第六章钢筋混凝土框架构件设计2016

1、 在框架结构中，塑性铰出现在梁上较为有利，在梁瑞在框架结构中，塑性铰出现在梁上较为有利，在梁瑞出现的塑性铰比较容易实现。此外，梁具有较好的延性。出现的塑性铰比较容易实现。此外，梁具有较好的延性。 塑性铰出现在柱中，很容易形成破坏机构，成为不稳塑性铰出现在柱中，很容易形成破坏机构，成为不稳定结构而倒塌，在抗震结构中应绝对避免出现这种被称为定结构而倒塌，在抗震结构中应绝对避免出现这种被称为软弱层的情况。柱的延性较小。柱子破坏将引起严重后果，软弱层的情况。柱的延性较小。柱子破坏将引起严重后果，不易修复甚至引起结构倒塌。不易修复甚至引起结构倒塌。1 1、梁铰机制、梁铰机制( (整体机制整体机制) )优

2、于柱铰机制优于柱铰机制( (局部机制局部机制) )6.1一、钢筋混凝土框架结构抗震性能分析一、钢筋混凝土框架结构抗震性能分析 要保证框架结构有一定的延性，就必须保证梁、要保证框架结构有一定的延性，就必须保证梁、柱构件具有足够的延性，钢筋混凝土构件的剪切破坏柱构件具有足够的延性，钢筋混凝土构件的剪切破坏是脆性的，或者延性很小，因此，构件不能过早剪坏。是脆性的，或者延性很小，因此，构件不能过早剪坏。钢筋混凝土框架梁、柱的承载力必须钢筋混凝土框架梁、柱的承载力必须“强剪弱弯强剪弱弯”。2 2、弯曲、弯曲( (压弯压弯) )破坏优于剪切破坏破坏优于剪切破坏 6.1一、钢筋混凝土框架结构抗震性能分析一、

3、钢筋混凝土框架结构抗震性能分析6.1 耗能能力耗能能力用往复荷载作用下构件或结构的力用往复荷载作用下构件或结构的力- -变形滞回曲线包含的面积度量变形滞回曲线包含的面积度量。在变形相同的情况。在变形相同的情况下，滞回曲线包含的面积越大，则耗能能力越大，下，滞回曲线包含的面积越大，则耗能能力越大，对抗震越有利对抗震越有利. .梁的耗能能力大于柱的耗能能力，梁的耗能能力大于柱的耗能能力，构件弯曲破坏的耗能能力大于剪切破坏的耗能能力。构件弯曲破坏的耗能能力大于剪切破坏的耗能能力。 钢筋混凝土小偏心受压柱的延性和耗能能力显著钢筋混凝土小偏心受压柱的延性和耗能能力显著低于大偏心受压柱，主要是因为低于大偏

4、心受压柱，主要是因为小偏压柱相对受压区小偏压柱相对受压区高度大，延性和耗能能力降低高度大，延性和耗能能力降低。3 3、大偏压破坏优于小偏压破坏、大偏压破坏优于小偏压破坏6.1一、钢筋混凝土框架结构抗震性能分析一、钢筋混凝土框架结构抗震性能分析 梁梁- -柱核芯区的破坏为柱核芯区的破坏为剪切破坏剪切破坏，可能导致框架，可能导致框架失效。在地震往复作用下，伸人核芯区的纵筋与混凝失效。在地震往复作用下，伸人核芯区的纵筋与混凝土之间的粘结破坏，会导致梁端转角增大，从而增大土之间的粘结破坏，会导致梁端转角增大，从而增大层间位移。层间位移。4 4、不允许核芯区破坏以及纵筋在核芯区的锚固破坏、不允许核芯区破

5、坏以及纵筋在核芯区的锚固破坏6.1一、钢筋混凝土框架结构抗震性能分析一、钢筋混凝土框架结构抗震性能分析 1 1、强柱弱梁、强柱弱梁 汇交在同一节点的上、下柱端截面在轴压力作用下汇交在同一节点的上、下柱端截面在轴压力作用下的的受弯承载力之和受弯承载力之和应大于应大于两侧梁端截面受弯承载力之两侧梁端截面受弯承载力之和和，实现塑性铰先出在梁端，推迟或避免柱端形成塑，实现塑性铰先出在梁端，推迟或避免柱端形成塑性铰。性铰。6.1二、延性框架抗震设计概念二、延性框架抗震设计概念 2 2、强剪弱弯、强剪弱弯 梁、柱的梁、柱的受剪承载力受剪承载力应分别大于其应分别大于其受弯承载力对应的受弯承载力对应的剪力剪力

