钢筋屈服强度差异对抗震建筑的影响.pdf

第 5期 总第 1 2 3期 20 0 6年 1 0月 中 国布改 工程 C HI NA MUNI C I P AL E NGI NE ERI NG NO ． 5 S e r i a l N o．1 2 3 Oc t ． 2 0 0 6 钢筋屈服强度差异对抗震建筑的影响 孙毅 ， 孙 春 毅 上海 市城 市建设设计研 究院， 上海 2 0 0 0 1 1 摘要 由于一次试验的结 果与预期不相符合 ， 在 寻找 原因的过程中发现钢筋屈服强度的离散性较大 ， 通过两个例子分析 ， 证明了钢筋屈 服点 的大差异会造成抗震建筑违背抗震 原则 ， 因此建议对于抗震结构 的钢筋应偏严格地 限制其屈 服强度实 测值与钢筋强度标 准值 的比值 。一 、 二级抗震建筑设计 中， 这个 比值应采用统一值 ， 建议不大于 1 ． 2 。 关键词 抗震建筑 ；设计原则 ；钢筋屈服点 ；离散性；屈服强度实测值 与钢筋强度标准值的比值 中图分类号 T U 3 5 2 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 - 4 6 5 5 2 0 0 6 0 5 - 0 0 8 2 - 0 2 1 问题 的提 出 在一次完全按规范设计的平面四层短肢剪力墙的 试验中， 墙体的破坏顺序和路径完全违背了设计的本 意。在探求失败原因时， 发现由于采用了各种不同型 号和直径的钢筋， 而各种不同的钢筋在材性试验中得 到的屈服强度 ‘ 虽然都满足规范要求的下限， 但它们 的屈服强度的提高程度不一。 在此先以抗震框架结构的设计原则 ，即 “ 强柱弱 梁， 强剪弱弯， 强节点弱构件” 来讨论。虽然规范规定 通过调整组合内力的方法去实现上述三原则 ， 调整的 幅度就二级抗震建筑而言是 2 0 ％， 但实测 的钢筋强度 标准值的变异性， 其幅度组合内力调节对整体抗震性 能的改善应该说影响基本可以忽略。 事实上国家规范对钢筋的屈服强度实测值与钢筋 强度标准 值的 比值是有 规定 的 ，在 G B 5 0 0 1 l 一2 o 0 l 建筑抗震设计规范 中 3 ．9 ．2条规定抗震等级为 一 、二级的框架结构 ， 其纵 向受力钢筋采用普通钢筋 时， 钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应 大于 1 ． 3 ； 对三级抗震及以下就没有类似规定了。在工 地钢筋进场检验时， 这个参数不太引人注意 ， 甚至很 多施工现场试验员在钢筋进场复检时都不知道还有 这种规定。实际建筑中， 三、 四级抗震的建筑相比较 一 、二级抗震建筑多得多 ， 在地震来 临时的经济损 失 要大得多， 可能仅仅是因为我们忽略了钢筋屈服点的 上 限所致。 2 举例 说 明普通 钢筋 屈服 强度 差异 的结 构影 响 在举例之前，先假设钢筋的实测屈服强度与抗拉 强度标 准值的比值在 1 ． 0～1 ． 3的范围内随机变化。 收稿 日期 2 0 0 6 - 0 8 -1 0 8 2 2 ． 1 正常设计的简支梁 在 本 例 中 ， 已知 矩 形 简 支 梁 L l ， 见 图 1 ， b 2 0 0 mm， h5 0 0 m m。混 凝 土 强 度 等 级 C 2 0 ， Ll 2 o 0 0 l 2 o 0 0， 7 } 弯 矩 图 了 丁 丁 j 丁 剪 力 图 皿 ， 7 L 上』_ l _ J L 上 L 】 截面配筋图 图 1 简 支粱 L 1 9 ． 6 0 N ／ m m 。 纵筋级别 H R B 3 3 5 ， ￡3 0 0 N ／ m m 。 箍筋级 别 H P B 2 3 5 ， ￡ 2 1 0 N ／ m m 。F 2 0 0 k N 。弯矩设计值 M 1 2 0 0 ．0 0 k N ．m。剪力设计值 V 1 1 0 0 ．0 0 k N 。 截面验算 V I O 0 ． O 0 k N0 ．2 5 0|8 工6 ％2 1 1 ．2 0 k N 截面满足。 式中 ／3 。 为混凝土强度影响系数 当混凝土强度等级 不超过 C 5 0时， 取 J c 1 ．0 ； 为混凝土轴 L - 抗压强度设 计值； 6 为矩形截面的宽度； ％为截面的有效高度 ， ％ ha s 下 。 