设计3-钢筋混凝土框架结构VIP

1 第三章钢筋混凝土框架结构第一节框架结构体系及布置 一 框架结构体系1 框架结构组成框架结构是由梁 柱 节点及基础组成的结构形式 横梁和立柱通过节点连为一体 形成承重结构 将荷载传至基础 西南科技大学网络教育课程 back 2 2 框架结构种类根据施工方法的不同 分为整体式 装配式和装配整体式三种 3 框架结构布置 1 横向承重框架 2 纵向承重框架 3 纵横双向承重框架 西南科技大学网络教育课程 back 3 二 变形缝1 沉降缝设置沉降缝是为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中引起裂缝 房屋扩建时 新建部分与原有建筑结合处也可设置沉降缝分开 沉降缝将建筑物从基础至屋顶全部分开 各部分能够自由沉降 西南科技大学网络教育课程 back 4 2 伸缩缝设置伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力而使房屋产生裂缝 伸缩缝仅将上部结构从基础顶面断开 基础不断开 3 防震缝当房屋平面复杂 立面高差悬殊 各部分质量和刚度截然不同时 应设置防震缝 对有抗震设防要求的房屋 其沉降缝和伸缩缝均应符合防震缝要求 并尽可能三缝合并设置 三 框架梁 柱截面尺寸1 梁 柱截面形状 西南科技大学网络教育课程 back 5 2 梁 柱截面尺寸 1 梁截面尺寸一般取 2 柱截面尺寸柱截面高度可取 柱截面宽度可取 并按下述方法进行初步验算 框架柱承受竖向荷载为主时 可先按负荷面积估算出柱轴力 再按轴心受压柱验算 考虑到弯矩影响 适当将柱轴力乘以1 2 1 4的放大系数 对有抗震设防的框架结构 需要限制柱的轴压比 为柱的轴压比限值 框架柱截面高度不宜小于400mm 宽度不宜小于350mm 为避免发生剪切破坏 柱净高与截面长边之比宜大于4 西南科技大学网络教育课程 back 6 3 梁截面惯性矩Io为梁矩形截面部分的截面惯性矩 四 框架结构计算简图1 平面计算单元框架结构是一个由横向框架和纵向框架组成的空间结构 西南科技大学网络教育课程 back 7 2 计算简图框架杆件用其轴线表示 杆件之间的连接用节点表示 杆件长度用节点之间的距离表示 框架的计算跨度为框架柱轴线间的距离 框架柱的计算高度 除底层柱外 可取各层层高 底层柱一般取至基础顶面 当有整体刚度很大的地下室时 可取至地下室结构的顶部 西南科技大学网络教育课程 back 8 第二节竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法 一 分层法1 计算假定 1 框架的侧移忽略不计 即不考虑框架侧移对内力的影响 2 每层梁上的荷载对其他层梁 柱内力的影响忽略不计 仅考虑对本层梁 柱内力的影响 2 计算要点 1 计算简图 西南科技大学网络教育课程 back 9 2 计算要点将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架 框架梁上作用的荷载 柱高及梁跨均与原结构相同 计算时 将各层梁及其上 下柱所组成的敞口框架作为一个独立计算单元 用弯矩分配法分层计算各榀敞口框架的杆端弯矩 由此求得的梁端弯矩即为其最后弯矩 因每一层柱属于上 下两层 所以每一层柱的最终弯矩需由上 下两层计算所得的弯矩值叠加得到 上 下层柱的弯矩叠加后 节点弯矩一般不会干衡 如果需要提高精度 可对不平衡弯矩再作一次弯矩分配 但不传递 3 对计算假定引起误差的修正 除底层柱以外的其它各层柱的线刚度乘以修正系数0 9 据此来计算节点周围各杆件的弯矩分配系数 杆端分配弯矩向远端传递时 底层柱和各层梁的传递系数仍按远端为固定支承取为1 2 其它各柱的传递系数考虑远端为弹性支承取为1 3 西南科技大学网络教育课程 back 10 4 分层法的适用范围 节点梁柱线刚度比 结构与荷载沿高度分布比较均匀例题3 1某三跨五层钢筋混凝土框架 各层框架梁所受竖向荷载设计值 恒载 如图3 8a所示 各杆件相对线刚度示于图中 试用分层法计算各杆件的弯矩 解 1 将原框架分为5个敝口框架 除底层外的各柱线刚度均乘以折减系数0 9 2 