6、，推迟或避免其剪切破坏，实现延性的弯曲破坏，推迟或避免其剪切破坏，实现延性的弯曲破坏。 核芯区的受剪承载力应大于汇交在同一节点的两核芯区的受剪承载力应大于汇交在同一节点的两侧梁达到受弯承载力时对应的核芯区的剪力侧梁达到受弯承载力时对应的核芯区的剪力。在梁、。在梁、柱塑性铰充分发展前，核芯区不破坏。伸入核芯区的柱塑性铰充分发展前，核芯区不破坏。伸入核芯区的梁、柱纵向钢筋，在核芯区内应有足够的锚固长度，梁、柱纵向钢筋，在核芯区内应有足够的锚固长度，避免因粘结、锚固破坏而增大层间位移。避免因粘结、锚固破坏而增大层间位移。3 3、强核芯区、强锚固、强核芯区、强锚固6.1二、延性框架抗震设计概念措施二、

7、延性框架抗震设计概念措施 提高和加强柱提高和加强柱根部根部以及以及角柱角柱、框支柱框支柱等受力不利部等受力不利部位的承载力和抗震构造措施，推迟或避免其过早破坏。位的承载力和抗震构造措施，推迟或避免其过早破坏。4 4、局部加强、局部加强6.1二、延性框架抗震设计概念措施二、延性框架抗震设计概念措施5 5、限制柱轴压比，加强柱箍筋对混凝土的约束、限制柱轴压比，加强柱箍筋对混凝土的约束 钢筋混凝土梁应按适筋梁设计，在适筋梁情况钢筋混凝土梁应按适筋梁设计，在适筋梁情况下，延性大小还有差别。下，延性大小还有差别。混凝土相对受压区高度大混凝土相对受压区高度大的截面曲率延性小的截面曲率延性小；反之，相对受压

8、区高度小，则；反之，相对受压区高度小，则延性大。延性大。 1 1、梁截面配筋与延性、梁截面配筋与延性6.2一、梁截面抗弯设计一、梁截面抗弯设计双筋矩形截面适筋梁的相对受压区高度可以用下式双筋矩形截面适筋梁的相对受压区高度可以用下式计算：计算：11sysyccffff 因此，为实现延性钢筋混凝土梁，因此，为实现延性钢筋混凝土梁，应限制梁端塑应限制梁端塑性铰区上部受拉钢筋的配筋率性铰区上部受拉钢筋的配筋率，同时，同时，必须在梁端下必须在梁端下部配置一定量的受压钢筋部配置一定量的受压钢筋，以减小框架梁端塑性铰区，以减小框架梁端塑性铰区截面的相对受压区高度。截面的相对受压区高度。6.2一、梁截面抗弯设

9、计一、梁截面抗弯设计 框架梁的受弯承载力用下式验算：框架梁的受弯承载力用下式验算：2 2、梁截面抗弯验算、梁截面抗弯验算有地震作用组合时：有地震作用组合时：001()(0.5 )()bssybsybREMAAfhxA fha00()(0.5 )()bssybsybMAAfhxA fha无地震作用组合时：无地震作用组合时：6.2一、梁截面抗弯设计一、梁截面抗弯设计 一、二、三级抗震框架的梁端箍筋加密区的箍筋一、二、三级抗震框架的梁端箍筋加密区的箍筋量要满足强剪弱弯的要求。量要满足强剪弱弯的要求。1 1、剪力设计值、剪力设计值框架梁的箍筋加密框架梁的箍筋加密区截面如图示，区截面如图示，箍箍筋量的计

10、算以弯矩筋量的计算以弯矩平衡计算得到的剪平衡计算得到的剪力作为剪力设计值力作为剪力设计值6.2二、梁的抗剪验算二、梁的抗剪验算 抗震等级为一、二、三级框架的梁端箍筋加密抗震等级为一、二、三级框架的梁端箍筋加密区剪力设计值按下式计算：区剪力设计值按下式计算： 一级框架结构及一级框架结构及9 9度时尚应符合：度时尚应符合：()/lrbvbbbnGbVMMlV1.1()/lrbbuabuanGbVMMlV 式中：式中：VbVb梁端剪力增大系数，梁端剪力增大系数，一级取一级取1.31.3，二级取，二级取1.21.2，三级取，三级取1.11.1。6.2二、梁的抗剪验算二、梁的抗剪验算无地震作用组合时：无

