1、第6章 框架设计和构造框架设计和构造 框架是框架结构体系、框剪结构体系及框筒结构中的基本结构单元。框架是框架结构体系、框剪结构体系及框筒结构中的基本结构单元。各种体系的内力计算方法行所不同，仅在求出内力以后，都要通过内力组合求出梁、柱控制截面的最不利内力，然后进行截面配筋计算及构造设计。框架梁按照受弯构件设计，框架柱按照压弯构件设计。梁、柱截面的一般配筋计算及构造在钢筋混凝土基本构件中已有详细讨论，这里不再重复。但是抗震设计时，对钢筋混凝土构件有特殊的要求，要进行专门的抗震设计。本章重点讨论框架梁、柱及其节点的抗震设计方法，适当补充一些非抗震情况下的设计要求。通过本章学习，了解框架抗震设计方法
2、、概念和要点。掌握框架梁、框架柱的剪力、弯矩大小的计算方法以及构造要求。掌握框架梁、柱节点的剪力、弯矩大小的计算方法以及构造要求。框架结构布置、截面尺寸估算和材料强度等级框架内力组合及最不利内力框架抗震设计方法延性框架的概念框架梁抗震设计框架柱抗震设计梁柱节点区抗震设计一、框架结构布置一、框架结构布置1、结构布置的一般原则结构布置的一般原则框架结构布置、截面尺寸估算和材料强度等级 满足使用要求，并尽可能与建筑的平、立剖面划分相一致；满足使用要求，并尽可能与建筑的平、立剖面划分相一致；满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行；
3、行；结构尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；结构尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；妥善地处理温度、地基不均匀沉降以及地震等因素对建筑的影妥善地处理温度、地基不均匀沉降以及地震等因素对建筑的影响；响；施工简便；施工简便；经济合理。经济合理。结构布置方法结构布置方法 房屋横向刚度大，侧移小；房屋横向刚度大，侧移小；横梁高度大，室内有效净空小。横梁高度大，室内有效净空小。非抗震时使用非抗震时使用横向布置横向布置 横向承重横向承重结构布置方法结构布置方法 连系梁截面较小，框架梁截面连系梁截面较小，框架梁截面尺寸大，室内有效净空高；尺寸大，室内有效净空高；对纵向地基不均匀沉降较有利；对纵向
4、地基不均匀沉降较有利；房屋横向刚度小，侧移大。房屋横向刚度小，侧移大。纵向布置纵向布置 纵向承重纵向承重结构布置方法结构布置方法 整体性好，受力好；整体性好，受力好；适用于整体性要求较高和楼面荷适用于整体性要求较高和楼面荷载较大的情况。载较大的情况。双向布置双向布置 双向承重双向承重截面尺寸估算截面尺寸估算0b12181lhbb4121hb 框架梁截面尺寸估算框架梁截面尺寸估算l0 梁的计算跨度；梁的计算跨度；hb 梁的截面高度；梁的截面高度；bb 梁的截面宽度。梁的截面宽度。一般情况下一般情况下：梁净跨与截面高度之比梁净跨与截面高度之比不宜小于不宜小于4梁的截面宽度不梁的截面宽度不宜小于宜小
5、于200mm框架梁线刚度框架梁线刚度lIEicb Ec 混凝土弹性模量；混凝土弹性模量；I 框架梁截面惯性矩；框架梁截面惯性矩；l 框架梁的跨度。框架梁的跨度。式中式中：框架梁惯性矩取值框架梁惯性矩取值注：注：I0为梁按矩形截面计算的惯性矩，为梁按矩形截面计算的惯性矩，。30121bhI 截面尺寸估算截面尺寸估算截面尺寸估算截面尺寸估算框架柱截面尺寸估算框架柱截面尺寸估算N 柱中轴向力。Nv 柱支承的楼面荷载面积上竖向荷载产生的轴向力设计值。可近似将楼面板沿柱轴线之间的中线划分，恒载和活载的 分项系数均取1.25，或近似取1214 kN/m2进行计算。fc 混凝土轴心抗压强度设计值。N=（1.
