抗剪钢板在转换梁设计中的应用
更新时间：2009-10-19 15:27:29
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我们先看一下规范中斜截面受剪承载力相关的公式（按梁托剪力墙为例）：
考虑地震作用组合的框架梁，当跨高比l0/h≥2.5时，其受剪截面应符合下列条件：
Vb≤(0.15βcfcbh0) (1) （高规10.2.9）
斜截面受剪承载力应符合下列公式计算：
Vb≤(0.42ftbh0+1.25fyvh0) (2) （砼规11.3.4）
某工程为框支剪力墙结构，二十六层，总高77.30米，七度二级抗震，在二层转换，其转换梁砼强度等级为C35，其中一道转换梁跨度为7.5米，梁上托不满跨布置的剪力墙，梁截面用600mmx1800mm试算得出转换梁的弯矩和剪力包络图。其中Mmax=8012kN,Qmax=4511kN，Nmax=9KN,轴力很小，可忽略不计，梁按受弯构件设计。
则用剪力反算转换梁截面bh0≥= 1530678mm2,即转换梁截面需要950mmx1800mm方可满足抗剪要求。600mmx1800mm的梁截面受剪截面承载力最高可达(0.15x600x1700x16.7x10-3)= 3006kN按Φ12@100(6)配箍,则:
x(0.42x1.57x600x1700+)x10-3=5876kN>3006kN) ，而从剪力包络图可以看出不满足要求的只有一段大概有两米长的梁段剪力超过3006kN。因为建筑立面要求不允许在转换梁支座处加腋，若能通过另一种方法加强这一小段梁的受剪承载力，就可以避免把整段梁截面加到950mmx1800mm的局面。而且转换梁的两端支座处的弯矩都不大，加大梁截面，梁砼量增加不说，根据高规10.2.8强制性条文中0.4％配筋率要求，加大截面无疑是增加钢筋；截面增大，梁的箍筋也相应增加。如果提高梁砼标号，那要C60才达到要求。从施工角度看，高标号的砼施工质量难以保证。用什么方法可以经济有效的解决这个问题呢？在转换梁中引入抗剪钢板可以解决这个问题。
让我们先看一下抗剪钢板的设计要点。根据《型钢混凝土组合结构技术规程JGJ138-2001》5.1.4条和5.1.5条规定如下：
考虑地震作用组合的型钢混凝土框架梁，其受剪截面应符合下列条件：
Vb≤(0.36βcfcbh0) (3)
≥0.10 (4)
斜截面受剪承载力应符合下列公式计算：
Vb≤(0.06fcbh0+0.8fyvh0+0.58 fatwhw) (5)
从公式(5)可得出，型钢混凝土梁的抗剪能力主要由三部分组成：砼抗剪能力、箍筋抗剪能力、型钢梁腹板抗剪能力，其中后者占绝对主导地位；又由于不考虑型钢梁翼缘的抗剪能力，故我们可以仅引入型钢的腹板以承受剪力，即抗剪钢板。比较公式(1)与(3)、(4)可知，同等截面，同等砼标号情况下，加入抗剪钢板的梁的受剪截面承载力最高可提高＝2.4倍。比较公式(2)与(5)可知，砼提供的受剪承载力提高了＝1.43倍，箍筋提供的受剪承载力折减到＝0.64倍，抗剪钢板提供的受剪承载力至少有梁受剪截面承载力(Vb≤(0.36βcfcbh0))的0.1x=0.161倍的剪力，此数值是比较大的。综合以上各点，在转换梁中加入抗剪钢板可以使转换梁的受剪截面承载力会有较大的提高。
下面我们对转换梁加入的抗剪钢板进行设计：
Vb≤(0.36βcfcbh0)＝x(0.36x1.0x16.7x600x1700)x10-3=7214kN
加入抗剪钢板的规格为两块8厚Q345，高为700mm的钢板，受剪截面承载力为：
＝=0.207≥0.10
Vb≤(0.06fcbh0+0.8fyvh0+0.58 fatwhw)
=6864kN≥4511kN 满足要求
抗剪钢板的长度由剪力包络图决定，抗剪钢板宜伸过剪力不足的截面范围300mm左右。同时，为了保证抗剪钢板与梁的混凝土之间的有效粘结，在抗剪钢板上设置了M16@200x200的销钉，起抗剪键的作用。
以上讨论的框支梁，由于梁上剪力墙不满跨布置，经有限元分析，梁内轴力接近于0，故方可按受弯构件设计。对于传统的剪力墙满跨布置（或接近满跨布置）的框支梁，存在较大的轴力，属典型的偏拉构件，根据《混凝土结构设计规范》关于7.5.14条的条文解释，应该考虑轴力对截面抗剪能力有削弱的不利影响，尚应将本文公式(5)所算出的受剪承载力设计值减去0.2N(轴力)。
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