RC框架結(jié)構設計

第6章

鋼筋混凝土框架構件設計

6.1延性耗能框架的概念設計6.2框架梁抗震設計6.3框架柱抗震設計6.4梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設計6.5鋼筋的連接和錨固6.1延性耗能框架的概念設計

延性是指強度或承載力沒有大幅度下降情況下的屈服后變形能力；

耗能能力是構件或結(jié)構耗散地震能量的能力，用往復荷載作用下構件或結(jié)構的力－變形滯回曲線包含的面積度量。1）梁鉸機制（整體機制）優(yōu)于柱鉸機制（局部機制）

對鋼筋混凝土框架抗震性能的認識6.1延性耗能框架的概念設計2）彎曲（壓彎）破壞優(yōu)于剪切破壞

彎曲破壞剪切破壞對鋼筋混凝土框架抗震性能的認識6.1延性耗能框架的概念設計3）大偏壓破壞優(yōu)于小偏壓破壞小偏壓構件的相對受壓區(qū)高度大，延性和耗能能力降低對鋼筋混凝土框架抗震性能的認識6.1延性耗能框架的概念設計4）避免核芯區(qū)破壞及縱筋錨固破壞梁—柱核芯區(qū)破壞為剪切破壞，可能導致框架失效；伸入核芯區(qū)的縱筋與混凝土之間的粘結(jié)破壞，會導致梁端轉(zhuǎn)角增大，從而增大層間位移。

對鋼筋混凝土框架抗震性能的認識6.1延性耗能框架的概念設計6.2框架梁抗震設計震害6.2.1框架梁的破壞形態(tài)與延性破壞形態(tài)：剪切破壞彎曲破壞剪切破壞：脆性破壞，延性小，耗能差6.2框架梁抗震設計彎曲破壞：少筋破壞—脆性破壞，延性小，耗能差超筋破壞—脆性破壞，延性小，耗能差適筋破壞—延性破壞

6.2框架梁抗震設計6.2.2梁截面抗彎設計1）梁縱向配筋與延性的關系影響適筋梁延性大小的因素之一：相對壓區(qū)高度

應變分布1應變分布2

6.2框架梁抗震設計雙筋矩形截面適筋梁的相對受壓區(qū)高度

ρs，ρ’s

－分別為受拉鋼筋和受壓鋼筋的配筋率—與混凝土強度等級有關的等效矩形應力圖形系數(shù)6.2框架梁抗震設計

增大受拉鋼筋的配筋率，相對受壓區(qū)高度增大；增大受壓鋼筋的配筋率，相對受壓區(qū)高度減小。6.2框架梁抗震設計

減小梁端塑性鉸區(qū)范圍內(nèi)截面的相對受壓區(qū)高度的措施：限制梁端頂面受拉鋼筋的配筋率梁端底面配置一定量的受壓鋼筋6.2框架梁抗震設計2）

梁截面抗彎驗算

受彎承載力驗算公式無地震作用組合時：有地震作用組合時：6.2框架梁抗震設計1）剪力設計值

確定剪力設計值的原則：

一、二、三級框架梁端箍筋加密區(qū)：

強剪弱彎

四級和非抗震框架梁：取最不利組合得到的剪力

6.2.3梁截面抗剪驗算6.2框架梁抗震設計一、二、三級框架梁端箍筋加密區(qū)剪力設計值Vb6.2框架梁抗震設計一級框架結(jié)構及9度時尚應符合

6.2框架梁抗震設計

Mbl、Mbr－分別為梁左右端截面反時針或順時針方向組合的彎矩設計值，一級框架兩端均為負彎矩時，絕對值較小的彎矩應取零；6.2框架梁抗震設計

Mbual、Mbuar－分別為梁左右端截面反時針或順時針方向?qū)嵟涞恼孛婵拐鹗軓澇休d力，Mbua=Mbu/γRE，Mbu為根據(jù)實配鋼筋面積（計入受壓鋼筋）和材料強度標準值計算所得梁端截面的實際受彎承載力，γRE

取0.75；

6.2框架梁抗震設計ln－梁的凈跨；VGb－梁在重力荷載代表值作用下，按

簡支梁計算的梁端截面剪力設計值；

ηVb－梁端剪力增大系數(shù)，一級取1.3，二級取1.2，三級取1.1。抗震措施的計算內(nèi)容

6.2框架梁抗震設計2)受剪承載力驗算

受剪承載力驗算公式無地震作用組合時：有地震作用組合時：6.2框架梁抗震設計6.2.4構造措施1）最小截面尺寸

構造要求剪壓比限值6.2框架梁抗震設計構造要求梁寬度不宜小于200mm截面高寬比不宜大于4凈跨與截面高度之比不宜小于4

6.2.4構造措施剪壓比限值截面平均剪應力與混凝土軸心抗壓強度的比值

無地震作用組合時：

V≤0.25βcfcbbhb0

βc

—混凝土強度影響系數(shù)6.2.4構造措施剪壓比限值有地震作用組合時：

跨高比大于2.5的梁

跨高比不大于2.5的梁

6.2.4構造措施2）相對受壓區(qū)高度

梁端混凝土受壓區(qū)高度限值：

一級框架梁x≤0.25hb0二、三級框架梁x≤0.35hb0

（強制）

其他x≤ξbhb0

6.2.4構造措施梁縱向受拉鋼筋的最小配筋百分率（%）(強制)