6、011.10）Nv 仅有风载作用或抗震等级为四级时ccfNA 有地震作用，抗震等级为一三级时 N=（1.011.20）Nv 一级时ccfNA8.0二级时三级时ccfNA7.0ccfNA9.0混凝土强度等级框架内力组合及最不利内力 控制截面及最不利内力类型 荷载布置 梁端弯矩调幅 水平力作用下框架剪力墙结构中框架内力的调整 内力组合控制截面0.9 7 控制截面 荷载布置 恒载 活载 水平荷载恒载布置梁的活载不利布置水平荷载作用方向梁端弯矩调幅竖向荷载竖向荷载下框架梁弯矩塑性调幅下框架梁弯矩塑性调幅 调幅理由:梁端出现塑性铰延性框架、强柱弱梁、有利抗震，减少节点区负筋便于施工，节点并非绝对弹性实际
7、弯矩小于弹性计算弯矩。调幅方法:梁端弯矩乘以0.80.9的折减系数，按平衡条件计算调幅后的跨中弯矩。水平力作用下框架剪力墙结构中框架内力的调整 在得到计算内力之后，要在框架与剪力墙之间进行内力调整。这是因为在地震作用下，通常都是剪力墙先开裂，剪力墙刚度降低，承载力也将下降，剪力将在框架和剪力墙之间重新分配，使一部分地震作用产生的剪力向框架转移，此时需要适当调整框架的内力值。另外，在结构计算中，假定楼板在其自身平面内的刚度无限大，不发生变形。然而，在实际的框架剪力墙结构中，楼板或多或少要产生变形，变形的结果将会使框架部分的水平位移大于剪力墙的水平位移，相应地，框架实际承受的水平力大于采用刚性楼板
8、假定的计算结果。在地震作用下应对框架剪力墙结构中的框架的剪力做适当调整：（1）规则建筑凡是VF0.2V0的楼层设计时可按计算值采用，不做调整。（2）规则建筑凡是VF0.2V0的楼层设计时应选取下列两者中的较小值：VF0.2V0 VF1.5VF max式中 VF框架剪力墙协同工作时分析所得的框架各层总剪力；V0地震作用产生的结构底部总剪力；VFmax各层框架所承担的总剪力最大值。注意：调整柱剪力的同时，也要按剪力调整比例调整柱弯矩及梁的内力，但柱轴力不调整。调整以后的地震作用内力与其他荷载作用下的内力再进行组合。内力组合（1）横载、活载、风载及地震等效荷载都分别按各自规律布置，进行内力分析；（2
9、）取出各个构件的控制截面内力，进过内力调整后填入表内；（3）根据本建筑的具体情况选出本结构可能出现的若干组组合。将各内力分别乘以相应的荷载分项系数及组合系数；（4）按照不利内力的要求分组叠加内力；（5）在若干组不利内力中选取最不利内力作为构件截面的设计内力。有时要通过试算才能找到哪组内力得到的配筋最大。框架抗震设计方法框架抗震设计方法延性框架的概念延性框架的概念 在框架体系、框架剪力墙体系以及框筒体系中，虽然内力计算方法不同，但是在求出内力以后，都要通过内力组合求出梁、柱控制截面的最不利内力，然后进行截面配筋计算以及构造设计。虽然梁、柱截面的一般配筋计算以及构造在一般的钢筋混凝土教材中已有讨论
10、，但在抗震设计时，对钢筋混凝土构件有特殊要求。重点讨论框架梁、柱以及节点的抗震设计方法，并适当补充一些非抗震情况下的设计要求。一、延性框架的概念一、延性框架的概念二、延性结构的设计原则二、延性结构的设计原则“三强三弱三强三弱”三、合适的结构材料三、合适的结构材料 在罕遇地震作用下要求结构处于弹性状态是不必要，也是不经济的。通常是在中等烈度的地震作用下允许结构某些构件屈服，出现塑性铰，使结构刚度降低，塑性变形加大。当塑性铰达到一定数量后，结构会出现屈服现象，即承受的地震作用力不增加或增加很少，而结构变形迅速增加。延性结构的荷载位移曲线一、延性框架的概念一、延性框架的概念左图为延性结构的荷载位移曲
11、线，延性结构即是能维持承载能力而又具有较大塑性变形能力的结构。结构延性能力通常用顶点水平位移延性比来衡量。延性比定义：u/y其中：y结构屈服时的顶点位移；u能维持承载能力的最大顶点位移。延性结构在结果中等烈度的地震作用后，加以修复仍可以重新使用，在罕遇地震下也不至于倒塌。符合抗震设计的“三水准”要求，因此在地震区都应该设计延性结构。结果合理设计，钢筋混凝土框架可以达到较大的延性，称为延性框架结构。框架顶点水平位移是由各个杆件的变形形成的。当各杆件都处于弹性阶段时，结构变形是弹性的。当杆件屈服后，结构就出现塑性变形。框架中，塑性铰可能出现在梁上，也可能出现在柱上，因此，梁、柱构件都应由良好的延性
