結(jié)構(gòu)抗震第4章第10講

1、 結(jié) 構(gòu) 抗 震劉君陽2016年3月課程性質(zhì)：必修課課程學(xué)時(shí)：24學(xué)時(shí)授課班級(jí)：2013級(jí)土木工程 第 10 講4.1 概述4.2 抗震設(shè)計(jì)的一般要求4.3 框架內(nèi)力與位移計(jì)算第四章 多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設(shè)計(jì)4.4 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)4.5 抗震結(jié)構(gòu)的基本抗震構(gòu)造措施4.6 框架-抗震墻結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施4.7 多層框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì) 4.4 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)框架梁截面設(shè)計(jì)框架柱截面設(shè)計(jì)框架節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的正確指導(dǎo)思想：1. 框架塑性效應(yīng)較多地發(fā)生在梁端，底層柱的塑性效應(yīng)較晚形成；強(qiáng)柱弱梁2. 梁柱在彎曲破壞前，避免發(fā)生其它形式破壞（剪切、粘結(jié)破壞等）；強(qiáng)剪

2、弱彎3. 在梁、柱破壞之前，節(jié)點(diǎn)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度即變形能力；強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件4. 妥善解決梁、柱鋼筋錨固問題；5. 重視非結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)。強(qiáng)錨固框架梁截面設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)的合理屈服機(jī)制是在梁上出現(xiàn)塑性鉸。對(duì)框架梁端抗震設(shè)計(jì)的基本要求：（1）梁形成塑性鉸后仍有足夠的受剪承載力（2）梁筋屈服后，塑性鉸區(qū)段應(yīng)有較好的延性和耗能能力（3）妥善地解決梁筋錨固問題強(qiáng)剪弱彎強(qiáng)錨固設(shè)計(jì)步驟：（1）框架梁抗剪承載力驗(yàn)算（2）提高梁延性措施（1）框架梁抗剪承載力驗(yàn)算梁剪力設(shè)計(jì)值 為了使梁端有足夠的抗剪承載力，實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)思想，應(yīng)充分估計(jì)框架梁端實(shí)際配筋達(dá)到屈服并產(chǎn)生超強(qiáng)時(shí)有可能產(chǎn)生的最大剪力。 抗震規(guī)范規(guī)定：對(duì)于抗

3、震等級(jí)為一、二、三級(jí)的框架梁端剪力設(shè)計(jì)值，應(yīng)按下式進(jìn)行調(diào)整：GbnrblbvbVlMMV梁的凈跨；梁在重力荷載代表值作用下，按簡(jiǎn)支梁分析的梁端截面剪力設(shè)計(jì)值；梁的剪力增大系數(shù)，一級(jí)為1.3,二級(jí)為1.2,三級(jí)為1.1。梁端截面組合的剪力設(shè)計(jì)值；GbVvbnlV一級(jí)框架結(jié)構(gòu)和9度的一級(jí)框架梁，可不按上式進(jìn)行調(diào)整，但應(yīng)符合：GbnrbualbuaVlMMV1.1分別為梁左、右端逆時(shí)針或順時(shí)針方向根據(jù)實(shí)配鋼筋 面積（考慮受壓筋）和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的抗彎承 載力所對(duì)應(yīng)的彎矩值；梁在重力荷載代表值（9度時(shí)高層建筑還應(yīng)包括豎向 地震作用標(biāo)準(zhǔn)值）作用下，按簡(jiǎn)支梁分析的梁端截面 剪力設(shè)計(jì)值；GbVrbual

