第五章42框架结构设计

1、1 四、柱子设计 框架柱抗震设计的基本要求： 强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰； 在弯曲破坏前不发生剪切破坏，使柱 由足够的抗剪能力； 加强约束，配置必要的约束箍筋。 5.4.3 框架柱设计 2 为了使塑性铰首先在梁中出现，同一节点柱 的抗弯能力要大于梁的抗弯能力。 1、强柱弱梁 5.4.3 框架柱设计 3 （1）轴力、弯矩设计值）轴力、弯矩设计值 无地震作用组合：无地震作用组合：取最不利内力组合作为轴力、弯矩设计值取最不利内力组合作为轴力、弯矩设计值 按强柱弱梁的要求调整柱端弯矩设计值按强柱弱梁的要求调整柱端弯矩设计值 柱端组合的弯矩设计值应柱端组合的弯矩设计值应 按下式计算确定：按下式计算确

2、定： bcc MM b c M t c M r b M l b M 有地震作用组合：有地震作用组合：轴力设计值取最不利内力组合、弯矩设计轴力设计值取最不利内力组合、弯矩设计 值要根据值要根据强柱弱梁强柱弱梁及及局部加强局部加强等要求调整增大等要求调整增大 4 n抗震设计时，除顶层、柱轴压比小于0.15者及框支梁 柱节点外，框架的梁、柱节点处考虑地震作用组合的 柱端弯矩设计值应符合下列要求： 1、 一级框架结构及9度时的框架： 5 n抗震设计时，除顶层、柱轴压比小于0.15者及框支梁 柱节点外，框架的梁、柱节点处考虑地震作用组合的 柱端弯矩设计值应符合下列要求： 1、 一级框架结构及9度时的框架

3、： 6 框架结构柱固定端弯矩增大框架结构柱固定端弯矩增大 为了推迟框架结构底层柱固定端截面屈服，一、为了推迟框架结构底层柱固定端截面屈服，一、 二、三级框架结构的二、三级框架结构的底层柱固定端截面底层柱固定端截面组合的弯矩组合的弯矩 计算值，应分别乘以计算值，应分别乘以增大系数增大系数1.7，1.5，1.3。 框架结构底层固定端截面：框架结构底层固定端截面： 无地下室时是指基础顶面的固定端；无地下室时是指基础顶面的固定端； 有地下室时为地下室以上的首层柱的下端截面。有地下室时为地下室以上的首层柱的下端截面。 7 框支柱框支柱 一、二级框支柱由地震作用引起的附加轴力一、二级框支柱由地震作用引起的

4、附加轴力 应分别乘以增大系数应分别乘以增大系数1.5、1.2； 一、二级框支柱的顶层柱上端和底层柱下端，其组一、二级框支柱的顶层柱上端和底层柱下端，其组 合的弯矩设计值应分别乘以增大系数合的弯矩设计值应分别乘以增大系数1.5、1.2。 角柱角柱 按照上述方法调整后的组合弯矩设计值再乘以按照上述方法调整后的组合弯矩设计值再乘以 不小于不小于1.1的增大系数的增大系数 8 按照钢筋混凝土偏心受压柱构件进行计算按照钢筋混凝土偏心受压柱构件进行计算 抗震设计框架的角柱按双向偏心受压构件验算抗震设计框架的角柱按双向偏心受压构件验算 （2）柱正截面受弯承载力验算）柱正截面受弯承载力验算 9 2、强剪弱弯

5、（1）柱剪力设计值 柱的抗剪强度要高于它的抗弯强度（强剪弱弯）。 n V H MM V b c t c c 9度和一级框架结构尚应符合： 一、二、三级框架柱 n H MM V b cua t cua 2.1 b c t c MM、-分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向正截面 组合的弯矩设计值; cV -柱的剪力增大系数，框架结构：二级为1.3,三级1.2； 其他结构一级为1.4,二级为1.2,三级四级1.1 。 n H -柱的净高； b cua t cua MM、 -分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向根据实配钢 筋面积(考虑受压筋)和材料强度标准值计算的抗弯承 载力所对应的弯值； 10 5.4.