11、地震作用组合时：2 2、受剪承载力验算、受剪承载力验算000.71.25svbtbyvbAVf bhfhs有地震作用组合时：有地震作用组合时：0010.421.25svbtbyvbREAVf bhfhs由于梁端部出现交叉斜裂缝，由于梁端部出现交叉斜裂缝，抗震设防的框架梁，不用抗震设防的框架梁，不用弯起钢筋抗剪弯起钢筋抗剪，因为弯起钢筋只能抵抗单方向的剪力。，因为弯起钢筋只能抵抗单方向的剪力。 6.2二、梁的抗剪验算二、梁的抗剪验算1 1、最小截面尺寸、最小截面尺寸2 2、相对受压区高度和纵向钢筋最小配筋率、相对受压区高度和纵向钢筋最小配筋率3 3、梁端箍筋加密区要求、梁端箍筋加密区要求4 4、

12、箍筋构造、箍筋构造6.2三、构造措施三、构造措施6.2三、构造措施三、构造措施截面剪力设计值不符合下列要求时需加大截面尺寸或提高混凝土强度等级。6.22 2、相对受压区高度和纵向钢筋最小配筋率、相对受压区高度和纵向钢筋最小配筋率6.2 在竖向荷载和往复水平荷载作用下钢筋混凝土框在竖向荷载和往复水平荷载作用下钢筋混凝土框架柱的架柱的大量试验研究表明大量试验研究表明，柱的破坏形态大致可以分，柱的破坏形态大致可以分为下列几种形式：为下列几种形式：弯曲破坏弯曲破坏，剪切受压破坏剪切受压破坏，剪切受剪切受拉破坏拉破坏，剪切斜拉破坏剪切斜拉破坏和和粘结开裂破坏粘结开裂破坏。 大偏压柱的压弯破坏延性较大、耗

13、能能力强，柱大偏压柱的压弯破坏延性较大、耗能能力强，柱的抗震设计应尽可能实现的抗震设计应尽可能实现大偏压破坏大偏压破坏。 6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计1 1、剪跨比、剪跨比 剪跨比反映了剪跨比反映了柱端截面承受的弯矩和剪力的相柱端截面承受的弯矩和剪力的相对大小对大小。柱的剪跨比定义为：。柱的剪跨比定义为： 0cccMVh,ccMV柱端截面组合的弯矩计算值和组合的剪柱端截面组合的弯矩计算值和组合的剪力计算值。力计算值。0ch计算方向柱截面的有效高度。计算方向柱截面的有效高度。6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计一、影响柱延性耗能的主要因素一、影响柱延性耗能的主要因素 剪跨比剪跨比大于大于2

14、2的柱称为的柱称为长柱长柱，其弯矩相对较大，长，其弯矩相对较大，长柱一般容易实现柱一般容易实现压弯破坏压弯破坏； 剪跨比剪跨比不大于不大于2 2、但大于、但大于1.51.5的柱称为的柱称为短柱短柱，短柱一，短柱一般发生剪切破坏，若配置足够的箍筋，也可能实现延性般发生剪切破坏，若配置足够的箍筋，也可能实现延性较好的较好的剪切受压破坏剪切受压破坏； 剪跨比剪跨比不大于不大于1.51.5的柱称为的柱称为极短柱极短柱，极短柱一般会，极短柱一般会发生剪切斜拉破坏，工程中应尽量避免采用极短柱。发生剪切斜拉破坏，工程中应尽量避免采用极短柱。 6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计一、影响柱延性耗能的主要因素一、

15、影响柱延性耗能的主要因素2 2、轴压比、轴压比 柱的轴压比定义为柱的轴压比定义为柱的平均轴向压力与混凝土柱的平均轴向压力与混凝土轴心抗压强度设计值与截面面积的比值轴心抗压强度设计值与截面面积的比值即：即： cccNnb h f6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计一、影响柱延性耗能的主要因素一、影响柱延性耗能的主要因素3 3、箍筋、箍筋 框架柱的箍筋有三个作用：框架柱的箍筋有三个作用： 、抵抗剪力抵抗剪力 、对混凝土提供约束对混凝土提供约束 、防止纵筋压屈防止纵筋压屈 箍筋对混凝土的约束程度是影响柱的延性和耗箍筋对混凝土的约束程度是影响柱的延性和耗能能力的主要因素之一能能力的主要因素之一。约束程度

