1、第6章 鋼筋混凝土框架構(gòu)件設(shè)計,本章介紹鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，包括梁、柱和節(jié)點核心區(qū)三類構(gòu)建。 為實現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)，鋼筋混凝土框架除了必須具有足夠的承載力和剛度外，還應(yīng)具有良好的延性和耗能能力。 延性是指強度或承載力沒有大幅度下降情況下的屈服變形能力。,延性 框架及其概念 ：,1.延性,延性,結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的變形能力,構(gòu)件延性,結(jié)構(gòu)延性,6.1 延性耗能框架的概念設(shè)計,延性框架：能維持承載能力而又具有較大的塑性變形能力的框架。,2.延性設(shè)計措施,1）強柱弱梁：塑性鉸應(yīng)盡量出現(xiàn)在梁端； 2）強剪弱彎：避免梁柱過早剪壞，以保證構(gòu)件、結(jié)構(gòu)的延性； 3）強節(jié)點、強錨固：避免出現(xiàn)節(jié)點區(qū)破壞和鋼筋錨固破壞

2、； 4）局部加強 5）限制柱軸壓比，加強柱箍筋對混凝土的約束。,上述措施是通過相關(guān)構(gòu)造措施滿足的。,6.1 延性耗能框架的概念設(shè)計,6.1 延性耗能框架的概念設(shè)計,影響梁截面延性的主要因素： 1、 梁的截面尺寸 2、 剪壓比 3、 配箍率 4、鋼筋和混凝土強度等級 5、縱向截面配筋率,1）縱筋配筋率對框架梁受力性能的影響,一般反映構(gòu)件延性的指標(biāo)是截面彎矩曲率曲線，因為截面曲率和截面受壓區(qū)高度成反比，因此構(gòu)件截面的變形能力也可以用截面達(dá)到極限狀態(tài)時的相對受壓區(qū)高度來表示。 根據(jù)理論分析，截面相對受壓區(qū)高度越大，截面曲率越小，截面變形能力也越小。 試驗研究表明，當(dāng)截面相對受壓區(qū)高度在0.200.3

3、5之間時，梁的延性系數(shù)可達(dá)34。,單筋截面梁：,雙筋截面梁：,6.2 框架梁抗震設(shè)計,1）縱筋配筋率對框架梁受力性能的影響,6.2 框架梁抗震設(shè)計,試驗表明：梁塑性鉸區(qū)的截面剪壓比對梁的延性、強度、剛度有顯著影響。剪壓比越大，梁的強度、剛度越差，當(dāng)剪壓比大于0.15時，增加箍筋配置量已經(jīng)不能產(chǎn)生良好的效果了。,控制梁截面剪壓比，實際上就是控制梁的截面不能過小。,2）剪壓比對框架梁受力性能的影響,梁截面“名義剪應(yīng)力V/bh0”與混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值fc的比值,6.2 框架梁抗震設(shè)計,試驗表明：梁的跨高比對梁的抗震性能（延性）有明顯的影響。當(dāng)梁的跨高比小于2時，剪切變形的比重加大，極易發(fā)生以斜

4、裂縫為主要特征的破壞，梁的延性降低。,一般認(rèn)為，梁的跨高比不宜小于4。,當(dāng)梁的設(shè)計內(nèi)力較大時，若截面承載力不滿足要求，宜首先考慮加大梁的寬度。,3）跨高比對框架梁受力性能的影響,梁凈跨與梁高之比,6.2 框架梁抗震設(shè)計,在塑性鉸區(qū)配置足夠的封閉箍筋，對提高塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力是十分有效的（在滿足剪壓比的前提下）。配置足夠的箍筋，對防止梁受壓縱筋過早壓屈、提高塑性鉸區(qū)內(nèi)混凝土的極限壓應(yīng)變以及防止斜裂縫的開展都有很好的作用，可見保證一定的配箍率有利于充分發(fā)揮塑性鉸的變形和耗能能力。,因此，在工程設(shè)計中，在框架梁的塑性鉸區(qū)范圍內(nèi)，箍筋必須加密。,4）配箍率對框架梁受力性能的影響,6.2 框架梁抗震設(shè)計,

