RC框架结构设计

第6章

钢筋混凝土框架构件设计

6.1延性耗能框架的概念设计6.2框架梁抗震设计6.3框架柱抗震设计6.4梁柱节点核芯区抗震设计6.5钢筋的连接和锚固6.1延性耗能框架的概念设计

延性是指强度或承载力没有大幅度下降情况下的屈服后变形能力；

耗能能力是构件或结构耗散地震能量的能力，用往复荷载作用下构件或结构的力－变形滞回曲线包含的面积度量。1）梁铰机制（整体机制）优于柱铰机制（局部机制）

对钢筋混凝土框架抗震性能的认识6.1延性耗能框架的概念设计2）弯曲（压弯）破坏优于剪切破坏

弯曲破坏剪切破坏对钢筋混凝土框架抗震性能的认识6.1延性耗能框架的概念设计3）大偏压破坏优于小偏压破坏小偏压构件的相对受压区高度大，延性和耗能能力降低对钢筋混凝土框架抗震性能的认识6.1延性耗能框架的概念设计4）避免核芯区破坏及纵筋锚固破坏梁—柱核芯区破坏为剪切破坏，可能导致框架失效；伸入核芯区的纵筋与混凝土之间的粘结破坏，会导致梁端转角增大，从而增大层间位移。

对钢筋混凝土框架抗震性能的认识6.1延性耗能框架的概念设计6.2框架梁抗震设计震害6.2.1框架梁的破坏形态与延性破坏形态：剪切破坏弯曲破坏剪切破坏：脆性破坏，延性小，耗能差6.2框架梁抗震设计弯曲破坏：少筋破坏—脆性破坏，延性小，耗能差超筋破坏—脆性破坏，延性小，耗能差适筋破坏—延性破坏

6.2框架梁抗震设计6.2.2梁截面抗弯设计1）梁纵向配筋与延性的关系影响适筋梁延性大小的因素之一：相对压区高度

应变分布1应变分布2

6.2框架梁抗震设计双筋矩形截面适筋梁的相对受压区高度

ρs，ρ’s

－分别为受拉钢筋和受压钢筋的配筋率—与混凝土强度等级有关的等效矩形应力图形系数6.2框架梁抗震设计

增大受拉钢筋的配筋率，相对受压区高度增大；增大受压钢筋的配筋率，相对受压区高度减小。6.2框架梁抗震设计

减小梁端塑性铰区范围内截面的相对受压区高度的措施：限制梁端顶面受拉钢筋的配筋率梁端底面配置一定量的受压钢筋6.2框架梁抗震设计2）

梁截面抗弯验算

受弯承载力验算公式无地震作用组合时：有地震作用组合时：6.2框架梁抗震设计1）剪力设计值

确定剪力设计值的原则：

一、二、三级框架梁端箍筋加密区：

强剪弱弯

四级和非抗震框架梁：取最不利组合得到的剪力

6.2.3梁截面抗剪验算6.2框架梁抗震设计一、二、三级框架梁端箍筋加密区剪力设计值Vb6.2框架梁抗震设计一级框架结构及9度时尚应符合

6.2框架梁抗震设计

Mbl、Mbr－分别为梁左右端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值，一级框架两端均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩应取零；6.2框架梁抗震设计

Mbual、Mbuar－分别为梁左右端截面反时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力，Mbua=Mbu/γRE，Mbu为根据实配钢筋面积（计入受压钢筋）和材料强度标准值计算所得梁端截面的实际受弯承载力，γRE

取0.75；

6.2框架梁抗震设计ln－梁的净跨；VGb－梁在重力荷载代表值作用下，按

简支梁计算的梁端截面剪力设计值；

ηVb－梁端剪力增大系数，一级取1.3，二级取1.2，三级取1.1。抗震措施的计算内容

6.2框架梁抗震设计2)受剪承载力验算

受剪承载力验算公式无地震作用组合时：有地震作用组合时：6.2框架梁抗震设计6.2.4构造措施1）最小截面尺寸

构造要求剪压比限值6.2框架梁抗震设计构造要求梁宽度不宜小于200mm截面高宽比不宜大于4净跨与截面高度之比不宜小于4

6.2.4构造措施剪压比限值截面平均剪应力与混凝土轴心抗压强度的比值

无地震作用组合时：

V≤0.25βcfcbbhb0

βc

—混凝土强度影响系数6.2.4构造措施剪压比限值有地震作用组合时：

跨高比大于2.5的梁

跨高比不大于2.5的梁

6.2.4构造措施2）相对受压区高度

梁端混凝土受压区高度限值：

一级框架梁x≤0.25hb0二、三级框架梁x≤0.35hb0

（强制）

其他x≤ξbhb0

6.2.4构造措施梁纵向受拉钢筋的最小配筋百分率（%）(强制)

