某超高層住宅鋼筋材料性能分解

某超高層住宅鋼筋材料性能分解[關(guān)鍵詞]超限高層；鋼筋性能指標(biāo)驗(yàn)算；抗震性能化分析1.工程概況某項(xiàng)目2#樓地面下設(shè)4層地下室,地面上為2層商業(yè)，43層住宅,房屋高度為145.950。結(jié)構(gòu)形式為塔樓為框支剪力墻結(jié)構(gòu)，周邊裙樓為框架結(jié)構(gòu)；建筑抗震設(shè)防分類為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，抗震設(shè)防烈度為六度，場(chǎng)地類別為Ⅱ類。結(jié)構(gòu)主體已經(jīng)封頂。塔樓各部分的抗震等級(jí)如下表：本工程結(jié)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)總說(shuō)明（一）第8.3條說(shuō)明為：抗震等級(jí)為一、二、三級(jí)的框架和斜撐構(gòu)件（含梯段）結(jié)構(gòu)，其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時(shí)，鋼筋的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)小于1.25；鋼筋的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.30；且鋼筋在最大拉力下的總伸長(zhǎng)率不應(yīng)小于9%。2鋼筋參數(shù)偏差情況1、鋼筋檢測(cè)情況根據(jù)項(xiàng)目鋼筋檢測(cè)報(bào)告，本工程鋼筋三個(gè)抗震指標(biāo)有兩個(gè)不滿足規(guī)范要求分別為：抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值之比、屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值之比，檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，這兩個(gè)參數(shù)有少量檢測(cè)結(jié)果較規(guī)范要求有較小偏差。鋼筋最大拉力下總伸長(zhǎng)率滿足規(guī)范要求。鋼筋強(qiáng)度參數(shù)偏差統(tǒng)計(jì)詳見(jiàn)下表：有抗震需求鋼筋檢測(cè)總組數(shù)實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度與實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度之比（≥1.25）實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度之比（≤1.30）有偏差組數(shù)有偏差組數(shù)占比平均偏差值有偏差組數(shù)有偏差組數(shù)占比平均偏差值塔樓及地下室2867626.57%0.030134.54%0.0313對(duì)規(guī)范的理解根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB01-2010（2016年版）第3.9.3條的條文解釋：“對(duì)一、二、三級(jí)抗震等級(jí)的框架，規(guī)定其普通縱向受力鋼筋的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)小于1.25，這是為了保證當(dāng)構(gòu)件某個(gè)部位出現(xiàn)塑性鉸以后，塑性鉸處有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力與耗能能力；同時(shí)還規(guī)定了屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值的比值，否則本規(guī)范為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎所規(guī)定的內(nèi)力調(diào)整將難以奏效?！币?guī)范這樣規(guī)定就保證抗震的結(jié)構(gòu)有一定的延性，混凝土是脆性的，需要靠鋼筋來(lái)提供延性。規(guī)范規(guī)定這一條的目的就是鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)有明顯的拉力變形，讓結(jié)構(gòu)在地震中有一個(gè)裂而不塌的過(guò)程。圖一鋼筋應(yīng)力與應(yīng)變示意圖3處理思路根據(jù)規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況擬按以下思路對(duì)鋼筋抗震參數(shù)有偏差的情況進(jìn)行驗(yàn)算：1）按抗震規(guī)范要求，剪力墻構(gòu)件的鋼筋可不采用抗震鋼筋；2）抗震等級(jí)為特一、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)的框支-剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架應(yīng)采用抗震鋼筋；3）對(duì)底部1/3總高度的梁支座位置按實(shí)配鋼筋和實(shí)際鋼筋屈強(qiáng)比驗(yàn)算梁端混凝土相對(duì)受壓區(qū)高度保證梁端出現(xiàn)塑性鉸后能足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力與耗能能力。