第5章砼框架結(jié)構(gòu)

第5章多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設(shè)計(jì)§5.1概述一、結(jié)構(gòu)布置對震害的影響： 扭轉(zhuǎn)、薄弱層、應(yīng)力集中、碰撞等二、框架結(jié)構(gòu)震害1、在8度區(qū)，經(jīng)過合理設(shè)計(jì)的框架可以做到裂而不倒也有出現(xiàn)嚴(yán)重破壞和倒塌的情況2、主要破壞現(xiàn)象⑴柱上下端的彎剪破壞，柱端形成塑性鉸⑵柱身的剪切破壞，雙向斜裂縫。⑶角柱破壞：雙向受彎、受剪、受扭破壞⑷短柱破壞時(shí)，剛度大，剪切變形為主，形成短柱。剪切破壞⑸梁端在彎剪共同作用下，造成梁端的剪切破壞。⑹梁柱節(jié)點(diǎn)：在壓、剪共同作用下出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)破壞。⑺填充墻破壞：與柱的連接破壞、剪切斜裂縫破壞。三、抗震墻震害1）底部受彎塑性鉸2）斜剪裂縫3）連梁剪切破壞1、底層層間變形比上層大2、柱、梁均受剪彎共同作用3、柱梁節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜4、注意結(jié)構(gòu)的剛度在平面和豎向上分布要規(guī)則均勻5、結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和延性6、注意構(gòu)造，防止剪切、錨固等破壞7、注意施工質(zhì)量四、框架受力特點(diǎn)及注意問題1、框架結(jié)構(gòu)房屋適用高度

6度7度8度9度

6055m45m25m2、抗震等級(jí)體現(xiàn)在同樣地震烈度下不同結(jié)構(gòu)類型的鋼筋砼房屋不同的抗震要求。如：次要的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元的抗震要求可以低于主要的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元?！?.2抗震設(shè)計(jì)的一般要求

如：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架的抗震要求可以低于框架結(jié)構(gòu)中的抗震要求。

抗震等級(jí)分為四級(jí)，1、2、3、4

6789框架結(jié)構(gòu)

≤30m>30m≤30m>30m≤30m>30m≤25m

四三三二二一一3、區(qū)分規(guī)則結(jié)構(gòu)與不規(guī)則結(jié)構(gòu)

1）關(guān)于房屋平面局部突出的長度問題2）關(guān)于房屋立面局部收進(jìn)的尺寸問題3）樓層剛度⑴樓層剛度不小于其相鄰上層剛度的70%，且連續(xù)三層總剛度降低不超過50%⑵相鄰質(zhì)量差別不大于50%則為規(guī)則結(jié)構(gòu)。4）

沿高度各樓層的屈服強(qiáng)度系數(shù)xy≥0.55）

防震縫，最小寬度房屋高度H≤15m縫寬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、結(jié)構(gòu)布置1）框架應(yīng)為雙向框架，梁柱軸線宜對中2）加強(qiáng)樓蓋的整體性，現(xiàn)澆，裝配整體，后澆層，板縫3）

填充墻，合理布置，均勻?qū)ΨQ。三、四級(jí)框架，可采用磚填充墻，8度區(qū)以上不宜采用磚填充墻應(yīng)盡可能采用輕質(zhì)高強(qiáng)墻板4）基礎(chǔ)型式：獨(dú)立基礎(chǔ)——交叉梁條形基礎(chǔ)——箱形基礎(chǔ)—樁基礎(chǔ)5、承載力與延性

