del plano se distribuye uniformemente y, a menudo, hay vigas verticales y horizontales que no están conectadas, lo que dificulta simplificar la estructura a un plano. cálculo de la estructura;
2. La rigidez de la fachada se distribuye uniformemente, las columnas de formas especiales y los muros de relleno de mampostería liviana tienen un buen rendimiento de trabajo en la etapa elástica;
3. En forma, en forma de L, en forma de cruz y otras formas de sección transversal, y la relación ancho-grosor de la extremidad está entre 2,5 y 4,5. Las ramas de la columna son delgadas y el efecto de flexión bidireccional es obvio;
4. La sección de forma especial tiene solo un eje de simetría o ningún eje de simetría, es sensible al ángulo de dirección de la carga y tiene poca calidad. rigidez torsional, que en consecuencia provoca la sensibilidad a la dirección de carga de la estructura de la columna de forma especial, ligeramente asimétrica o excéntrica, lo que reduce en gran medida la resistencia a la torsión
5. obviamente débil, especialmente las esquinas de las extremidades de la columna en la unión entre la parte inferior de la viga y las extremidades de la columna. La concentración de tensión es grave;
6. miembros de columna largos y estrechos, lo que resulta en más partes superpuestas de vigas y columnas, formando un área rígida en el extremo de la viga, al mismo tiempo, el área de unión es grande y delgada, por lo que la influencia de la deformación del área de unión en la deformación estructural debe ser; incluido en la etapa elástico-plástica;
7. Las propiedades mecánicas del área de unión de las estructuras de columnas de formas especiales son muy diferentes de las de las uniones de columnas rectangulares. Por un lado, debido a que las vigas y columnas son delgadas, el hormigón no vibra ni se compacta fácilmente durante la construcción. La concentración de tensiones en la conexión viga-columna y los daños graves posteriores reducen el volumen efectivo del área central del nodo. y la capacidad de carga cortante del nodo, por otro lado, el movimiento hacia afuera de la parte dañada en el área de la junta hacia el extremo de la viga alivia la complejidad de la tensión en el área de la junta y favorece la realización de juntas fuertes.
3. Cuestiones relacionadas en el diseño de estructuras de marcos de columnas de formas especiales
1. Disposición estructural
La disposición plana de la estructura de marcos de columnas de formas especiales debe cumplir con la estructura del marco general. Las medidas estructurales, las regulaciones relevantes y los requisitos de diseño también deben considerar sus propias características y prestar atención a los siguientes puntos: (1) El diseño del plano debe ser lo más simétrico posible y las direcciones de los dos principales. Los ejes deben coordinarse de manera que el centro de la fuerza resultante coincida con el centro de rigidez tanto como sea posible para reducir la excentricidad y minimizar los efectos adversos de la torsión. (2) Se debe considerar un sistema de carga bidireccional, con vertical; y conexiones horizontales. (3) Cada miembro de la columna debe estar alineado lo más posible para que los miembros de la columna y las vigas formen juntos un sistema regular de resistencia a fuerzas laterales de múltiples tramos. El autor cree que el propósito del diseño de columnas de formas especiales es principalmente resolver razonablemente los problemas de uso de las residencias de áreas pequeñas, y deben disponerse principalmente en las esquinas de las residencias que afectan el uso de las habitaciones. Para otras partes, se deben usar columnas de sección transversal rectangular para lograr tensiones razonables y conveniencia de construcción. Esto tiene en cuenta tanto el uso como la economía, aprovecha al máximo las características de uso y de resistencia de las columnas de formas especiales y crea un buen indicador del bajo consumo de acero por metro cuadrado de superficie de construcción.
2. Método de diseño
Las formas de la sección transversal de las columnas con formas especiales y las columnas rectangulares son bastante diferentes, y el método de cálculo de las columnas rectangulares no se puede aplicar simplemente a las columnas con formas especiales. columnas. En la actualidad, el software nacional que puede calcular directamente la fuerza interna y el diseño de la sección transversal de columnas de formas especiales incluye los programas TAT y SATWE de la Escuela de Arquitectura, los programas ss y SSW del Instituto de Arquitectura de Guangdong y el programa CRSC. de la Universidad de Tianjin para calcular el refuerzo de columnas de hormigón armado con formas especiales. Todos estos programas utilizan métodos de integración numérica para el diseño de refuerzo de secciones normales después de una gran cantidad de cálculos de ingeniería, tienen alta precisión y pueden cumplir eficazmente con los requisitos de seguridad estructural. Teniendo en cuenta las limitaciones de las dos especificaciones anteriores como estándares locales, también se debe prestar atención a las siguientes cuestiones en el diseño.
(1) La definición de columnas con formas especiales o paredes de miembros cortos de acuerdo con la relación entre la longitud y el ancho de los miembros es en gran medida por conveniencia académica. Sin embargo, cuando se utiliza el programa TAT para calcular la estructura general, el modo de columna de forma especial puede conducir a una reducción en la rigidez estructural y la resistencia sísmica debe mejorarse adecuadamente.