4）已施工部位抗震等級(jí)為特一、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)的框架按實(shí)配鋼筋和鋼筋實(shí)測(cè)參數(shù)驗(yàn)算強(qiáng)柱弱梁（柱端彎矩放大系數(shù)為1.2）。5）對(duì)結(jié)構(gòu)底部1/3總高度范圍內(nèi)不滿足強(qiáng)柱弱梁驗(yàn)算的框架柱，采用加固措施進(jìn)行加固。6）對(duì)結(jié)構(gòu)上部2/3總高度范圍內(nèi)按鋼筋的實(shí)際強(qiáng)屈比模型進(jìn)行大震彈塑性驗(yàn)算進(jìn)入塑性的框架柱，采用加固措施進(jìn)行加固。按以上步驟驗(yàn)算處理后結(jié)構(gòu)的抗震性能基本能滿足抗震規(guī)范的要求。4關(guān)于鋼筋的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.3的復(fù)核根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010第6.3.3條：“抗震設(shè)計(jì)時(shí)，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于2.5%，不應(yīng)大于2.75%；…”。按規(guī)范精神:當(dāng)配筋率取最大值2.75%，而鋼筋屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為標(biāo)準(zhǔn)值的1.3倍規(guī)范限值，此時(shí)可以滿足受壓區(qū)高度：x≤0.35h0（x≤0.25h0抗震等級(jí)為一級(jí)時(shí)）。下面根據(jù)本工程實(shí)配配筋率和鋼筋屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的情況，對(duì)框梁的受壓區(qū)高度進(jìn)行復(fù)核。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010第6.2.10條：α1fcbx=fyAs-fy’As’(式6.2.10-2)由上式可得：受壓區(qū)高度，x=(fyAs-fy’As’)/(α1fcb)（其中fy：鋼筋屈服強(qiáng)度，As：受拉鋼筋面積，fc：混凝土強(qiáng)度，b：梁寬，h0：梁有效高度，α1：砼強(qiáng)度等級(jí)不超過(guò)C50時(shí)，取為1）當(dāng)不考慮受壓鋼筋的有利作用時(shí)：x=fyAs/(α1fcb)fy=k1fyk;fc=k2fck帶入上式得：x=k1fykAs/(α1k2fckb)(式1)式1應(yīng)滿足x≤0.35h0將最大配筋率ρb與實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度f(wàn)帶入上式1。As=ρbbh0=2.75%bh0;f=1.3fykx=1.3k1fyk×2.75%bh0/(α1k2fckb)=0.03575K≤0.35h0(式2)（其中,K=k1fykbh0/(α1k2fckb)為定值）將本工程實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度和實(shí)際梁支座配筋率帶入上式計(jì)算y，能滿足受壓區(qū)高度x≤0.35h0的要求，對(duì)于抗震等級(jí)為一級(jí)時(shí)同樣按以上步驟并將受壓區(qū)高度限值改為0.35h0進(jìn)行驗(yàn)算。經(jīng)驗(yàn)算本項(xiàng)目梁支座的延性能滿足要求。5對(duì)結(jié)構(gòu)底部1/3總高度范圍內(nèi)的框架柱按柱端彎矩放大1.2倍復(fù)核強(qiáng)柱弱梁。計(jì)算依據(jù)及公式梁端彎矩根據(jù)實(shí)配鋼筋數(shù)量及檢測(cè)參數(shù)，根據(jù)“高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”JGJ3—2010第6.2.5條的條文說(shuō)明公式計(jì)算梁端實(shí)際抗震受彎承載力：分析具有計(jì)算效率高、模型精細(xì)、收斂性好的特點(diǎn)。PKPM-SAUSAGE軟件經(jīng)過(guò)大量的測(cè)試，可用于實(shí)際工程罕遇地震下的性能評(píng)估。6.2分析方法及主要結(jié)果在本項(xiàng)目的非線性地震反應(yīng)按實(shí)際模型進(jìn)行建模分析。模型按照三種層次進(jìn)行分析:(1)材料模型；(2)構(gòu)件模型；(3)整體模型。輸入材料參數(shù)，賦予構(gòu)件特性并進(jìn)行構(gòu)件組裝得到整體模型。鋼筋采用如下圖的動(dòng)力硬化模型所示，鋼材的非線性材料模型采用雙線性隨動(dòng)硬化模型，在循環(huán)過(guò)程中，無(wú)剛度退化，考慮了包辛格效應(yīng)。鋼材的強(qiáng)屈比設(shè)定為1.2，極限應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的極限塑性應(yīng)變?yōu)?.025。鋼材的動(dòng)力硬化模型圖一結(jié)構(gòu)整體模型分析工況信息地震動(dòng)信息圖二地震動(dòng)譜Mbua=fyk*Ash*（h0-as’）/γRE求得梁柱節(jié)點(diǎn)順時(shí)針及逆時(shí)針各方向的實(shí)際抗震受彎承載力Mbu。