第6章钢筋砼框架构件设计

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1、第6章 钢筋砼框架构件设计,主讲：郭剑虹, 6.1 延性耗能框架的概念设计,一、延性的概念 延性是指结构或构件能维持承载能力而又具有较大的塑性变形能力的性能，一般用延性比表示延性的大小 延性比定义：,结构或构件屈服时的位移 承载力降低（降低1020）时的极限位移,顶点位移,y u,延性结构荷载位移关系,1、延性结构设计原则 （1）强柱弱梁（或强墙弱梁） 要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱子中的塑性铰 （2）强剪弱弯 （3）强节点、强锚固 2、保证延性的抗震措施 （1）先划分抗震等级（分五个等级） （2）根据抗震等级，按延性设计原则控制 计算：内力调整 构造：截面尺

2、寸、主筋、箍筋、锚固等要求,要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱子中的塑性铰。,二、 框架设计要求,结构设计除应满足刚度、强度、整体稳定性要求外，地震区的结构尚应满足延性和薄弱层弹塑性变形限制的要求 1、弹性（正常使用条件下）侧移变形验算（刚度要求） 在结构体系、结构布置、构件截面尺寸等初步确定，以及荷载计算完毕之后，即可进行风荷载及水平地震作用下的弹性侧移变形验算，验算如不满足要求，就要改变构件截面尺寸，甚至改变结构体系和结构布置,弹性侧移验算表达式为,结构的顶点水平位移及层间相对变形 结构的总高度及层高,2、稳定和抗倾覆验算 对高宽比H/B满足要求的高层结构，整

3、体稳定和抗倾覆一般可以满足要求，很少进行验算 3、截面承载力验算（强度要求） 框架在四种荷载下的内力求出之后进行截面承载力验算 无地震作用组合： 有地震作用组合： 4、罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算,6.2 框架梁抗震设计,弯曲破坏,超筋破坏,一、框架粱的破坏形态与延性,剪切破坏,适筋破坏,少筋破坏,斜压破坏,剪压破坏,斜拉破坏,其他都是脆性破坏，要保证强剪弱弯,延性破坏,1、破坏形态,1）纵筋配筋率（影响相对受压区高度） 受拉纵筋配筋率增大，相对受压区高度增大，延性减小 受拉纵筋配筋率减小，相对受压区高度减小，延性增大 受压纵筋配筋率增大，相对受压区高度减小，延性增大 受压纵筋配筋率减小

4、，相对受压区高度增大，延性减小,2、影响框架粱延性的因素,2）剪压比 （限制截面最小尺寸）,3）跨高比 （随着跨高比的减小，剪力的影响加大 ）,4）塑性铰区的箍筋用量 在塑性铰区配置足够的封闭式箍筋，对提高塑性铰的转动能力十分有效。 在框架粱塑性铰区范围内，箍筋必须加密,2、影响框架粱延性的因素,二、框架粱截面抗弯设计,1、无地震作用组合时,2、有地震作用组合时,1）一、二、三级非加密区，四级和非抗震框架粱无需调整,3）9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合,分别为梁左右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯矩设计值.当抗震等级为一级且梁两端弯矩均为负弯矩时,绝对值较小一端的弯矩应取零 梁剪力增大

5、系数，一、二、三级分别取1.3、1.2、1.1 梁的净跨 考虑地震作用组合的重力荷载代表值作用下，按简支梁 分析的梁端截面剪力设计值,三、框架粱抗剪验算,1、剪力设计值调整（据强剪弱弯调整）,2）一、二、三级抗震粱端箍筋加密区调整,三、框架粱抗剪验算,三、框架粱抗剪验算,2、受剪承载力验算,1）无地震作用组合的剪力：,集中荷载为主的梁,均布荷载为主的梁,2）有地震作用组合的剪力，按下式计算一般梁,集中荷载为主的梁,均布荷载为主的梁,四、框架粱构造措施,1、最小截面尺寸,承载力要求：通过承载力验算实现,构造要求：主梁截面高度,剪压比限值：,主梁计算跨度,1）无地震作用组合时,2）有地震作用组合时

