第6章-鋼筋混凝土框架構(gòu)件設(shè)計分解.ppt

第六章鋼筋混凝土框架設(shè)計和構(gòu)造 6 1延性耗能框架的概念設(shè)計6 2框架梁抗震設(shè)計6 3框架柱抗震設(shè)計6 4梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設(shè)計6 5鋼筋的連接和錨固 6 1延性耗能框架的概念設(shè)計 6 1 1延性結(jié)構(gòu) 見圖6 1 1 延性 結(jié)構(gòu) 截面 能維持承載能力而又具有較大的塑性變形的能力 截面開始屈服 My y fy y 截面破壞 Mu u fu u 2 截面和構(gòu)件的塑性變形能力常常用延性比來衡量 延性比越大 延性越好 構(gòu)件位移延性比 f fu fy 截面曲率延性比 u y 頂點位移延性比 u y 6 1 2延性框架設(shè)計基本措施 1 鋼筋混凝土框架延性的 塑性鉸控制 理論基本要點 允許某些截面出現(xiàn)塑性鉸 吸收 耗散地震能量 控制塑性鉸出現(xiàn)部位 選擇合理截面形式及配筋構(gòu)造 塑性鉸本身有較好的塑性變形能力和吸收耗散能量的能力 塑性鉸能使結(jié)構(gòu)具有較大的延性 2 鋼筋混凝土延性框架的基本措施是 見圖6 2 強柱弱梁 強剪弱彎 強結(jié)點 弱桿件 強結(jié)點 強錨固 強底層柱 局部加強 6 2框架梁抗震設(shè)計 6 2 1鋼筋混凝土梁的破壞形態(tài)與延性 1 在抗震框架中 應(yīng)設(shè)計具有良好延性的框架梁 彎曲破壞 少筋梁 脆性破壞 超筋梁 脆性破壞 適筋梁 延性破壞 具有塑性變形能力 見圖6 3 剪切破壞 斜拉或斜壓破壞 脆性 剪壓破壞 延性很小 2 對于抗震的框架 不僅要求梁在塑性鉸出現(xiàn)之前不被剪壞 而且還要要求在塑性鉸出現(xiàn)之后也不要過早剪壞 要求延性梁的抗剪承載能力大于抗彎承載能力 即強剪弱彎 6 2 2影響梁延性的因素及改善延性的措施 1 影響鋼筋混凝土梁延性的因素 值 延性好 見圖6 4 2 改善鋼筋混凝土梁延性的措施 減小x 見圖6 5 梁端塑性鉸區(qū)箍筋加密 塑性鉸外移 見圖6 6 6 2 3框架梁的截面設(shè)計 1 鋼筋混凝土梁的正截面承載力 1 梁的正截面承載力計算 不考慮地震作用的組合時 0S R 0M Mu 考慮地震作用的組合時 SE RE RE ME MuE RE 抗震設(shè)計中的正截面承載力直接采用靜載作用下的承載力計算公式 即 RE R MuE Mu ME MuE RE Mu RE 或 REME Mu 對單筋矩形截面 Mu Asfy h0 x 2 由平衡條件 X 0 雙筋矩形截面 由平衡條件 X 0 得到名義壓區(qū)高度為 由另一極限狀態(tài)平衡條件 M As 0得 不考慮地震作用時 考慮地震作用時 框架梁梁端截面的底部和頂部縱向受力鋼筋截面面積的比值 除按計算確定外 另滿足 一級抗震等級 A s As 0 5 二 三級抗震等級 A s As 0 3 框架梁兩端 支座截面 必須是雙筋截面 2 正截面構(gòu)造要求 計入縱向受壓鋼筋的梁端塑性鉸區(qū)混凝土受壓區(qū)高度 一級抗震等級 x 0 25h0 二 三級抗震等級 x 0 35h0 注 一 二 三級框架梁塑性鉸區(qū)以外的部位 四級框架梁 非抗震框架梁x bh0 抗震設(shè)計時 梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于2 5 抗震設(shè)計時 縱向受拉鋼筋的最小配筋率 pp191表6 1 非抗震設(shè)計框架的要求同一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) max 0 20 45ft fy 在抗震設(shè)計中 為保證梁端的延性 要求框架梁梁端的縱向受壓及受拉鋼筋的比例As A s不小于0 5 一級 或0 3 二 三級 梁端有箍筋加密區(qū) 箍筋間距較密 能充分發(fā)揮受壓鋼筋的作用 所以 