钢筋混凝土框架构件设计

钢筋混凝土框架构件设计,延性耗能框架的概念设计框架梁抗震设计框架柱抗震设计梁柱节点核芯区抗震设计钢筋的连接和锚固,主要内容,6.1延性耗能框架的概念设计,一、延性结构1、延性结构(截面)能维持承载能力而又具有较大的塑性变形的能力截面开始屈服My、y、fy、y截面破坏Mu、u、fu、u2、截面和构件的塑性变形能力常常用延性比来衡量,延性比越大，延性越好构件位移延性比：f=fu/fy截面曲率延性比：=u/y顶点位移延性比:=u/y,二、延性框架设计基本措施1、钢筋混凝土结构的“塑性铰控制”理论基本要点允许某些截面出现塑性铰，吸收、耗散地震能量控制塑性铰出现部位选择合理截面形式及配筋构造塑性铰本身有较好的塑性变形能力和吸收耗散能量的能力塑性铰能使结构具有较大的延性,塑性铰：适筋截面在钢筋屈服到混凝土压碎过程中形成的“铰”特点：塑性铰理想铰承受基本不变的弯矩不能承受弯矩具有一定的长度集中于一点只能沿弯矩方向转动任意转动,塑性铰对结构的影响使超静定结构发生内力重分布塑性铰出现后，只要结构不产生机动，任然可以承受荷载，直到足够多的塑性铰形成后，结构机动，才产生破坏主要影响因素：塑性铰的转动能力（配筋率，混凝土极限压应变）斜截面承载力正常使用极限状态（不出现塑性铰）,2、钢筋混凝土延性框架的基本措施是：强柱弱梁强剪弱弯强结点、弱杆件(强结点、强锚固)强底层柱(局部加强),框架屈服机制,(a)梁铰机制(b)柱铰机制(c)混合铰机制,6.2框架梁抗震设计,一、梁的破坏形态与延性1、在抗震框架中，应设计具有良好延性的框架梁弯曲破坏：少筋梁脆性破坏；超筋梁脆性破坏适筋梁延性破坏，具有塑性变形能力剪切破坏：斜拉或斜压破坏脆性剪压破坏延性很小,不同弯曲破坏形态的梁,2、对于抗震的框架，不仅要求梁在塑性铰出现之前不被剪坏，而且还要要求在塑性铰出现之后也不要过早剪坏，要求延性梁的抗剪承载能力大于抗弯承载能力，即强剪弱弯,二、影响梁延性的因素及改善延性的措施1、影响梁延性的因素值：，延性好,2、改善梁延性的措施减小x()梁端塑性铰区箍筋加密,梁端塑性铰区裂缝,三、框架梁的截面设计1、梁的正截面承载力计算（1）梁的正截面承载力计算公式：不考虑地震作用的组合时：0SR0MMu考虑地震作用的组合时：SERE/REMEMuE/RE抗震设计中的正截面承载力直接采用静载作用下的承载力计算公式，即：RE=R（MuE=Mu）MEMuE/RE=Mu/RE（或REMEMu）,（2）框架梁梁端截面的底部和顶部纵向受力钢筋截面面积的比值，除按计算确定外，另一级抗震等级：As/As0.5二、三级抗震等级：As/As0.3框架梁两端(支座截面)必须是双筋截面,（3）承载力计算公式,由平衡条件X=0：,得到名义压区高度为：,由另一极限状态平衡条件M|As=0得,不考虑地震作用时：,考虑地震作用时：,（4）正截面构造要求计入纵向受压钢筋的梁端混凝土受压区高度：非抗震：xbh0一级抗震等级：x0.25h0二、三级抗震等级：x0.35h0抗震设计时，梁端纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2.5%，不应大于2.75%；当梁端受拉钢筋的配筋率大于2.5时，受压钢筋的配筋率不应小于受拉钢筋的一半,抗震设计时，纵向受拉钢筋的最小配筋率（%）非抗震设计框架的要求同一般钢筋混凝土结构,2、梁的斜截面承载力计算（1）按照“强剪弱弯”的要求调整剪力设计值Vb,调整前的最大剪力：,按“强剪弱弯”要求，将由弯矩产生的剪力放大vb倍：,9度和一级抗震时尚应符合以下要求：,vb梁剪力增大系数。一、二、三级抗震时，vb分别为1.3、1.2、1.1。,Mlbu、Mrbu框架梁左、右端的极限抗弯承载力。,按梁的实际配筋计算。,计算时取钢筋抗拉强度标准值fyk。