高层框架结构设计

1、框架结构的框架结构的控制截面及内力组合控制截面及内力组合框架结构的框架结构的延性延性设计设计框架框架梁梁的设计与构造的设计与构造框架框架柱柱的设计与构造的设计与构造框架框架节点节点的设计与构造的设计与构造框架结构的控制截面及内力组合框架结构的控制截面及内力组合1控制截面控制截面内力组合和荷载组合内力组合和荷载组合两端弯矩塑性调幅两端弯矩塑性调幅水平荷载的作用方向水平荷载的作用方向框框-剪结构中框架内力的调整剪结构中框架内力的调整控制截面内力组合控制截面内力组合框架结构在恒载、楼（屋）面活载、风载和地震作用单独作用下的内力计算，已经作了讨论。要对框架进行结构设计，需要对控制截面进行内力组合。一、

2、控制截面一、控制截面控制截面一个构件中受力最为不利的截面。框架梁框架梁端部截面端部截面maxmax,VM跨中截面跨中截面maxM 框架柱框架柱上、下端截面上、下端截面VNM、及及相相应应max VMN、及及相相应应maxVMN、及及相相应应minNM及及较较小小（大大）较较大大需要注意的是，这里的梁端、柱端截面，是指柱边缘、梁顶（底）截面。而前面内力计算给出的是梁、柱轴线处截面内力，如图所示。控制截面控制截面需要对内力进行调整。需要对内力进行调整。二、内力组合与荷载组合二、内力组合与荷载组合内力组合内力组合截面内力之间的相关性截面内力之间的相关性荷载组合荷载组合多种荷载的共同作用多种荷载的共同

3、作用弯矩和剪力之间，不考虑相关性。故对框架梁来讲，只需计算到最大弯矩和最大剪力即可；弯矩和轴力之间，存在相关性，故框架柱弯矩、轴力要“相应”。荷载组合按第三章的要求。内力计算时，一般采用荷载的标准值，荷载组合时，再乘以相应的分项系数。三、梁端弯矩塑性调幅三、梁端弯矩塑性调幅按照框架模型，在竖向荷载下计算的框架梁端负弯矩值一般较大，相应负筋配筋量也较高，施工不便。根据框架设计原则，梁端容许出现塑性铰。在框架梁的设计中，可以利用塑性内力重分布，降低梁端弯矩，减少负筋配筋量。梁端调幅系数梁端调幅系数现浇框架现浇框架0.80.80.90.9装配整体式装配整体式0.70.70.80.8调幅应满足下列要求

4、：0M1M2M1M2M0M梁端弯矩调小以后，跨中弯矩相应增大。一般可将跨中弯矩乘以1.11.2的调幅系数。MMMM 021)(21MM210 M按简支计算的梁跨中弯矩按简支计算的梁跨中弯矩必须注意：必须注意： 塑性调幅仅对竖向荷载下内力进行恒载、活载； 塑性调幅必须在内力组合之前进行先调幅后组合。四、水平荷载的作用方向四、水平荷载的作用方向风荷载、水平地震作用等水平荷载，有多种方向的作用可能，一般按结构主轴方向考虑。沿主轴方向作用时，有正反两种可能。组合时针对要组合的内力，选取不同的方向参与组合。当结构对称时，同一荷载正反方向作用时，构件截面内力仅符号变化。组合时仅把内力符号取正或取负即可。五

5、、框五、框剪结构中框架内力的调整剪结构中框架内力的调整抗震设计时，框架剪力墙结构在水平地震作用下，框架部分计算所得的剪力一般较小。为保证作为第二道防线的框架具有一定的抗侧力能力，需要对框架承担的剪力予以适当的调整。HfVmax,fV框架剪力分布图1 1、框架层剪力调整，如图所示：、框架层剪力调整，如图所示：框架柱数量上下基本不变时框架柱数量上下基本不变时0V结构底部总剪力；结构底部总剪力；max,fV框架最大层剪力。框架最大层剪力。当当 时，该层剪力不需时，该层剪力不需调整。调整。0,2 . 0 VVif 框架柱数量上下分段变化结构框架柱数量上下分段变化结构否则，层剪力按下式取值：否则，层剪力

6、按下式取值： max,0,5 . 12 . 0minfifVVV0V结构段结构段底部总剪力；底部总剪力；max,fV结构段结构段框架最大层剪力。框架最大层剪力。当当 时，该层剪力不需调整。时，该层剪力不需调整。0,2 .0 VVif 否则，层剪力按下式取值：否则，层剪力按下式取值： max,0,5 . 12 . 0minfifVVV2 2、框架结构内力调整、框架结构内力调整按上述原则调整水平地震作用下的框架层剪力后，应按调整前、后层剪力的比值，调整每根框架柱和与之相连的框架梁的剪力及端部弯矩标准值。框架柱的轴力标准值可以不作调整。原则：原则：先调整、后组合先调整、后组合。框架结构的延性设计框架

7、结构的延性设计2延性的概念延性的概念结构抗震结构抗震-延性与弹性比较延性与弹性比较决定结构延性的因素决定结构延性的因素延性框架的设计原则延性框架的设计原则框架设计的延性控制框架设计的延性控制结构抗震性能设计结构抗震性能设计一、延性的概念一、延性的概念对于构件和构件截面来讲，延性是指保持承载力情况下的塑性变形能力。 Mou y yMuM利用延性吸收地震能利用延性吸收地震能uypEMd框架结构的延性设计框架结构的延性设计二、结构抗震二、结构抗震延性与弹性的比较延性与弹性的比较延性抗震结构延性抗震结构发生小震时发生小震时结构弹性变形结构弹性变形发生中震时发生中震时结构出现塑性变形结构出现塑性变形发生

8、大震时发生大震时用塑性耗能但不倒塌用塑性耗能但不倒塌弹性抗震结构弹性抗震结构大、中、小震大、中、小震结构保持弹性变形结构保持弹性变形大量结构弹塑性分析结论：大量结构弹塑性分析结论：同一地震波同一地震波对于低频结构对于低频结构两种结构位移反应接近两种结构位移反应接近 Po弹性结构弹性结构延性结构延性结构ST TPSPy TyTSPP 对于中频结构对于中频结构两种结构吸收能量相近两种结构吸收能量相近 Po弹性结构弹性结构延性结构延性结构TPSPT S STSTPP ;由于地震作用的偶然性，在地震发生时要求结构完全处于弹性状态是不现实的。相反，完全可以利用构件发生塑性变形后的延性，在结构保持一定承载

