第5章高層框架結構截面設計與構造要求課件

第五章高層框架結構截面設計與構造要求5.1一般規(guī)定考慮到地震作用的隨機性，框架結構應設計成雙向梁柱抗側力體系，并通過節(jié)點連接，形成空間受力體系。主體結構中的節(jié)點除個別部位外，不應采用鉸接。根據(jù)以前對框架結構震害的研究經(jīng)驗，抗震設計的框架結構不宜采用單跨框架，單跨框架超靜定次數(shù)較少，安全儲備不夠，在地震時容易形成機構，不宜作為抗震設計的框架形式?？蚣芰骸⒅行木€宜重合。當梁、柱中心線不能重合時，在計算中應考慮偏心對梁、柱節(jié)點核心區(qū)受力和構造的不利影響，同時應考慮梁荷載對柱子的偏心影響。為承托隔墻，又要盡量減少梁軸線與柱軸線的偏心距，可采用梁上挑板承托墻體的處理方法。梁、柱中心線之間的偏心距，9度抗震設計時不應大于柱截面在該方向寬度的1/4；非抗震設計和6～8度抗震設計時不宜大于柱截面在該方向寬度的1/4，如偏心距大于該方向柱寬的1/4時，可采取增設梁的水平加腋（圖5.1）等措施，試驗表明，此法能明顯改善梁柱節(jié)點承受反復荷載的性能。bx/lx≤1/2bx/bb≤2/3(5-1)bb+bx+x≥bc/2為滿足梁的剛度和承載力要求，節(jié)省材料和有利的建筑空間，有時可將梁設計成梁端下部加腋形式。這種加腋梁在進行框架的內(nèi)力和位移計算時，可采用等效線剛度代替變截面加腋梁的實際線剛度。當梁兩端加腋對稱時，其等效線剛度為加腋梁中間部分截面的線剛度乘以等效剛度系數(shù)?？蚣芙Y構空間的分隔通常要用到大量的的填充墻及隔墻，墻體材料宜選用輕質(zhì)墻體?？拐鹪O計時，框架結構如采用砌體填充墻，其布置應符合下列要求：1避免形成上、下層剛度變化過大；2避免形成短柱；3減少因抗側剛度偏心所造成的扭轉。地震時，框架結構中的填充墻容易發(fā)生平面外的失穩(wěn)，所以抗震設計時，砌體填充墻及隔墻應具有自身穩(wěn)定性，并應符合下列要求：1砌體的砂漿強度等級不應低于M5，墻頂應與框架梁或樓板密切結合；2砌體填充墻應沿框架柱全高每隔500mm左右設置2根直徑6mm的拉筋，拉筋伸入墻內(nèi)的長度，6、7度時不應小于墻長的1/5且不應小于700mm，8、9度時宜沿墻全長貫通；3墻長大于5m時，墻頂與梁（板）宜有鋼筋拉結；墻長大于層高的2倍時，宜設置鋼筋混凝土構造柱；墻高超過4m時，墻體半高處（或門洞上皮）宜設置與柱連接且沿墻全長貫通的鋼筋混凝土水平系梁。抗震設計的框架結構中，當僅布置少量鋼筋混凝土剪力墻時，結構分析計算應考慮該剪力墻與框架的協(xié)同工作。如樓、電梯間位置較偏而產(chǎn)生較大的剛度偏心時，宜采取將此種剪力墻減薄、開豎縫、開結構洞、配置少量單排鋼筋等措施，減小剪力墻的作用，并宜增加與剪力墻相連之柱子的配筋?，F(xiàn)澆框架梁、柱、節(jié)點的混凝土強度等級，按一級抗震等級設計時，不應低于C30；按二～四級和非抗震設計時，不應低于C20。現(xiàn)澆框架梁的混凝土強度等級不宜大于C40；框架柱的混凝土強度等級，抗震設防烈度為9度時不宜大于C60，抗震設防烈度為8度時不宜大于C70。強度等級過高的混凝土延性較弱，在地震發(fā)生時容易發(fā)生脆性破壞。5.2截面設計在構件中形成塑性鉸后，會導致塑性內(nèi)力重分布，使得結構內(nèi)力與按彈性理論計算結果有較大差別。另一方面，為了施工、尤其是鋼筋布置的方便，也需要對內(nèi)力進行調(diào)整。豎向荷載下框架梁彎矩的塑性調(diào)幅