16、与箍筋的抗拉强。约束程度与箍筋的抗拉强度和数量有关，与混凝土强度有关，约束程度同时度和数量有关，与混凝土强度有关，约束程度同时还与箍筋的形式有关。还与箍筋的形式有关。6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计一、影响柱延性耗能的主要因素一、影响柱延性耗能的主要因素 约束程度可以用一个综合指标约束程度可以用一个综合指标配箍特征值配箍特征值度量。度量。 yvvvcff式中式中 ：yvyv为箍筋的抗拉强度设计值：为箍筋的抗拉强度设计值：v v 为箍筋的体积配箍率。为箍筋的体积配箍率。6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计一、影响柱延性耗能的主要因素一、影响柱延性耗能的主要因素1 1、轴力、弯矩设计值、轴力、弯矩

17、设计值 无地震作用组合时，以及四级框架柱，取最不无地震作用组合时，以及四级框架柱，取最不利内力组合作为轴力、弯矩设计值；利内力组合作为轴力、弯矩设计值； 有地震作用组合时，一、二、三级框架，柱的有地震作用组合时，一、二、三级框架，柱的轴力轴力取取最不利内力组合值最不利内力组合值作为设计值，作为设计值，弯矩设计值弯矩设计值要根据强柱弱梁及局部加强等要求调整增大要根据强柱弱梁及局部加强等要求调整增大。 6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计二、柱压弯承载力验算二、柱压弯承载力验算 根据强柱弱梁的要求，在框架梁柱连接节点处，根据强柱弱梁的要求，在框架梁柱连接节点处，上、下柱端截面在轴力作用下的实际受弯承

18、载力之上、下柱端截面在轴力作用下的实际受弯承载力之和应大于节点左、右梁端截面实际受弯承载力之和。和应大于节点左、右梁端截面实际受弯承载力之和。、按强柱弱梁要求调整柱端弯矩设计值、按强柱弱梁要求调整柱端弯矩设计值6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计二、柱压弯承载力验算二、柱压弯承载力验算 在工程设计中，将实际受弯承载力的关系转为在工程设计中，将实际受弯承载力的关系转为内力设计值的关系，采用了内力设计值的关系，采用了增大柱端弯矩设计值增大柱端弯矩设计值的的方法。方法。 柱端组合的弯矩设计值应按下式计算确定：柱端组合的弯矩设计值应按下式计算确定： 抗震等级为一、二、三级框架的柱抗震等级为一、二、三级框

19、架的柱 一级框架结构及一级框架结构及9 9度时尚应符合度时尚应符合式中式中c c柱端弯矩增大系数，柱端弯矩增大系数，一级取一级取1.41.4，二级取二级取1.21.2，三级取，三级取1.11.1。ccbMM1.2cbuaMM6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计二、柱压弯承载力验算二、柱压弯承载力验算 为了推迟框架结构底层柱固定端截面屈服，一、为了推迟框架结构底层柱固定端截面屈服，一、二、三级框架结构的底层柱固定端截面组合的弯二、三级框架结构的底层柱固定端截面组合的弯矩计算值，应分别乘以增大系数矩计算值，应分别乘以增大系数1.51.5、1.251.25和和1.151.15。 框架结构底层柱固定端截

20、面，无地下室时是框架结构底层柱固定端截面，无地下室时是指指基础顶面的固定端，基础顶面的固定端，有地下室时有地下室时为地下室以上为地下室以上的首层柱的下端截面。的首层柱的下端截面。、框架结构柱框架结构柱固定端弯矩固定端弯矩增大增大6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计二、柱压弯承载力验算二、柱压弯承载力验算 当框支柱的数目多于当框支柱的数目多于1010根时，每根柱承受地震根时，每根柱承受地震剪力之和不小于剪力之和不小于结构底部总剪力的结构底部总剪力的2020；当少于当少于1010根时，每根柱承受的地震剪力不小于根时，每根柱承受的地震剪力不小于结构底部结构底部总剪力剪力的总剪力剪力的2 2；弯矩设计值