在驗算梁端截面混凝土受壓區(qū)高度與有效高度之比值時 可以按雙筋梁考慮 在計入受壓鋼筋的作用后 梁端截面的相對受壓區(qū)高度x h0值即可減小很多 即使梁的高度較小 例如取到跨度的1 18 一般也能滿足要求 避免焊接損傷縱向鋼筋 焊接 特別是十字交叉形的焊接容易使鋼筋變脆 不利于抗震 因此 應(yīng)避免將梁 柱縱筋與箍筋 拉筋 埋件等焊接 尤其是在抗震設(shè)計的場合 更應(yīng)加以注意 2 梁的斜截面承載力計算 1 抗震設(shè)計中采用與非抗震設(shè)計中不同的斜截面受剪承載力計算公式 R Vu Vc Vs RE VuE 0 6Vc Vs 即 Vb VuE RE 0 6Vc Vs RE 或 REVb 0 6Vc Vs 抗震設(shè)計的框架梁承載力計算 一般框架梁 REVb 0 42ftbh0 fyvAsvh0 s 集中荷載作用下 包括有多種荷載 其中集中荷載對節(jié)點邊緣產(chǎn)生的剪力值占總剪力值的75 以上的情況的框架梁 REVb 1 05ftbh0 1 fyvAsvh0 s 0Vb 0 7ftbh0 1 0fyvAsvh0 s 非抗震設(shè)計的一般框架梁 2 按照 強剪弱彎 的要求調(diào)整剪力設(shè)計值Vb 調(diào)整前的最大剪力 見圖6 7 按 強剪弱彎 要求 將由彎矩產(chǎn)生的剪力放大 vb倍 9度和一級抗震時尚應(yīng)符合以下要求 vb 梁剪力增大系數(shù) 一 二 三級抗震時 vb分別為1 3 1 2 1 1 Mlbua Mrbua 框架梁左 右端的極限抗彎承載力 按梁的實際配筋計算 計算時取鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值fyk 可按下列簡化公式計算Mbu Mbua Asfyk hb0 a Mlb Mrb 組合得到的梁左 右端計算彎矩 VGb 梁在本跨豎向重力荷載作用下產(chǎn)生的簡支支座反力設(shè)計值 3 梁斜截面有關(guān)構(gòu)造規(guī)定 截面尺寸和混凝土強度 考慮地震作用組合時 當(dāng)跨高比l0 h 2 5時 Vb 0 20 cfcbh0 RE 當(dāng)跨高比l0 h 2 5時 Vb 0 15 cfcbh0 RE 在強柱弱梁和強剪弱彎的情況下 不宜采用加大梁高度的作法 常常采用截面高寬比較小的扁梁 不利用彎起鋼筋抗剪 沿梁全長箍筋的面積配筋率 sv 一級抗震等級 sv 0 30ft fyv二級抗震等級 sv 0 28ft fyv三 四級抗震等級 sv 0 26ft fyv非抗震 sv 0 24ft fyv 梁兩端箍筋應(yīng)加密 要求下表 pp191表6 2 當(dāng)梁端縱向鋼筋配筋率大于2 時 表中箍筋最小直徑應(yīng)增大2mm 在非加密區(qū) 箍筋間距按下表采用 并不少于加密區(qū)箍筋數(shù)量的50 第一個箍筋應(yīng)設(shè)置在距支座邊緣50mm處 鋼箍必須做成封閉箍 加135 彎鉤 彎鉤端頭直段長度應(yīng)為10d 且不小于75mm 箍筋肢距要求 6 3框架柱抗震設(shè)計 6 3 1柱的破壞形態(tài)和延性 1 彎曲破壞 延性破壞 s fy y f y c fc 2 剪切受壓破壞 有一定延性 水平裂縫發(fā)展成斜裂縫 受壓區(qū)混凝土剪切錯動 3 剪切受拉破壞 脆性破壞 較小 箍筋少 主筋 s fy后 箍筋突然屈服 4 剪切斜拉破壞 脆性破壞 短柱中 斜裂縫成對角線 sv fyv時 s fy 5 粘結(jié)破壞 脆性破壞 6 3 2影響柱延性的因素 1 剪跨比 M Vhc 柱的剪跨比小 延性差 長柱 彎曲破壞 延性 短柱 剪切破壞 箍筋足夠時 有一定延性 極短柱 脆性 一般 Hc0 2hc 故剪跨比也可用柱的長細(xì)比來表達 Hc0為柱凈高 長柱短柱極短柱 2 軸壓比 N N NE bchcfc 1 N越小 延性越好 2 軸壓比的限制值見下表 pp200表6 4 見圖6 8 對稱配筋柱 混凝土的相對受壓區(qū)高度與軸壓比有關(guān) 3 剪壓比 V