Cuando el modelo de muro de corte de tramo corto puede hacer que el refuerzo de la viga sea más pequeño, el refuerzo debe ajustarse adecuadamente;
(2) En una estructura general de marco de varios pisos con columnas rectangulares, el desplazamiento lateral no se puede controlar. y para estructuras de marcos de columnas con formas especiales, debido a su pequeña rigidez lateral, el desplazamiento lateral a veces excede el valor permitido en la especificación;
(3) Para la relación entre la altura neta de la columna y la sección de la columna la longitud es inferior a 4 Para columnas con formas especiales, los estribos deben estar dispuestos densamente a lo largo de toda la altura de la columna para reducir el riesgo de falla por rotura frágil de la columna bajo la acción sísmica y mejorar el rendimiento de deformación de la columna;
(4) Debido al ángulo de dirección de carga arbitrario. Por razones de seguridad, también se deben instalar barras de acero del mismo diámetro que soportan esfuerzos en las esquinas internas de columnas con formas especiales;
(5) Se utilizan barras de acero longitudinales en las esquinas de las columnas en forma de L en ambas direcciones;
(6) Por razones de seguridad, para estructuras con nivel de resistencia a terremotos tres o superior, se deben realizar cálculos de nodos para garantizar la confiabilidad. del área del nodo;
(7) Durante el proceso de construcción, se debe prestar atención a las columnas de formas especiales y sus piezas de conexión, y se deben usar partículas de agregado más pequeñas de diámetro para verter el concreto para garantizar la calidad de la construcción.
3. Diseño estructural
(1) Selección del espesor de la pared de la columna y calidad del hormigón
Según las especificaciones y la experiencia práctica, el espesor mínimo de las extremidades de la columna es no menos de 160 mm. Generalmente, es más razonable utilizar 200 mm. Para estructuras de 8 pisos o más, las barras de acero en las uniones viga-columna de los dos pisos inferiores a veces parecen más densas y no se debe reducir el espesor. Cuando la luz de la viga es grande, la sección de la columna suele ser insuficiente, la relación de compresión axial es demasiado grande y las barras de acero son demasiado densas. Por lo tanto, es mejor aumentar el grado de concreto de las columnas del primer y segundo piso a aproximadamente C30 para evitar aumentar el espesor de la pared.
(2) Barras de acero longitudinales y estribos
Al seleccionar barras de acero longitudinales, la cantidad debe ser pequeña y el diámetro debe ser grande. Generalmente, siempre que no sea mayor a ф25, se debe elegir una con un diámetro mayor para reducir la cantidad de barras de acero. La cantidad de barras de acero en cada lado debe ser 2 y las más grandes deben estar dispuestas en dos filas. . El número de barras de acero a cada lado de la losa del piso bajo también puede ser 3, pero la única fila de barras de acero a cada lado de las barras de la columna que atraviesan la losa del piso no debe exceder 2, de lo contrario la construcción de la junta será difícil.
Cuando el ancho de las ramas de la columna es grande, se deben instalar barras de acero estructurales longitudinales para garantizar que la distancia entre las barras de acero longitudinales no sea superior a 350 mm. Dado que en columnas de formas especiales hay muchas barras de acero estructurales longitudinales, la selección de su diámetro también es un factor que afecta los indicadores económicos y técnicos. De acuerdo con las especificaciones de diseño de hormigón armado de mi país, la información extranjera relevante y las regulaciones estructurales relevantes de muros de corte, el autor cree que es razonable elegir ф12 y ф14, y no es necesario elegir barras de acero más gruesas.
La colocación de estribos tiene un gran impacto en la resistencia sísmica. De acuerdo con las disposiciones pertinentes de las especificaciones de diseño sísmico de mi país, y con referencia a información nacional y extranjera relevante, se recomienda que el diámetro mínimo de los estribos pueda ser de ф6, el espacio entre áreas densas sea de 100 mm y el espacio entre áreas no densas. áreas densificadas es de 200 mm.
(3) Límite de relación de compresión axial
Bajo carga monótona, especialmente bajo carga repetida de ciclo bajo, la falla de adherencia de columnas con formas especiales es más grave que la de columnas rectangulares. y la relación de ductilidad. Diferencia de columna rectangular ordinaria. Por lo tanto, el límite de la relación de compresión axial de las columnas de formas especiales es mucho más estricto que el de las columnas rectangulares. El código de Tianjin se determina en función del tipo de sección, el espaciado de los estribos y la relación de diámetros de las barras longitudinales s/d, el diámetro de los estribos dv y el nivel de resistencia sísmica. Fluctúa entre 0,3 y 0,7, que es mucho más bajo que el límite de la relación de compresión axial de la columna. Estructuras de columnas rectangulares. Por lo tanto, después del cálculo de prueba del programa, los límites específicos de la relación de compresión axial de cada columna deben determinarse inicialmente en función de las condiciones anteriores, y la relación de compresión axial calculada de cada columna debe verificarse cuidadosamente en el diagrama de refuerzo para ver si excede el límite. Dado que las barras longitudinales y los estribos reales de las columnas de forma especial aún no se conocen en este momento, el programa PKPM no puede determinar los límites específicos de la relación de compresión axial de cada columna. Sólo cuando la relación de compresión axial excede el límite de la relación de compresión axial de la estructura de columna rectangular, el programa informará la superación de la relación de compresión axial. Por lo tanto, la relación de compresión axial de las columnas de forma especial excede el límite y debe calcularse manualmente una por una.
Cuatro. Conclusión
El diseño de la estructura del marco de columnas de forma especial es más flexible que el marco de columnas rectangular ordinario, puede cumplir mejor con los requisitos de las funciones del edificio y tiene buenas perspectivas de desarrollo. Los diseñadores estructurales deben comprender completamente las características de tensión de las columnas de formas especiales, comprender correctamente los puntos clave del diseño y garantizar la seguridad, confiabilidad, economía y racionalidad de la estructura de ingeniería.
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