第5章砼框架结构

第5章多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计§5.1概述一、结构布置对震害的影响： 扭转、薄弱层、应力集中、碰撞等二、框架结构震害1、在8度区，经过合理设计的框架可以做到裂而不倒也有出现严重破坏和倒塌的情况2、主要破坏现象⑴柱上下端的弯剪破坏，柱端形成塑性铰⑵柱身的剪切破坏，双向斜裂缝。⑶角柱破坏：双向受弯、受剪、受扭破坏⑷短柱破坏时，刚度大，剪切变形为主，形成短柱。剪切破坏⑸梁端在弯剪共同作用下，造成梁端的剪切破坏。⑹梁柱节点：在压、剪共同作用下出现节点破坏。⑺填充墙破坏：与柱的连接破坏、剪切斜裂缝破坏。三、抗震墙震害1）底部受弯塑性铰2）斜剪裂缝3）连梁剪切破坏1、底层层间变形比上层大2、柱、梁均受剪弯共同作用3、柱梁节点受力复杂4、注意结构的刚度在平面和竖向上分布要规则均匀5、结构要有足够的强度和延性6、注意构造，防止剪切、锚固等破坏7、注意施工质量四、框架受力特点及注意问题1、框架结构房屋适用高度

6度7度8度9度

6055m45m25m2、抗震等级体现在同样地震烈度下不同结构类型的钢筋砼房屋不同的抗震要求。如：次要的抗侧力结构单元的抗震要求可以低于主要的抗侧力结构单元。§5.2抗震设计的一般要求

如：框架—剪力墙结构中的框架的抗震要求可以低于框架结构中的抗震要求。

抗震等级分为四级，1、2、3、4

6789框架结构

≤30m>30m≤30m>30m≤30m>30m≤25m

四三三二二一一3、区分规则结构与不规则结构

1）关于房屋平面局部突出的长度问题2）关于房屋立面局部收进的尺寸问题3）楼层刚度⑴楼层刚度不小于其相邻上层刚度的70%，且连续三层总刚度降低不超过50%⑵相邻质量差别不大于50%则为规则结构。4）

沿高度各楼层的屈服强度系数xy≥0.55）

防震缝，最小宽度房屋高度H≤15m缝宽b=70mm H>15m后6度H+5m b+20mm7度H+4m b+20mm8度H+3m b+20mm9度H+2m b+20mm4、结构布置1）框架应为双向框架，梁柱轴线宜对中2）加强楼盖的整体性，现浇，装配整体，后浇层，板缝3）

填充墙，合理布置，均匀对称。三、四级框架，可采用砖填充墙，8度区以上不宜采用砖填充墙应尽可能采用轻质高强墙板4）基础型式：独立基础——交叉梁条形基础——箱形基础—桩基础5、承载力与延性

框架结构要有必要的承载能力和良好的变形能力和耗能能力。合理的屈服机制，控制塑性较出现的位置。在梁端，防止出现在柱上，称为强柱弱梁”。梁柱的破坏宜为弯曲破坏，防止剪切破坏，称为“强剪弱弯”。应防止节点区、连接、锚固等破坏，称为“强节点，强锚固”。框架结构设计的过程：结构布置——荷载计算——重力荷载代表值计算——水平（地震）作用计算——内力计算（竖向、水平向）——内力组合——截面承载力（配筋）计算——变形验算§5.3框架内力与位移计算1、水平地震作用的计算一般情况下可用底部剪力法周期计算可采用顶点位移法

——非结构墙体影响系数 砖填充墙 轻质墙、外挂墙板各楼层地震作用标准值顶层附加地震作用2、水平地震作用下，框架内力计算(1)反弯点法反弯点法适用条件：层数较少，梁柱线刚度比大于3时。反弯点位置：上部0.5H

底层0.7H内力计算步骤：层间剪力分配到柱——计算柱弯矩——根据节点平衡计算梁弯矩。反弯点法(2)、D值法（改进反弯点法）

考虑上下梁刚度的影响，对反弯点位置加以修正。

计算步骤如下：

i)、计算各层柱的侧移刚度D

柱线刚度

α——修正系数，由梁柱线刚度定。ii)、计算各柱分配剪力iii)、确定反弯点高度yy0——标准反弯点高度比，查表5-6P104y1——上、下梁线刚度不同，对y的修正值弯点上移，y1为正值弯点下移，y1为负值y2——上层层高与本层层高不同时，反

弯点高度修正值.由和查表。y3——下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。iv)、计算柱端弯矩上端下端v)、计算梁端弯矩vi)、

梁端剪力vii)、

计算柱轴力N，为各层柱上梁端剪力之和关于上次课的问题3、竖向荷载作用下框架内力计算

分层法和弯矩二次分配法1)分层法（弯矩分配分层计算法）特点：

底层其它层柱线刚度不变0.9

传递系数1/21/3

将各层计算结果叠加。对于不平衡弯矩较大节点再分配一次（不再传递）。2)

弯矩二次分配法过程：计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩）——分配（第一次）和传递同时进行——再分配（第二次）。3)

弯矩调幅

考虑塑性内力重分布，可将梁端弯矩调幅，减小梁端弯矩调整系数现浇框架0.8~0.9

装配整体式0.7~0.8调幅后的跨中弯矩计算

注意只有竖向荷载作用下的梁端弯矩可以调幅，水平荷载作用下的梁端弯矩不能调幅。4、内力组合

通过内力计算，获得了在不同荷载作用下产生的构件内力标准值。根据可能出现的最不利情况进行构件的内力组合所得设计内力值，进行截面设计.