5、非抗震設(shè)計,抗震設(shè)計,1）正截面承載力計算,6.2 框架梁抗震設(shè)計,梁截框架面承載力抗震設(shè)計,梁截框架面承載力抗震設(shè)計,梁正截面承載力計算,僅須考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)即可,梁斜截面承載力計算,考慮抗震承載力調(diào)整系數(shù)外，還須考慮“強剪弱彎”的延性設(shè)計要求,2.框架梁的承載力計算,前言： 為保證框架梁在地震力作用下呈梁鉸型延性機構(gòu)，減少梁端發(fā)生剪切脆性破壞的可能，梁端抗剪承載力應(yīng)高于梁正截面承載力，即將框架設(shè)計成“強剪弱彎”的形式。 具體設(shè)計中，根據(jù)框架不同的抗震等級，通過人為增大荷載作用組合在梁端剪力設(shè)計值的方式，增大梁端斜截面的承載力，從而達(dá)到延性框架“強剪弱彎”的要求。,2）斜截面承載力計算

6、,強剪弱彎,6.2 框架梁抗震設(shè)計,一、二、三級框架梁剪力設(shè)計值； 四級框架梁的剪力設(shè)計值不放大，直接采用地震作用效應(yīng)組合的剪力設(shè)計值。,梁端剪力設(shè)計值,6.2 框架梁抗震設(shè)計,9度抗震和一級框架梁還應(yīng)同時滿足本式,梁端剪力設(shè)計值,6.2 框架梁抗震設(shè)計,非抗震設(shè)計,均布力,集中力,抗震設(shè)計,均布力,集中力,梁斜截面受剪承載力設(shè)計值,有地震作用時，考慮到地震的反復(fù)作用將使梁剪壓區(qū)混凝土剪切強度、斜裂縫間混凝土咬合力以及縱筋暗梢力降低，因此在抗震設(shè)計時，將斜截面承載力計算公式中混凝土一項的受剪承載力乘以0.6的系數(shù)進(jìn)行折減。,6.2 框架梁抗震設(shè)計,非抗震設(shè)計,抗震設(shè)計,梁跨高比大于2.5,梁跨

7、高比不大于2.5,根據(jù)高層框架梁的構(gòu)造要求，不允許出現(xiàn)薄腹梁,梁受剪截面限制條件,6.2 框架梁抗震設(shè)計,材料強度,6.2 框架梁抗震設(shè)計,級框架梁：大于C30 二四級框架梁一：大于C20 所有框架梁：不宜大于C40,梁高：跨度的1/101/18、不小于400mm 不宜大于梁凈跨的1/4 梁寬：梁高的1/21/3、不宜小于200mm 截面高寬比不宜大于4,截面尺寸,3.框架梁的構(gòu)造要求,抗震設(shè)計時： 抗震設(shè)計梁端縱向配筋率不宜大于2.5%(保證梁的延性) 梁底、梁頂均應(yīng)有一定鋼筋通長配置 貫通中柱的一、二級框架梁，其縱筋直徑不宜過大(保證錨固) 梁端塑性鉸區(qū)須配置一定的受壓縱筋(保證梁的延性)

8、,縱向鋼筋,6.2 框架梁抗震設(shè)計,框架梁梁端塑性鉸區(qū)受壓鋼筋（抗震構(gòu)造）,6.2 框架梁抗震設(shè)計,二-三級抗震,一級抗震,箍筋,不宜用彎起鋼筋抗剪,保證一定的配箍率,6.2 框架梁抗震設(shè)計,箍筋,第一箍筋距梁邊緣50mm,框架梁梁端箍筋加密,6.2 框架梁抗震設(shè)計,6.3 框架柱抗震設(shè)計,框架柱的設(shè)計,構(gòu)造要求,柱截面設(shè)計,延性性能,1）剪跨比對柱延性的影響,反映柱截面彎矩和剪力比值的一個參數(shù)，表示為（=M/Vh0，h0為柱截面高度）,6.3 框架柱抗震設(shè)計,2）軸壓比對柱延性的影響,6.3 框架柱抗震設(shè)計,由理論分析可知： 柱中箍筋對柱核心混凝土起著有效的約束作用，可顯著提高受壓混凝土的極