框架結(jié)構(gòu)要有必要的承載能力和良好的變形能力和耗能能力。合理的屈服機(jī)制，控制塑性較出現(xiàn)的位置。在梁端，防止出現(xiàn)在柱上，稱為強(qiáng)柱弱梁”。梁柱的破壞宜為彎曲破壞，防止剪切破壞，稱為“強(qiáng)剪弱彎”。應(yīng)防止節(jié)點(diǎn)區(qū)、連接、錨固等破壞，稱為“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，強(qiáng)錨固”。框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程：結(jié)構(gòu)布置——荷載計(jì)算——重力荷載代表值計(jì)算——水平（地震）作用計(jì)算——內(nèi)力計(jì)算（豎向、水平向）——內(nèi)力組合——截面承載力（配筋）計(jì)算——變形驗(yàn)算§5.3框架內(nèi)力與位移計(jì)算1、水平地震作用的計(jì)算一般情況下可用底部剪力法周期計(jì)算可采用頂點(diǎn)位移法

——非結(jié)構(gòu)墻體影響系數(shù) 磚填充墻 輕質(zhì)墻、外掛墻板各樓層地震作用標(biāo)準(zhǔn)值頂層附加地震作用2、水平地震作用下，框架內(nèi)力計(jì)算(1)反彎點(diǎn)法反彎點(diǎn)法適用條件：層數(shù)較少，梁柱線剛度比大于3時(shí)。反彎點(diǎn)位置：上部0.5H

底層0.7H內(nèi)力計(jì)算步驟：層間剪力分配到柱——計(jì)算柱彎矩——根據(jù)節(jié)點(diǎn)平衡計(jì)算梁彎矩。反彎點(diǎn)法(2)、D值法（改進(jìn)反彎點(diǎn)法）

考慮上下梁剛度的影響，對反彎點(diǎn)位置加以修正。

計(jì)算步驟如下：

i)、計(jì)算各層柱的側(cè)移剛度D

柱線剛度

α——修正系數(shù)，由梁柱線剛度定。ii)、計(jì)算各柱分配剪力iii)、確定反彎點(diǎn)高度yy0——標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比，查表5-6P104y1——上、下梁線剛度不同，對y的修正值彎點(diǎn)上移，y1為正值彎點(diǎn)下移，y1為負(fù)值y2——上層層高與本層層高不同時(shí)，反

彎點(diǎn)高度修正值.由和查表。y3——下層層高與本層層高不同時(shí)，反彎點(diǎn)高度修正值。iv)、計(jì)算柱端彎矩上端下端v)、計(jì)算梁端彎矩vi)、

梁端剪力vii)、

計(jì)算柱軸力N，為各層柱上梁端剪力之和關(guān)于上次課的問題3、豎向荷載作用下框架內(nèi)力計(jì)算

分層法和彎矩二次分配法1)分層法（彎矩分配分層計(jì)算法）特點(diǎn)：

底層其它層柱線剛度不變0.9

傳遞系數(shù)1/21/3

將各層計(jì)算結(jié)果疊加。對于不平衡彎矩較大節(jié)點(diǎn)再分配一次（不再傳遞）。2)

彎矩二次分配法過程：計(jì)算各節(jié)點(diǎn)固端彎矩（不平衡彎矩）——分配（第一次）和傳遞同時(shí)進(jìn)行——再分配（第二次）。3)

彎矩調(diào)幅

考慮塑性內(nèi)力重分布，可將梁端彎矩調(diào)幅，減小梁端彎矩調(diào)整系數(shù)現(xiàn)澆框架0.8~0.9

裝配整體式0.7~0.8調(diào)幅后的跨中彎矩計(jì)算

注意只有豎向荷載作用下的梁端彎矩可以調(diào)幅，水平荷載作用下的梁端彎矩不能調(diào)幅。4、內(nèi)力組合

通過內(nèi)力計(jì)算，獲得了在不同荷載作用下產(chǎn)生的構(gòu)件內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)可能出現(xiàn)的最不利情況進(jìn)行構(gòu)件的內(nèi)力組合所得設(shè)計(jì)內(nèi)力值，進(jìn)行截面設(shè)計(jì).