6、3 框架柱设计 2、强剪弱弯 一、二、三级框架的长柱和框支层的 长柱箍筋加密区以外的部位，四级框架柱 和无地震作用组合的框架柱框支柱，取不 利内力组合剪力计算值作为剪力设计值。 11 （2）柱斜截面受剪承载力（看规范） sv cot cc0yvc0 RE sv cot cc0yvc0 RE n c0 11.05 0.056 1 11.05 -0.2 1 1133 2 l l A Vf b hfhN s A Vf b hfhN s H h N 框架柱斜截面受剪承载力按下式计算： 当框架柱出现拉力时，其斜截面承载力应按下式计算： 式中： 柱的计算剪跨比，；当时，取；当时，取； 考虑地震作用组合的柱

7、轴向压力或拉力设计 c ccc cc RE sv 0.30.3 0.85 Nf b hNf b h A s 值，当时，取； 承载力抗震调整系数，取； 同一截面内各肢水平箍筋的全部截面面积； 箍筋间距。 无地震作用组合：无地震作用组合：Nh s A fhbfV sv yvcctc 07. 0 1 75. 1 00 12 规范规定： 柱轴压比不应超过下表，但类场地上的较 高层建筑柱轴压比限值应适当减小。 3、控制柱的轴压比 5.4.3 框架柱设计 13 （1）最小截面尺寸）最小截面尺寸 4、框架柱构造要求、框架柱构造要求 框架柱的截面尺寸应符合下列各项要求：框架柱的截面尺寸应符合下列各项要求： 2

8、50,hb（非抗震设计）（非抗震设计） 300,hb（抗震设计，四级）（抗震设计，四级） 350d（圆柱，非（圆柱，非抗震，四级） 400,hb（一、二、三级）（一、二、三级） 450d （一、二、三级一、二、三级） 14 （1）最小截面尺寸）最小截面尺寸 0c h 柱截面的有效高度柱截面的有效高度 4、框架柱构造要求、框架柱构造要求 框架柱的截面尺寸应符合下列各项要求：框架柱的截面尺寸应符合下列各项要求： 无地震作用组合：无地震作用组合： 0 25. 0 cccc hbfV )2 . 0( 1 0cccc RE hbfV 有地震作用组合：有地震作用组合： 2的柱 )15. 0( 1 0ccc

9、c RE hbfV 有地震作用组合：有地震作用组合： 2的柱 15 （a)a)宜对称布置；宜对称布置； （b)b)截面尺寸大于截面尺寸大于400mm400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于的柱，纵向钢筋间距不宜大于 200mm;200mm;纵向钢筋净距均不应小于纵向钢筋净距均不应小于50mm.50mm. （c)c)纵向钢筋的最小配筋率应按下表采用纵向钢筋的最小配筋率应按下表采用; ; 0.6 0.8 0.7 0.9 0.8 1.0 1.0 1.2 中柱和边柱 角柱 四三二一 类别 抗震等级 （d)d)柱的总配筋率不应大于柱的总配筋率不应大于5%;5%; （e)e)一级且剪跨比不大于一级且剪跨比不大

10、于2 2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不的柱，每侧纵向钢筋配筋率不 宜大于宜大于1.2%1.2%。 （2） 柱内纵向钢筋的配置 16 4、加强柱端约束 加密箍筋可以：承担柱子剪力；约束 混凝土，改善混凝土的变形性能，提高构 件的延性；防止混凝土过早地压溃及防止 纵向钢筋的压曲失稳。 5.4.3 框架柱设计 17 （1）柱箍筋加密区的 范围 柱子两端取截面 高度（圆柱直径）、 柱净高的1/6和500mm 三者的最大值。 4、加强柱端约束 hc Hc 500 6/ c c h H 取取 大大 值值 500 6/ c c h H 取取 大大 值值 18 底层柱，当有刚性 地面时，除柱端外尚 应取刚性地面上