9、力的情况下，利用塑性变形耗散地震能。当然，结构发生塑性变形后，刚度明显降低，自振周期变长，地震作用也相应减小。这对持续时间较长的地震波或震后余震来讲，有利于结构的安全、稳定。需要注意的是，利用结构的塑性性能抗震，要求结构（构件截面）应具备足够的变形能力。通过上述分析，可以看出：通过上述分析，可以看出：三、决定结构延性的因素三、决定结构延性的因素 决定结构延性的关键，在于构件的破坏形式。 Mo适筋梁适筋梁1、适筋梁单调弯曲弯曲破坏滞回曲线弯曲破坏滞回曲线压弯破坏滞回曲线压弯破坏滞回曲线剪切破坏滞回曲线剪切破坏滞回曲线2、反复荷载作用 可见，弯曲破坏或弯压破坏具有较好的延性，而剪切破坏属脆性破坏。

10、 当梁端或柱端受拉钢筋屈服以后，截面具有了一定的转动变形能力，一般称作出现塑性铰。但是，塑性铰出现在梁端或柱端，是有很大区别的。四、延性框架的设计原则四、延性框架的设计原则试验和震害调查发现，框架的延性主要取决于框架梁的延性。而框架梁的延性，则取决于梁上塑性铰的数目和塑性铰的转动能力。因此框架的抗震设计原则为：强柱弱梁强柱弱梁梁端早于柱端出铰梁端早于柱端出铰梁端出铰不影梁端出铰不影响结构的稳定响结构的稳定梁端出铰数目多梁端出铰数目多耗能能力强耗能能力强梁端铰延性好梁端铰延性好震后修复容易震后修复容易强剪弱弯强剪弱弯塑性铰转动过程中不发生剪切破坏塑性铰转动过程中不发生剪切破坏弯曲破坏延性好弯曲破

11、坏延性好剪切破坏是脆性破坏剪切破坏是脆性破坏弯曲破坏延性可控制弯曲破坏延性可控制强节点、强锚固强节点、强锚固节点破坏晚于构件破坏节点破坏晚于构件破坏节点可靠节点可靠构件组成结构的关键构件组成结构的关键锚固可靠锚固可靠钢筋发挥能力的关键钢筋发挥能力的关键调整调整 、 上述设计原则，虽然是针对框架结构给出的，但是对其他结构形式来讲，也是应该遵循的。大致可归纳为：多道设防多道设防强柱弱梁、强墙弱梁等强柱弱梁、强墙弱梁等塑性耗能塑性耗能利用延性、防止脆性破坏利用延性、防止脆性破坏连接锚固连接锚固可靠的连接、锚固措施可靠的连接、锚固措施五、框架设计的延性控制五、框架设计的延性控制延性有好的一面，也有不利

12、的一面：延性性能的提高需要材料的用量加大，经济投入加大。因此，对不同设计要求的框架应有不同的延性要求抗震等级。六、结构六、结构抗震性能设计抗震性能设计以结构抗震性能目标为基准的结构抗震设计。综合考虑抗震设防类别、烈度、场地、结构、建造费用、震后损失和修复难易程度等因素，选定抗震性能目标，有A、B、C、D四个等级，每个性能目标均与一组在指定地震地面运动下的结构抗震性能水准相对应：相对于现行抗规2010的三水准，结构抗震性能分为15五个水准，可按下表进行宏观控制：框架梁的设计与构造框架梁的设计与构造3概述概述影响框架梁延性的因素影响框架梁延性的因素框架梁的抗弯配筋框架梁的抗弯配筋框架梁的抗剪配筋框

13、架梁的抗剪配筋框架梁的构造要求框架梁的构造要求框架梁的设计与构造框架梁的设计与构造一、概述一、概述结构设计存在抗震设计与非抗震设计、无地震作用组合与有地震作用组合之分。1、抗震设计我国建筑抗震设计规范（GB500112010）规定，抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。这里的“抗震设计”，既有设计时需要考虑地震作用的情况，也有设计时不需考虑地震作用、构造措施应满足抗震要求的情况。2、非抗震设计非抗震设计，指设防烈度为6度以下地区的建筑，设计时不需考虑地震作用和抗震构造的情况。结构仅需具备必要的承载力即可。抗震设计，不仅要求结构（或构件）应具备必要的承载力，而且要保证有足够的延性

14、。3、无地震作用组合有以下两种情况：对于控制截面的最不利内力来说，有时考虑地震作用组合到的内力，反而不如不考虑地震作用时组合到的内力不利。此时，选取不考虑地震作用的组合方式无地震作用组合。4、有地震作用组合如建筑抗震设计规范（GB500112010）规定，抗震设防烈度为6度时，除本规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。在结构计算时，不需要考虑地震作用。荷载组合项中考虑了地震作用荷载组合项中考虑了地震作用有地震组合有地震组合。在承载力公式中，此时应考虑构件承载力抗震调整系在承载力公式中，此时应考虑构件承载力抗震调整系数数 。RE 承载力调整系数承载力调整系数RE 构件构件类别

15、类别梁梁轴压轴压比小比小于于0.150.15的柱的柱轴压比轴压比不小于不小于0.150.15的的柱柱剪力墙剪力墙各类构件各类构件节点节点受力受力状态状态受弯受弯偏压偏压偏压偏压偏压偏压局部局部承压承压受剪、偏拉受剪、偏拉受剪受剪0.750.750.750.750.800.800.850.851.01.00.850.850.850.85RE S Sd dR Rd d/ / RERE二、影响框架梁延性的因素二、影响框架梁延性的因素框架梁延性的好坏，直接决定着框架的延性性能。因此，要求设计具有良好延性的框架梁。1 1、框架梁的破坏形态与延性、框架梁的破坏形态与延性框架梁的框架梁的破坏形态破坏形态剪切

