由设定的计算截面进行冲切设计

技术文章

使用附加模块 RF-PUNCH Pro 能够按照规范 EN 1992-1-1 [1] 第 6.4 章进行冲切设计。 下面的例子中由程序按照规范 DIN EN 1992-1-1 [2] 进行设计,首先自动排列规划内部和外部的计算截面,接着由用户设定内部计算截面向大家展示其设计。

这一点在早前的技术文章中,按照规范 [1] 和 [2] 对冲切设计以及对 RFEM 的附加膜 RF-PUNCH Pro 的功能有过阐述。

示例模型

这里要对 25cm 厚的钢筋混凝土板进行冲切设计,混凝土是 C30/37。 柱子的尺寸是 25 x 25 cm。

图片 01 - 示例模型

下面的步骤将对建筑物二层上连接楼板的内柱进行冲切设计。 这里见图 01 中彩色的冲切设计位置。 从 RFEM 内力计算中得出二楼上内柱在柱头位置的轴力 Nd = 442,21 kN。

图片 02 - 柱子中的轴力分布

由自动排列的计算截面进行设计

在附加模块 RF-PUNCH Pro 中进行冲切设计时,自动排列需要的计算截面(临界计算截面、内部和外部的计算截面)。 预先设置的”使用的冲切荷载“或者”荷载增大系数 ß“也通常能继续保留。

在当前的示例中,冲切荷载是由柱子中的轴力得出。 而荷载增大系数 ß 根据 6.4.3 (6) 中 "常数系数" 计算得出。 对于这种情况(内柱)荷载增大系数取 ß = 1,10。

替代默认设置,现有的纵向钢筋指定给抗冲切承载力验算。 这意味着,指定给板上部的纵向钢筋不足时,且 νRd,c < νEd,模块就会自动布置抗剪钢筋。

此外,在板上部(没有荷载加载的一面)的现有的纵向钢筋在两个配筋方向都指定为 Ø 12 - 10,相当于 11,31 cm²/m。

图片 03 - 由排列的截面进行设计时冲切节点详细信息

此处应注意纵向钢筋 (Ø 12 - 10) 的位置。 在这种情况下,在设计中要考虑的钢筋的混凝土保护层厚度要保证有 cnom = 3.5 cm。 这在开始设计前窗口 "1.4 纵向钢筋" 中定义。 对此钢筋的位置在方向 1 定义为 d1 = cnom + ds/s = 3,5 + 1,2/2 = 4,1 cm。 混凝土保护层厚度在方向 2 由 d2 = d1 + ds = 5,3 cm 得出。 在输入窗口 “1.4 纵向钢筋” 中混凝土保护层的定义,决定了有效高度 d,并且在开始计算前进行相应调整。

对输入的数据进行计算后,设计准则显示在结果窗口 "2.1 冲切设计"。 得出的受冲切承载力 νRd,c = 612,05 kN/m²。 得到的设计利用率 110 %。 不配置冲切钢筋的受冲切承载力不足。

由于 νRd,c = 612,05 kN/m² < νEd = 674,80 kN/m²,首先检查最大受冲切承载力 νRd,max。 按照 6.4.5 (3), [2] 得出 νRd,max
νEd,u1 ≤ νRd,max = 1,4 · νRd,c,u1
νEd,u1 = 674,80 kN/m²
νRd,max = 1,4 · 612,05 kN/m² = 856,87 kN/m²
该计算的结果是 νEd = 674,80 kN/m² < νRd,max = 856,88 kN/m²,以及得出的利用率是 79%,那么模块开始自动设置内部和外部的计算截面。

外部计算截面的位置按照 6.4.5 (4) 的公式 6.54 得出:
uout = ß · VEd / (νRd,c · d)
注意:没有剪切配筋的抗剪承载力 νRd,c 按照 6.2.2 (1)