V VE bchc0fc 1 V越小 延性越好 2 剪壓比的限制 不考慮地震組合 V 0 25 考慮地震組合 V 0 20 RE 2 V 0 15 RE 2 4 柱端的箍筋配置 箍筋的作用 見圖6 9 直接承擔(dān)剪力 約束混凝土 防止縱筋壓曲 見圖6 10 配箍特征值 V v越大對混凝土約束越強 混凝土極限壓應(yīng)變越大 6 3 3柱的正截面承載力計算 1 計算公式 NE NuE RE Nu RE 對大偏心受壓柱 2 柱端彎矩調(diào)整 1 按 強柱弱梁 要求調(diào)整 靜力平衡條件 Muc0 Mdc0 Mbl Mbr 強柱弱梁 要求 柱端彎矩放大 Mc倍 一級框架結(jié)構(gòu)及9度時的框架 Mc 1 2 Mbua Mc 同一節(jié)點上下柱端截面設(shè)計彎矩之和 Mb 同一節(jié)點左右梁端截面設(shè)計彎矩之和 Mbua 同一節(jié)點左右梁端截面抗彎承載力之和 Mc 對框架結(jié)構(gòu) 二 三級抗震等級分別取為1 5 1 3 對其它結(jié)構(gòu)中的框架 一 二 三 四級分別取1 4 1 2 1 1和1 1 頂層柱 柱軸壓比小于0 15的柱不調(diào)整 2 按 強底層柱 要求調(diào)整 抗震設(shè)計時 一 二 三級框架結(jié)構(gòu)底層柱下端截面彎矩設(shè)計值 應(yīng)按考慮地震作用組合的彎矩設(shè)計值分別乘以增大系數(shù)1 7 1 5和1 3 計算偏心距e0 M N時 采用按 強柱弱梁 強底層柱 角柱調(diào)整要求調(diào)整后的柱端彎矩Mc 3 角柱彎矩調(diào)整 一 二 三 四級框架角柱經(jīng)上述調(diào)整后的彎矩 剪力設(shè)計值 應(yīng)乘以不小于1 1的增大系數(shù) 抗震結(jié)構(gòu)中柱截面最小配筋率 全截面 注 表中括號內(nèi)數(shù)值適用于框架結(jié)構(gòu) 柱截面每一側(cè)縱向鋼筋配筋率不應(yīng)小于0 2 3 柱正截面構(gòu)造規(guī)定 最小配筋率 見下表pp200表6 3 全柱最大配筋率 5 對稱配筋 最小截面尺寸 300mm 400mm 圓柱d 350 400mm 縱筋接頭要求 縱筋間距 200mm 截面尺寸大于400mm的柱 一 二 三級抗震設(shè)計時其縱向鋼筋間距不宜大于200mm 抗震等級為四級和非抗震設(shè)計時 柱縱向鋼筋間距不宜大于300mm 柱縱向鋼筋凈距均不應(yīng)小于50mm 全部縱向鋼筋的配筋率 非抗震設(shè)計時不宜大于5 不應(yīng)大于6 抗震設(shè)計時不應(yīng)大于5 一級且剪跨比不大于2的柱 其單側(cè)縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于1 2 邊柱 角柱及剪力墻端柱考慮地震作用組合產(chǎn)生小偏心受拉時 柱內(nèi)縱筋總截面面積應(yīng)比計算值增加25 6 3 4柱的斜截面承載力 1 計算公式 VE VuE REVuE 0 6Vc Vs 即 Vc VuE RE 0 6Vc Vs RE 軸力為壓力 軸力為拉力 2 剪力調(diào)整 1 按柱 強剪弱彎 要求調(diào)整 強剪弱彎要求 對框架結(jié)構(gòu) 二 三級 vc分別取1 5和1 3 對其它結(jié)構(gòu)中的框架 一 二 三級 四級 vc分別為1 4 1 2 1 1和1 1 一級框架結(jié)構(gòu)和9度時的框架 Mtc Mbc 由內(nèi)力組合得到的柱上 下端的最不利設(shè)計彎矩 Mtcua Mbcua 柱上 下端截面的抗彎承載力 可按實際配筋面積和材料強度標(biāo)準(zhǔn)值確定 3 柱的斜截面構(gòu)造要求 1 最小截面尺寸 無地震組合時 Vc 0 25 cfcbchc0 有地震組合時 2的柱 Vc 0 20 cfcbchc0 RE 2的柱 Vc 0 15 cfcbchc0 RE 2 角柱剪力調(diào)整一 二 三 四級框架角柱 