6、,跨高比大于2.5,跨高比不大于2.5,混凝土强度影响系数,四、框架粱构造措施,2、相对受压区高度和纵筋配筋率,1）相对受压区高度限制,一级框架粱端,二、三级框架粱端,跨中、四级和非抗震框架粱端,2）纵向配筋率,抗震设计时，粱端纵向受拉钢筋配筋率不应大于2.5%,不考虑受压钢筋时，纵向受拉钢筋的最大配筋率,粱顶和粱底的贯通钢筋：,一、二级框架：,三、四级框架：,四、框架粱构造措施,2、相对受压区高度和纵筋配筋率,2）纵向配筋率,粱纵向受拉钢筋的最小配筋率（）,为了防止粘结破坏，一、二级抗震等级的框架粱内贯通中柱的每根纵向钢筋直径，对矩形柱，不宜大于柱在该方向截面尺寸的1/20，对圆形柱，不宜大

7、于纵向钢筋所在位置截面弦长的 1/20。,四、框架粱构造措施,3、粱端箍筋加密区要求,粱端箍筋加密区长度、箍筋最大间距和最小直径,注：1）d为纵筋直径，hb为粱截面高度 2）当粱端纵向受拉钢筋配筋率大于2时，表中箍筋最小直径加2mm 3）非加密区箍筋最大间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍,四、框架粱构造措施,4、箍筋构造,1）框架粱不宜采用弯起钢筋抗剪,一级,二级,三、四级,5）沿框架粱全长箍筋的面积配箍率要求：,3）箍筋必须为封闭箍，应有135o弯钩，直段长度,2）加密区箍筋肢距：一级框架不宜大于200mm和20倍箍筋直径中较大值； 二、三级不宜大于250mm和20倍箍筋直径中较大值； 四级框

8、架不宜大于300mm,4）第一个箍筋应设置在距支座边缘50mm处,四、框架粱构造措施,5、混凝土材料强度,1）一级抗震，不应低于C30,2）按二四级及非抗震，不应低于C20，同时不宜高于C40,6.3 框架柱抗震设计,大偏压破坏：压弯或弯曲破坏,一、框架柱的破坏形态与延性,剪切破坏,剪切受压破坏,剪切受拉破坏,剪切斜拉破坏,脆性破坏，应避免,延性破坏,1、破坏形态,小偏压破坏,脆性破坏,2、破坏特点,角柱重于中柱 短柱重于一般柱 柱底重于柱顶,1）剪跨比：反映柱截面所承受的弯矩与剪力相对大小的参数,3、影响框架柱延性的因素,长细比：,剪跨比1.5时极短柱一般出现剪切斜拉破坏，几乎没有延性,剪跨

9、比2时长柱弯曲破坏，仍需要配置足够的抗剪箍筋,剪跨比2时短柱剪切破坏，配置足够的抗剪箍筋，可能出现稍有延性的剪压破坏,长细比4时长柱 长细比4时短柱 长细比3时极短柱,规范框架柱H0/h宜大于4 避免短柱,2）轴压比,3、影响框架柱延性的因素,N柱考虑地震作用组合轴力设计值，对不进行地震作用计算的结构，取无地震作用组合的轴力设计值 fc混凝土轴心抗压强度设计值 bc、hc柱截面宽度和高度,轴压比较小时，柱截面受压区高度较小,轴压比较大时，柱截面受压区高度较大,大偏心破坏,小偏心破坏,根据轴压比初估柱的截面尺寸：,柱轴力增大系数，边柱1.3,不等跨中柱1.25,等跨1.2 F柱的负载面积； n验

10、算截面以上楼层层数； gE折算在单位面积上的重力荷载代表值，1215kN/m2 N轴压比限制，可近似取，0.7,0.8,0.9(一,二,三级）,3）箍筋,3、影响框架柱延性的因素,作用：抵抗剪力 对混凝土提供约束 防止纵筋压屈,配箍特征值：箍筋抗拉强度和数量，砼强度,配箍形式：普通箍，复合箍，螺旋箍，连续复合矩形螺旋箍,配箍间距：间距越小，约束越均匀,配箍特征值,柱箍筋加密区的体积配箍率,箍筋单肢面积,箍筋总长,箍筋包围的混凝土核心面积的两个边长 箍筋间距,普通箍：单个矩形箍和单个圆形箍,复合箍：由矩形、多边形、圆形箍或拉筋组成的箍筋,复合螺旋箍：由螺旋箍和矩形、多边形、圆形箍或拉筋组成的箍筋