16、破坏剪切破坏发生在梁端发生在梁端脆性脆性弯曲破坏弯曲破坏发生在梁端、跨中发生在梁端、跨中适筋梁延性破坏适筋梁延性破坏2 2、框架梁的延性、框架梁的延性取决于取决于 、 Mo少筋梁少筋梁超筋梁超筋梁适筋梁适筋梁塑性铰转动能力塑性铰转动能力单筋截面的延性单筋截面的延性 双筋截面的延性双筋截面的延性 、我国我国抗震规范抗震规范规定规定梁端纵向梁端纵向受拉受拉钢筋钢筋 max 不宜大于不宜大于2.5%2.5%梁端截面相对压区高度梁端截面相对压区高度 应考虑受压钢筋应考虑受压钢筋10sysycA fA ff bh一级框架一级框架25. 0 二、三级二、三级四级框架四级框架35. 0 b 三、框架梁的抗弯

17、配筋三、框架梁的抗弯配筋1 1、基本公式、基本公式非抗震设计非抗震设计)()2(001ssycbahAfxhbxfM 1sysycAfAfbxf 适用条件适用条件b )/45, 2 . 0max(ytff cusybEf 11同基本构件同基本构件适用条件适用条件抗震设计抗震设计1sysycAfAfbxf )()2(001ssycbahAfxhbxfM RE 一级抗震一级抗震25.0 1min 二、三级抗震二、三级抗震35.0 3,2min 四级抗震四级抗震b 4min min 、RE2 2、抗震设计纵向受拉钢筋的最小配筋百分率表：、抗震设计纵向受拉钢筋的最小配筋百分率表：抗震等级抗震等级位位

18、置置支座（取大值）支座（取大值）跨中（取大值）跨中（取大值）一级一级二级二级三、四级三、四级ytff /8040. 0和和ytff /6530. 0和和ytff /5525. 0和和ytff /6530. 0和和ytff /5525. 0和和ytff /452 . 0 和和同时，从延性角度考虑，抗震规范规定：抗震设计时，梁端截面的底面和顶面纵向钢筋截面面积的比值，除按计算确定外，尚应满足：一级抗震一级抗震5.0 ssAA二、三级抗震二、三级抗震3.0 ssAA其目的是：受压钢筋的存在，可以有效地降低混凝土的压区高度，这对保证塑性铰的转动能力是有利的；可防止在地震中梁底出现正弯矩时过早屈服或破坏

19、过重，从而影响梁端截面承载力和变形能力的正常发挥。四、框架梁的抗剪配筋四、框架梁的抗剪配筋1 1、设计剪力、设计剪力要做到强剪弱弯，即在塑性铰出现前、塑性铰转动过程中不发生剪切破坏，必须使框架梁的极限抗剪能力大于相应的抗弯能力。即MVPP 抗剪对应的极限荷载抗剪对应的极限荷载 VP 抗弯对应的极限荷载抗弯对应的极限荷载 MP规范针对不同的抗震等级，采用调整设计剪力的方法。四级和非抗震设计四级和非抗震设计直接取直接取组合组合到的剪力设计值到的剪力设计值其他抗震等级其他抗震等级GbnrblbVbVlMMV / )( Vb 梁剪力增大系数。一、二、三级分别取梁剪力增大系数。一、二、三级分别取1.31

20、.3、1.21.2和和1.11.1。rblbMM 、梁左、右端逆时针（或顺）方向截面梁左、右端逆时针（或顺）方向截面弯矩组合值。当抗震等级为弯矩组合值。当抗震等级为一级一级且梁梁端且梁梁端均为均为负负弯矩时，绝对值较小一端的弯矩应弯矩时，绝对值较小一端的弯矩应取零。取零。nl框架梁净跨。柱边到柱边。框架梁净跨。柱边到柱边。特别特别注意注意GbV重力荷载代表值（重力荷载代表值（9 9度时还应考虑竖向地震作度时还应考虑竖向地震作用标准值）作用下，按简支梁计算的支座反力。用标准值）作用下，按简支梁计算的支座反力。9 9度抗震的结构和一级框架结构尚应符合度抗震的结构和一级框架结构尚应符合Gbnrbua

21、lbuaVlMMV / )( 1 . 1rbualbuaMM 、梁左、右端逆时针（或顺）方向梁左、右端逆时针（或顺）方向按实按实际配筋、材料强度标准值并考虑抗力调整际配筋、材料强度标准值并考虑抗力调整系数计算的梁端部截面抗弯承载能力系数计算的梁端部截面抗弯承载能力。sAsAbffAfAxckyksyks1 2 2、抗剪设计基本公式、抗剪设计基本公式当 时2sax )()2(1001syksckREbuaahfAxhbxfM 当 时2sax )(10syksREbuaahfAM 非抗震设计非抗震设计见基本构件有关内容见基本构件有关内容抗震设计抗震设计一般框架梁一般框架梁).(004201hsAf

22、bhfVSVyvtREb 在塑性铰范围外，设计剪力取组合值。在塑性铰范围外，设计剪力取组合值。混凝土折减混凝土折减6060集荷下独立梁集荷下独立梁集荷产生剪力占总剪力集荷产生剪力占总剪力7575以上以上)105.1(100hsAfbhfVSVyvtREb 计算截面的剪跨比，可取计算截面的剪跨比，可取 ， 为集中荷为集中荷载作用点至节点边缘的距离；载作用点至节点边缘的距离； 的取值范围为的取值范围为0/ha a 133 3、截面尺寸限值条件、截面尺寸限值条件非抗震设计非抗震设计025.0bhfVcc 五、框架梁的构造要求五、框架梁的构造要求5 .2/ hln)2 .0(10bhfVccRE 5