截面非抗震抗震等级一级二级三、四级支座(取较大值)0.2和45ft/fy0.4和80ft/fy0.3和65ft/fy0.25和55ft/fy跨中(取较大值)0.3和65ft/fy0.25和55ft/fy0.2和45ft/fy3)纵向钢筋6.2.4构造措施沿全长顶面和底面至少两根纵筋

一、二级时：直径不小于14mm和其他要求三、四级和非抗震时：直径不小于12mm一、二级时贯通中柱的梁纵筋最大直径：不大于柱在该方向截面尺寸的1/206.2.4构造措施抗震设计时(强制）

梁端顶面受拉钢筋的配筋率：

不应大于2.5％

梁端底面受压钢筋面积A’s与顶面受拉钢筋面积As的比值：一级A’s/As≥0.5二、三级

A’s/As≥0.3

6.2.4构造措施梁端箍筋加密区的箍筋配置：加密区长度箍筋最大间距限值箍筋最小直径梁端箍筋加密的作用：

约束混凝土，增大塑性变形能力，防止纵向钢筋过早压屈

4）箍筋6.2.4构造措施抗震等级

加密区长度（mm）（取较大值）箍筋最大间距（mm）（取最小值）箍筋最小直径（mm）

一级

2hb,500

hb/4,6d,100

10

二级

1.5hb,500

hb/4,8d,100

8

三级

1.5hb,500

hb/4,8d,150

8

四级

1.5hb,500

hb/4,8d,150

6梁端箍筋加密区的长度、箍筋的最大间距和最小直径(强制)

6.2.4构造措施非加密区：箍筋最大间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍加密区箍筋肢距：一级：不大于200mm和20倍箍筋直径的较大者二、三级：不大于250mm和20倍箍筋直径的较大者四级：不大于300mm6.2.4构造措施抗震设计时，沿梁全长箍筋面积配筋率：

一级：二级：三、四级：

6.2.4构造措施抗震框架梁：

封闭箍，135o弯钩弯钩直段的长度：不小于10倍箍筋直径和75mm的较大值纵筋搭接长度范围内箍筋的间距

非抗震框架梁的箍筋要求：《混凝土结构设计规范》6.2.4构造措施6.3框架柱抗震设计

震害：柱端混凝土压碎，箍筋拉断，纵筋压屈呈灯笼状X形斜裂缝剪切破坏6.3框架柱抗震设计6.3.1影响柱延性耗能的主要因素

1）剪跨比

MC、VC—柱端截面组合的弯矩计算值和组合的剪力计算值；hc0—计算方向柱截面的有效高度。

6.3框架柱抗震设计

剪跨比对破坏形态的影响

剪跨比大于2，长柱：压弯破坏；

剪跨比1.5—2，短柱：剪切破坏，若箍筋足够，也可能为剪压破坏；

剪跨比不大于1.5，极短柱：一般为剪切斜拉破坏，工程中应尽量避免。

6.3框架柱抗震设计2）轴压比

柱的平均轴向压应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值

6.3框架柱抗震设计柱的延性与截面混凝土相对受压区高度有关，相对受压区高度与轴压比有关，因此，柱的延性与轴压比有关。限制柱的轴压比，实现大偏心受压破坏。6.3框架柱抗震设计3）箍筋配置箍筋的作用：抵抗剪力，约束混凝土，防止纵筋压屈箍筋约束程度的度量：配箍特征值