12、。构件的延性以构件的变形或塑性铰转动能力来衡量，称为构件位移延性比 f fu/fy 或截面曲率延性比 u/y。延性结构的要求和分析延性结构的要求和分析1要保证框架结构有一定的延性，梁、柱构件需要具有足够的延性，钢筋混凝土构件的剪切破坏是脆性的，或者延性很小。因此，构件不能过早剪坏；2框架结构中，塑性铰出现在梁上比较有利，如图所示：3塑性铰出现在柱中的时候，很容易形成破坏机构，如图所示：4延性框架，不仅要保证梁、柱构件必须具有延性外，还必须保证各构件的连接部分节点区不出现脆性剪切破坏，同时还要保证支座连接和锚固不发生破坏。延性结构的设计原则延性结构的设计原则1强柱弱梁强柱弱梁要控制梁、柱的相对强
13、度，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免和减少柱子中的塑性铰；2强剪弱弯强剪弱弯对于梁、柱构件，要保证构件出现塑性铰而不过早剪坏，因此，要使构件抗剪承载力大于塑性铰抗弯承载力，为此要提高构件的抗剪承载力；3强节点、强锚固、弱构件强节点、强锚固、弱构件要保证节点区和钢筋锚固不过早破坏，不在梁、柱塑性铰充分发挥作用前破坏。注意：上述抗震措施要点，不仅适用于延性框架，也适用于其它钢筋混凝土延性结注意：上述抗震措施要点，不仅适用于延性框架，也适用于其它钢筋混凝土延性结构。构。下面几节将主要介绍在延性框架中实现这些要点的措施。框架梁抗震设计框架梁抗震设计强柱弱梁结构中，主要由梁构件的延性来提供框架结构的延性
14、。因此，要求设计具有良好延性的框架梁。一、梁的破坏形态与延性一、梁的破坏形态与延性钢筋混凝土梁有两种破坏可能：弯曲破坏与剪切破坏。钢筋混凝土梁有两种破坏可能：弯曲破坏与剪切破坏。弯曲破坏时，由于纵筋配筋率的影响，可能出现三种破坏形态：1少筋破坏：2超筋破坏：3适筋破坏：PP受拉钢筋配置过少，钢筋屈服后立即被拉断而发生断裂破坏，脆性破坏；受拉钢筋配置过多，钢筋没屈服前混凝土就被压碎而丧失承载能力，脆性破坏；受拉钢筋配置合理，钢筋屈服后，由于钢筋流幅形成塑性铰，中和轴上升，直到压区混凝土被压碎而破坏，延性破坏。剪切破坏是脆性的，或者延性很小。要防止梁在屈服以前出现剪切破坏，即要求强剪弱弯。二、梁最
15、小截面尺寸 框架梁的截面尺寸应满足三方面的要求：承载力要求、构造要求、剪压比限值。1、构造要求 框架主梁的截面高度可按（1/81/12）l确定，l为主梁计算跨度，满足此要求时，在一般荷载作用下，可不验算挠度。在地震作用下，梁端塑性铰区混凝土保护层容易剥落。如果梁截面宽度过小则截面损失比例较大，故一般框架梁宽度不宜小于200mm。为了对节点核心区提供约束以提高节点受剪承载力，梁宽不宜小于柱宽的1/2。狭而高的梁不利于混凝土约束，也会在梁刚度降低后引起侧向失稳，故梁的高宽比不宜大于4。另外，梁的塑性铰区发展范围与梁的跨高比有关，当跨高比小于4时，属于短梁，在反复弯剪的作用下，斜裂缝将沿梁全长发展，
16、从而使梁的延性和承载力急剧降低。所以，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。2剪压比限值 梁端塑性铰区的截面剪应力大小对梁的延性、耗能及保持梁的刚度和承载力有明显影响。根据反复荷载下配箍率较高的梁剪切试验资料，其极限剪压比平均值约为0.24。当剪压比大于0.30时，即使增加配箍，也容易发生斜压破坏，主要是因为梁截面过小，剪应力过大造成的。剪压比限值，主要是防止发生剪切斜压破坏，其次是限制使用荷载下斜裂缝的宽度，同时也是梁的最大配箍条件。因此框架梁的截面应符合下列要求：025.0bbccbhbfV（1）无地震作用组合时：（2）有地震作用组合时：跨高比大于2.5的梁：跨高比不大于2.5的梁：)2.0(1