用弯矩分配法计算每一敞口框架的杆端弯矩 利用对称性取半跨 底层柱弯矩传递系数仍取1 2 其余各柱弯矩传递系数取1 3 具体计算过程见图3 9a和图3 9 3 将分层法所得弯矩图叠加 并将A D轴线各节点不平衡弯矩作一次分配 B C轴线各节点不平衡弯矩相差不大 不再分配 框架最后弯矩图示于图3 10 西南科技大学网络教育课程 back 11 二 弯矩二次分配法1 计算假定假定某一节点的不平衡弯矩只对与该节点相交的各杆件的远端有影响 而对其余杆件的影响忽略不计 2 基本思路先对各节点不平衡弯矩进行第一次分配 并向远端传递 传递系数均取1 2 再将因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配 整个弯矩分配和传递过程即告结束 这就是弯矩二次分配法 注意 弯矩分配两次 传递一次 西南科技大学网络教育课程 back 12 例题3 2某三跨五层钢筋混凝土框架 各层框架梁所受竖向荷载设计值 恒载 如图3 11所示 各杆件相对刚度示于图中 试用二次弯矩分配法计算各杆件的弯矩 解 1 因框架结构和作用荷载均对称 仅取半跨进行分析 这时中跨梁的相对线刚度应乘以修正系数1 2 根据各杆件的线刚度计算各节点杆端弯矩分配系数 2 计算竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩 并将各节点不平衡穹矩进行第一次分配 3 将所有杆端的分配弯矩向远端传递 传递系数均取l 2 4 将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配 使各节点处于平衡状态 5 将各杆端的固端弯矩 分配弯矩和传递弯矩相加 即得各杆端弯矩 二次弯矩分配法计算过程见图3 12 最终框架弯矩图见图3 13 西南科技大学网络教育课程 back 13 第三节水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算 一 反弯点法适用范围 结构比较均匀 层数不多的多层框架 梁 柱线刚度比1 基本假定 1 确定各柱间的剪力分配时 认为梁的线刚度与柱的线刚度之比为无限大 各柱上下两端均不发生角位移 2 确定各柱的反弯点位置时 认为除底层以外的其余各层柱 受力后上下两端的转角相同 3 不考虑框架梁的轴向变形 同一层各节点水平位移相等 西南科技大学网络教育课程 back 14 2 同层各柱剪力分配第i层k根柱的侧移刚度 层间水平力平衡方程 西南科技大学网络教育课程 back 15 第i层各柱柱端相对侧移均为 按照侧移刚度的定义 各层的层间总剪力按各柱侧移刚度在该层侧移刚度所占比例分配到各柱 西南科技大学网络教育课程 back 16 3 柱中反弯点位置柱的反弯点高度yh为反弯点至柱下端的距离 y为反弯点高度与柱高的比值 h为柱高 由假定可确定柱的反弯点高度 对于上部各层柱 反弯点位于柱的中点处 y 1 2 对于底层柱 反弯点偏离中点向上 可取y 2 3 西南科技大学网络教育课程 back 17 4 框架梁柱内力 1 柱端弯矩 2 梁端弯矩 西南科技大学网络教育课程 back 18 3 梁端剪力 4 柱的轴力节点左右梁端剪力之和即为柱的层间轴力 西南科技大学网络教育课程 back 19 二 改进反弯点法 D值法 1 柱侧移刚度的修正柱侧移刚度修正系数 西南科技大学网络教育课程 back 20 2 柱的反弯点位置 1 标准反弯点高度比yo规则框架 指层高 跨度 柱的线刚度和梁的线刚度分别相等的框架 规则框架在节点水平力的作用下 可假定同层各节点转角相等 这时各层横梁的反弯点位于跨中且该点无竖向位移 标准反弯点高度比yo已制成表格表3 4 表3 5 2 上下层梁线刚度变化时反弯点高度比修正值y1当反弯点上移y1h 当反弯点下移y1h 计算时可查表3 6 西南科技大学网络教育课程 back 21 3 上下层层高变化时反弯点高度比修正值若某柱的上下层层高改变时 反弯点位置也有变化 需要修证 计算时可查表3 7 框架各层柱的反弯点高度 各层柱的反弯点高度比 标准反弯点高度比 上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值 