6.3框架柱抗震设计箍筋形式对约束效果的影响

6.3框架柱抗震设计6.3.2柱正截面承载力验算1）轴力、弯矩设计值

无地震作用组合，四级框架柱:取最不利内力组合作为轴力、弯矩设计值。6.3框架柱抗震设计

有地震作用组合的一、二、三级框架柱：轴力取最不利内力组合值弯矩调整、增大（强柱弱梁等）6.3.2柱正截面承载力验算a)按强柱弱梁要求调整柱端弯矩设计值强柱弱梁：

节点上下柱端截面在轴力作用下的实际受弯承载力之和应大于节点左右梁端截面实际受弯承载力之和

6.3.2柱正截面承载力验算一、二、三级框架ηc－柱端弯矩增大系数，一级取1.4，二级取1.2，三级取1.1

6.3.2柱正截面承载力验算一级框架结构及9度时尚应符合

Mbua=Mbu/γREMbu为实配受弯承载力6.3.2柱正截面承载力验算b)框架结构柱端弯矩增大一、二、三级框架结构的底层柱下端截面组合的弯矩计算值，应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。6.3.2柱正截面承载力验算c)框支柱框支柱承受的最小地震剪力：柱数不少于10根时，总和不小于层剪力的20％柱数少于10根时，每根柱不小于层剪力的2％6.3.2柱正截面承载力验算

一、二级框支柱由地震作用产生的轴力应分别乘以增大系数1.5、1.2。计算轴压比时，附加轴力不乘以增大系数。

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1.5和1.2。6.3.2柱正截面承载力验算d)角柱

按上述方法调整后的组合弯矩设计值再乘以不小于1.10的增大系数。

6.3.2柱正截面承载力验算2）柱正截面受弯承载力验算

按压弯构件验算承载力；抗震设计框架的角柱按双向偏心构件验算压弯承载力；

有地震作用组合时需考虑承载力抗震调整系数。

6.3.2柱正截面承载力验算6.3.3受剪承载力验算1）剪力设计值一、二、三级框架柱两端和框支柱两端的箍筋加密区：强剪弱弯其他（短柱除外）：不利内力组合剪力计算值

强剪弱弯分别为柱的上下端顺时针或反时针方向截面的弯矩设计值(取调整增大后的设计值，包括角柱的增大系数)，且取顺时针方向之和及反时针方向之和两者的较大值；Hn—柱的净高；

—柱剪力增大系数，一、二、三级分别取1.4、1.2和1.1。

6.3.3受剪承载力验算强剪弱弯分别为轴压力设计值作用下柱的上下端顺时针或反时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值，根据实配钢筋面积、材料强度标准值等确定；Hn—柱的净高。

一级框架结构及9度时尚应满足：6.3.3受剪承载力验算2）截面受剪承载力验算

无地震作用组合

有地震作用组合

6.3.3受剪承载力验算N>0.3fcbchc时：取N＝0.3fcbchc

λ<1时：取λ＝1λ>3时：取λ＝36.3.3受剪承载力验算轴力为拉力时：轴力项改为－0.2N轴力为拉力、计算值小于时：取等于，且不小于6.3.3受剪承载力验算6.3.4框架柱构造措施1）最小截面尺寸边长：不小于250mm（非抗震设计）和300mm（抗震设计）圆柱：直径不小于350mm截面边长比：不大于3

剪压比限值（最小抗剪截面面积）无地震作用组合：

Vc≤0.25βcfcbchc0

有地震作用组合：剪跨比大于2的柱Vc≤(0.2βcfcbchc0)/γRE剪跨比不大于2的柱、框支柱

Vc

≤(0.15βcfcbchc0)/γRE

6.3.4框架柱构造措施2）纵向钢筋纵向钢筋的最小总配箍率（%）（强制）柱类型

抗震等级

非抗震

一级二级三级

四级中柱边柱

1.0

0.8

0.7

0.6

0.6角柱

1.2

1.0

0.9

0.8

0.6框支柱1.2

1.0

——

——

0.8采用HRB400级钢筋允许减少0.1，高于C60时应增加0.16.3.4框架柱构造措施每侧配筋率不应小于0.2％(强制)Ⅳ类场地且较高的建筑增加0.1％(强制)

6.3.4框架柱构造措施2）纵向钢筋

对称配置；截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm；柱总配筋率不应大于5％；一级且剪跨比不大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2％；非强制6.3.4框架柱构造措施2）纵向钢筋

边柱、角柱及抗震墙边柱在地震作用组合产生小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25％；纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。