截面非抗震抗震等級一級二級三、四級支座(取較大值)0.2和45ft/fy0.4和80ft/fy0.3和65ft/fy0.25和55ft/fy跨中(取較大值)0.3和65ft/fy0.25和55ft/fy0.2和45ft/fy3)縱向鋼筋6.2.4構造措施沿全長頂面和底面至少兩根縱筋

一、二級時：直徑不小于14mm和其他要求三、四級和非抗震時：直徑不小于12mm一、二級時貫通中柱的梁縱筋最大直徑：不大于柱在該方向截面尺寸的1/206.2.4構造措施抗震設計時(強制）

梁端頂面受拉鋼筋的配筋率：

不應大于2.5％

梁端底面受壓鋼筋面積A’s與頂面受拉鋼筋面積As的比值：一級A’s/As≥0.5二、三級

A’s/As≥0.3

6.2.4構造措施梁端箍筋加密區(qū)的箍筋配置：加密區(qū)長度箍筋最大間距限值箍筋最小直徑梁端箍筋加密的作用：

約束混凝土，增大塑性變形能力，防止縱向鋼筋過早壓屈

4）箍筋6.2.4構造措施抗震等級

加密區(qū)長度（mm）（取較大值）箍筋最大間距（mm）（取最小值）箍筋最小直徑（mm）

一級

2hb,500

hb/4,6d,100

10

二級

1.5hb,500

hb/4,8d,100

8

三級

1.5hb,500

hb/4,8d,150

8

四級

1.5hb,500

hb/4,8d,150

6梁端箍筋加密區(qū)的長度、箍筋的最大間距和最小直徑(強制)

6.2.4構造措施非加密區(qū)：箍筋最大間距不宜大于加密區(qū)箍筋間距的2倍加密區(qū)箍筋肢距：一級：不大于200mm和20倍箍筋直徑的較大者二、三級：不大于250mm和20倍箍筋直徑的較大者四級：不大于300mm6.2.4構造措施抗震設計時，沿梁全長箍筋面積配筋率：

一級：二級：三、四級：

6.2.4構造措施抗震框架梁：

封閉箍，135o彎鉤彎鉤直段的長度：不小于10倍箍筋直徑和75mm的較大值縱筋搭接長度范圍內(nèi)箍筋的間距

非抗震框架梁的箍筋要求：《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》6.2.4構造措施6.3框架柱抗震設計

震害：柱端混凝土壓碎，箍筋拉斷，縱筋壓屈呈燈籠狀X形斜裂縫剪切破壞6.3框架柱抗震設計6.3.1影響柱延性耗能的主要因素

1）剪跨比

MC、VC—柱端截面組合的彎矩計算值和組合的剪力計算值；hc0—計算方向柱截面的有效高度。

6.3框架柱抗震設計

剪跨比對破壞形態(tài)的影響

剪跨比大于2，長柱：壓彎破壞；

剪跨比1.5—2，短柱：剪切破壞，若箍筋足夠，也可能為剪壓破壞；

剪跨比不大于1.5，極短柱：一般為剪切斜拉破壞，工程中應盡量避免。

6.3框架柱抗震設計2）軸壓比

柱的平均軸向壓應力與混凝土軸心抗壓強度設計值的比值

6.3框架柱抗震設計柱的延性與截面混凝土相對受壓區(qū)高度有關，相對受壓區(qū)高度與軸壓比有關，因此，柱的延性與軸壓比有關。限制柱的軸壓比，實現(xiàn)大偏心受壓破壞。6.3框架柱抗震設計3）箍筋配置箍筋的作用：抵抗剪力，約束混凝土，防止縱筋壓屈箍筋約束程度的度量：配箍特征值

6.3框架柱抗震設計箍筋形式對約束效果的影響

6.3框架柱抗震設計6.3.2柱正截面承載力驗算1）軸力、彎矩設計值

無地震作用組合，四級框架柱:取最不利內(nèi)力組合作為軸力、彎矩設計值。6.3框架柱抗震設計

有地震作用組合的一、二、三級框架柱：軸力取最不利內(nèi)力組合值彎矩調(diào)整、增大（強柱弱梁等）6.3.2柱正截面承載力驗算a)按強柱弱梁要求調(diào)整柱端彎矩設計值強柱弱梁：