在豎向荷載下，梁端截面往往有較大的負彎矩，如按彎矩計算配筋，負鋼筋將過于密集，施工難度較大。而強柱弱梁的設計原則又要求塑性鉸首先出現(xiàn)在梁端，因此設計中可以把梁端負彎矩進行調(diào)幅，降低負彎矩，以減少配筋面積。

①現(xiàn)澆框架，支座彎矩調(diào)幅系數(shù)可取0.8～0.9；②裝配整體式框架，支座彎矩調(diào)幅系數(shù)可取0.7～0.8；裝配整體式框架中，矩調(diào)幅系數(shù)取得低的原因是，由于梁、柱在節(jié)點的裝配過程中，鋼筋焊接或混凝土澆注不密實等原因，節(jié)點可能會產(chǎn)生變形。根據(jù)實測結果可知，節(jié)點變形會使梁端彎矩較計算結果減少約10%。③框架梁端截面負彎矩調(diào)幅后，梁跨中截面彎矩應按平衡條件相應增大。截面設計時，框架梁跨中截面正彎矩設計值不應小于豎向荷載作用下按簡支梁計算的跨中截面彎矩設計值的50%。應先對豎向荷載作用下的框架梁彎矩進行調(diào)幅，再與水平荷載產(chǎn)生的框架梁彎矩進行組合。2、梁設計剪力調(diào)整

為了保證框架梁塑性鉸區(qū)的強剪弱彎，《建筑抗震設計規(guī)范》規(guī)定，一～三級抗震時應調(diào)整設計剪力。

VGb——梁在重力荷載代表值(9度時高層建筑還應包括豎向地震作用標準值)作用下，按簡支梁分析的梁端截面剪力設計值；——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，一級框架兩端彎矩均為負彎矩時，絕對值較小的彎矩應取零；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。一級框架結構及9度時尚應符合3.框架柱內(nèi)力調(diào)整強柱弱梁要求節(jié)點處柱端截面所承受的彎矩之和應不小于梁端所承受彎矩之和，即

一級框架結構及9度時尚應符合一、二、三級的框架柱和框支柱組合的剪力設計值應按下式調(diào)整：框架節(jié)點核芯區(qū)

節(jié)點區(qū)是框架梁、柱的結合點，是保證梁、柱可靠工作的關鍵。在設計中，保證節(jié)點的承載力，使之不發(fā)生過早破壞，是十分重要的。強節(jié)點是指在節(jié)點區(qū)配置足夠的箍筋、保證混凝土的強度及密實性。節(jié)點的破壞試驗表明，破壞過程大致可分為兩個階段：第一階段為通裂階段。當作用于節(jié)點核心混凝土的剪力達到極限承載力的60～70%時，核心區(qū)出現(xiàn)貫通斜裂縫，此時鋼筋應力很?。ú怀^20MPa），剪力主要由混凝土承擔。第二階段為破裂階段。隨反復荷載逐漸加大，貫通裂縫加寬，剪力主要由箍筋承擔，箍筋應力陸續(xù)達到屈服。在混凝土擠碎前達到最大承載能力。節(jié)點的設計即以第二階段作為極限狀態(tài)。

9度和一級其它情況一、二級框架梁柱節(jié)點核心區(qū)組合的剪力設計值，應按下列公式計算：5.3框架梁的構造要求框架結構的主梁截面高度hb可按（1/10～1/18）lb確定，lb為主梁計算跨度；梁凈跨與截面高度之比不宜小于4。梁的截面寬度不宜小于200mm，梁截面的高寬比不宜大于4。當梁高較小或采用扁梁時，除驗算其承載力和受剪截面要求外，尚應滿足剛度和裂縫的有關要求。在計算梁的撓度時，可扣除梁的合理起拱值，對現(xiàn)澆梁板結構，宜考慮梁受壓翼緣的有利影響?？拐鹪O計時，為提高梁端塑性鉸區(qū)截面的塑性轉動能力，梁端箍筋應加密。為使梁端塑性鉸區(qū)截面有較大的塑性轉動能力，抗震設計時，計入受壓鋼筋作用的梁端截面混凝土受壓區(qū)高度與有效高度之比值，一級不應大于0.25，二、三級不應大于0.35；縱向受拉鋼筋的最小配筋百分率ρmin（%），非抗震設計時，不應小于0.2和45ft/fy二者的較大值；抗震設計時，不應小于表中規(guī)定的數(shù)值；為增加受壓區(qū)混凝土的延性，減小框架梁端塑性鉸區(qū)范圍內(nèi)截面受壓區(qū)高度，抗震設計時，梁端截面的底面與頂面縱向鋼筋截面面積的比值，除按計算確定外，一級框架梁不應小于0.5，二、三級框架梁不應小于0.3。沿梁全長頂面和底面應至少各配置兩根縱向鋼筋，一、二級抗震設計時鋼筋直徑不應小于14mm，且分別不應小于梁兩端頂面與底面縱向鋼筋中較大截面面積的1/4；三、四級抗震設計和非抗震設計時鋼筋直徑不應小于12mm。為防止粘結破壞產(chǎn)生滑移，一、二級抗震等級的框架梁內(nèi)貫通中柱的每根縱向鋼筋的直徑，對矩形截面柱，不宜大于該方向柱截面尺寸的1/20；對圓形截面柱，不宜大于縱向鋼筋所在位置柱截面弦長的1/20。5.4框架柱構造要求