非强制6.3.4框架柱构造措施2）纵向钢筋

柱轴压比限值（剪跨比大于2，混凝土强度等级不高于C60）结构类型

抗震等级

一级

二级

三级

框架结构

0.7

0.80

0.90

框架-剪力墙，板柱-剪力墙，筒体

0.75

0.85

0.95

部分框支剪力墙

0.60

0.70——3）轴压比限值6.3.4框架柱构造措施N—轴压力如何取？有地震作用组合的设计值无地震作用组合的抗震框架是否需要限制柱的轴压比？轴压比计算式：6.3.4框架柱构造措施由轴压比限值表：抗震等级高，轴压比限值小有剪力墙或筒时，轴压比限值大框支柱，轴压比限值小6.3.4框架柱构造措施轴压比限值调整：

剪跨比1.5－2：降低0.05剪跨比小于1.5：专门研究箍筋形式、配箍量约束效果好：增大0.1截面中部附加纵筋并用箍筋约束：增大0.05不大于1.05

6.3.4框架柱构造措施

连续复合矩形螺旋箍普通箍

复合箍螺旋箍复合螺旋箍6.3.4框架柱构造措施4）箍筋加密区范围柱箍筋加密区：可能形成塑性铰的区段长柱柱根刚性地面柱端柱端6.3.4框架柱构造措施柱全高加密箍筋：剪跨比不大于2的柱(短柱）净高与截面高度之比不大于4的柱一、二级框架的角柱框支柱需要提高变形能力的柱6.3.4框架柱构造措施5）箍筋加密区的配箍量最小配箍特征值最大间距最小直径最大肢距6.3.4框架柱构造措施影响最小配箍特征值λmin的因素：

框架的抗震等级

—抗震等级高，λmin大

柱的轴压比

—轴压比高，λmin大

箍筋形式

—约束好，λmin小最小配箍特征值6.3.4框架柱构造措施由规范规定的箍筋最小配箍特征值，计算最小体积配箍率、配置箍筋：取混凝土不低于C35，取钢筋抗拉强度不大于360N/mm2，一级不小于0.8％，二级不小于0.6％，三、四级不小于0.4％

6.3.4框架柱构造措施体积配箍率：箍筋体积/外围箍筋包围的混凝土体积体积配箍率计算式(扣除重叠部分的箍筋体积)：6.3.4框架柱构造措施柱箍筋加密区箍筋的最大间距和最小直径(强制)

抗震等级

箍筋最大间距（取较小值，mm）箍筋最小直径(mm)

一级

6d，100

10

二级

8d，100

8

三级8d，150（柱根100）

8

四级8d，150（柱根100）

6（柱根8）箍筋的最大间距和最小直径6.3.4框架柱构造措施

二级框架柱的箍筋直径不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm时，除柱根外最大间距应允许采用150mm；三级框架柱的截面尺寸不大于400mm时，箍筋最小直径应允许采用6mm；四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小于8mm;

框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋间距不应大于100mm。加密区箍筋的最大间距和最小直径箍筋加密区：

一级不大于200mm，二、三级不大于250mm和20倍箍筋直径的较大者，四级不大于300mm。非加密区箍筋体积配箍率：不小于加密区的50％箍筋间距：一、二级不大于纵筋直径的10倍，三、四级不大于纵筋直径的15倍。箍筋肢距6.3.4框架柱构造措施破坏形态6.4梁柱节点核芯区抗震设计

强核芯区:

梁端钢筋屈服时,核芯区不应剪切屈服。设计中，取梁端截面达到受弯承载力时的核芯区剪力作为其剪力设计值。采用梁端弯矩设计值代替受弯承载力，以简化计算。

三、四级框架和非抗震框架的核芯区，可不进行验算。6.4.1剪力设计值6.4梁柱节点核芯区抗震设计

中柱节点受力简图6.4梁柱节点核芯区抗震设计

取上半部分为隔离体，由平衡条件可得核芯区剪力Vj，由梁柱平衡求出Vc，代入：

6.4梁柱节点核芯区抗震设计

一、二级框架核芯区剪力设计值：

ηjb—核芯区剪力增大系数，一级取1.35，二级取1.2

6.4梁柱节点核芯区抗震设计

9度时和一级框架结构尚应符合

6.4梁柱节点核芯区抗震设计

6.4.2受剪承载力验算

9度时

6.4梁柱节点核芯区抗震设计

轴力N的影响：

N>0.5fcbchc时：取