一般有兩種組合：（1）、地震作用效應(yīng)與重力荷載代表值效應(yīng)的組合（2）、豎向荷載效應(yīng)組合(非抗震組合)

包括全部恒載與活載的組合。

對于框架來說，對框架梁、框架柱的控制截面進(jìn)行內(nèi)力組合。i)、框架梁梁端彎矩梁端正彎矩跨中正彎矩梁端剪力關(guān)于梁跨中彎矩的求法：⑴圖解法⑵解析法用平衡求出RA或RB求出剪力為零的位置x寫出ii)、框架柱內(nèi)力不利組合柱上下端為控制截面取不利組合5、位移計(jì)算1)多遇地震烈度下。

求出多遇烈度下得各層間剪力層間位移2)罕遇地震作用下層間彈塑性位移計(jì)算對于大于0.5的框架，只要彈性位移滿足要求，可不進(jìn)行彈塑性位移計(jì)算。當(dāng)時(shí)，進(jìn)行彈塑性位移計(jì)算。驗(yàn)算步驟：⑴樓層屈服強(qiáng)度的確定⑵薄弱層確定，一般在底層和較小層。薄弱層的層間彈塑性位移驗(yàn)算（1）樓層屈服強(qiáng)度(剪力)的確定a.計(jì)算梁柱極限抗彎能力b.計(jì)算柱截面有效受彎承載力c.計(jì)算單根柱的層間受剪承載力d.第i層總的屈服強(qiáng)度a、根據(jù)梁柱的實(shí)際配筋及材料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算梁柱的極限抗彎承載力梁:柱:b、計(jì)算柱端截面有效受彎承載力（與屈服機(jī)制有關(guān)）：

根據(jù)破壞機(jī)制 當(dāng)時(shí)，為強(qiáng)梁弱柱型,

柱先屈服，梁后屈服當(dāng)時(shí)，為強(qiáng)柱弱梁型， 梁首先屈服。柱端截面有效受彎承載力由節(jié)點(diǎn)的彎矩平衡得出，且不大于柱的極限彎矩。

當(dāng)且一柱端先達(dá)到屈服，此時(shí)，另一端的受彎承載力按剛度求得。下柱上端屈服上柱下端屈服c、計(jì)算第i層第j根柱的受剪承載力d、第i層總的屈服強(qiáng)度⑶薄弱層的層間彈塑性位移計(jì)算⑷層間彈塑性位移驗(yàn)算框架計(jì)算步驟總結(jié)確定計(jì)算簡圖、幾何參數(shù)計(jì)算、靜力荷載統(tǒng)計(jì)。地震作用計(jì)算：用底部剪力法計(jì)算水平地震作用及層間剪力TaFEkVi內(nèi)力計(jì)算：用D值法計(jì)算水平作用下的內(nèi)力（并同時(shí)進(jìn)行彈性層間位移驗(yàn)算）；用分層法或彎矩二次分配法計(jì)算重力荷載代表值作用下的內(nèi)力。 計(jì)算各項(xiàng)非地震荷載作用下的內(nèi)力。內(nèi)力組合：包括地震作用組合及非地震作用組合。截面及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（配筋計(jì)算）：注意內(nèi)力值的調(diào)整。彈塑性位移驗(yàn)算：梁柱截面極限抗彎承載力柱端有效受彎承載力VyjiVyi；a1

Vei

xyi

薄弱層

hpDup

§5.4鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)（一）、框架梁抗震設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求及計(jì)算要點(diǎn)：梁形成塑性鉸后仍有足夠的受剪承載力——設(shè)計(jì)剪力的取值。梁筋屈服后，塑性鉸區(qū)段應(yīng)有較好的延性和耗能能力——延性設(shè)計(jì)問題。解決好梁筋的錨固問題。1、框架梁受剪承載力驗(yàn)算

⑴梁剪力設(shè)計(jì)值

要充分估計(jì)梁端實(shí)際配筋屈服并產(chǎn)生超強(qiáng)時(shí)有可能產(chǎn)生的最大剪力。一、二、三級(jí)：q-重力荷載代表值一級(jí)及9度時(shí)尚應(yīng)符合：