上下层层高变化时反弯点高度比的修正值 西南科技大学网络教育课程 back 22 注意 当各层框架柱的侧移刚度和各层柱反弯点位置确定以后 计算步骤与反弯点法一样 三 框架结构侧移的近似计算控制侧移包括两部分内容 控制顶层最大侧移和控制层间相对位移 总体剪切变形和总体弯曲变形 西南科技大学网络教育课程 back 23 1 由梁柱弯曲变形引起的侧移第i层层间相对侧移 顶点侧移为各层层间侧移之和 2 由柱轴向变形引起的侧移第i层层间相对侧移 顶点侧移 高规 规定 对房屋高度大于50m或高宽比大于4的结构 宜考虑柱轴向变形的影响 西南科技大学网络教育课程 back 24 第四节荷载效应组合原则和构件设计 一 荷载效应组合荷载效应组合实际上是内力组合 内力组合的目的就是要找出框架梁柱控制截面的最不利内力 最不利内力是使截面配筋最大的内力 1 控制截面及最不利内力框架梁的控制截面通常是梁端支座截面和跨中截面 框架梁的控制截面最不利内力组合有以下几种 1 梁端支座截面 2 梁跨中截面 西南科技大学网络教育课程 back 25 框架柱的控制截面通常是柱上 下两端截面 框架柱的控制截面最不利内力组合有以下几种 1 及相应的N V 2 及相应的M V 3 及相应的M V 4 比较大 不是绝对最大 但N比较小或N比较大 但不是绝对最小或绝对最大 内力组合时应将各种荷载作用下梁柱轴线的弯矩值和剪力值换算到梁柱边缘处 然后进行内力组合 西南科技大学网络教育课程 back 26 2 活荷载布置 1 逐跨布置法 2 最不利位置法 3 满布法对楼面活荷载标准值不超过的一般工业与民用多层框架结构 满布荷载法的计算精度和安全度可以满足工程设计要求 为安全起见 满布法对跨中弯矩再乘以1 1 1 2的放大系数 4 水平荷载水平荷载有风荷载和水平地震作用 水平荷载应考虑正反两个方向 如果结构对称 风荷载和水平地震作用下的框架内力均为反对称 西南科技大学网络教育课程 back 27 3 荷载组合不考虑抗震设防时 荷载效应组合如下 当有两个或两个以上可变荷载参与组合且其中包括风荷载时 荷载组合系数取 在其他情况下荷载组合系数均取一般应考虑下列三种荷载组合 1 恒载 0 85 活载 风载 2 恒载 活载 3 恒载 风载对于高层框架结构 在计算荷载效应组合时应把风荷载作为主要荷载 其荷载组合值系数 西南科技大学网络教育课程 back 28 二 构件截面设计1 框架梁框架梁是受弯构件 由内力组合求得控制截面的最不利弯矩和剪力后 按正截面受弯承载力计算方法确定所需要的纵筋数量 按斜截面受剪承载力计算方法确定所需的箍筋数量 再采取相应的构造措施 对于现浇框架 支座调幅系数取0 8 0 9 对于装配整体式框架 其支座调幅系数取0 7 0 8 2 框架柱框架柱是偏心受压构件 通常采用对称配筋 确定柱中纵筋数量时 应从内力组合中找出最不利的内力进行配筋计算 框架柱除进行正截面受压承载力计算外 还应根据内力组合得到的剪力值进行斜截面抗剪承载力计算 确定柱的箍筋配置 西南科技大学网络教育课程 back 29 柱的计算长度 1 一般多层房屋的钢筋混凝土框架结构各层柱段当为现浇楼盖时 底层柱段其余各层柱段当为装配式楼盖时 底层柱段其余各层柱段 2 具有非轻质隔墙的多层房屋 当为三跨及三跨以上或为两跨且房屋的总宽度不小于房屋总高度1 3时 其各层框架柱段的计算长度 当为现浇楼盖时 当为装配式楼盖时 3 按有侧移考虑的框架结构 当竖向荷载较小或竖向荷载大部分作用在框架节点上或其附近时 各层柱段的计算长度应根据可靠设计经验取用较上述规定更大的数值 柱H为上 下两层楼盖顶面之间的距离 西南科技大学网络教育课程 back 30 3 叠合梁叠合梁是分两次浇捣混凝土的梁 第一次在预制厂浇捣混凝土 做成预制梁运往现场安装 当预制楼板搁置梁上后 在梁的上部第二次在施工现场浇注叠合层 使板和梁连成整体 叠合梁的预制部分 通常做成T形截面 以便搁置预制楼板 构造见图3 33 预制梁所以能和后浇混凝土连成整体共同工作 主要依靠预制梁中伸出叠合面的箍筋的抗剪作用以及粗糙的叠合面上的粘结力 西南科技大学网络教育课程 back 31 三 框架结构的构造要求1 