9、限應(yīng)變值，并能有效阻止柱身斜裂縫的開展。因此，足夠的配箍率對柱延性的提高有良好的作用。,但試驗表明： 柱箍筋配置率對柱延性的提高作用將隨著柱截面軸壓比的增大而減小。,3）配箍率對柱延性的影響,6.3 框架柱抗震設(shè)計,試驗研究表明： 柱截面在縱筋屈服后的轉(zhuǎn)動能力，主要受縱向鋼筋配筋率的影響，且大致隨縱筋配筋率的增大而線形的提高。因此，為避免柱過早進(jìn)入屈服階段，保證柱的延性，柱的全部縱筋的配筋率也不能過小。,4）縱筋配筋率對柱延性的影響,6.3 框架柱抗震設(shè)計,框架柱截面設(shè)計,柱正截面偏心受力承載力計算,柱斜截面承載力計算,2.框架柱的承載力計算,6.3 框架柱抗震設(shè)計,非抗震設(shè)計,抗震設(shè)計,符號

10、說明： 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值 非抗震設(shè)計構(gòu)件設(shè)計抗力值 抗震設(shè)計構(gòu)件設(shè)計抗力值 承載力抗震調(diào)整系數(shù)（表10-2）,同普通鋼筋混凝土構(gòu)件,重點,框架柱截面設(shè)計：,6.3 框架柱抗震設(shè)計,前言： 為保證框架柱在地震力作用下具有足夠的強度和剛度，框架柱正截面承載力應(yīng)高于梁正截面承載力，即將框架設(shè)計成“強柱弱梁”的形式。 具體設(shè)計中，根據(jù)框架不同的抗震等級，通過人為增大荷載作用組合在柱端內(nèi)力設(shè)計值的方式，增大柱正截面的承載力，從而達(dá)到延性框架“強柱弱梁”的要求。,1）正截面偏心受壓承載力計算,6.3 框架柱抗震設(shè)計,框架柱正截面偏心受力形態(tài),偏心受壓,偏心受拉,大偏壓,小偏壓,大偏拉,

11、小偏拉,1）正截面偏心受壓,6.3 框架柱抗震設(shè)計,一、二、三級框架柱柱端彎矩設(shè)計值計算公式,、,彈性比,柱端彎矩設(shè)計值,1.4,1.1,1.2,6.3 框架柱抗震設(shè)計,9度抗震和一級框架還應(yīng)同時滿足本式,注1：,、 梁左右截面實配鋼筋受彎承載力的設(shè)計值,6.3 框架柱抗震設(shè)計,四級框架柱、軸壓比小于0.15的框架柱、頂層柱的柱端彎矩不調(diào)整，直接采用抗震設(shè)計的組合結(jié)果 反彎點不在柱高范圍內(nèi)，柱端彎矩設(shè)計值直接乘以放大系數(shù) 一、二、三級底層框架柱下端截面彎矩值的放大系數(shù)分別取為1.5、1.25、1.15（推遲柱底截面塑性鉸出現(xiàn)的時間） 考慮到雙向偏心的不利影響，角柱彎矩設(shè)計值應(yīng)在上述調(diào)整之后，再

12、乘以1.1的放大系數(shù),注2：,6.3 框架柱抗震設(shè)計,柱正截面偏心受壓承載力的計算方法同普通鋼筋混凝土柱計算方法，但計算結(jié)果應(yīng)考慮正截面承載力抗震調(diào)整系數(shù)。,正截面偏心受壓承載力計算,6.3 框架柱抗震設(shè)計,前言： 為保證框架柱在地震力作用下具有足夠的強度和剛度，應(yīng)將框架設(shè)計成“強柱弱梁”的形式。同樣是為了保證框架柱的延性要求，框架柱的承載力還應(yīng)該滿足“強剪弱彎”的要求，即框架柱斜截面承載力應(yīng)大于正截面承載力。 具體設(shè)計中，根據(jù)框架不同的抗震等級，通過人為增大荷載作用組合在柱端剪力設(shè)計值的方式，增大柱斜截面的承載力，從而達(dá)到延性框架“強剪弱彎”的要求。,通過放大柱端彎矩實現(xiàn),2）斜截面承載力計