23、.2/ hln)15.0(10bhfVccRE （一）纵向钢筋（一）纵向钢筋1 1、通长配筋、通长配筋沿梁全长顶面和底面至沿梁全长顶面和底面至少应各配两根通长钢筋少应各配两根通长钢筋一、二级抗震一、二级抗震)(25. 0142ssAA 或或和和 抗震设计抗震设计通长通长配筋配筋跨高比跨高比3 3、受拉纵筋的锚固长度、受拉纵筋的锚固长度三、四级抗震和非抗震三、四级抗震和非抗震122 2 2、贯通中柱的每根纵筋直径、贯通中柱的每根纵筋直径一、二、三级不一、二、三级不应，其余不宜应，其余不宜矩形柱矩形柱1/201/20柱该柱该方向尺寸方向尺寸圆形柱圆形柱纵筋所在位置纵筋所在位置柱截面弦长柱截面弦长1

24、/201/20其目的是保证钢筋与柱子混凝土的可靠粘结，防止在其目的是保证钢筋与柱子混凝土的可靠粘结，防止在反复荷载下出现滑移破坏。反复荷载下出现滑移破坏。非抗震非抗震抗震抗震alaEl4 4、受拉钢筋的连接、受拉钢筋的连接方式纵筋的连接可采用机械连接、绑扎搭接和焊接。dffltya aEl一、二级一、二级三级抗震三级抗震四级抗震四级抗震aaEll15. 1 aaEll05. 1 aaEll00. 1 具体锚固做法、要求见有关规范。具体锚固做法、要求见有关规范。抗震等级为一级的框架梁，宜采用机械连接接头；对于二、三、四级，可采用绑扎搭接或焊接接头。具体连接方式，应符合国家现行标准的规定。5 5、

25、搭接长度、搭接长度连接部位受力纵筋的连接接头宜设置在构件受力较小的部位。抗震设计时，宜避开梁端、柱端箍筋加密区范围。且同一连接区段内的受拉钢筋接头面积百分率不宜超过50。非抗震设计非抗震设计抗震设计抗震设计mmllla30011 aEEll 1Ell11、非抗震、抗震时受拉钢筋的搭接长度；非抗震、抗震时受拉钢筋的搭接长度； 受拉钢筋搭接长度修正系数。见下表。受拉钢筋搭接长度修正系数。见下表。1 1、框架梁端部箍筋加密、框架梁端部箍筋加密同一连接区段内搭接钢筋面积（）同一连接区段内搭接钢筋面积（） 25 255050100100受拉搭接长度修正系数受拉搭接长度修正系数1.21.21.41.41.

26、61.6 （二）框架梁箍筋构造（二）框架梁箍筋构造加密原因加密原因抗震设计不用弯起筋抗震设计不用弯起筋在塑性铰区内，不仅有垂直裂缝，而且有斜裂缝。由于地震作用是往复荷载，会产生交叉斜裂缝，垂直裂缝也会裂通。混凝土的咬合作用会渐渐丧失。必须有足够的箍筋对其约束，保证剪力的可靠传递。2 2、非加密区箍筋要求、非加密区箍筋要求加密区长度和做法加密区长度和做法梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径抗震等级抗震等级加密区长度（取较加密区长度（取较大值大值mmmm）箍筋最大间距（取箍筋最大间距（取最小值最小值mmmm）箍筋最小箍筋最小直径直径mmmm一一2

27、.0h2.0hb b，500500h hb b/4/4，6d6d，1001001010二二1.5h1.5hb b，500500h hb b/4/4，8d8d，1001008 8三三1.5h1.5hb b，500500h hb b/4/4，8d8d，1501508 8四四1.5h1.5hb b，500500h hb b/4/4，8d8d，1501506 6框架梁非加密区箍筋的最大间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍，以防塑性铰转移到非加密区。3 3、箍筋的其它构造要求、箍筋的其它构造要求沿梁全长配箍率应满足：沿梁全长配箍率应满足：一级抗震一级抗震yvtsvff /30. 0 二级抗震二级抗震yvts

28、vff /28. 0 三、四级抗震三、四级抗震yvtsvff /26. 0 非抗震非抗震yvtsvff /24. 0 07 . 0bhfVt 第一个箍筋：第一个箍筋：应设在距支座边缘应设在距支座边缘50mm50mm处。处。bsAsvsv 加密区内箍筋肢距加密区内箍筋肢距一级抗震一级抗震宜宜2020倍箍筋直径和倍箍筋直径和200mm200mm二、三级抗震二、三级抗震宜宜2020倍箍筋直径和倍箍筋直径和250mm250mm四级抗震四级抗震宜宜300mm300mm肢距肢距箍筋应有箍筋应有135135的弯钩，弯钩端头直段长度不应小于的弯钩，弯钩端头直段长度不应小于1010倍箍筋直径和倍箍筋直径和75m

29、m75mm。其余构造要求见有关规范。其余构造要求见有关规范。（三）混凝土等级（三）混凝土等级1、现浇框架梁的混凝土强度等级，按照一级抗震等级设计时，不应低于C30；按二四级和非抗震设计时，不应低于C20。2、现浇框架梁的混凝土强度等级，不宜高于C40。框架柱的设计与构造框架柱的设计与构造4框架柱的破坏形态框架柱的破坏形态影响柱子延性的重要参数影响柱子延性的重要参数框架柱的弯矩调整框架柱的弯矩调整框架柱正截面设计框架柱正截面设计框架柱斜截面设计框架柱斜截面设计框架柱构造框架柱构造框架柱的设计与构造框架柱的设计与构造一、框架柱的破坏形态一、框架柱的破坏形态虽然强调“强柱弱梁”,但是，由于地震作用的

30、不确定性，不可能防止塑性铰不在框架柱中出现。为此，设计时要求柱子要有一定的延性。大量的震害调查发现，由于钢筋混凝土柱的失效，造成的震害是很严重的。房屋能否做到“裂而不倒”，很大程度上取决于柱子延性的好坏。框架柱同时承受弯矩、剪力、轴力的作用，其破坏形态取决于它们的相对大小。框架柱的破坏形态有以下几种：框架柱的破坏形态有以下几种：1 1、弯曲破坏、弯曲破坏大偏压破坏大偏压破坏延性最好延性最好通常先在柱顶或柱底产生水平裂缝，当受拉纵筋屈服时，水平裂缝分布范围可达2h（h为柱截面高度），有时裂缝也会沿45方向倾斜。柱子最后是由于压区混凝土压碎、受压纵筋压屈而丧失承载能力。如图所示，破坏形态属于延性破