——梁左右端順時(shí)針或逆時(shí)針組合設(shè)計(jì)彎矩。對一級(jí)框架兩端均為負(fù)彎矩時(shí)，取絕對值較小的一側(cè)ηvb——梁端剪力增大系數(shù)，分別取1.3、1.2、1.1。⑵剪壓比限值⑶梁斜截面受剪承載力

上式考慮了反復(fù)荷載作用對梁抗剪強(qiáng)度的降低。2、提高梁延性的措施

主要影響因素：截面尺寸、縱筋配筋率、剪壓比、配箍率、鋼筋及砼的強(qiáng)度。⑴截面：⑵縱筋配筋率：（通過受壓區(qū)高度控制）一級(jí)，二、三級(jí)梁端受拉筋配筋率⑶梁端受壓縱筋與受拉縱筋的比率

一級(jí)框架：二級(jí)三級(jí)框架：⑷梁端加密箍筋：

抗震等級(jí)

加密區(qū)長度最大間距（取?。┳钚≈睆揭?hb,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通長縱筋：

一、二級(jí)不小于，且不小于受力縱筋面積的1/4;三四級(jí)不少于。3、梁筋錨固：防止錨固破壞⑴梁筋錨固方式：直線型和彎折型⑵反復(fù)荷載下：

砼粘結(jié)強(qiáng)度退化率為0.75，抗震所需的錨固長度應(yīng)在原錨固長度上有所增加。一、二級(jí)三級(jí)四級(jí)⑶彎折筋的彎折段不能太小。⑷梁筋伸過節(jié)點(diǎn)中心線不少于5d，當(dāng)時(shí)，應(yīng)滿足：⑸中節(jié)點(diǎn)下部鋼筋，伸過中心不小于5d，伸過支坐邊緣大于。⑹頂層邊柱、梁、柱、縱筋的錨固。一、二級(jí)框架，負(fù)筋“柱內(nèi)、梁內(nèi)同時(shí)搭接”方案。

三四級(jí)框架“梁內(nèi)搭接”方案，梁筋全部伸入柱邊內(nèi)梁下100m處，柱筋至少伸入梁內(nèi)50%，20d和1倍兩者較大的。4、控制塑性鉸位置：

通過合理配筋方式使梁的預(yù)期塑性鉸離開柱邊不小于梁高也不小于500mm處。方法：附加短縱筋，附加短腰筋，彎筋。要求柱邊截面比塑性鉸處受彎承載力提高25%以上。

（二）、框架柱抗震設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則及要點(diǎn)：⑴強(qiáng)柱弱梁，使柱盡量不出現(xiàn)塑性鉸——柱設(shè)計(jì)彎矩的取值及計(jì)算。⑵在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞，使柱有足夠的抗剪能力——柱設(shè)計(jì)剪力的取值及計(jì)算。⑶控制柱的軸壓比不要太大——軸壓比的限值。⑷加強(qiáng)約束，配置必要的約束箍筋——構(gòu)造要求。

軸壓比的概念

名義軸向壓應(yīng)力與砼抗壓強(qiáng)度之比1、軸壓比（N/bchcfc）軸壓比是影響柱子破壞形態(tài)和延性的主要因素之一。軸壓比越大，柱子的延性越差。柱子的破壞形態(tài)也隨軸壓比的增大，由大偏心破壞向小偏心破壞過渡?？拐鸾Y(jié)構(gòu)要求柱子有足夠的延性且為大偏心破壞，故控制軸壓比的限值。

軸壓比抗震等級(jí)一二三框架柱0.70.80.9

框支柱0.60.7框-墻、板柱墻及筒體

0.750.850.952、強(qiáng)柱弱梁--柱設(shè)計(jì)彎矩的取值要求：塑性鉸出現(xiàn)在梁上作法：（*以下所述內(nèi)容主要針對一、二、三級(jí)框架。）