混凝土强度等级框架的混凝土强度等级不应低于C20 梁柱混凝土强度等级相差不宜大于5MPa 2 框架梁 1 框架梁截面梁截面高度 且不宜大于梁截面宽度 2 框架梁纵向钢筋框架梁 柱纵向钢筋构造要求见图3 34 3 框架梁箍筋梁的箍筋沿梁全长范围内设置 第一排箍筋一般设置在距离节点边缘50mm处 梁的配箍率不应小于 箍筋最小直径和最大间距的要求与一般梁相同 西南科技大学网络教育课程 back 32 3 框架柱 1 框架柱截面柱截面高度不宜小于400mm 柱截面宽度不宜小于350mm 柱净高与截面长边尺寸之比宜大于4 2 框架柱纵向钢筋框架柱的纵向钢筋宜采用对称配筋 框架柱纵向钢筋的最小直径不应小于12mm 全部纵向钢筋的最小配筋率最大配筋率 3 框架柱箍筋箍筋应为封闭式 箍筋间距不应大于400mm 且不应大于柱短边尺寸 4 框架节点 1 现浇框架节点 节点范围内的箍筋数量应与柱端相同 2 装配式及装配整体式框架节点 西南科技大学网络教育课程 back 33 第五节框架结构抗震设计 一 抗震设计思想1 三水准的抗震设防要求 1 第一水准 当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时 建筑物一般不受损坏或不需修理可继续使用 2 第二水准 当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时 建筑物可能损坏 经过一般修理或不需修理仍可继续使用 3 第三水准 当遭受到高于本地区抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时 建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏 西南科技大学网络教育课程 back 34 2 抗震设计方法 1 第一阶段设计是多遇地震下的承载力验算和弹性变形计算 取第一水准的地震动参数 用弹性方法计算结构的地震作用 然后将地震作用效应和其它荷载效应进行组合 对构件截面进行抗震承载力验算 以满足第一水准的抗震设防要求 对延性结构还要进行弹性变形验算 控制侧向变形 防止结构构件和非结构构件出现较多损坏 满足第二水准的抗震设防要求 再通过合理的结构布置和抗震构造措施 增加结构的耗能能力和变形能力 即认为可以满足第三水准的抗震设防要求 2 第二阶段设计是罕遇地震下的弹塑性变形验算 对于特别重要的结构或建筑物的体形和抗侧力构件比较复杂的结构 除进行第一阶段设计外 还要进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算 使得结构的薄弱部位不产生可能导致结构倒塌的过大变形 西南科技大学网络教育课程 back 35 3 建筑物重要性分类 建筑抗震设防分类标准 GB50223 95根据建筑遭受破坏后可能产生的经济损失 社会影响及其在抗震救灾中的作用 将建筑物按重要性分为甲 乙 丙 丁四类 1 甲类建筑 地震破坏后对社会产生严重影响 对国民经济造成巨大损失或有特殊要求的建筑 如核电站 存放剧毒物品的建筑 中央级电信枢纽 2 乙类建筑 主要指地震时使用功能不能中断或需要尽快恢复 且地震破坏会造成社会重大影响和国民经济重大损失的建筑 如大中城市的供水 供电 广播 通讯 消防 医疗建筑 3 丙类建筑 地震破坏后有一般影响及其它不属于甲 乙 丁类的建筑 如量大面广的一般工业与民用建筑 4 丁类建筑 地震破坏或倒塌不会影响及其它不属于甲 乙 丙类的建筑 且社会影响 经济损失轻微的建筑 如储存物品价值低 人员活动少的单层仓库等建筑 西南科技大学网络教育课程 back 36 4 抗震设防标准 1 甲类建筑的地震作用 当为6 8度时应按本地区设防烈度提高一度计算 当为9度时 提高幅度应专门研究 其它各类建筑的地震作用 应按本地区设防烈度计算 但设防烈度为6度时 一般可不进行地震作用计算 2 当设防烈度为6 8度时 甲类建筑和乙类建筑应按本地区设防烈度提高一度采取抗震措施 当为9度时 应采取比9度设防更有效的抗震措施 丙类建筑应按本地区设防烈度采取抗震措施 丁类建筑可按本地区设防烈度适当降低抗震措施要求 但设防烈度为6度时不宜降低 