一般有两种组合：（1）、地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合（2）、竖向荷载效应组合(非抗震组合)

包括全部恒载与活载的组合。

对于框架来说，对框架梁、框架柱的控制截面进行内力组合。i)、框架梁梁端弯矩梁端正弯矩跨中正弯矩梁端剪力关于梁跨中弯矩的求法：⑴图解法⑵解析法用平衡求出RA或RB求出剪力为零的位置x写出ii)、框架柱内力不利组合柱上下端为控制截面取不利组合5、位移计算1)多遇地震烈度下。

求出多遇烈度下得各层间剪力层间位移2)罕遇地震作用下层间弹塑性位移计算对于大于0.5的框架，只要弹性位移满足要求，可不进行弹塑性位移计算。当时，进行弹塑性位移计算。验算步骤：⑴楼层屈服强度的确定⑵薄弱层确定，一般在底层和较小层。薄弱层的层间弹塑性位移验算（1）楼层屈服强度(剪力)的确定a.计算梁柱极限抗弯能力b.计算柱截面有效受弯承载力c.计算单根柱的层间受剪承载力d.第i层总的屈服强度a、根据梁柱的实际配筋及材料的强度标准值，计算梁柱的极限抗弯承载力梁:柱:b、计算柱端截面有效受弯承载力（与屈服机制有关）：

根据破坏机制 当时，为强梁弱柱型,

柱先屈服，梁后屈服当时，为强柱弱梁型， 梁首先屈服。柱端截面有效受弯承载力由节点的弯矩平衡得出，且不大于柱的极限弯矩。

当且一柱端先达到屈服，此时，另一端的受弯承载力按刚度求得。下柱上端屈服上柱下端屈服c、计算第i层第j根柱的受剪承载力d、第i层总的屈服强度⑶薄弱层的层间弹塑性位移计算⑷层间弹塑性位移验算框架计算步骤总结确定计算简图、几何参数计算、静力荷载统计。地震作用计算：用底部剪力法计算水平地震作用及层间剪力TaFEkVi内力计算：用D值法计算水平作用下的内力（并同时进行弹性层间位移验算）；用分层法或弯矩二次分配法计算重力荷载代表值作用下的内力。 计算各项非地震荷载作用下的内力。内力组合：包括地震作用组合及非地震作用组合。截面及节点设计（配筋计算）：注意内力值的调整。弹塑性位移验算：梁柱截面极限抗弯承载力柱端有效受弯承载力VyjiVyi；a1

Vei

xyi

薄弱层

hpDup

§5.4钢筋混凝土框架结构构件设计（一）、框架梁抗震设计设计要求及计算要点：梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力——设计剪力的取值。梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力——延性设计问题。解决好梁筋的锚固问题。1、框架梁受剪承载力验算

⑴梁剪力设计值

要充分估计梁端实际配筋屈服并产生超强时有可能产生的最大剪力。一、二、三级：q-重力荷载代表值一级及9度时尚应符合：

——梁左右端顺时针或逆时针组合设计弯矩。对一级框架两端均为负弯矩时，取绝对值较小的一侧ηvb——梁端剪力增大系数，分别取1.3、1.2、1.1。⑵剪压比限值⑶梁斜截面受剪承载力

上式考虑了反复荷载作用对梁抗剪强度的降低。2、提高梁延性的措施

主要影响因素：截面尺寸、纵筋配筋率、剪压比、配箍率、钢筋及砼的强度。⑴截面：⑵纵筋配筋率：（通过受压区高度控制）一级，二、三级梁端受拉筋配筋率⑶梁端受压纵筋与受拉纵筋的比率

一级框架：二级三级框架：⑷梁端加密箍筋：

抗震等级

加密区长度最大间距（取小）最小直径一2hb,500mm6d,hb/4,100mmφ10

二1.5hb,500mm8d,hb/4,100mmφ8

三1.5hb,500mm8d,hb/4,150mmφ8

四1.5hb,500mm8d,hb/4,150mmφ6⑸通长纵筋：

一、二级不小于，且不小于受力纵筋面积的1/4;三四级不少于。3、梁筋锚固：防止锚固破坏⑴梁筋锚固方式：直线型和弯折型⑵反复荷载下：

砼粘结强度退化率为0.75，抗震所需的锚固长度应在原锚固长度上有所增加。一、二级三级四级⑶弯折筋的弯折段不能太小。⑷梁筋伸过节点中心线不少于5d，当时，应满足：⑸中节点下部钢筋，伸过中心不小于5d，伸过支坐边缘大于。⑹顶层边柱、梁、柱、纵筋的锚固。一、二级框架，负筋“柱内、梁内同时搭接”方案。