節(jié)點上下柱端截面在軸力作用下的實際受彎承載力之和應大于節(jié)點左右梁端截面實際受彎承載力之和

6.3.2柱正截面承載力驗算一、二、三級框架ηc－柱端彎矩增大系數(shù)，一級取1.4，二級取1.2，三級取1.1

6.3.2柱正截面承載力驗算一級框架結(jié)構及9度時尚應符合

Mbua=Mbu/γREMbu為實配受彎承載力6.3.2柱正截面承載力驗算b)框架結(jié)構柱端彎矩增大一、二、三級框架結(jié)構的底層柱下端截面組合的彎矩計算值，應分別乘以增大系數(shù)1.5、1.25和1.15。6.3.2柱正截面承載力驗算c)框支柱框支柱承受的最小地震剪力：柱數(shù)不少于10根時，總和不小于層剪力的20％柱數(shù)少于10根時，每根柱不小于層剪力的2％6.3.2柱正截面承載力驗算

一、二級框支柱由地震作用產(chǎn)生的軸力應分別乘以增大系數(shù)1.5、1.2。計算軸壓比時，附加軸力不乘以增大系數(shù)。

一、二級框支柱的頂層柱上端和底層柱下端，其組合的彎矩設計值應分別乘以增大系數(shù)1.5和1.2。6.3.2柱正截面承載力驗算d)角柱

按上述方法調(diào)整后的組合彎矩設計值再乘以不小于1.10的增大系數(shù)。

6.3.2柱正截面承載力驗算2）柱正截面受彎承載力驗算

按壓彎構件驗算承載力；抗震設計框架的角柱按雙向偏心構件驗算壓彎承載力；

有地震作用組合時需考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)。

6.3.2柱正截面承載力驗算6.3.3受剪承載力驗算1）剪力設計值一、二、三級框架柱兩端和框支柱兩端的箍筋加密區(qū)：強剪弱彎其他（短柱除外）：不利內(nèi)力組合剪力計算值

強剪弱彎分別為柱的上下端順時針或反時針方向截面的彎矩設計值(取調(diào)整增大后的設計值，包括角柱的增大系數(shù))，且取順時針方向之和及反時針方向之和兩者的較大值；Hn—柱的凈高；

—柱剪力增大系數(shù)，一、二、三級分別取1.4、1.2和1.1。

6.3.3受剪承載力驗算強剪弱彎分別為軸壓力設計值作用下柱的上下端順時針或反時針方向?qū)嵟涞恼孛婵拐鹗軓澇休d力所對應的彎矩值，根據(jù)實配鋼筋面積、材料強度標準值等確定；Hn—柱的凈高。

一級框架結(jié)構及9度時尚應滿足：6.3.3受剪承載力驗算2）截面受剪承載力驗算

無地震作用組合

有地震作用組合

6.3.3受剪承載力驗算N>0.3fcbchc時：取N＝0.3fcbchc

λ<1時：取λ＝1λ>3時：取λ＝36.3.3受剪承載力驗算軸力為拉力時：軸力項改為－0.2N軸力為拉力、計算值小于時：取等于，且不小于6.3.3受剪承載力驗算6.3.4框架柱構造措施1）最小截面尺寸邊長：不小于250mm（非抗震設計）和300mm（抗震設計）圓柱：直徑不小于350mm截面邊長比：不大于3

剪壓比限值（最小抗剪截面面積）無地震作用組合：

Vc≤0.25βcfcbchc0

有地震作用組合：剪跨比大于2的柱Vc≤(0.2βcfcbchc0)/γRE剪跨比不大于2的柱、框支柱

Vc

≤(0.15βcfcbchc0)/γRE

6.3.4框架柱構造措施2）縱向鋼筋縱向鋼筋的最小總配箍率（%）（強制）柱類型

抗震等級

非抗震

一級二級三級

四級中柱邊柱

1.0

0.8

0.7

0.6

0.6角柱

1.2

1.0

0.9

0.8

0.6框支柱1.2

1.0

——

——

0.8采用HRB400級鋼筋允許減少0.1，高于C60時應增加0.16.3.4框架柱構造措施每側(cè)配筋率不應小于0.2％(強制)Ⅳ類場地且較高的建筑增加0.1％(強制)

6.3.4框架柱構造措施2）縱向鋼筋

對稱配置；截面尺寸大于400mm的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200mm；柱總配筋率不應大于5％；一級且剪跨比不大于2的柱，每側(cè)縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2％；非強制6.3.4框架柱構造措施2）縱向鋼筋

邊柱、角柱及抗震墻邊柱在地震作用組合產(chǎn)生小偏心受拉時，柱內(nèi)縱筋總截面面積應比計算值增加25％；縱向鋼筋的綁扎接頭應避開柱端的箍筋加密區(qū)。