较小的乙类建筑 采用抗震性能较好的结构体系时 可按本地区设防烈度采取抗震措施 西南科技大学网络教育课程 back 37 二 地震作用计算1 地震作用地震释放的能量以地震波的形式传到地面 引起地面运动 并带动基础和上部结构一起运动 迫使结构产生振动 振动过程中作用在结构上的惯性力就是 地震荷载 它使结构产生内力和变形 按照现行国家标准规定 荷载仅指直接作用 地震时结构施加的影响属间接作用 故将结构承受的 地震荷载 称为地震作用 2 地震作用的计算原则 1 一般情况下 水平地震作用对结构起控制作用 可按建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算 各方向的水平地震作用主要由该方向抗侧力构件承担 2 有斜交抗侧力构件的结构 当相交角度大于15 时 应分别考虑各抗侧力构件方向的水平地震作用 3 质量和刚度分布明显不对称的结构 应考虑双向水平地震作用下的扭转影响 4 9度时的高层建筑 应考虑竖向地震作用 西南科技大学网络教育课程 back 38 3 地震作用的计算方法基于反应谱理论的振型分解反应谱法 底部剪力法 以及直接输入地震波求解的时程分析法 1 高度不超过40m 以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构 可采用底部剪力法等简化方法 2 不符合上述情况的多层和高层房屋宜采用振型分解反应谱法 3 特别不规则的建筑 甲类建筑和表3 8所列高度范围的高层建筑 应采用时程分析法进行补充计算 西南科技大学网络教育课程 back 39 4 重力荷载代表值 建筑抗震设计规范 取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和作为抗震设计的重力荷载代表值 可变荷载根据地震时的遇合概率取用不同的组合系数 如表3 9所示 重力荷载代表值适用于计算地震作用以及与地震作用相遇的其它重力荷载 西南科技大学网络教育课程 back 40 5 结构抗震等级混凝土结构房屋的抗震要求 不仅与建筑重要性和地震烈度有关 而且与建筑结构的抗震能力有关 结构抗震能力又与房屋高度和结构类型 主要抗侧力构件还是次要抗侧力构件等直接相关 建筑抗震设计规范 根据建筑物重要性 设防烈度 结构类型和房屋高度等因素 将其抗震要求以抗震等级表示 抗震等级分为四级 见表3 10和续表3 10 一级抗震要求最高 四级抗震要求最低 对于不同抗震等级的建筑物采取不同的计算方法和构造要求 以利于做到经济合理的设计 西南科技大学网络教育课程 back 41 三 荷载效应组合1 结构构件荷载效应基本组合 结构构件内力组合的设计值 包括组合的弯矩 轴向力和剪力设计值 重力荷载分项系数 一般情况应采用1 2 当重力荷载效应对构件承载能力有利时 不应大于1 0 分别为水平 竖向地震作用分项系数 应按表3 11 西南科技大学网络教育课程 back 42 风荷载分项系数 应采用1 4 重力荷载代表值 有吊车时 尚应包括悬吊物重力标准值 水平地震作用标准值的效应 竖向地震作用标准值的效应 风荷载标准值 风荷载组合值系数 一般结构可不考虑 较高的高层建筑可采用0 2 西南科技大学网络教育课程 back 43 2 承载力抗震调整系数 结构构件承载力设计值 应按现行有关规范计算 承载力抗震调整系数 除以后有关章节另有规定外 应按表3 12采用 抗震规范 通过承载力抗震调整系数来反映标准值和设计值之间的差异 这个差异对不同的材料 不同构件以及不同构件的荷载效应比值均不相同 表3 12分别给出了钢筋混凝土结构的承载力抗震调整系数的值 西南科技大学网络教育课程 back 44 3 框架结构构件荷载效应组合在框架抗震设计时 一般应考虑两种基本组合 1 地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合框架结构考虑地震作用时 除高层建筑须考虑风荷载以外 一般不考虑风荷载与地震作用的组合 框架结构一般也不考虑竖向地震作用 当只考虑水平地震作用与重力荷载代表值的组合时 2 永久荷载与可变荷载的荷载效应组合无地震作用时 考虑全部竖向荷载作用的荷载效应组合 