三四级框架“梁内搭接”方案，梁筋全部伸入柱边内梁下100m处，柱筋至少伸入梁内50%，20d和1倍两者较大的。4、控制塑性铰位置：

通过合理配筋方式使梁的预期塑性铰离开柱边不小于梁高也不小于500mm处。方法：附加短纵筋，附加短腰筋，弯筋。要求柱边截面比塑性铰处受弯承载力提高25%以上。

（二）、框架柱抗震设计设计原则及要点：⑴强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰——柱设计弯矩的取值及计算。⑵在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力——柱设计剪力的取值及计算。⑶控制柱的轴压比不要太大——轴压比的限值。⑷加强约束，配置必要的约束箍筋——构造要求。

轴压比的概念

名义轴向压应力与砼抗压强度之比1、轴压比（N/bchcfc）轴压比是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。轴压比越大，柱子的延性越差。柱子的破坏形态也随轴压比的增大，由大偏心破坏向小偏心破坏过渡。抗震结构要求柱子有足够的延性且为大偏心破坏，故控制轴压比的限值。

轴压比抗震等级一二三框架柱0.70.80.9

框支柱0.60.7框-墙、板柱墙及筒体

0.750.850.952、强柱弱梁--柱设计弯矩的取值要求：塑性铰出现在梁上作法：（*以下所述内容主要针对一、二、三级框架。）

⑴节点上、下柱端的弯矩设计值9度及一级抗震尚应符合：当一、二、三级框架柱的轴压比小于0.15时，可按四级框架计算弯矩设计值。

ηc对于一、二、三级框架分别为1.4、1.2、1.1。⑵一、二、三级框架底层柱底截面的组合弯矩设计值应分别乘以1.5、1.25和1.15的增大系数，角柱内力按上述调整后进一步放大10%。⑶柱的轴力按组合值取。⑷柱的配筋计算。注意承载力抗震调整系数。3、强剪弱弯——设计剪力取值要求：在弯曲破坏之前不发生剪切破坏作法：

⑴柱剪力设计值9度时及一级框架尚应符合：

ηvc——柱剪力增大系数，一、二、三级分别为1.4、1.2、1.1。⑵剪压比限值：柱截面尺寸不能太小短柱⑶柱斜截面受剪承载力4、加强柱端约束：

在柱端一定范围内加密箍筋。加密箍筋的作用：承担剪力；约束砼；提高抗压强度；提高变形能力；防止纵向压曲加密箍筋注意事项⑴范围：中取最大值，底层，刚性地面上下各500mm。短柱、角柱全高加密。⑵箍筋的最大间距抗震等级最大间距（取较小值）最小直径一级：6d，100mmf10二级：8d，100mmf8三级：8d，150mmf8四级：8d，150mmf8⑶箍筋最小体积配筋率（见p117表5-13）

⑷箍筋型式：普通箍复合箍螺旋箍⑸肢距：加密区，一级≤200，二、三级≤250

或20倍d，四级≤300

每隔一个纵筋它在两个方向有箍筋约束。非加密区：箍筋量不少于加密区的50%5、柱纵向钢筋的配置：最小配筋率和最大配筋率要求。最小配筋率（见p116表5-11)：如三级框架，中边柱0.7%。最大配筋率为5%，注意防止粘结不足破坏。当柱边尺寸大于400mm时，纵向钢筋间距不宜大于200mm。（三）、框架节点抗震设计

（*以下所述内容主要针对一、二级框架。）

节点设计准则：⑴节点承载力不应低于连接构件⑵在多遇烈度下，节点处于弹性工作范围⑶罕遇烈度下，节点承载力的降低不能危及荷载的传递⑷不应使施工过分困难1、节点核心区受剪承载力验算⑴剪力设计值

作用于节点的剪力来源于边梁的开裂，由节点承担拉筋的锚固。一、二级框架边节点：梁受拉筋的拉力柱受剪力

——柱的计算高度中节点：顶层节点：三、四级框架不需计算。ηjb——节点剪力增大系数一级为1.35，二级为1.2。9度及一级时，尚应满足顶层：中间层：⑵剪压比限值——节点约束影响系数，节点四边有梁，梁宽不小于该侧柱宽的1/2，且正交梁高度不小于框架梁高度的3/4时，取其他情况均取⑶节点受剪承载力：由砼和箍筋共同承担。

当