非強制6.3.4框架柱構造措施2）縱向鋼筋

柱軸壓比限值（剪跨比大于2，混凝土強度等級不高于C60）結(jié)構類型

抗震等級

一級

二級

三級

框架結(jié)構

0.7

0.80

0.90

框架-剪力墻，板柱-剪力墻，筒體

0.75

0.85

0.95

部分框支剪力墻

0.60

0.70——3）軸壓比限值6.3.4框架柱構造措施N—軸壓力如何取？有地震作用組合的設計值無地震作用組合的抗震框架是否需要限制柱的軸壓比？軸壓比計算式：6.3.4框架柱構造措施由軸壓比限值表：抗震等級高，軸壓比限值小有剪力墻或筒時，軸壓比限值大框支柱，軸壓比限值小6.3.4框架柱構造措施軸壓比限值調(diào)整：

剪跨比1.5－2：降低0.05剪跨比小于1.5：專門研究箍筋形式、配箍量約束效果好：增大0.1截面中部附加縱筋并用箍筋約束：增大0.05不大于1.05

6.3.4框架柱構造措施

連續(xù)復合矩形螺旋箍普通箍

復合箍螺旋箍復合螺旋箍6.3.4框架柱構造措施4）箍筋加密區(qū)范圍柱箍筋加密區(qū)：可能形成塑性鉸的區(qū)段長柱柱根剛性地面柱端柱端6.3.4框架柱構造措施柱全高加密箍筋：剪跨比不大于2的柱(短柱）凈高與截面高度之比不大于4的柱一、二級框架的角柱框支柱需要提高變形能力的柱6.3.4框架柱構造措施5）箍筋加密區(qū)的配箍量最小配箍特征值最大間距最小直徑最大肢距6.3.4框架柱構造措施影響最小配箍特征值λmin的因素：

框架的抗震等級

—抗震等級高，λmin大

柱的軸壓比

—軸壓比高，λmin大

箍筋形式

—約束好，λmin小最小配箍特征值6.3.4框架柱構造措施由規(guī)范規(guī)定的箍筋最小配箍特征值，計算最小體積配箍率、配置箍筋：取混凝土不低于C35，取鋼筋抗拉強度不大于360N/mm2，一級不小于0.8％，二級不小于0.6％，三、四級不小于0.4％

6.3.4框架柱構造措施體積配箍率：箍筋體積/外圍箍筋包圍的混凝土體積體積配箍率計算式(扣除重疊部分的箍筋體積)：6.3.4框架柱構造措施柱箍筋加密區(qū)箍筋的最大間距和最小直徑(強制)

抗震等級

箍筋最大間距（取較小值，mm）箍筋最小直徑(mm)

一級

6d，100

10

二級

8d，100

8

三級8d，150（柱根100）

8

四級8d，150（柱根100）

6（柱根8）箍筋的最大間距和最小直徑6.3.4框架柱構造措施

二級框架柱的箍筋直徑不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm時，除柱根外最大間距應允許采用150mm；三級框架柱的截面尺寸不大于400mm時，箍筋最小直徑應允許采用6mm；四級框架柱剪跨比不大于2時，箍筋直徑不應小于8mm;

框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋間距不應大于100mm。加密區(qū)箍筋的最大間距和最小直徑箍筋加密區(qū)：

一級不大于200mm，二、三級不大于250mm和20倍箍筋直徑的較大者，四級不大于300mm。非加密區(qū)箍筋體積配箍率：不小于加密區(qū)的50％箍筋間距：一、二級不大于縱筋直徑的10倍，三、四級不大于縱筋直徑的15倍。箍筋肢距6.3.4框架柱構造措施破壞形態(tài)6.4梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設計

強核芯區(qū):

梁端鋼筋屈服時,核芯區(qū)不應剪切屈服。設計中，取梁端截面達到受彎承載力時的核芯區(qū)剪力作為其剪力設計值。采用梁端彎矩設計值代替受彎承載力，以簡化計算。

三、四級框架和非抗震框架的核芯區(qū)，可不進行驗算。6.4.1剪力設計值6.4梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設計

中柱節(jié)點受力簡圖6.4梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設計

取上半部分為隔離體，由平衡條件可得核芯區(qū)剪力Vj，由梁柱平衡求出Vc，代入：

6.4梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設計

一、二級框架核芯區(qū)剪力設計值：

ηjb—核芯區(qū)剪力增大系數(shù)，一級取1.35，二級取1.2

6.4梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設計

9度時和一級框架結(jié)構尚應符合

6.4梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設計

6.4.2受剪承載力驗算

9度時

6.4梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設計

軸力N的影響：

N>0.5fcbchc時：取