1 正截面受弯承载力计算 1 梁下部纵筋按双筋计算 保护层厚度 下部纵 筋 a s 下 6 0 m m， 保护层厚度 上部纵筋 a s 3 5 m m， 相对受压区高度 取为 0 ． 5 5 0 式中x 为混凝土受压区高度； ％为截面的有效高度； 为界限相对受压区高度。 2 上部纵筋 A I S 4 2 6 mm 0 ． 2 0 ％ 配筋率 p 0 ． 4 3 ％ p一 2 ． 5 0 ％ 维普资讯 中 国布跋 z程 孙毅， 孙春毅 钢筋屈服强度差异对抗震建筑的影响 2 0 0 6 第 5期 3 下部纵筋 A s I 9 7 5 mm p m m 0 ．2 0 ％配筋率 p 1 ． 97 ％ p一 2． 5 0％ 2 斜截面受剪承载力计算 1 受剪箍筋计算 A ／ S 2 7 9 ． 1 3 mm ，p Q 1 3 ％ 3 ， 所有的柱截面均相同 ， 见 图 2 8 F 童 7 9 f ． 5 ．4 F 3 ． 6 f F 77 r 5． 4 5． 4 一 4 50 0 4 5 O0 框 架 布 置 图 弯矩 图 图 2 双跨双层框架 K J 1 现在针对 D节点做分析 。对设计人员而言 ， 考虑 到连续框架梁调幅的需求 ， 梁下部纵向钢筋一般都会 人为地放大约 2 0 ％以保证安全 ， 而对于柱子纵向钢筋 一 般也会放大 这种放大是选配钢筋的需要 ， 但不 会象梁下部纵向钢筋那么放大，假设柱纵筋放大了 1 5 ％， 另外由于规范中规定对柱节点的组合内力有调 整 ， 像二级抗震建筑就把 内力设计值放大 2 0 ％ ， 那么 其实柱子纵筋相 当于放大了 3 8 ％。 这样看来正常情况 下 的确实现 了强柱弱梁 ， 可是如果两种纵 向钢筋不是 同种规格， 又不是同一批次， 由于屈服点的离散性， 就 可能产生 假设 梁下部实际施工 的纵 向钢筋的屈服 强度比设计值高了 4 0 ％， 而实际施工的柱纵筋屈服强 度 比设计值仅高了 1 5 ％ ，在这个简单框架的例子中 ， 对于 D节点而言， 柱的抗弯强度和梁的抗弯强度的安 全系数分别是 1 ． 5 9和 1 ． 6 8 ， 显然违背了强柱弱梁的原 则 ，在侧向荷载下的破坏模式也完全不同于预期结 果。 3 结论 和 建议 通过以上的例子说明普通钢筋的屈服强度上限值 是如此重要的一个参数 ， 以至于如果抗震建筑所用钢 材在这个参数上出现比较大的波动的话 ， 完全会影响 建筑结构的质量， 违背抗震的基本原则 ， 甚至在偶然 地震来临之时会出现出人意料的损失。 经过 比对调查 ， 对于直径在 1 0 m m 以下需要现场 调直的光圆钢筋， 其屈服点上限值波动尤其巨大。虽 然可适当控制冷拉率， 但却收效甚微。最好的方法还 是现场试验， 控制冷拉调直后的屈服强度上限值。 因此建议对于土木工程用普通热轧钢筋 ，应该 区 分是用于抗震结构还是非抗震结构 如道路用钢筋 等 。 对用于抗震结构的钢筋， 应偏严格地限制其屈服 强度实测值与钢筋强度标准值的比值。在现行规范 中， 有一 、 二级框 架结构建筑普通钢筋屈服强 度实测 值与强度标准值的比值不应大于 1 - 3的要求。随着我 国炼钢工业整体水平的提高 ，这个标准也应该提高 。 由于一、二级建筑在本身的抗震内力调整上要比三、 四级建筑严格得 多 ，那这个 比值应该采用统一值 ， 建 议不大于 1 ． 2 ；对于非抗震结构这个要求就没有必要 了 ， 只要能满足屈服强度标准值下限就可 。另外还应 该提出的是 ，设计人员应该提高 自身的专业素质， 把 “ 好钢用在刀刃上”。 参考文献 1 GB 5 0 0 1 0 --2 0 0 2 混凝 土结 构设计规范 【 s 】 ． 北京 中国 建筑工 业出版 社 ． 2 o 0 2 ． 2 罗国强， 罗刚． 建筑施工中 的结构 问题【 M】 ． 北京 中国建筑工业出版社， 1 9 9 7 ． 3 吴科如， 张雄． 建筑材料【 M】 ． 上海 同济大学出版社， 1 9 9 6 ． 4 朱伯 龙， 张琨联 ． 建 筑结构抗 震设计 原理【 M】 ． 上 海 同济 大学 出版社， 1 99 4． 5 包世华， 方鄂华． 高层建筑结构设计【 M】 ． 北 京 清华 大学出版社， 1 9 8 5 ． 8 3 维普资讯