17、0bbccREbhbfV)15.0(10bbccREbhbfVVb框架梁剪力设计值，按强剪弱弯原则调整梁的截面剪力。三、框架梁的混凝土受压区的限制三、框架梁的混凝土受压区的限制 控制框架梁混凝土受压区的目的是控制塑性铰区纵向受拉钢筋的最大配筋率。试验表明，当纵向受拉钢筋配筋率很高时，梁受压区的高度相应加大，截面上受到的压力也大，梁的变形能力随截面混凝土受压区的相对高度增大而减小。为防止框架梁因过高的配筋率而不能满足延性的要求，对梁的混凝土受压区高度应根据不同抗震等级加以限制，受压区高度小则有利于提高梁的延性。另外，梁端截面上纵向受压钢筋与纵向受拉钢筋保持一定的比例，对梁的延性也有较大的影响。原
18、因是：一定的受压钢筋可以减小混凝土受压区高度；在地震作用下，梁端可能会出现正弯矩，如果梁底面钢筋过少，梁下部破坏严重，也会影响梁的承载力和变形能力。因此，梁端部截面必须配置一定的受压钢筋用以提高梁的截面延性。具体要求如下：（1）非抗震设计：（2）抗震设计：0bbhxsyEf0033.011xbh0 b 一级抗震等级：二、三级抗震等级：25.00bhx5.0ssAA35.00bhx3.0ssAA（1）无地震作用组合时：（2）有地震作用组合时：试验研究表明，在低周反复荷载作用下，构件的正截面承载力与一次加载时的正截面承载力没有太多差别。因此，对框架梁正截面承载力仍可用非抗震设计的相应公式计算，但应
19、考虑相应的承载力抗震调整系数。四、四、框架梁正截面抗弯承载力计算 1 1梁受弯承载力的设计表达式 （1）非抗震设计：（2）抗震设计：2 2由抗弯承载力确定截面配筋 3纵向钢筋的配置纵向钢筋的配置 在地震作用效应与竖向荷载效应组合下，框架梁的弯矩分布和反弯点位置可能发生较大变化，故需配置一定数量贯通全长的纵向钢筋。为保持梁有一定的承载能力，沿梁全长顶面和底面应至少各配置两根纵向钢筋，一、二级抗震设计时钢筋直径不应小于14mm，且分别不应小于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4；三、四级抗震设计和非抗震设计时钢筋直径不应小于12mm。五、框架梁斜截面抗剪承载力的验算五、框架梁斜截面抗剪承
20、载力的验算 梁的受剪承载力由混凝土和抗剪钢筋两部分组成。试验研究表明，在低周反复荷载作用下，构件上出现两个不同方向的交叉斜裂缝，直接承受剪力的混凝土受压区因有斜裂缝通过，受剪承载力比一次加载时的受剪承载力要低，梁的受压区混凝土不再完整，斜裂缝的反复张开与闭合，使骨料咬合作用下降，严重时混凝土将剥落。根据试验资料，反复荷载下梁的受剪承载力比静载下约低20%40。因此，抗震设计时，框架梁、柱、剪力墙和连梁等构件的斜截面混凝土受剪承载力取非抗震设计时混凝土相应受剪承载力的0.6，同时应考虑相应的承载力抗震调整系数，并且要满足强剪弱弯的要求。因此，在抗震设计和非抗震设计时抗剪承载力有所不同。抗剪承载力
21、验算公式为：（1）无地震作用组合时：0025.17.0bsvyvbbthsAfhbf集中荷载对梁端产生的剪力占总剪力值的75%以上的矩形截面梁：对矩形、T形和工字形截面一般梁 VbVb0175.1bsvyvbbthsAfhbf（1.53）（2）有地震作用组合时对矩形、T形和工字形截面一般梁 Vb025.142.01bsvyvbbtREhsAfhbf集中荷载对梁端产生的剪力占总剪力值的75%以上的矩形截面梁：Vb0105.11bsvyvbbtREhsAfhbf（1.53）式中 Vb为保证延性框架梁塑性铰区的强剪弱弯的设计剪力，一、二、三级抗震时要根据梁的抗弯承载能力计算其设计值；bb、hb0梁截
22、面宽度和有效高度；fyv箍筋抗拉强度设计值；Asv配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；s箍筋间距；计算截面的剪跨比。在塑性铰区以外的各个梁截面，仍按照弹性计算所得的组合剪力，计算所需箍筋数量和间距。框架梁抗剪承载力计算（体现强剪弱弯）GbrblbvbbVlMMV0/)(GbrbulbubVlMMV0/)(1.1)(0ahfAMbyksbu梁设计剪力一三级抗震时：9度和一级抗震时：六、框架梁构造要求六、框架梁构造要求 工程中，框架梁梁端不宜用弯起筋抗剪。当梁扣除翼板厚度后的截面高度大于或等于450 mm时，在梁的两侧面沿高度各配置梁扣除翼板后截面面积的0.1%的纵向构造钢筋，其间距不应大于2