用该公式确定外部计算截面的周长以及外部计算截面到荷载导入区域边缘的距离 lw,a。 由此能够确定“冲切配筋的区域”。 根据 9.4.3 [1] 第一个内部计算截面能够被设置在距离荷载导入区域 0,5 d 的位置。 最后一个内部计算截面位于外部计算截面前 1,5 d  的位置。 这里见 [3] 中图 2.36。

根据这些模块现在自动确定需要的内部计算截面的数量、距离。 在模块 RF-PUNCH Pro 中按照规范规定的设计准则也是这种情况,在窗口 "2.1 冲切设计" 中得出的拉杆以及外部的计算截面的设计利用率是 1,00。

图片 04 - 由排列的截面进行设计的利用率

在结果窗口 "2.2 需配的抗冲切钢筋"中得出按照给出的设计利用率所从属的纵向钢筋和箍筋。 在详细表格中可以看到例如在荷载导入的边缘的单个内部计算截面间的距离(抗剪配筋排列)。

图片 05 - 记录的剪切钢筋位置的详细表格

由定义的计算截面进行设计

对于该示例,从自动排列内部计算截面的设计得出第一排箍筋到荷载导入边缘的距离为 10cm, (见图 05)在结果详细表格中的每个布置的截面对该值用 lw 进行了记录。 对于第二个内部计算截面得出 lw,2 = lw,1 + sr = 0,10 m + 0,14 m = 0,24 m。

在模块 RF-PUNCH Pro 中用户可以直接选择指定外部的和内部的计算截面。 为此请在计算开始之前激活输入窗口“1.5 冲切节点”中的选项“计算截面”。 由此就会像示例中显示的那样,指定“内部的计算截面”的数量和位置。

作为自动排列两个内部计算截面的替代方案,例如现在可以用三个内部计算截面进行计算。 这里可以指定内部计算截面的数量以及从荷载导入面积到第一个内部计算截面的距离 lw,1 和内部计算截面之间的距离 sr

图片 06 - 在窗口 1.5 中的内部截面的设置

计算之后在结果窗口“2.2 需要的冲切配筋”中得到需要的纵向配筋和冲切配筋以及算出每计算截面上需要的钢筋截面。

图片 07 - 设定的内部计算截面的结果图形

按照规范中 9.4.3 [1] 对单个内部计算截面或者外部计算截面的位置的要求——例如内部计算截面彼此之间的径向距离 sr (≤ 0,75 d) 或者最后的内部计算截面到外部计算截面的距离 (≤ 1,5 d),如果没有遵守,在结果窗口“2.2 需要的冲切配筋”中就会显示相应的提示。 这可以快速识别和纠正错误输入。

应用场合和更多信息

在大多数情况下,使用模块 RF-PUNCH Pro 进行冲切设计时,肯定会将纵向钢筋增加到可施工的尺寸,以避免受剪箍筋形状的冲切配筋。 如果需要的纵向钢筋——即使是还没有达到最大纵向钢筋配筋率 φl——不能用在实际施工中,模块 RF-PUNCH Pro 提供了自动排列以受剪箍筋(垂直或者倾斜)形式的冲切钢筋的可能。 另外,设计者还可以选择将冲切荷载和冲切尺寸导出到设计程序 Halfen HDB 中,作为受剪箍筋设计的替代方案,进行 Halfen 抗冲切钢筋构件设计。

无论如何可能发生的情况是,已经设计的冲切配筋应该在经过修改的荷载情况下进行分析。 为了实现这种“重新计算”或者为了一个配筋方案能够制定替代方案,RF-PUNCH Pro 提供了选项“计算截面的定义”。

这方面请参考 RF-PUNCH Pro 手册中的 2.2.1.5 章。 其中记录了对配置冲切钢筋的冲切设计的流程图,因此也可以了解设计所需剪切钢筋的单个步骤。

参考

[1] Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings; EN 1992-1-1:2011-01
[2] National Annex - Nationally determined parameters - Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings; DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04
[3] Manual RF-Punch Pro. Tiefenbach: Dlubal Software, August 2017. Download (German version)

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节点支座和线支座的基础和板的抗冲切计算

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