西南科技大学网络教育课程 back 45 四 框架结构构件截面抗震设计框架结构体系是由梁 柱通过节点连接而成 抗震结构构件应具备必要的强度 适当的刚度 良好的延性和可靠的连接 并应注意强度 刚度和延性之间的合理匹配 1 框架梁 1 正截面受弯承载力验算考虑地震作用组合的框架梁 其正截面受弯承载力可按非抗震设计的承载力计算公式计算 但应考虑承载力抗震调整系数 受弯梁取考虑受压钢筋作用的梁端混凝土受压区高度应符合下列要求 一级抗震等级二 三级抗震等级且纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2 5 西南科技大学网络教育课程 back 46 2 斜截面受剪承载力验算 梁端剪力设计值确定 强剪弱弯梁端剪力调整 9度设防烈度 一级抗震等级的框架结构 其它情况 一级抗震等级二级抗震等级三级抗震等级 西南科技大学网络教育课程 back 47 框架梁左 右端考虑承载力抗震调整系数的正截面受弯承载力值 应分别按顺时针和逆时针方向进行计算 并取其较大值 每端的弯矩值可按非抗震设计正截面受弯承载力有关公式计算 但在计算中应将纵向受拉钢筋的强度设计值以强度标准值代替 并取实配的纵向钢筋截面面积 不等式改为等式 并在等式右边除以梁的正截面承载力抗震调整系数 考虑地震组合的框架梁左 右端弯矩设计值 与之和 应分别按顺时针方向和逆时针方向进行计算 并取其较大值 考虑地震作用组合时的重力荷载代表值产生的剪力设计值 可按简支梁计算确定 梁的净跨 西南科技大学网络教育课程 back 48 截面尺寸限制框架梁受剪截面应符合下列条件 跨高比不小于2 5的框架梁 跨高比小于2 5的框架梁 混凝土强度影响系数 当混凝土强度等级不超过C50时 取 混凝土强度等级为C80时 取 其间按线性内插法取用 承载力抗震调整系数 受剪取为0 85 西南科技大学网络教育课程 back 49 斜截面受剪承载力验算矩形 T形和I形截面的一般框架梁 对集中荷载作用下的框架梁 包括有多种荷载 且其中集中荷载对节点边缘产生的剪力值占总剪力值的75 以上的情况 西南科技大学网络教育课程 back 50 2 框架柱框架柱设计中应遵循 强柱弱梁 的原则 避免或推迟柱端出现塑性铰 还应满足 强剪弱弯 的要求 防止过早发生剪切破坏 为提高框架柱的延性 还应控制柱的轴压比不要太大 1 正截面承载力验算考虑地震作用组合的框架柱 其正截面受压 受拉承载力可按非抗震设计的承载力计算公式计算 均应考虑相应的承载力抗震调整系数 2 弯矩设计值调整由于框架柱的延性通常比梁的延性小 一旦在框架柱上形成塑性铰 就会产生很大的层间侧移 直接危及结构的竖向承载能力 因此 在框架设计中 可以有目的地增大柱端弯矩设计值 体现 强柱弱梁 的原则 使得框架结构在水平地震作用下梁端先出现塑性铰 西南科技大学网络教育课程 back 51 节点上 下柱端的弯矩设计值柱端弯矩调整 9度设防烈度 一级抗震等级的框架结构 且不应小于按一级抗震等级公式求得的值 一级抗震等级二级抗震等级三级抗震等级对框架顶层和轴压比小于0 15的柱 以及四级抗震等级时 柱端弯矩设计值可直接取地震作用组合下的弯矩设计值 西南科技大学网络教育课程 back 52 考虑抗震等级的节点上 下柱端的弯矩设计值之和 同一节点左 右梁端按逆时针或顺时针方向组合的考虑承载力抗震调整系数的正截面受弯承载力值之和 同一节点左 右梁端按逆时针或顺时针方向考虑地震作用组合的弯矩设计值之和 当节点左 右梁端均为负弯矩时 绝对值较小一端的弯矩取零 节点上 下柱端的轴向压力设计值 取地震作用组合下各自的轴向力设计值 框架结构底层柱柱底的抗弯能力也应适当提高 对于一 二级抗震等级的框架结构底层柱下端截面的弯矩设计值 应乘以增大系数1 5 西南科技大学网络教育课程 back 53 3 剪力设计值调整柱端剪力调整 9度设防烈度 一级抗震等级的框架结构 且不应小于按一级抗震等级公式求得的值 一级抗震等级二级抗震等级三级抗震等级注意 一 二级抗震等级的框架结构的角柱的弯矩 剪力设计值宜在调整后的弯矩 剪力设计值基础上 再乘以增大系数1 3 西南科技大学网络教育课程 back 54 4 受剪截面尺寸限制限制柱的剪压比 