31、坏。属于延性破坏属于延性破坏在荷载作用下，水平裂缝斜向发展，形成斜裂缝。如箍筋较强，斜裂缝不会迅速开展，而是在弯剪作用下，压区混凝土剪切错动，混凝土挤碎，柱子丧失承载力。2 2、剪切受压破坏、剪切受压破坏3 3、剪切受拉破坏、剪切受拉破坏脆性破坏脆性破坏剪跨比较小且配箍率较低时，在受拉主筋屈服后，随荷载反复次数的增加，突然产生一条较宽的主斜裂缝，箍筋屈服、柱子剪坏。4 4、剪切斜拉破坏、剪切斜拉破坏脆性破坏脆性破坏一般发生在短柱中。斜裂缝沿柱对角出现，箍筋达到屈服甚至被拉断，柱子承载力突然下降。但是主筋一般不屈服。5 5、粘结开裂破坏、粘结开裂破坏脆性破坏脆性破坏有两种破坏类型：纵筋锚固不足被

32、拔出；沿纵筋产生细微斜裂缝，导致混凝土沿纵筋酥裂脱落。后一种情况在震害中常常见到。实际上，柱子的破坏情况往往是几种破坏方式的综合反映。二、影响柱子延性的重要参数二、影响柱子延性的重要参数比较而言，弯曲破坏和剪切受压破坏属延性破坏；而剪切受拉破坏、剪切斜拉破坏和粘结破坏属脆性破坏，设计中应当采取措施避免。1 1、剪跨比、剪跨比剪跨比剪跨比反映了截面上弯矩和剪力的相对关系。对反映了截面上弯矩和剪力的相对关系。对微元体来讲，反映的是微元体来讲，反映的是 与与 的相对关系。用的相对关系。用 表示：表示： VhM VM、柱端截面的弯矩、剪力；柱端截面的弯矩、剪力；h柱子截面的高度。柱子截面的高度。试验发

33、现：时时当当2 多发生弯曲破坏多发生弯曲破坏延性较好延性较好仍需箍筋足够仍需箍筋足够时时当当25 . 1 多发生剪切破坏多发生剪切破坏设计合理剪设计合理剪切受压破坏切受压破坏有一定延性有一定延性时时当当5 . 1 多发生剪切斜拉破坏多发生剪切斜拉破坏脆性破坏脆性破坏柱子类别划分柱子的反弯点大都接近柱子的中点，则柱端弯矩近似可表示为：2/nHVM 代入剪跨比公式，有：hHVhHVVhMnn22/ 时时当当2 4/ hHn称为长柱称为长柱时时当当25 . 1 4/3 hHn称为短柱称为短柱时时当当5 . 1 3/ hHn称为极短柱称为极短柱可见，在结构方案布置时，就应避免极短柱。也应该避免在同一层

34、中同时存在长柱和短柱的情况，否则，应采取可靠措施。2 2、轴压比、轴压比轴压比是指柱考虑地震作用组合的轴向压力设计值与柱全截面和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值：ccchbfNn n柱子的轴压比；柱子的轴压比；cchb 、柱子截面尺寸。柱子截面尺寸。对于对称配筋大偏压破坏来讲，轴压比实际上反应了混凝土压区高度的大小。而压屈高度的大小，与截面的转动能力是直接相关的。所以说，轴压比是影响柱子延性的重要因素。西安框架小组柱子的试验表明，随着轴压比的增大，西安框架小组柱子的试验表明，随着轴压比的增大，柱子的极限抗弯能力在提高，但是柱子的极限变形能力、柱子的极限抗弯能力在提高，但是柱子的极限变形能力、

35、耗散地震能的能力都降低，对短柱来讲尤其明显。耗散地震能的能力都降低，对短柱来讲尤其明显。P o17. 0 n24. 0 n31. 0 n长柱承载力长柱承载力侧移关系侧移关系P o短柱承载力短柱承载力侧移关系侧移关系15. 0 n27. 0 n52. 0 n试验发现：试验发现：压弯构件的滞回曲线压弯构件的滞回曲线0 nPf367. 0 nPf轴压比越大，构件的轴压比越大，构件的滞回性能滞回性能就越差，耗能能力也越就越差，耗能能力也越差。为了保证柱子有一定的延性，柱子的轴压比不能过大。差。为了保证柱子有一定的延性，柱子的轴压比不能过大。清华大学抗震抗爆研究所的试验给出了类似结论：清华大学抗震抗爆研

36、究所的试验给出了类似结论：6 6调整后的柱子轴压比限值不应大于调整后的柱子轴压比限值不应大于1.051.05。高层规程规定，抗震设计时，钢筋混凝土柱子轴压比不宜超过下表的值；对类场地上较高的高层建筑，其轴压比限值还应适当减小。注：注：1 15 5参见规程；参见规程；规范对轴压比的限值3 3、剪压比、剪压比是指截面平均剪应力与混凝土轴心抗压强度之比：0ccchbfV剪压比越大时，斜裂缝出现的越早，也越容易发生剪切破坏；要求配置的箍筋也越多。而箍筋过多，当混凝土压碎时，箍筋难以达到屈服。无地震作用组合时无地震作用组合时coccchbfV 25.0 有地震作用组合时有地震作用组合时的的柱柱2 )2

37、. 0(10ccccREhbfV 的的柱柱2 )15. 0(10ccccREhbfV 4 4、箍筋配置、箍筋配置 框架柱的剪跨比。反弯点位于柱高中部的框架框架柱的剪跨比。反弯点位于柱高中部的框架柱，可近似取柱子净高与计算方向柱，可近似取柱子净高与计算方向2 2倍截面倍截面有效高度有效高度之比；或按下式计算：之比；或按下式计算：)/(0ccchVM cM框架柱未经框架柱未经“强柱弱梁强柱弱梁”调整（包括底层柱、调整（包括底层柱、角柱）的组合弯矩值，可取上下端的较大值；角柱）的组合弯矩值，可取上下端的较大值；cV柱端截面与组合弯矩相对应的剪力组合值。柱端截面与组合弯矩相对应的剪力组合值。在钢筋混凝