其中fyk根據(jù)實(shí)測(cè)資料最大屈標(biāo)比為1.46，規(guī)范允許值為1.3，實(shí)際驗(yàn)算取值fyk=1.46/1.3x500=561N·mm2。其中直徑18~40鋼筋為滿足規(guī)范≤1.3要求，取值按fyk=500N·mm2。柱端彎矩計(jì)算，由于柱豎向壓力為定值，可根據(jù)實(shí)配鋼筋按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010第6.2.17條公式反算柱的抵抗彎矩：N≤α1*fck*b*x+fyk’*As’-σs*AsNe≤α1fck*b*x(h0-x/2)+fyk’*As’(h0-as’)e=ei+h/2-aei=e0+ea,e0=M/N所求得的實(shí)際抵抗彎矩M除以放大系數(shù)1.2即為強(qiáng)柱弱梁中柱的極限抵抗彎矩Mcu。根據(jù)以上公式編制了Excle電子表格進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的-3至15層梁柱節(jié)點(diǎn)彎矩承載力計(jì)算結(jié)果比較，塔樓梁柱節(jié)點(diǎn)均滿足強(qiáng)柱弱梁的要求。6罕遇地震下的彈塑性性能分析由于鋼筋實(shí)際參數(shù)與規(guī)范規(guī)定有偏差，為考查結(jié)構(gòu)在實(shí)際鋼筋參數(shù)情況下的地震受力與變形，采用軟件進(jìn)行了大震作用下的彈塑性性能分析。分析采用的參數(shù)與結(jié)構(gòu)抗震超限審查的參數(shù)一致，將鋼筋的強(qiáng)屈比取實(shí)際檢測(cè)的最低值1.2。根據(jù)該本項(xiàng)目《建筑結(jié)構(gòu)工程超限設(shè)計(jì)可行性論證報(bào)告》依據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》確定本結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)為C級(jí)，抗震性能水準(zhǔn)按下表控制：各性能水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)預(yù)期的震后性能狀況：6.1分析程序簡(jiǎn)介罕遇地震下的計(jì)算分析采用PKPM-SAUSAGE程序針對(duì)不同關(guān)鍵構(gòu)件分別作大震不屈服計(jì)算。計(jì)算軟件采用由廣州建研數(shù)力建筑科技有限公司開(kāi)發(fā)的新一代“GPU+CPU”高性能結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性計(jì)算軟件PKPM-SAUSAGE（PKPMSeismicAnalysisUsage），它可以準(zhǔn)確模擬梁、柱、支撐、剪力墻（混凝土剪力墻和帶鋼板剪力墻）和樓板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的非線性性能，使實(shí)際結(jié)構(gòu)的大震圖三三條波對(duì)應(yīng)的層剪力曲線圖四三條波對(duì)應(yīng)的樓層層間位移角曲線分布圖五RGB-Y剪力墻損傷6.3小結(jié)1、分析所得出的罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)彈塑性位移角最大值為1/244，小于C級(jí)抗震性能目標(biāo)的彈塑性位移角限值。2、罕遇地震下剪力墻受拉和受壓基本保持彈性，僅有少量剪力墻局部墻肢發(fā)生零星破壞，未出現(xiàn)整片墻屈服的情況。3、罕遇地震作用下連梁大部分出現(xiàn)裂紋，剪力墻僅在底部樓層局部出現(xiàn)裂紋，框架柱沒(méi)有出現(xiàn)鉸。連梁和框架梁共同耗散了輸入結(jié)構(gòu)的部分地震能量。剪力墻、連梁較好地發(fā)揮了抗震設(shè)防的第一道防線的效能，作為抗震設(shè)防第二防線的框架柱始終保持彈性狀態(tài)，較好地發(fā)揮了二道防線的作用。4、罕遇地震作用下包括連接中部剪力墻和外圍框架的板帶在內(nèi)，大部分樓板基本處于彈性狀態(tài)，僅在與結(jié)構(gòu)兩端剪力墻相連的樓板和中部剪力墻洞口處的局部樓板應(yīng)力較大,在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)該部分樓板。5、綜上所述，結(jié)構(gòu)整體上可以充分滿足“大震不到、控制變形”的抗震設(shè)防目標(biāo)。7結(jié)論根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010的有關(guān)規(guī)定，我們對(duì)梁柱鋼筋不滿足抗震性能指標(biāo)情況，對(duì)梁支座位置以及梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了計(jì)算復(fù)核。除進(jìn)行常規(guī)的計(jì)算分析外，按鋼筋實(shí)際參數(shù)采用性能設(shè)計(jì)法對(duì)本工程進(jìn)行了大震的補(bǔ)充計(jì)算分析。分析結(jié)果表明，雖然本工程有部分鋼筋抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值以及屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不滿足抗震規(guī)范對(duì)鋼筋的