,可按下列简化公式计算Mbu：Mbu=Asfyk(hb0a),Mlb、Mrb组合得到的梁左、右端计算弯矩。,VGb梁在本跨竖向荷载作用下产生的简支支座反力设计值,（2）梁斜截面计算公式考虑地震作用时VEVuE/REVuE=0.6Vc+Vs,（3）梁斜截面有关构造规定截面尺寸和混凝土强度：考虑地震作用组合时，当跨高比l0/h2.5时，Vb(0.20cfcbh0)/RE；当跨高比l0/h2的柱：Vc(0.20cfcbchc0)RE2的柱：Vc(0.15cfcbchc0)RE,（2）柱的箍筋箍筋形式：普通矩形箍、螺旋箍、复式箍等,箍筋加密区范围：1底层柱的上端和其他各层柱的两端，应取矩形截面柱之长边尺寸(或圆形截面柱之直径)、柱净高之16和500mm三者之最大值范围；2底层柱刚性地面上、下各500mm的范围；3底层柱柱根以上13柱净高的范围；4剪跨比不大于2的柱和因填充墙等形成的柱净高与截面高度之比不大于4的柱全高范围；5一、二级框架角柱的全高范围；6需要提高变形能力的柱的全高范围,加密区箍筋数量：,加密区体积配箍率：,vfcfyv,v最小体积配箍特征值,箍筋的无支长度柱纵筋之间的距离一级不宜大于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；为便于浇灌混凝土，纵筋间距也不宜小于50mm；每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋约束,6.4梁柱节点核芯区抗震设计,一、强节点、强锚固1、节点区的破坏节点区无箍筋或少箍筋，在剪压作用下混凝土出现斜裂缝，然后挤压破碎，纵向钢筋压屈成灯笼状钢筋锚固破坏,2、强节点抗剪验算，在节点区配置足够的箍筋，并保证混凝土的强度及密实性3、强锚固处理好纵向钢筋在节点区的锚固构造,二、节点区设计剪力在地震作用下，通过节点区的梁纵向钢筋一侧受拉，另一侧受压，容易出现粘结破坏节点设计剪力由强节点要求，能抵抗当节点两边梁端出现塑性铰时的节点区剪力,1、平衡条件图示中柱节点核芯区上半部为隔离体：Vj=(Cs+Cc)+fykAts-Vc=(fykAbs)+fykAtsVc,2、强结点要求平衡剪力放大jb倍,9度和一级框架：,一级、二级框架的其它情况：,Mb节点左右梁端组合弯矩设计值之和；Mbu节点左右梁端按实际钢筋面积和材料强度标准值计算的受弯承载力所对应的弯矩设计值之和；jb为强节点系数，一级取1.35，二级取1.2；Hc柱的计算高度，可采用节点上、下柱反弯点之间的距离。,三、节点区抗剪验算1、节点区的抗剪承载力公式由试验得到,9度时要求：,2、在一、二级框架节点，由上式计算节点区所需的箍筋面积及间距，同时满足构造要求3、在三、四级框架中，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的箍筋至少要与柱中箍筋加密区的箍筋数量相等,四、节点区构造要求1、截面尺寸和混凝土强度节点区平均剪应力限制：Vj(0.30jcfcbjhj)RE在节点区的混凝土强度等级应与柱的混凝土强度等级相同。当节点区混凝土与梁板混凝土一起浇注时，必须注意节点区混凝土强度等级与柱混凝土强度等级相差不应超过5MPa2、箍筋Smax、dmin要求：不小于柱加密区,3、一、二、三级抗震要求时v分别不小于0.12、0.10、0.084、一、二、三级抗震时v分别不小于0.6%、0.5%、0.4%5、2的梁柱节点，其v值不小于上下柱端的v6、柱内箍筋应延伸至节点内，且Smax250mm,6.5钢筋的连接和锚固,一、梁、柱钢筋锚固及搭接在抗震设计时，纵向受力钢筋的锚固和搭接长度要求比非抗震设计时加大1、纵筋锚固要求一、二级抗震等级laE=1.15la三级抗震等级laE=1.05la四级抗震等级laE=1.00la,