計(jì)入墻體水平筋時(shí)約束邊緣構(gòu)件體積配箍率的計(jì)算方法

何小銀，張俊偉

(四川省建筑設(shè)計(jì)院，四川成都610017)

現(xiàn)行的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［3］均規(guī)定:在剪力墻約束邊緣構(gòu)件體積配箍率計(jì)算時(shí)，可適當(dāng)計(jì)入滿足構(gòu)造要求且在墻端有可靠錨固的墻體水平分布鋼筋。由于這一規(guī)定可以減少一些約束邊緣構(gòu)件箍筋用量，所以受到了不少開發(fā)商和設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。但是因?yàn)橐?guī)范的相關(guān)規(guī)定不夠明確，有關(guān)表述還不盡相同，因而在具體工程設(shè)計(jì)中，給部分設(shè)計(jì)人員帶來了一些困惑。

上述規(guī)范不僅對約束邊緣構(gòu)件的配箍特征值的取值作出了規(guī)定，同時(shí)還對體積配箍率提出了要求，但是對配箍特征值的力學(xué)含義卻未作說明，似乎配箍特征值只被看作是一個配箍率計(jì)算的參數(shù)，規(guī)范給出的配箍率計(jì)算式才是對約束邊緣構(gòu)件箍筋配置要求的直接表述。然而在實(shí)際工程中，剪力墻墻身鋼筋常常采用價(jià)格相對便宜的HPB300鋼筋，而約束邊緣構(gòu)件則往往會采用強(qiáng)度較高的HRB400鋼筋，而規(guī)范給出的配箍率計(jì)算式卻不適用于不同強(qiáng)度級別的鋼筋混用的情況。

筆者通過反復(fù)學(xué)習(xí)、思考，對相關(guān)問題有了一些認(rèn)識，現(xiàn)歸納如下。

1 配箍特征值

事實(shí)上，配箍特征值有其明確的力學(xué)含義，盡管規(guī)范［1～3］在剪力墻相關(guān)條文內(nèi)均沒有表述，但是建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［2］在第6.3.9條的條文說明中，對框架柱加密區(qū)配箍特征值有這樣的說明:“箍筋對混凝土的約束程度，主要與箍筋形式、體積配箍率、箍筋抗拉強(qiáng)度以及混凝土軸心抗壓強(qiáng)度等因素有關(guān)，而體積配箍率、箍筋強(qiáng)度及混凝土強(qiáng)度三者又可以用配箍特征值表示”。其實(shí)，無論是框架柱還是剪力墻邊緣構(gòu)件，配置箍筋的目的都是對混凝土施加約束，從而增加其延性，因此上述的說明同樣適用于剪力墻約束邊緣構(gòu)件。換句話說:剪力墻約束邊緣構(gòu)件的配箍特征值是箍筋對混凝土約束力大小的量度，配箍特征值越大，約束力越大，反之亦然。剪力墻約束邊緣構(gòu)件的配箍特征值可以按下式計(jì)算:式中:λv為配筋特征值;ρv為體積配箍率;fyv為箍筋抗

拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;fc為混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

規(guī)范［1～3］對剪力墻約束邊緣構(gòu)件配箍特征值提出的要求基本相同(規(guī)范［1、2］采用了“宜”用語，而規(guī)范［3］采用了“應(yīng)”用語)，具體見表1。

表1 剪力墻約束邊緣構(gòu)件配箍特征值

表1現(xiàn)在可以這樣來理解:剪力墻抗震等級較高、軸壓比較大時(shí)，要求約束邊緣構(gòu)件內(nèi)箍筋對混凝土約束作用就更大。

2 體積配箍率

規(guī)范［1～3］均在規(guī)定了配箍特征值后，給出了以下體積配箍率計(jì)算式:

如前所述，這個計(jì)算式不適用于箍筋采用多種強(qiáng)度等級的情況，對此如何處理，規(guī)范沒有規(guī)定。

實(shí)際上，當(dāng)了解了邊緣構(gòu)件配箍率特征值的力學(xué)含義以后，就可以將邊緣構(gòu)件總的配箍特征值視為約束邊緣內(nèi)箍筋的配箍特征值與可計(jì)入的伸入約束邊緣構(gòu)件內(nèi)的墻體水平筋的配箍特征值兩者之和，即:

式中:λv，y為約束邊緣內(nèi)箍筋的配箍特征值;λv，c為可計(jì)入的伸入約束邊緣構(gòu)件內(nèi)的墻體水平筋的配箍特征值;ρv，y為約束邊緣內(nèi)箍筋的體積配箍率;ρv，c為可計(jì)入的伸入約束邊緣構(gòu)件內(nèi)的墻體水平筋的體積配箍率;fyv，y為約束邊緣內(nèi)箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;fyv，c為墻體水平分布筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

于是可得到:

由此可知，當(dāng)計(jì)入部分墻體水平分布鋼筋的截面面積時(shí)，可先按規(guī)范給定配箍特征值和計(jì)算公式算總的體積配箍率需求值，然后減去可以計(jì)入的經(jīng)過等強(qiáng)換算的墻體水平分布筋的體積配箍率，最終得到邊緣構(gòu)件箍筋的體積配箍率。

3 可計(jì)入墻體水平筋數(shù)量

考慮到墻體水平筋同時(shí)為抗剪受力鋼筋，且豎向間距往往大于約束邊緣構(gòu)件的箍筋間距，規(guī)范［1～3］對體積配箍率計(jì)算時(shí)可計(jì)入的墻體水平筋的數(shù)量均有限制。規(guī)范［1］僅作了“可適當(dāng)計(jì)入”的定性規(guī)定，規(guī)范［2］在條紋說明中規(guī)定了不宜大于0.3倍總配箍特征值，而規(guī)范［3］規(guī)定不應(yīng)大于總的體積配箍率的30%?；谇懊嫣峒暗脑颍P者認(rèn)為規(guī)范［2］給出的限制條件相對明確、合理。根據(jù)規(guī)范［2］的規(guī)定可以得到如下表達(dá)式:

于是可得:

也就是說:墻體約束邊緣構(gòu)件體積配箍率計(jì)算時(shí)，可計(jì)入的墻體水平筋的經(jīng)等強(qiáng)換算后的體積配箍率，不得超過全部按約束邊緣構(gòu)件箍筋強(qiáng)度計(jì)算所需總的體積配箍率的30%。

4 結(jié)束語

(1)剪力墻邊緣構(gòu)件體積配箍特征值有確定的力學(xué)含義，它是鋼筋對混凝土約束力大小的量度。事實(shí)上，規(guī)定了體積配箍特征值也就規(guī)定了體積配箍率。

(2)當(dāng)邊緣構(gòu)件內(nèi)箍筋(包括可以計(jì)入的墻體水平筋)采用不同鋼筋種類時(shí)，體積配箍率計(jì)算可采用等強(qiáng)換算成相同種類的鋼筋后，再按規(guī)范給定的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

(3)邊緣構(gòu)件體積配箍率計(jì)算時(shí)，可計(jì)入的墻體水平鋼筋數(shù)量，可按等強(qiáng)換算后不超過計(jì)算所需的總體積配率的30%進(jìn)行控制。

［1］ GB50010－2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［2］ GB50011－2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［3］ JGJ3－2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］