經(jīng)上述調(diào)整后的剪力設(shè)計值 應(yīng)乘以不小于1 1的增大系數(shù) 2 柱的箍筋 箍筋形式 普通矩形箍 螺旋箍 復(fù)式箍等 箍筋加密區(qū)范圍 底層柱的上端和其他各層柱的兩端 取柱凈高的1 6 柱截面長邊尺寸hc 或圓柱直徑 或500mm三者中的較大值 剪跨比不大于2的柱 因填充墻等形成的短柱 一 二級抗震等級的角柱和框支柱 需提高變形能力的柱 取柱全高 在底層柱基礎(chǔ)較深而又遇有剛性地坪時 剛性地坪地坪上下各500mm范圍 底層柱柱根以上1 3柱凈高的范圍 加密區(qū)箍筋數(shù)量 pp203表6 6 加密區(qū)體積配箍率 且 一級 v 0 8 二級 v 0 6 三 四級 v 0 4 vfc fyv v 最小體積配箍特征值 見pp202表6 5 加密區(qū)的箍筋肢距 一級不宜大于200mm 二 三級不宜大于250mm和20倍箍筋直徑的較大值 四級不宜大于300mm 為便于澆灌混凝土 縱筋間距也不宜小于50mm 每隔一根縱向鋼筋宜在兩個方向有箍筋約束 6 4梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設(shè)計 6 4 1強節(jié)點 強錨固 1 節(jié)點區(qū)的破壞 節(jié)點區(qū)無箍筋或少箍筋 在剪壓作用下混凝土出現(xiàn)斜裂縫 然后擠壓破碎 縱向鋼筋壓屈成燈籠狀 鋼筋錨固破壞 2 強節(jié)點 抗剪驗算 在節(jié)點區(qū)配置足夠的箍筋 并保證混凝土的強度及密實性 3 強錨固 處理好縱向鋼筋在節(jié)點區(qū)的錨固構(gòu)造 4 節(jié)點抗震設(shè)計 一 二 三級框架的節(jié)點核心區(qū)應(yīng)進行抗震驗算 四級框架節(jié)點可不進行抗震驗算 6 4 2節(jié)點區(qū)設(shè)計剪力 在地震作用下 通過節(jié)點區(qū)的梁縱向鋼筋一側(cè)受拉 另一側(cè)受壓 容易出現(xiàn)粘結(jié)破壞 見下圖 節(jié)點設(shè)計剪力 由強節(jié)點要求 能抵抗當(dāng)節(jié)點兩邊梁端出現(xiàn)塑性鉸時的節(jié)點區(qū)剪力 1 平衡條件 圖示中柱節(jié)點核芯區(qū)上半部為隔離體 Vj Cs Cc fykAts Vc fykAbs fykAts Vc 2 強結(jié)點要求 平衡剪力放大 jb倍 一級框架結(jié)構(gòu)和9度時的一級框架 一級 二級 三級框架的其它情況 Mb 節(jié)點左右梁端組合彎矩設(shè)計值之和 Mbua 節(jié)點左右梁端按實際鋼筋面積和材料強度標(biāo)準(zhǔn)值計算的受彎承載力所對應(yīng)的彎矩設(shè)計值之和 jb 強節(jié)點系數(shù) 對框架結(jié)構(gòu) 一級取1 5 二級取1 35 三級取1 2 對其它結(jié)構(gòu)中的框架 一級取1 35 二級取1 2 三級取1 1 Hc 柱的計算高度 可采用節(jié)點上 下柱反彎點之間的距離 6 4 3節(jié)點區(qū)抗剪驗算 1 節(jié)點區(qū)的抗剪承載力公式由試驗得到 9度時一級 2 在一 二 三級框架節(jié)點 由上式計算節(jié)點區(qū)所需的箍筋面積及間距 同時滿足構(gòu)造要求 3 在四級框架中 節(jié)點區(qū)不需進行抗剪驗算 按構(gòu)造要求配置箍筋 節(jié)點區(qū)配置的箍筋至少要與柱中箍筋加密區(qū)的箍筋數(shù)量相等 6 4 4節(jié)點區(qū)構(gòu)造要求 1 截面尺寸和混凝土強度 節(jié)點區(qū)平均剪應(yīng)力限制 Vj 0 30 j cfcbjhj RE 在節(jié)點區(qū)的混凝土強度等級應(yīng)與柱的混凝土強度等級相同 當(dāng)節(jié)點區(qū)混凝土與梁板混凝土一起澆注時 必須注意節(jié)點區(qū)混凝土強度等級與柱混凝土強度等級相差不應(yīng)超過5MPa 2