23、00 mm，纵向构造钢筋的直径宜偏小取用，其长度贯通梁全长，伸入柱内长度按受拉锚固长度，如接头应按受拉搭接长度考虑。梁两侧纵向构造钢筋宜用拉筋连接，拉筋直径一般与箍筋相同，当箍筋直径大于10mm时，拉筋直径可采用10 mm，拉筋间距为非加密区箍筋间距的2倍。箍筋构造要求第一道箍筋设置在距支座边缘50mm处。必须做成封闭箍，加135度弯钩，弯钩端头直段长度10d，且不小于75mm。箍筋肢距一级不宜大于200mm和20倍箍筋直径的较大值，二、三级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm。在纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋间距，钢筋受拉时不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大
24、于100mm；钢筋受压时不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不应大于200mm。框架梁非加密区箍筋最大间距不宜大于 加密区箍筋间距的2倍。当梁截面宽度大于400mm且一层内的纵向 受压钢筋多于3根时，或当梁截面宽度不 大于400mm但一层内的纵向受压钢筋多于 4根时，应设置复合箍筋。箍筋弯钩箍筋加密区构造 箍筋加密区即塑性铰开展区，范围不得小于500mm和 （一级抗震）（二四级抗震）除满足承载力计算要求外，加密区箍筋最小直径和最大间距应满足下表的要求，当纵向钢筋配筋率大于2时，箍筋最小直径比表中的要求还要增加2mm，表中d为纵筋直径。bh2bh5.1 塑性铰区裂缝加密区箍筋构造要求箍筋非加密区
25、构造 塑性铰区外塑性铰区外箍筋的配置：根据计算且不少于加密区的50沿梁全长箍筋的配筋率应符合下列规定：一级抗震等级：二、三级抗震等级：非抗震设计非抗震设计ytsvff/32.0ytsvff/28.0非加密区箍筋最大间距非抗震设计梁箍筋最大间距框架柱抗震设计框架柱抗震设计由于地震具有不确定性，不可能绝对防止在柱中出现塑性铰。为了安全储备要设计延性柱。国内、外历次大地震中，由钢筋混凝土柱失效造成的震害是很多的，房屋是否能够破坏而不倒，很大程度上与柱的延性好坏有关。近年来，国内外对钢筋混凝土柱的抗震性能作了大量试验研究，提出了延性柱的设计方法及一些抗震措施。柱承受压、弯、剪的共同作用，为保证延性，首
26、先要防止脆性的剪切破坏，还要避免几乎没有延性的小偏压破坏。二、正截面抗弯承载力计算及最小配筋率二、正截面抗弯承载力计算及最小配筋率一、影响框架柱延性的主要因素一、影响框架柱延性的主要因素三、斜截面抗剪承载力计算及配箍三、斜截面抗剪承载力计算及配箍四、轴压比限制及配箍四、轴压比限制及配箍五、钢筋配置构造要求五、钢筋配置构造要求一、影响框架柱延性的主要因素一、影响框架柱延性的主要因素1剪跨比剪跨比 2 2轴压比轴压比 n3箍筋配筋率箍筋配筋率v 影响钢筋混凝土柱破坏形态的主要因素是剪跨比。cchHVhM20ccnfANcyvvvff框架柱的箍筋有三个作用：抵抗剪力，对混凝土提供约束，防止纵筋压屈。
27、二、正截面抗弯承载力计算及最小配筋率二、正截面抗弯承载力计算及最小配筋率有地震作用组合时：柱常采用矩形截面、对称配筋无地震作用组合时：ahAfxhxbfNebfNxcsyccccc00112ahAfxhxbfNebfNxcsycccREccRE001121aheec20NMe 0 M、N分别为柱端弯矩及轴力设计值。在无地震作用组合时，取最不利内力组合值；在有地震作用组合时，N取内力组合值，M则要在内力组合值及强柱弱梁要求的弯矩值中选用较大值作为设计弯矩。按强柱弱梁要求调整柱端弯矩设计值按强柱弱梁要求调整柱端弯矩设计值 （1）抗震设计时，四级框架柱的柱端弯矩设计值可直接取考虑地震作用组合的弯矩值