38、土柱中，箍筋起着在钢筋混凝土柱中，箍筋起着承担剪力、承担剪力、防止纵防止纵筋压屈、筋压屈、约束核心混凝土三个方面的作用。尤其是对核约束核心混凝土三个方面的作用。尤其是对核心混凝土的约束，是影响柱子延性的重要方面。心混凝土的约束，是影响柱子延性的重要方面。柱中柱中箍筋的形状箍筋的形状（a a）普通矩形）普通矩形箍箍（b b）螺旋箍）螺旋箍（1 1）（2 2）（3 3）（4 4）（c c）复式箍）复式箍从对核心混凝土的约束效果来看，螺旋箍效果最好，普通矩形箍最差。复式箍约束效果，与形状有关，约束效果比普通矩形箍要好的多。尤其是轴压比较大的柱子，宜采用复式箍。箍筋的体积配箍率箍筋的体积配箍率用以衡量

39、箍筋对混凝土约束程度。用以衡量箍筋对混凝土约束程度。slllaVVvvcsvv21 v 箍筋的体积配箍率；箍筋的体积配箍率；csvVV 、一个箍筋间距范围内，一个箍筋间距范围内，箍筋的体积和混凝箍筋的体积和混凝土的体积土的体积；va箍筋的单肢截面积箍筋的单肢截面积vl一个箍筋的总长。等于各个肢长度的和，但是一个箍筋的总长。等于各个肢长度的和，但是复式箍中，复式箍中，重叠部分只计算一次重叠部分只计算一次。s箍筋间距箍筋间距21ll 、矩形截面柱的边长矩形截面柱的边长如果考虑材料的强度，则引入配箍特征值：如果考虑材料的强度，则引入配箍特征值：cyvvvff 清华大学的试验，反映了配箍率对混清华大学

40、的试验，反映了配箍率对混凝土和柱子延性的影响：凝土和柱子延性的影响：310 o0 v 153. 0 v 306. 0 v 含箍率（普通矩形箍）对混含箍率（普通矩形箍）对混凝土应力应变关系的影响凝土应力应变关系的影响vf o15. 0 2 . 0 4 . 0 6 . 0 不同轴压比下含箍率对柱子延不同轴压比下含箍率对柱子延性的影响性的影响三、框架柱的弯矩调整三、框架柱的弯矩调整强柱弱梁强柱弱梁框架抗震设计要求做到框架抗震设计要求做到“强柱弱梁强柱弱梁”，塑性铰出现在，塑性铰出现在梁上而不是柱上。这要求在梁上而不是柱上。这要求在节点节点处，框架柱的极限抗弯承处，框架柱的极限抗弯承载力要足够大。载力

41、要足够大。f 柱子的延性比，反映柱子延性；柱子的延性比，反映柱子延性； 为箍筋形状系数。为箍筋形状系数。综合上综合上述分析述分析a a、当轴压比不太大（中等偏下）时，增大、当轴压比不太大（中等偏下）时，增大含箍率、改进箍筋构造，可以改善柱子延性含箍率、改进箍筋构造，可以改善柱子延性b b、当轴压比过大时，箍筋约束混凝土的效、当轴压比过大时，箍筋约束混凝土的效果降低，增大含箍率，难以提高柱子延性。果降低，增大含箍率，难以提高柱子延性。以梁柱中节点为例，应有：以梁柱中节点为例，应有：lbuMrbuMtcuMbcuM bucuMM1 1、一般梁柱节点处、一般梁柱节点处抗震设计时，抗震设计时，除顶层和

42、柱轴压比小于除顶层和柱轴压比小于0.150.15者外者外，柱端，柱端考虑地震作用组合的弯矩设计值，应按下式予以调整：考虑地震作用组合的弯矩设计值，应按下式予以调整： bccMM 一级框架结构及一级框架结构及9 9度时的框架，应满足：度时的框架，应满足： buacMM2 .1其他情况：其他情况： bM节点左、右梁端截面逆时针（或顺）组合弯矩节点左、右梁端截面逆时针（或顺）组合弯矩设计值之和。当抗震等级为一级且节点左、右梁端设计值之和。当抗震等级为一级且节点左、右梁端均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩应取零；均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩应取零； cM节点上、下柱端截面顺时针（或逆）方向组合节点上、下

43、柱端截面顺时针（或逆）方向组合弯矩设计值之和。弯矩设计值之和。调整得到节点上、下柱端弯矩之和以后，可按弹性分调整得到节点上、下柱端弯矩之和以后，可按弹性分析的弯矩比例进行分配，也可按线刚度分配：析的弯矩比例进行分配，也可按线刚度分配： cbctctctcMiiiM cbctcbcbcMiiiM c柱端弯矩增大系数；对框架结构，二、三级分别取柱端弯矩增大系数；对框架结构，二、三级分别取1.51.5和和1.31.3；对其他结构中的框架，一、二、三、四级分别取；对其他结构中的框架，一、二、三、四级分别取1.41.4、1.21.2、1.11.1和和1.11.1。2 2、框架底层柱底截面、框架底层柱底截

44、面其余情况其余情况包括四级框架和一、二、三级框架顶层柱以及轴压比小于0.15的柱，直接取考虑地震作用的组合弯矩值。抗震设计时，一、二、三级框架结构的底层柱底截面的弯矩设计值，应分别采用考虑地震作用组合的弯矩值与增大系数1.7、1.5、1.3的乘积。底层框架柱纵向钢筋应按上、下端的不利情况配置。其目的是为了防止框架柱底部过早的形成塑性铰，保证结构的整体稳定。3 3、框架角柱、框架角柱框架角柱，除按上述调整之外，还应对调整后的弯矩设计值，再乘以不小于1.1的增大系数。并且，应按双向偏压构件进行正截面承载力设计。同时应注意，角柱的剪力设计值，经过调整后，也应乘以1.1的增大系数。上述规定的原因是，角