11、下各 500mm。 4、加强柱端约束 刚性地面刚性地面 500500 3/ c H 19 （1）柱箍筋加密区的范围 柱子两端取截面高度（圆柱直径）、柱净高的 1/6和500mm三者的最大值。 底层柱，当有刚性地面时，除柱端外尚应取刚 性地面上下各500mm。 4、加强柱端约束 剪跨比不大于2的柱和因非结构墙的约束形成的 柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱，取全高。 框支柱，取全高。 一级、二级框架柱的角柱，取全高。 20 hc Hc 500 6/ c c h H 取取 大大 值值 500 6/ c c h H 取取 大大 值值 刚性地面刚性地面 500500 3/ c H 21 （2）柱箍筋加

12、密区的箍筋间距、直 径和肢数应满足相关规定。 5、加强柱端约束 22 （3）柱箍筋加密区的箍筋最小配箍率和最小配 箍特征值 VVcyV ff 5、加强柱端约束 为了避免配箍率过小还规定了最小配箍率： 一级为0.8%，二级为0.6%，三、四级为0.4%。 约束箍筋的用量随轴压比的增大而增加， 这样才能起到对混凝土的约束作用。因此，规 范规定了柱箍筋加密区的箍筋体积配箍率应符 合下式要求： 23 （4）柱的各类箍筋参考图 5、加强柱端约束 24 25 4.9 框架节点核芯区抗震设计框架节点核芯区抗震设计 破坏形态破坏形态 在轴压力、弯矩和剪力的共同作用下，节点区发生由在轴压力、弯矩和剪力的共同作用

13、下，节点区发生由 于剪切和主拉应力造成的脆性破坏。于剪切和主拉应力造成的脆性破坏。 原因有：原因有： 钢筋数量多，振捣不均匀，钢筋数量多，振捣不均匀， 影响质量；影响质量； 梁柱内纵筋深入节点锚固梁柱内纵筋深入节点锚固 长度不足，纵筋拔出；长度不足，纵筋拔出； 箍筋过少，抗剪能力不足。箍筋过少，抗剪能力不足。 26 梁柱节点处的剪切破坏 27 框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切 破坏和钢筋锚固破坏。 节点主要受剪力和压力的组合作用，节点核 心区未开裂前，箍筋应力很小，基本上是混凝土 承受剪力。约当剪力达到核心区极限抗剪能力 6070%时，混凝土突然发生对角贯通裂缝，节点 刚度明显降低，箍筋

14、应力也突然增大，个别甚至 屈服，此后斜裂缝增多赠宽，箍筋陆续达到屈服。 28 根据强节点的设计要求，框架节点的设计准则： （1）节点的承载力不应低于其连接构件（梁、柱） 的承载力； （2）多遇地震时，节点应在弹性范围内工作； （3）罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖 向荷载的传递； （4）节点配筋不应使施工过分困难。 直交梁对节点核心区有明显约束作用。满足一 定条件的四边有梁的节点，核心区混凝土抗剪强度 可提高50100%。节点区的破坏与交于节点的梁、 柱破坏顺序有关，弱柱强梁型的节点区破坏严重。 29 1.节点核芯区抗剪承载 力的验算 （1）节点核芯区组合的 剪力设计值 bc sb sb

15、 b j hH ah ah M V 0 0 c 1 四级框架节点核心区可不进行四级框架节点核心区可不进行 抗震验算，但应符合构造措施抗震验算，但应符合构造措施 的要求。的要求。 30 9 9度和一级框架尚应符合度和一级框架尚应符合 bc sb sb bua j hH ah ah M V 0 0 1 15.1 s a -梁截面有效高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值；梁截面有效高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值； -强节点系数，框架：一级取强节点系数，框架：一级取1.5,1.5,二级取二级取1.351.35，三级，三级1.21.2； 对其他结构中的框架：对其他结构中的框架：一级取一级取

16、1.35,二级取二级取1.2，三级，三级1.1 。 c -柱的计算高度，可采用节点上下柱反弯点之间的距离；柱的计算高度，可采用节点上下柱反弯点之间的距离； c H 0b h -梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离；梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离； b h-梁的截面高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值；梁的截面高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值； b M-节点左右梁端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值之和；节点左右梁端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值之和； bua M-节点左右梁端纵向受拉钢筋实际配筋面积（考虑受压筋）和节点左右梁端纵向受拉钢筋实际配筋面积（考虑受压筋）和 材料