28、。（2）一、二、三级框架的梁、柱节点处，除顶层和柱轴压比小于0.15者外（对于轴压比小于0.15的柱，包括顶层柱，因其具有与梁相近的变形能力，故可不必满足上述要求），柱端考虑地震作用组合的弯矩设计值应按下列公式予以调整：梁、柱节点弯矩9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合bccMMbuacMM2.1例题：例题：某框架中间层，中间节点考虑地震作用组合时内力如图所示，其中（a）为左震作用下节点弯矩图，（b）为右震作用下节点弯矩图。求，当抗震等级为二级时，节点上，下柱端截面的弯矩设计值。（a）左震 （b）右震解：为实现“强柱弱梁”，先求出梁端的弯矩总和：左震时梁端弯矩总和：mkNMb.618390
29、228相应柱端弯矩总和：mkNMc.600317283右震时梁端弯矩总和 mkNMb.576150426相应柱端弯矩总和：mkNMc.518296222（a）左震 （b）右震取左震和右震中梁端弯矩值较大者，即：mkNMb.618390228“强柱弱梁”调整1.21.2 618741.6.ccbbMMMkN m柱端弯矩分配 按弹性方法，对调整后的柱端弯矩进行分配上柱端截面 下柱端截面 mkNMbc.8.349600/2836.741mkNMtc.8.391600/3176.741为增强底层框架柱柱脚处的抗弯能力，推迟柱脚处形成塑性铰的时间，弯矩应设计值乘以1.15、1.25、1.5 的增大系数。
30、框架角柱受力不利，地震时破坏大，设计时应按双向偏心计算配筋；弯矩设计值宜乘以增大系数1.1。强柱弱梁的设计要求应贯彻在整个设计过程中，从各方面保证增大柱子的安全度，使梁成为较弱的构件。四级抗震时，可以不考虑强柱弱梁要求。框架柱截面抗弯钢筋需要量，除按压弯构件承载力计算外，还要满足最小配筋率要求；特别是角柱的纵向钢筋含钢率要求更高。框架柱纵向钢筋最小配筋率 单位：三、斜截面抗剪承载力计算及配箍1偏心受压柱的受剪承载力偏心受压柱的受剪承载力无地震作用组合时无地震作用组合时：有地震作用组合时：有地震作用组合时：极短柱时：极短柱时：NhsAfhbfVcsvyvcctc07.0175.100NhsAfh
31、bfVcsvyvcctREc056.0105.110001csvyvREchsAfV2偏心受拉柱的受剪承载力偏心受拉柱的受剪承载力 偏心受拉柱是在拉弯共同作用下产生的，其斜裂缝端处剪压区高度较小，甚至没有剪压区，这时，柱的抗剪能力要比无轴力时降低，其斜截面抗剪能力按下式校核：无地震作用组合时：有地震作用组合时：NhsAfhbfVcsvyvcctc2.0175.100NhsAfhbfVcsvyvcctREc2.0105.11003、抗剪截面设计为了抗剪安全，柱的截面也不能太小，用下式保证柱截面面积：025.0ccccchbfV无地震作用时：02.01ccccREchbfV015.01ccccRE
32、chbfV剪跨比大于2的柱：有地震作用时：剪跨比不大于2的柱：4柱端组合剪力设计值的调整柱端组合剪力设计值的调整为提高柱的延性，框架柱的设计除了应满足强柱弱梁的要求外，还应满足强剪弱弯的要求，即柱的斜截面受剪承载力应大于柱正截面受弯承载力，柱的剪力设计值应为：（1）无地震作用组合时：非抗震设计时，柱端截面剪力组合设计值的表达式与梁相同，此时式中的V应为各种荷载作用下的柱端剪力。（2）有地震作用组合时：抗震设计时，一、二、三级的框架柱和框支柱端部组合的剪力设计值应按下式调整：0/)(cbctcvccHMMV0/)(2.1cbcutcucHMMV一级框架结构和9度时尚应符合 5框架角柱地震作用效应
33、的调整框架角柱地震作用效应的调整 由地震引起的建筑结构扭转会使角柱地震作用效应明显增大，故应对角柱的地震作用效应予以调整。一、二、三级框架的角柱，经过上述调整后的组合剪力设计值尚应乘以不小于1.10的增大系数。在长柱中，按照强剪弱弯要求计算得到的箍筋数量只需配置在柱端塑性铰区（即箍筋加密区），柱其余部分的钢筋按内力组合剪力计算得到。在短柱中，由于出现剪切破坏的可能性大，对抗震十分不利，因此，按照强剪弱弯要求计算得到的箍筋数量应在柱全高配置。在其他情况下，设计剪力按内力组合所得的最大剪力Vmax。如果轴压比过高，混凝土承担的轴压力过大，则容易引起混凝土的压溃，而发生脆性破坏，因此，抗震设计时框架