45、柱受力比较复杂，尤其是扭转存在时，对角柱的内力影响较大。为了保证安全，适当加大角柱的设计内力。四、框架柱正截面设计四、框架柱正截面设计框架柱一般按偏压构件（角柱是双向偏压构件）进行设计，有抗震设计和非抗震设计两种情况。)()2(1001ssycREahAfxhbxfNe )(11sssycREAAfbxfN 抗震设计时，在基本公式中，应考虑承载力抗震调整系数。以矩形截面对称配筋偏压柱为例：五、框架柱斜截面设计五、框架柱斜截面设计1 1、柱子设计剪力的调整、柱子设计剪力的调整强剪弱弯强剪弱弯由于地震作用的不确定性，难以避免塑性铰不出现在柱中。因此，在框架柱的设计中，同样要做到强剪弱弯。即要求柱子

46、的塑性铰出现前、后，不容许发生剪切破坏。抗震设计的框架柱、框支柱抗震设计的框架柱、框支柱端部端部截面：截面：一级框架结构及一级框架结构及9 9度时的框架，应满足：度时的框架，应满足：nbcuatcuaHMMV/ )(2 . 1 其他情况其他情况nbctcvcHMMV/ )( vc 柱端剪力增大系数。对框架结构，二、三级柱端剪力增大系数。对框架结构，二、三级分别取分别取1.31.3、1.21.2；对其他结构类型的框架，一、；对其他结构类型的框架，一、二级分别取二级分别取1.41.4和和1.21.2，三、四级均取，三、四级均取1.11.1。bctcMM 、柱上、下端经调整以后的顺时针或逆时柱上、下

47、端经调整以后的顺时针或逆时针方向截面组合弯矩值。针方向截面组合弯矩值。nH柱子净高柱子净高bcuatcuaMM 、柱上、下端顺时针或逆时针方向实配柱上、下端顺时针或逆时针方向实配的弯矩值，按下述规定计算：的弯矩值，按下述规定计算：采用实配钢筋面积、材料强度标准值和重力荷载代表采用实配钢筋面积、材料强度标准值和重力荷载代表值产生的轴向压力设计值计算，并应考虑承载力抗震调整值产生的轴向压力设计值计算，并应考虑承载力抗震调整系数。即系数。即N重力荷载代表值产生的轴力设计值重力荷载代表值产生的轴力设计值按按 已知，求偏压状态下截面弯矩：已知，求偏压状态下截面弯矩：N求求 bN)(101bckREbbh

48、fN 对称配筋对称配筋判断大小偏压判断大小偏压计算极限弯矩计算极限弯矩RE 材料强度标准值材料强度标准值2 2、抗剪设计基本公式、抗剪设计基本公式轴力为压力时轴力为压力时无震组合无震组合NhsAfhbfVcsvyvcct07. 0175. 100 有震组合有震组合)056. 0105. 1(100NhsAfhbfVcsvyvcctRE 框架柱的剪跨比，框架柱的剪跨比， 。31 N考虑风载或地震作用组合的框架柱轴向压力考虑风载或地震作用组合的框架柱轴向压力设计值，设计值， ，且与剪力对应。，且与剪力对应。ccAfN3 .0 当轴力为拉力时当轴力为拉力时无震组合无震组合NhsAfhbfVcsvyv

49、cct2 . 0175. 100 有震组合有震组合)2 . 0105. 1(100NhsAfhbfVcsvyvcctRE 且上述两式且上述两式右边应满足右边应满足这说明，轴向拉力这说明，轴向拉力的存在，对于柱子斜截的存在，对于柱子斜截面抗剪能力的降低是有面抗剪能力的降低是有限的。或者说，限的。或者说，主要降主要降低了混凝土部分的抗剪低了混凝土部分的抗剪能力。能力。0csvyvhsAf036. 0ccthbf六、框架柱的构造六、框架柱的构造（一）纵向钢筋（一）纵向钢筋1 1、抗震设计时，宜采用、抗震设计时，宜采用对称配筋对称配筋；2 2、柱子全部、柱子全部纵向钢筋的配筋百分率纵向钢筋的配筋百分率

50、，不应小于下表，不应小于下表的规定值，且柱截面每一侧纵向钢筋的配筋率不应小于的规定值，且柱截面每一侧纵向钢筋的配筋率不应小于0.2%0.2%；抗震设计时，；抗震设计时，对对类场地类场地上较高的高层建筑，表中上较高的高层建筑，表中数值应增加数值应增加0.1%0.1%。柱柱 类类 型型抗抗 震震 等等 级级非抗震非抗震一级一级二级二级三级三级四级四级中柱、边柱中柱、边柱0.90.9（1.01.0）0.70.7（0.80.8）0.60.6（0.70.7）0.50.5（0.60.6）0.50.5角柱角柱1.11.10.90.90.80.80.70.70.50.5框支柱框支柱1.11.10.90.90.

51、70.73 3、全部纵向钢筋的配筋率全部纵向钢筋的配筋率，非抗震设计时，不宜大，非抗震设计时，不宜大于于5%5%、不应大于、不应大于6%6%；抗震设计时，不应大于；抗震设计时，不应大于5%5%。4 4、边柱、角柱及剪力墙端柱边柱、角柱及剪力墙端柱，考虑地震作用组合产，考虑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生小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%25%。5 5、一级且剪跨比不大于一级且剪跨比不大于2 2的柱的柱，其单侧纵向受拉钢筋，其单侧纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于的配筋率不宜大于1.2%1.2%。6 6、抗震设计时，截面尺寸大于、抗震设计时，截面尺寸大

52、于400mm400mm的柱，其纵向钢的柱，其纵向钢筋间距不宜大于筋间距不宜大于200mm200mm；非抗震设计时，不应大于；非抗震设计时，不应大于350mm350mm；柱纵向钢筋净距均不应小于柱纵向钢筋净距均不应小于50mm50mm。7 7、柱的纵筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。、柱的纵筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。（二）柱子箍筋（二）柱子箍筋1 1、柱子箍筋加密区范围、柱子箍筋加密区范围框架柱柱端箍筋加密的原因同框架梁，加密范围按下框架柱柱端箍筋加密的原因同框架梁，加密范围按下述原则确定：述原则确定：底层柱的上端和其他各层柱的两端底层柱的上端和其他各层柱的两端，应取矩形截面，应取矩形截