⑴節(jié)點(diǎn)上、下柱端的彎矩設(shè)計(jì)值9度及一級(jí)抗震尚應(yīng)符合：當(dāng)一、二、三級(jí)框架柱的軸壓比小于0.15時(shí)，可按四級(jí)框架計(jì)算彎矩設(shè)計(jì)值。

ηc對于一、二、三級(jí)框架分別為1.4、1.2、1.1。⑵一、二、三級(jí)框架底層柱底截面的組合彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)分別乘以1.5、1.25和1.15的增大系數(shù)，角柱內(nèi)力按上述調(diào)整后進(jìn)一步放大10%。⑶柱的軸力按組合值取。⑷柱的配筋計(jì)算。注意承載力抗震調(diào)整系數(shù)。3、強(qiáng)剪弱彎——設(shè)計(jì)剪力取值要求：在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞作法：

⑴柱剪力設(shè)計(jì)值9度時(shí)及一級(jí)框架尚應(yīng)符合：

ηvc——柱剪力增大系數(shù)，一、二、三級(jí)分別為1.4、1.2、1.1。⑵剪壓比限值：柱截面尺寸不能太小短柱⑶柱斜截面受剪承載力4、加強(qiáng)柱端約束：

在柱端一定范圍內(nèi)加密箍筋。加密箍筋的作用：承擔(dān)剪力；約束砼；提高抗壓強(qiáng)度；提高變形能力；防止縱向壓曲加密箍筋注意事項(xiàng)⑴范圍：中取最大值，底層，剛性地面上下各500mm。短柱、角柱全高加密。⑵箍筋的最大間距抗震等級(jí)最大間距（取較小值）最小直徑一級(jí)：6d，100mmf10二級(jí)：8d，100mmf8三級(jí)：8d，150mmf8四級(jí)：8d，150mmf8⑶箍筋最小體積配筋率（見p117表5-13）

⑷箍筋型式：普通箍復(fù)合箍螺旋箍⑸肢距：加密區(qū)，一級(jí)≤200，二、三級(jí)≤250

或20倍d，四級(jí)≤300

每隔一個(gè)縱筋它在兩個(gè)方向有箍筋約束。非加密區(qū)：箍筋量不少于加密區(qū)的50%5、柱縱向鋼筋的配置：最小配筋率和最大配筋率要求。最小配筋率（見p116表5-11)：如三級(jí)框架，中邊柱0.7%。最大配筋率為5%，注意防止粘結(jié)不足破壞。當(dāng)柱邊尺寸大于400mm時(shí)，縱向鋼筋間距不宜大于200mm。（三）、框架節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)

（*以下所述內(nèi)容主要針對一、二級(jí)框架。）

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：⑴節(jié)點(diǎn)承載力不應(yīng)低于連接構(gòu)件⑵在多遇烈度下，節(jié)點(diǎn)處于彈性工作范圍⑶罕遇烈度下，節(jié)點(diǎn)承載力的降低不能危及荷載的傳遞⑷不應(yīng)使施工過分困難1、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪承載力驗(yàn)算⑴剪力設(shè)計(jì)值

作用于節(jié)點(diǎn)的剪力來源于邊梁的開裂，由節(jié)點(diǎn)承擔(dān)拉筋的錨固。一、二級(jí)框架邊節(jié)點(diǎn)：梁受拉筋的拉力柱受剪力

——柱的計(jì)算高度中節(jié)點(diǎn)：頂層節(jié)點(diǎn)：三、四級(jí)框架不需計(jì)算。ηjb——節(jié)點(diǎn)剪力增大系數(shù)一級(jí)為1.35，二級(jí)為1.2。9度及一級(jí)時(shí)，尚應(yīng)滿足頂層：中間層：⑵剪壓比限值——節(jié)點(diǎn)約束影響系數(shù)，節(jié)點(diǎn)四邊有梁，梁寬不小于該側(cè)柱寬的1/2，且正交梁高度不小于框架梁高度的3/4時(shí)，取其他情況均?、枪?jié)點(diǎn)受剪承載力：由砼和箍筋共同承擔(dān)。

當(dāng)