11、,连续复合矩形螺旋箍：全部螺旋箍为同一根钢筋加工而成的箍筋,二、框架柱压弯承载力验算,1、轴力、弯矩设计值,1）按强柱弱粱调整柱端弯矩设计值,一、二、三级框架柱：轴力取最不利内力组合；弯矩要调整增大,无地震作用组合及四级框架柱：取最不利内力组合,一、二、三级框架,9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合,节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值，可按弹性分析的弯矩比例进行分配 节点左右梁端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计值之和，当抗震等级为一级且节点左右梁端均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩取为零 柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取1.4、1.2、1.1,二、

12、框架柱压弯承载力验算,1、轴力、弯矩设计值,2）框架柱固端弯矩增大,一、二、三级框架底层柱增大系数：1.5,1.25,1.15,3）框支柱,当框支柱多于10根，柱承受的弯矩之和不小于该楼层地震剪力的20,当框支柱少于10根，每根柱承受的弯矩不小于该楼层地震剪力的2,轴力不调整,4）角柱,按上述方法调整后的组合弯矩设计值再乘以不小于1.10的增大系数,二、框架柱压弯承载力验算,2、框架柱的计算长度l0,在偏心受压柱的配筋计算中，需要确定柱的计算长度,1）粱柱刚接的框架结构,框架结构各层柱的计算长度,注：1）对底层柱，H为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度； 2）对其余各层柱，H为上、下两层楼盖顶面之

13、间的高度,二、框架柱压弯承载力验算,2、框架柱的计算长度l0,2）当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75以上时，框架柱的计算长度按下两式计算，并取较小值。,式中 u， l 柱的上、下端节点交汇的各柱线刚度之和与交 汇的各粱线刚度之和的比值； min 比值u， l中的较小值 H柱的高度,二、框架柱压弯承载力验算,3、柱正截面受弯承载力验算,2）有地震作用组合时,1）无地震作用组合时：假定大偏心,1）一、二、三级非加密区，四级和非抗震框架柱和框支柱无需调整,3）9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合,分别为柱上下端顺时针或逆时针方向截面组合的弯矩设计值 分别为柱上下端顺时针或逆时针方向实

14、配的弯矩设计值 柱端剪力增大系数，一、二、三级分别取1.4、1.2、1.1 柱的净高,三、框架柱抗剪验算,1、剪力设计值调整（据强剪弱弯调整）,2）一、二、三级抗震粱端箍筋加密区调整,三、框架柱抗剪验算,2、受剪承载力验算,1）无地震作用组合的剪力：,轴力为压力,2）有地震作用组合的剪力，按下式计算一般梁,轴力为压力,三、框架柱抗剪验算,2、受剪承载力验算,1）无地震作用组合的剪力：,轴力为拉力,2）有地震作用组合的剪力，按下式计算一般梁,轴力为拉力,四、框架柱构造措施,1、最小截面尺寸,构造要求(宜)：框架柱截面尺寸 hc250（300）， bc250（300）（非抗震/抗震）；圆柱D 35

15、0（抗震）,剪压比限值：,1）无地震作用组合时,2）有地震作用组合时,剪跨比大于2的柱,剪跨比不大于2的 柱、框支柱,混凝土强度影响系数,四、框架柱构造措施,2、纵筋要求,注：1）截面每侧配筋率不应小于0.2% 2）建造于类场地上较高的高层建筑，表中数值应加0.1 3）采用HRB400级钢筋，表中数值应减0.1 4）混凝土强度等级为C60及以上时，表中数值应加0.1,柱全部纵向受拉钢筋的最小配筋率（）,四、框架柱构造措施,2、纵筋要求,其他要求： 1）柱的纵向钢筋宜对称配置 2）截面尺寸大于400mm的柱，纵筋间距不宜大于200mm 3）框架柱和框支柱中总配筋率不宜大于5 4）一级抗震且2时，

16、柱每侧纵向配筋率不宜大于1.2 5）边柱、角柱及剪力墙端柱在地震作用组合产生小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25 6）柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区,四、框架柱构造措施,3、轴压比限值,轴压比限值,注：1）表内限值适用于剪跨比大于2，砼强度等级不高于C60的柱,四、框架柱构造措施,3、箍筋加密区要求,柱箍筋加密区箍筋最大间距和最小直径,注：1） d为柱纵筋最小直径，柱根指框架底层柱的嵌固部位 2）二级框架柱的箍筋直径不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm时，除柱根外最大间距应允许采用150mm；三级框架柱的截面尺寸不大于400mm时，箍筋最小直径应允许采用6mm；四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小于8mm。 3）框支柱和剪跨比不大于