53、面柱之长边尺寸（或圆形截面柱之直径）、柱净高之柱之长边尺寸（或圆形截面柱之直径）、柱净高之1/61/6和和500mm500mm三者之最大范围；三者之最大范围；底层柱底层柱刚性地面上、下各刚性地面上、下各500mm500mm的范围；的范围；底层柱底层柱柱根以上柱根以上1/31/3柱净高的范围；柱净高的范围；剪跨比不大于剪跨比不大于2 2的柱的柱和因填充墙等形成的柱净高与和因填充墙等形成的柱净高与截面高度之比不大于截面高度之比不大于4 4的柱全高范围；的柱全高范围；2 2、柱端箍筋加密的做法、柱端箍筋加密的做法一级及二级框架的角柱一级及二级框架的角柱全高范围；全高范围；需要需要提高变形能力的柱提高

54、变形能力的柱全高范围；全高范围；抗震设计抗震设计一般情况下，箍筋的一般情况下，箍筋的最大间距和最小直径最大间距和最小直径，应按下，应按下表采用：表采用：抗震等级抗震等级箍筋最大间距（箍筋最大间距（mmmm）箍筋最小直径（箍筋最小直径（mmmm）一级一级6d6d和和100100的较小值的较小值1010二级二级8d8d和和100100的较小值的较小值8 8三级三级8d8d和和150150（柱根（柱根100100）的较小值）的较小值8 8四级四级8d8d和和150150（柱根（柱根100100）的较小值）的较小值6 6（柱根（柱根8 8）柱端箍筋加密区的构造要求柱端箍筋加密区的构造要求注：注：1 d

55、1 d为柱子纵筋直径；为柱子纵筋直径；2 2 柱根指框架柱底嵌固部位。柱根指框架柱底嵌固部位。3 3、柱加密区范围内箍筋的体积配箍率、柱加密区范围内箍筋的体积配箍率一级框架柱一级框架柱的箍筋直径大于的箍筋直径大于12mm12mm且箍筋肢距不大于且箍筋肢距不大于150mm150mm及及二级框架柱二级框架柱箍筋直径不小于箍筋直径不小于10mm10mm、肢距不大于、肢距不大于200mm200mm时，除柱根外最大间距应允许采用时，除柱根外最大间距应允许采用150mm150mm；三级框架柱三级框架柱的截面尺寸不大于的截面尺寸不大于400mm400mm时，箍筋最小时，箍筋最小直径应允许采用直径应允许采用6

56、mm6mm；四级框架柱四级框架柱的剪跨比不大于的剪跨比不大于2 2或柱中全部纵向钢筋或柱中全部纵向钢筋的配筋率大于的配筋率大于3%3%时，箍筋直径不应小于时，箍筋直径不应小于8mm8mm。剪跨比不大于剪跨比不大于2 2的柱的柱，箍筋间距不应大于，箍筋间距不应大于100mm100mm，一，一级时尚不应大于级时尚不应大于6 6倍的纵向钢筋直径。倍的纵向钢筋直径。柱子体积配箍率的限值，目的是柱子体积配箍率的限值，目的是保证箍筋对核心混凝保证箍筋对核心混凝土的约束土的约束。既有箍筋形式的要求，也有配置量的限值。既有箍筋形式的要求，也有配置量的限值。 柱箍筋加密区箍筋的体积配箍率，应符合下式的柱箍筋加密

57、区箍筋的体积配箍率，应符合下式的要求：要求：yvcvvff / v 柱最小配箍特征值，应按下表采用：柱最小配箍特征值，应按下表采用：抗震抗震等级等级箍筋形式箍筋形式柱柱 轴轴 压压 比比0.30.30.400.400.500.500.600.600.700.700.800.800.900.901.001.001.051.05一一普通箍、复合箍普通箍、复合箍0.100.100.110.110.130.130.150.150.170.170.200.200.230.23螺旋箍、复合或连续螺旋箍、复合或连续复合螺旋箍复合螺旋箍0.080.080.090.090.110.110.130.130.150

58、.150.180.180.210.21二二普通箍、复合箍普通箍、复合箍0.080.080.090.090.110.110.130.130.150.150.170.170.190.190.220.220.240.24螺旋箍、复合或连续螺旋箍、复合或连续复合螺旋箍复合螺旋箍0.060.060.070.070.090.090.110.110.130.130.150.150.170.170.200.200.220.22三三普通箍、复合箍普通箍、复合箍0.060.060.070.070.090.090.110.110.130.130.150.150.170.170.200.200.220.22螺旋箍、复

59、合或连续螺旋箍、复合或连续复合螺旋箍复合螺旋箍0.050.050.060.060.070.070.090.090.110.110.130.130.150.150.180.180.200.20 对一、二、三、四级框架柱对一、二、三、四级框架柱，其箍筋加密区范围，其箍筋加密区范围内箍筋的体积配箍率还应分别不小于内箍筋的体积配箍率还应分别不小于0.8%0.8%、0.6%0.6%、0.4%0.4%和和0.4%0.4%。cf混凝土轴压强度设计值。当柱混凝土等级低于混凝土轴压强度设计值。当柱混凝土等级低于C35C35时，应按时，应按C35C35计算；计算；yvf柱箍筋或拉筋的抗拉强度设计值。超过柱箍筋或拉

60、筋的抗拉强度设计值。超过360N/mm360N/mm2 2时，应按时，应按360N/mm360N/mm2 2计算。计算。 剪跨比不大于剪跨比不大于2 2的柱宜采用复合螺旋箍或井字复合的柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍箍，其体积配箍率不应小于，其体积配箍率不应小于1.2%1.2%；设防烈度为；设防烈度为9 9度时，不度时，不应小于应小于1.5%1.5%。柱柱非加密区非加密区的箍筋，其体积配箍率不宜小于加密区的箍筋，其体积配箍率不宜小于加密区的一半；其箍筋间距，不应大于加密区箍筋间距的的一半；其箍筋间距，不应大于加密区箍筋间距的2 2倍，倍，且一、二级不应大于且一、二级不应大于1010倍纵向钢筋直径