13、算,6.3 框架柱抗震設(shè)計,、 柱上下截面彎矩設(shè)計值； 柱高； 柱剪力增大系數(shù)，一、二、三級框架梁分別取1.4、1.2、1.1；,一、二、三級框架柱柱端剪力設(shè)計值計算公式,由于強柱弱梁的考慮，已經(jīng)放大過一次,柱端剪力設(shè)計值,6.3 框架柱抗震設(shè)計,、 柱上下截面實配鋼筋受彎承載力的設(shè)計值，其計算參見相關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)教材（注：在承載力計算公式中，應(yīng)考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)）；,注：考慮雙向偏心的不利作用，角柱剪力設(shè)計值宜在上述調(diào)整的基礎(chǔ)上乘以不小于1.1的放大系數(shù)。,9度抗震和一級框架還應(yīng)同時滿足本式,6.3 框架柱抗震設(shè)計,偏壓構(gòu)件,偏拉構(gòu)件,考慮到軸力以及地震往復(fù)荷載對柱受剪承載力的影響，柱斜截

14、面受剪承載力的計算公式如下：,非,抗,非,抗,斜截面受剪承載力計算,6.3 框架柱抗震設(shè)計,根據(jù)靜力作用下梁截面受剪的限制條件，考慮框架柱在地震作用時反復(fù)加載的不利影響，高規(guī)規(guī)定：矩形截面框架柱的受剪截面應(yīng)符合下列條件：,非抗震設(shè)計,抗震設(shè)計,剪跨比大于2,剪跨比不大于2,框架柱受剪截面限制條件,6.3 框架柱抗震設(shè)計,一級框架柱：大于C30 二四級框架柱：大于C20 9度抗震不宜大于C60；8度抗震不宜大于C70,材料強度,6.3 框架柱抗震設(shè)計,截面尺寸,截面尺寸,截面最小邊長,截面高寬比,柱的剪跨比,柱的軸壓比,不宜大于3,矩形,圓形,250,300,350,不宜大于2,6.3 框架柱抗

15、震設(shè)計,縱向鋼筋,縱筋最小配筋率,其它構(gòu)造要求詳見高規(guī),6.3 框架柱抗震設(shè)計,箍筋,箍筋加密區(qū)構(gòu)造要求,其它構(gòu)造要求詳見教材161-1632頁和高規(guī),6.3 框架柱抗震設(shè)計,1.框架節(jié)點的受剪承載力計算,框架節(jié)點設(shè)計,抗震設(shè)計,非抗震設(shè)計,通過構(gòu)造措施保證,一、二級框架的非頂層節(jié)點,三、四級框架和頂層節(jié)點,所有節(jié)點,須進(jìn)行受剪承載力計算,6.4 梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設(shè)計,框架節(jié)點受力簡圖,6.4 梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設(shè)計,節(jié)點剪力設(shè)計值,（以中間節(jié)點為例）,對頂層節(jié)點，取VC=0即可,6.4 梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設(shè)計,考慮到延性框架“強剪弱彎”的要求，須對框架節(jié)點的剪力進(jìn)行放大處理。,頂層節(jié)點,其

16、它節(jié)點,一級：1.35 二級：1.20,一級：1.35 二級：1.20,6.4 梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設(shè)計,9度抗震和一級框架節(jié)點還須同時滿足下式：,頂層節(jié)點,其它節(jié)點,6.4 梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設(shè)計,節(jié)點受剪承載力,9度抗震設(shè)防,6.4 梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設(shè)計,節(jié)點受剪截面限制條件,為防止節(jié)點截面太小、核心區(qū)混凝土承受過大的斜壓應(yīng)力以致使節(jié)點區(qū)混凝土先于箍筋被壓碎，框架節(jié)點的水平截面應(yīng)符合如下條件：,6.4 梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設(shè)計,強度等級,框架節(jié)點的混凝土強度等級限制條件和框架柱相同； 裝配整體式的框架的節(jié)點的混凝土強度等級宜比預(yù)制柱提高5MPa。,6.4 梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設(shè)計,箍筋,框架節(jié)點核心區(qū)應(yīng)布置水平箍筋,非抗震設(shè)計,與柱箍筋配置情況相同，且箍筋間距不