34、柱的轴压比应小于一定的限值。四、轴压比限值及配箍四、轴压比限值及配箍 减小柱轴压比的措施：加大柱截面及提高混凝土强度等级。在高层建筑中，底下几层柱子轴力很大，要把轴压比限制在很小的范围内是很困难的。研究表明，配置箍筋也是提高柱延性的很有效的措施，原因是箍筋约束了混凝土的横向变形，从而提高了混凝土的极限变形能力，也就提高了延性。一般来说，箍筋用量越多，间距越密，对混凝土的约束作用越大，箍筋的多少可以用体积配箍率来标识。体积配箍率：含箍特征值：slllAsvsvv21cyvvvffyvcvvff（1）一级抗震等级时，v不应小于0.8；二级时，v不应小于0.6；三、四级时，v不应小于0.4。（2）当
35、柱混凝土强度等级小于C35时，cf按C35取值；当箍筋抗拉强度设计值 yvf超过360MPa时，按360MPa取值。柱端箍筋加密区最小含箍特征值箍筋形式及各种箍筋受力分析 箍筋的形式（a）普通矩形箍；（b）螺旋箍；（c）复式箍箍筋约束作用示意图（a）普通矩形箍；（b）螺旋箍；（c）复式箍 非抗震设计时非抗震设计时 柱箍筋应做成封闭式，其直径不小于0.25d及6mm；箍筋间距不大于柱截面短边尺寸且不应大于400 mm；同时，在绑扎骨架中，不应大于15d；在焊接骨架中，不应大于20d，d为纵向钢筋的最小直径。当纵筋配筋率超过3时，要加强箍筋，其直径不小于8，间距不大于200mm及10d，并且最好做
36、成焊接封闭箍。柱纵向钢筋间距不大于350mm，为了浇注混凝土方便，其净距也不要小于50mm；当柱截面每边钢筋数目多于4根时，箍筋各肢间要加拉筋或做成复式箍，使每隔一根纵筋都有箍筋的拐角作为支点。在纵筋塔接处，箍筋间距要加密；钢筋受拉时，间距不大于100mm及5d，受压时，间距不大于200mm及10d。五、钢筋配置构造要求抗震设计时抗震设计时在抗震结构中，还要考虑塑性铰区的特殊配箍要求。长柱塑性铰都出在柱的两端，为了改善柱延性而配置钢箍，按强剪弱弯要求或按约束混凝土要求计算的钢箍，应配置在塑性铰区，称为箍筋加密区；其他一切可能出现剪切破坏的部位，钢箍也都要加密，这些区域亦称为箍筋加密区。框架柱箍
37、筋加密区的范围(三者取大值）：n1/6柱净高，n柱截面长边，500mm。规范中柱加密区箍筋的构造要求 柱箍筋加密区范围柱加密箍筋间距、直径 在非加密区，箍筋不应少于加密区箍筋数量的50%，箍筋间距不大于10d(一、二级抗震)及15d（三、四级抗震）。如果非加密区箍筋配置过少，破坏部位可能转移到非加密区。梁柱节点区抗震设计梁柱节点区抗震设计 强节点、强锚固 节点区设计剪力 节点区抗剪验算 梁、柱钢筋锚固及搭接 纵筋锚固要求 纵筋搭接要求 节点区钢筋锚固梁柱节点区是指梁柱连接部位处梁高范围内的柱强节点、强锚固 由震害调查可见，节点区的破坏大都是由于节点区无箍筋或少箍筋，在剪压作用下混凝土出现斜裂缝
38、，然后挤压破碎，纵向钢筋压屈成灯笼状所致。保证节点区不发生剪切破坏的主要措施是：通过抗剪验算，在节点区配置足够的箍筋，并保证混凝土的强度及密实性，实现强节点。在节点试验中注意到的另一个重要现象是，梁内纵向钢筋在节点区内的滑移，通过强锚固来保证。节点区受力简图、裂缝和破坏 节点区设计剪力bcbbbjhHahahMV001ctsyKbsyKjVAfAfVbcrbulbubctcbcchHMMhHMMV 一级、二级：bcbbbcjhHahahMV001 9 度和一级框架尚应符合：bcbbbujhHahahMV00115.1 节点设计剪力)(0ahfAMbyksbu节点区抗剪验算节点区的抗剪承载力公式
39、由试验得到，设计时要求：9度时要求：在一、二级抗震的框架节点区，当梁、柱截面尺寸及混凝土等级已知时，可根据上面的公式求出节点区所需的箍筋面积及间距；此外，节点区的箍筋至少要和柱端加密区配置的箍筋相等。在三、四级抗震的框架中，节点区不需进行抗剪验算，按构造要求配置箍筋；节点区配置箍筋的构造要求是，至少要与柱中箍筋加密区的箍筋数量相等。此外，为了使柱节点区的平均剪应力不过高，不过早出现斜裂缝，也不过多配置钢箍，应按下式限制节点区平均剪应力（节点尺寸验算）：)(05.01.110ahsAfbbNhbfVbsvjyvcjjjjtjREj)(9.010ahsAfhbfVbsvjyvjjtjREj)30.
