点铰与不点铰的区别
说来惭愧,我也是最近才把这个问题搞清楚,并且找到了权威的出处,所以才敢写出来。
点不点铰的问题一直是新手做设计时最经常遇到的问题。一般来说,当梁与墙平面外垂直相交时需要点铰,除此之外在主次梁相交处,有人说需要点铰,有人说不需要。
这篇文章打算谈谈我对两个问题的看法,一是什么情况下需要点铰,二是为什么点铰就能解决问题,原理何在?
先说说点铰的原理。点完铰之后,对于程序而言就是释放了该处的弯矩,只剩下三个平动自由度方向的力了。或者换句话说,不传递弯矩,只传力。这样程序在计算之后,得到的该处的配筋面积就会变小。而我们严格按照这个计算结果去配筋的话,就会把该处的钢筋配的很少。这样设计出来的结构在该处的配筋就会很小,当地震来临时,如果地震水平力在该处产生了比较大的弯矩,结构就会因配筋较少而无法承担该弯矩,从而很快屈服,出现塑性铰。而塑性铰跟我们理论上的铰接就比较类似了,只传力,不传弯矩。这样就实现了我们最初的点铰的设想。
比如,一根框架梁垂直交于剪力墙平面外。由于剪力墙平面外抗弯刚度非常弱,如果在相交处做成刚接的话,地震来临时,框架梁传来的巨大平面外弯矩会把剪力墙拉坏,危害整个结构的安全。所以我们要在该处点铰。通过点铰来保证后续设计能够满足该处出现塑性铰,从而不危害剪力墙的安全。
也就是说点铰实际上就是一种概念设计思路,通过点铰来实现在结构的不同部位按照设计预想来出现塑性铰,从而保证结构安全。而点铰之所以能够实现这个设计思想,本质上是因为钢筋混凝土结构的特殊性。钢筋混凝土结构可以通过配筋的多少来控制其刚度,控制其极限承载力,控制其屈服的先后顺序。
第二个问题,什么情况下需要点铰。我觉得这是个很难回答的问题。在此之前,我一直认为我之前说的那两种情况是需要点铰的,其余就不需要了。现在想想,还是没理解。如上述理论,点不点铰,实际上是跟个人的设计理念和设计思路有关的。比如你希望此处率先出现塑性铰,从而耗散能量,保证其余结构的安全,那么此处是可以点铰接的,反之,则不然。比如角窗处,如果是两根悬挑梁相交,我个人认为不宜点铰。因为角窗处本来就很爆弱,如果最先出现塑性铰,对结构安全不利。
有的人会说,如果随便点铰,导致支座上部负弯矩计算值为零。支座上铁配筋太少,很容易出问题。其实在安全方面我觉得不大会出问题,主要是在正常使用极限状态可能会出问题。比如开裂等等,导致业主心里上会产生不安全感。因为梁的支座弯矩减少了,实际上跨中就加大了。也就是说上铁变小了,实际上下铁肯定变大了,试想一下,下铁配的足够多的话,梁跨中也不会轻易挠曲的。就像一个人,把腰板挺直了,也不会产生过大的挠度的。这其实就是结构设计中的调幅思想。