其实质也就是从受剪的要求限制构件最小截面尺寸 框架柱的受剪截面应符合下列条件 剪跨比大于2 剪跨比不大于2 5 斜截面受剪承载力验算当框架柱出现拉力 西南科技大学网络教育课程 back 55 6 轴压比限制抗震设计中的轴压比是指柱组合轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土的轴心受压强度设计值乘积的比值 即 柱的轴压比是影响柱破坏形态和变形能力的重要因素 试验表明 轴压比越大 柱的变形能力越小 在高轴压比条件下 多配箍筋不能有效改善柱的延性 因此 必须限制柱的轴压比 3 框架节点框架节点是结构抗震的薄弱部位 在水平地震力作用下 框架节点受到梁 柱传来的弯矩 剪力和轴力作用 节点核芯区处于复杂应力状态 地震时 一且节点发生破坏 难以修复和加固 因此应根据 强节点 的设计要求 使得节点核芯区的承载力强于与之相连的杆件的承载力 西南科技大学网络教育课程 back 56 五 框架结构抗震构造措施1 材料 1 混凝土有抗震设防要求的混凝土结构的混凝土强度等级应符合下列要求 设防烈度为9度时 混凝土强度等级不宜超过C60 设防烈度为8度时 混凝土强度等级不宜超过C70 当按一级的抗震等级设计时 混凝土强度等级不应低于C30 当按二 三级抗震等级设计时 混凝土强度等级不应低于C20 2 钢筋结构构件中应采用延性较好的钢筋 普通纵向受力钢筋宜采用HRB400 HRB335级热轧钢筋 箍筋宜选用HRB335 HRB400 HRB235级热轧钢筋 在施工中 不宜任意采用较高强度等级的钢筋来代替原设计中的纵向受力钢筋 以免降低构件延性 西南科技大学网络教育课程 back 57 2 框架梁 1 截面尺寸梁的截面宽度不宜小于200mm 且不宜小于柱宽的一半 梁的截面高宽比不宜大于4 梁计算跨度与截面高度之比 跨高比 不宜小于5 2 梁纵向钢筋的配置在框架结构中 主要依靠梁端塑性铰的形成来保证结构的延性 梁端纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2 5 且考虑受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度之比 一般不应大于0 25 二 三级不应大于0 35 抗震设计梁的纵向受拉钢筋的最小配筋率较非抗震设计梁有所提高 应满足表3 13的要求 西南科技大学网络教育课程 back 58 3 梁内纵筋锚固在反复地震作用下 钢筋与混凝土之间粘结作用较单调加载时有所降低 因此 框架结构的抗震设计应比非抗震设计有更为严格的锚固长度和搭接长度 纵向钢筋的最小锚固长度 一 二级抗震等级三级抗震等级四级抗震等级 纵向受拉钢筋的锚固长度 取非抗震的锚固长度 当采用搭接接头时 其搭接长度式中 受拉钢筋搭接长度修正系数 西南科技大学网络教育课程 back 59 4 梁内箍筋梁端箍筋的加密区长度 箍筋最大间距和箍筋最小直径 按表3 14的规定 当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2 时 表中箍筋最小直径应增大2mm 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 西南科技大学网络教育课程 back 60 3 框架梁 1 截面尺寸柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm 柱的净高与截面高度比宜大于4 以防止形成易发生脆性剪切破坏的短柱 柱的截面高宽比不宜大于3 2 柱内纵筋配置框架柱中全部纵向受力钢筋的配筋率不应小于表3 15规定的数值 同时 应满足每一侧配筋率不小于0 2 的要求 框架柱中全部纵向受力钢筋的配筋率不应大于5 西南科技大学网络教育课程 back 61 3 柱内箍筋在满足承载力要求的基础上对柱采取箍筋加密措施 可以增强箍筋对混凝土的约束作用 提高柱的抗震能力 框架柱端箍筋加密区长度取矩形截面长边尺寸 层间柱净高的1 6和500mm三者中的最大值 底层柱在刚性地坪上 下各500mm范围内 剪跨比不大于2的短柱和一 二级抗震等级的角柱 应在柱全高范围内