40、0(1jjccjREjhbfV纵筋锚固要求 一、二级抗震等级：三级抗震等级：四级抗震等级：其中：aaEll15.1aaEll05.1aaEll0.1dffltyaa纵筋搭接要求 搭接方法有搭接接头、焊接接头和机械接头。当采用搭接接头时，其搭接长度应不小于下列规定：各种钢筋混凝土结构构件纵向受力钢筋的连接方法，应遵守以下规定：框架柱：一、二级抗震等级及三级抗震等级的底层，宜采用机械接头；三级抗震等级的其他部位和四级抗震等级，也可采用搭接或焊接接头；框支柱：宜采用机械接头；框架梁：一级，宜采用机械接头，也可采用搭接或焊接接头；非抗震和二、三、四级可采用搭接或焊接接头。aElEll接头面积百分率系数
41、节点区钢筋锚固非抗震设计时框架梁柱节点中梁中纵向钢筋的连接构造非抗震设计时框架梁柱节点的钢筋搭接构造 抗震设计时框架梁柱节点的钢筋搭接构造 步骤一：结构布置步骤一：结构布置步骤二：截面初选步骤二：截面初选步骤三：外力计算步骤三：外力计算竖向恒荷载竖向活荷载水平风荷载地震作用步骤四：内力计算步骤四：内力计算竖向恒荷载作用下内力计算竖向活荷载作用下内力计算水平风荷载作用下内力计算地震作用下内力计算结构设计步骤步骤五：侧移验算步骤五：侧移验算侧移不满足要求回到步骤一步骤六：控制截面及控制截面内力调整步骤六：控制截面及控制截面内力调整梁柱轴线端内力调整至构件边缘端竖向荷载梁端出现塑性铰产生的塑性内力重
42、分布步骤七：内力组合、确定最不利内力步骤七：内力组合、确定最不利内力步骤八：延性设计调整步骤八：延性设计调整步骤九：截面设计步骤九：截面设计步骤十：板的设计步骤十：板的设计步骤十一：楼梯的设计步骤十一：楼梯的设计步骤十二：基础的设计步骤十二：基础的设计例题：例题：框架构件抗震设计某12层框架，总高43m，位于8度设防区、类场地土上。已知框架尺寸及1，2层截面如图8-15所示。1，2层梁柱组合后内力示于表（1）。设混凝土为C30（柱）及C25（梁），主筋用级钢、箍筋用级钢。要求设计第1层梁、第1层中柱及其节点配筋。解：查表，该结构要求一级抗震。由混凝土结构设计规范查得混凝土及钢筋强度（单位均为）
43、如表（2）。1梁正载面抗弯配筋（1）B支座处负弯矩配筋：采用双筋载面，压筋用 ，即查表得取上部配筋满足要求。（2）B支座处正弯矩配筋：由上面的计算取则满足B支座处弯矩要求。（3）跨中正弯矩配筋：设 则 查表得 ，取下部配筋 ，；跨中上部为构造配筋。（4）A支座处配筋：设底部 钢筋直通A支座，则在抵抗A支座负弯矩时，故 查表得 ，取上部钢筋 ，A支座正载面受弯承载力 满足要求。该支座端载面均满足要求。2梁箍筋及剪压比验算梁端箍筋加密区剪力设计值由强剪弱弯要求计算，取左端（A端）正弯矩及右端（B端）负弯矩组合。已知抗剪配筋配双肢箍，直径 ，由构造要求（，中之较小值），取 。非加密区由组合剪力值计算
44、箍筋，配双肢箍 ，由最小配箍率要求所以非加密区配箍为 。梁剪压比验算：满足要求。3中柱轴压比验算及抗弯配筋轴压比验算用最大轴力设计值满足要求。按强柱弱梁要求计算柱弯矩设计值按表（1）中组合内力计算，第1层柱底载面要求弯矩值乘以增大系数1.25，取所以按强柱弱梁要求的弯矩值配筋：1层柱2层柱1层柱柱长细比所以不考虑挠度对偏心距影响，取=1.0对称配筋查表可知，柱配筋最小为选用4中柱箍筋及剪压比验算按强剪弱弯计算柱剪力设计值。先由实际配筋计算Mcu。抗剪计算：取3取N1485kN取复式箍筋4肢12（表中最小直径为10），则接体积配箍要求，由表8-5，取v1.6%最后取12100在长柱中，柱端箍筋加密区长度取Hc0/6，hc及500mm三者中较大值，现取Hc0/6为800mm。加密区箍筋四肢12，间距100mm。在非加密区，取四肢箍12，间距200mm。柱剪压比满足要求。5中柱节点区配箍计算节点区剪力设计值：节点四面有梁，取j1.5，节点区混凝土等级与梁相同，取C25，因 N0.5fcbchc，所以取N0.5fcbchc，取 bjbc，hjhc。节点区配筋与柱端加密区相同，取四肢12，则取节点区箍筋四肢1270节点区剪压比满足要求。高层建筑结构设计A14周周四3-4节开元公教5-116