柱的軸壓比是指柱考慮地震作用組合的軸向壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比。軸壓比較小時，在水平地震作用下，柱將發(fā)生大偏心受壓的彎曲型破壞，柱具有較好的位移延性；反之，柱將發(fā)生小偏心受壓的壓潰型破壞，柱幾乎沒有位移延性。框架結構受到的水平荷載可能來自正反兩個方向，故柱的縱向鋼筋宜采用對稱配筋。為了改善框架柱的延性，使柱的屈服彎矩大于其開裂彎矩，保證柱屈服時具有較大的變形能力，要求柱全部縱向鋼筋的配筋率不應小于表中的規(guī)定值，且柱截面每一側縱向鋼筋配筋率不應小于0.2%；同時，柱全部縱向鋼筋的配筋率，非抗震設計時不宜大于5%、不應大于6%，抗震設計時不應大于5%；柱內(nèi)箍筋形式常用的有普通箍筋和復合箍筋兩種抗震設計時，為提高柱潛在塑性鉸區(qū)截面的塑性轉動能力，柱在塑性鉸區(qū)范圍內(nèi)的箍筋應加密。柱箍筋加密區(qū)的范圍：底層柱的上端和其他各層柱的兩端，應取矩形截面柱之長邊尺寸（或圓形截面柱之直徑）、柱凈高之1/6和500mm三者之最大值范圍；底層柱剛性地面上下各500mm的范圍;底層柱柱根以上1/3柱凈高的范圍；剪跨比不大于2的柱和因填充墻等形成的柱凈高與截面高度比不大于4的范圍;一級及二級框架角柱和需要提高變形能力的柱的全高范圍.柱箍筋加密區(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。每隔一根縱向鋼筋宜在兩個方向有箍筋約束；采用拉筋組合箍時，拉筋宜緊靠縱向鋼筋并勾住封閉箍。柱箍筋加密區(qū)的箍筋間距和直徑：一般情況下應按下表采用；5.5鋼筋的連接與錨固非抗震設計時，框架梁、柱的縱向鋼筋在框架節(jié)點區(qū)的錨固和搭接，應符合下列要求（圖5.6）(1)頂層中節(jié)點柱縱向鋼筋和邊節(jié)點柱內(nèi)側縱向鋼筋應伸至柱頂；當從梁底邊計算的直線錨固長度不小于la時，可不必水平彎折，否則應向柱內(nèi)或梁、板內(nèi)水平彎折，當充分利用柱縱向鋼筋的抗拉強度時，其錨固段彎折前的豎向投影長度不應小于0.5la，彎折后的水平投影長度不應小于12倍的柱縱向鋼筋直徑。（2）頂層端節(jié)點處，在梁寬范圍以內(nèi)的柱外側縱向鋼筋可與梁上部縱向鋼筋搭接，搭接長度不應小于1.5la；在梁寬范圍以外的柱外側縱向鋼筋可伸入現(xiàn)澆板內(nèi)，其伸入長度與伸入梁內(nèi)的相同。當柱外側縱向鋼筋的配筋率大于1.2%時，伸入梁內(nèi)的柱縱向鋼筋宜分批截斷，其截斷點之間的距離不宜小于20倍的柱縱向鋼筋直徑。（3）梁上部縱向鋼筋伸入端節(jié)點的錨固長度，直線錨固時不應小于la，且伸過柱中心線的長度不宜小于5倍的梁縱向鋼筋直徑；當柱截面尺寸不足時，梁上部縱向鋼筋應伸至節(jié)點對邊并向下彎折，錨固段彎折前的水平投影長度不應小于0.4la，彎折后的豎直投影長度應取15倍的梁縱向鋼筋直徑。（4）當計算中不利用梁下部縱向鋼筋的強度時，其伸入節(jié)點內(nèi)的錨固長度應取不小于12