21、也按上述比例调整，弯矩设计值也按上述比例调整，轴力不调整轴力不调整。、框支柱框支柱6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计二、柱压弯承载力验算二、柱压弯承载力验算 一、二级框支柱由地震作用引起的附加轴力应一、二级框支柱由地震作用引起的附加轴力应分别乘以分别乘以增大系数增大系数1.51.5、1.21.2( (计算轴压比时轴力不计算轴压比时轴力不乘增大系数乘增大系数) )。 一、二级框支柱的一、二级框支柱的顶层柱上端顶层柱上端和和底层柱下端底层柱下端，其组合的弯矩设计值应分别乘以，其组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数增大系数1.51.5和和1.21.2，中间节点应满足上一条的要求。，中间节点应满足上一条

22、的要求。6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计二、柱压弯承载力验算二、柱压弯承载力验算 按上述方法调整后的组合弯矩设计值再乘以按上述方法调整后的组合弯矩设计值再乘以不小于不小于1.101.10的增大系数。的增大系数。 、角柱角柱6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计二、柱压弯承载力验算二、柱压弯承载力验算1 1、剪力设计值、剪力设计值 一、二、三级框架柱两端和框支柱两端的箍筋加密一、二、三级框架柱两端和框支柱两端的箍筋加密区，应根据强剪弱弯的要求，区，应根据强剪弱弯的要求，采用剪力增大系数确定剪采用剪力增大系数确定剪力设计值力设计值，即：，即：()/btcvcccnVMMH 一级框架结构及一级框架结构

23、及9 9度时还应符合：度时还应符合：1.2()/btccuacuanVMMH6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计三、受剪承载力验算三、受剪承载力验算2 2、截面受剪承载力验算、截面受剪承载力验算框架柱的受剪承载力按下列公式验算：框架柱的受剪承载力按下列公式验算： 当当 N 0N 0.3 3 fcbchc时，取时，取 N = 0N = 0.3 3 fcbchc0011.050.0561svctccyvcREAVf b hfhNs有地震作用组合有地震作用组合001.750.071svctccyvcAVf b hfhNs无地震作用组合无地震作用组合6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计三、受剪承载力验算三

24、、受剪承载力验算 当轴力为拉力时，受剪承载力降低，可将上式中最后一项当轴力为拉力时，受剪承载力降低，可将上式中最后一项改为改为 0.2N0.2N；当第一式右边的计算值或第二式右边括号内的计；当第一式右边的计算值或第二式右边括号内的计算值小于算值小于 时，取等于时，取等于 ，且，且 不应小于不应小于 。0svyvcAfhs0svyvcAfhs00.36tccf b h6.3框架柱抗震设计框架柱抗震设计三、受剪承载力验算三、受剪承载力验算0011.050.0561svctccyvcREAVf b hfhNs有地震作用组合有地震作用组合001.750.071svctccyvcAVf b hfhNs无

25、地震作用组合无地震作用组合梁柱节点受力简图梁柱节点受力简图VcVj6.4梁柱节点核芯区抗震设计梁柱节点核芯区抗震设计)(bcsbsbrblbbctcbcsbrblbjhHahahMMhHMMahMMV00016.4梁柱节点核芯区抗震设计梁柱节点核芯区抗震设计一、剪力设计值一、剪力设计值 工程抗震设计中，仍然采用弯矩设计值代替受弯承载工程抗震设计中，仍然采用弯矩设计值代替受弯承载力，以简化计算。力，以简化计算。 一、二级框架的梁柱核芯区的剪力设计值一、二级框架的梁柱核芯区的剪力设计值V Vj j按下按下式计算：式计算：)(bcsbsbbjbjhHahahMV001核芯区剪力增大核芯区剪力增大系 数 ， 一 级 取系 数 ， 一 级 取1.35，二级取，二级取1.26.4梁柱节点核芯区抗震设计梁柱节点核芯区抗震设计一、剪力设计值一、剪力设计值9 9度时和一级框架结构尚应符合：度时和一级框架结构尚应符合：)(.bcsbsbbuajhHahahMV001151式中：式中：Mb、Mbua分别为节点左右梁端弯矩设计值和分别为节点左右梁端弯矩设计值和按实配钢筋计算的抗震受弯承载力。按实配钢筋计算的抗震受弯承载力。 三、四级框架和非抗震框架的核芯区