17、强度标准值计算的受弯承载力所对应的弯矩值之和。材料强度标准值计算的受弯承载力所对应的弯矩值之和。 31 （2 2）节点核芯区截面受剪承载力的验算）节点核芯区截面受剪承载力的验算 s ah Af b b NhbfV sb svjyv c j jjjj RE j 0 t 05.01.1 1 一、二、三级框架：一、二、三级框架： 9 9度时的一级度时的一级 s ah AfhbfV sb svjyvjjj RE j 0 t 9.0 1 -混凝土抗拉强度设计值；混凝土抗拉强度设计值； t f N-对应于组合剪力设计值的上柱底部组合轴向压力较小值；对应于组合剪力设计值的上柱底部组合轴向压力较小值； 当当N

18、0.5fN0.5fc cb bc ch hc c时，取时，取N=0.5fcbchc；当；当N为拉力是，取为拉力是，取N=0 s -箍筋间距；箍筋间距； yv f -箍筋抗拉强度设计值；箍筋抗拉强度设计值； svj A-核心区有效验算宽度范围内同一截面验算方向箍筋的总截面面积核心区有效验算宽度范围内同一截面验算方向箍筋的总截面面积; ; 32 j 直交梁的约束影响系数，梁板为现浇，梁柱中线重合，四侧各梁截直交梁的约束影响系数，梁板为现浇，梁柱中线重合，四侧各梁截 面宽度不小于该侧柱截面宽度的面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2且正交方向梁高度不小于框架梁高且正交方向梁高度不小于框架梁高 度的度的3

19、/4时，可采用时，可采用1.5；9度一级时宜采用度一级时宜采用1.25；其他情况均采用；其他情况均采用1.0。 33 （3 3）节点截面有效宽度）节点截面有效宽度b bj j 。梁与柱中线的偏心距 效宽度、高度；分别为节点截面的有、 高；分别为柱截面的宽、 较小值：时，可采用下列三者的心距不大于柱宽的当梁柱轴线不重合，偏 值：可采用下列二者的较小 时，该侧柱截面宽度的方向的梁截面宽度小于当梁柱轴线重合但验算 ：可采用该侧柱截面宽度 时，于该侧柱截面宽度的方向的梁截面宽度不小当梁柱轴线重合且验算 e hb hb hbbb bb hbb bb hbb bb b jj j j j j j j j c

20、c ccb c cb c cb c e25. 05 . 0 5 . 0 4/1. c 5 . 0 2/1. b 2/1. a 34 （4 4）节点核芯区受剪截面限制条件）节点核芯区受剪截面限制条件 jjcj RE j hbfV c 3.0 1 35 （4）框架节点构造措施 框架梁柱节点核心区箍筋的最大间距和最小直 径同框架柱端箍筋加密区的要求。 一、二、三级框架节点核心区配箍特征值分别 不宜小于0.12、 0.10和0.08，且体积配箍率分别不 宜小于0.6%、 0.5%和 0.4%。 柱剪跨比不大于2的框架节点核心区配箍特征值 不宜小于核心区上下柱端的较大配箍特征值。 36 钢筋接头可采用机

21、械接头、搭接接头和焊接钢筋接头可采用机械接头、搭接接头和焊接 接头。接头。受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位 于同一连接区段内搭接钢筋面积百分率同一连接区段内搭接钢筋面积百分率按下式计算， 且不应小于300mm。 2、梁柱纵筋在节点区的锚固 a ll 1 非抗震设计 抗震设计 aElE ll 式中受拉钢筋的搭接长度； 受拉钢筋的锚固长度，应按现行混凝土结 构设计规范规定采用； 1 l a l 37 aE l 抗震设计时受拉钢筋的锚固长度； aaE ll15. 1 aaE ll05. 1 aaE ll00. 1 一、二级抗震等级 三级抗震等级 四级抗震等级 受拉钢筋搭接长度修正系数，同一连接区 段内搭接钢筋面积百分率不大于25%、50% 和100%时，分别取1.2、1.4和1.6。 38 注: （1）受拉钢筋直径大于28mm、受压钢筋直径大于32mm时 ，不宜采用搭接接头； （2）现浇钢筋混凝土框架梁纵向钢筋的连接方法应遵守 下列