4、buaMM、剪壓比限值 剪壓比是截面上平均剪應(yīng)力與混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的比值，以 表示，用以說明截面上承受名義剪應(yīng)力的大小。0/cVf bh 梁塑性鉸區(qū)的截面剪應(yīng)力大小對(duì)梁的延性、耗能及保持梁的剛度和承載力有明顯影響。當(dāng)剪壓比大于0.30時(shí)，即使增加配箍，也容易發(fā)生斜壓破壞。 為了保證梁截面不至于過小，使其不產(chǎn)生過高的主壓應(yīng)力，規(guī)范規(guī)定：跨高比大于2.5時(shí)：)2.0(10bhfVccREb跨高比等于或小于2.5時(shí)：)15.0(10bhfVccREb跨高比大于2.5時(shí)：)2.0(10bhfVccREb跨高比等于或小于2.5時(shí)：)15.0(10bhfVccREbbV梁端部截面組合的剪力設(shè)計(jì)值；

5、0h梁的截面有效高度；cf混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；b梁的截面寬度；RE承載力抗震調(diào)整系數(shù),0.85。梁斜截面受剪承載力 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對(duì)于矩形、T形和I字形截面的一般框架梁，斜截面受剪承載力應(yīng)按下式驗(yàn)算：箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；yvf同一截面箍筋各肢的全部截面面積；svA承載力調(diào)整系數(shù)；一般取0.85，對(duì)一、二級(jí)框架短梁，取1.0。RE 對(duì)集中荷載作用下的框架梁，其斜截面受剪承載力應(yīng)按下式驗(yàn)算：承載力調(diào)整系數(shù)，取0.85；RE梁的剪跨比，取31.5。（2）提高梁延性措施梁截面尺寸 試驗(yàn)和理論分析表明，影響梁截面延性的主要因素有梁的截面尺寸、縱向鋼筋配筋率、剪壓比、配箍率、鋼筋和混凝土的

6、強(qiáng)度等級(jí)等。梁寬不宜小于200mm，過小截面損失比例較大；梁寬不宜小于柱寬的1/2，對(duì)節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)提供約束以提高受剪承載力；梁高寬比不宜大于4，狹而高的梁不利于混凝土的約束，也會(huì)在梁 剛度降低后引起側(cè)向失穩(wěn)；梁跨高小于4時(shí)，屬于短梁，反復(fù)彎剪作用下，斜裂縫沿梁全長(zhǎng)發(fā)展從而使梁的延性及承載力急劇降低。梁縱筋配筋率截面相對(duì)受壓區(qū)高度一級(jí)框架梁不應(yīng)大于0.25；二、三級(jí)框架梁不應(yīng)大于0.35；梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2.5%梁縱筋配置受壓鋼筋面積與受拉鋼筋面積保持一定比例原因：其一，一定的受壓鋼筋可以減小混凝土受壓區(qū)高度，其二，地震作用下，梁端可能出現(xiàn)正彎矩，如梁底面鋼筋過少，梁下 破壞嚴(yán)重，

7、也會(huì)影響量的承載力和變形能力。受壓鋼筋面積與受拉鋼筋面積比值要求：一級(jí)不應(yīng)小于0.5；二、三級(jí)不應(yīng)小于0.3。梁頂面和地面通長(zhǎng)鋼筋配置要求：一、二級(jí)不應(yīng)小于2 14；三、四級(jí)不應(yīng)小于2 12 。梁端箍筋加密 梁端箍筋加密區(qū)的長(zhǎng)度、箍筋的最大間距和最小直徑抗震等級(jí)抗震等級(jí)加密區(qū)長(zhǎng)度加密區(qū)長(zhǎng)度（采用較大值）（采用較大值）（mm）箍筋最大間距箍筋最大間距（采用最小值）（采用最小值）（mm）箍筋最小直徑箍筋最小直徑（mm）一2hb，500hb/4，6d，10010二1.5hb，500hb/4，8d，1008三1.5hb，500hb/4，8d，1508四1.5hb，500hb/4，8d，1508 在梁端

8、預(yù)期的塑性鉸區(qū)段加密箍筋，可以起到約束混凝土，提高混凝土變形能力的作用，從而可獲得提高梁截面轉(zhuǎn)動(dòng)能力，增加其延性的效果。框架柱截面設(shè)計(jì)柱的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則： 強(qiáng)柱弱梁，使柱盡量不出現(xiàn)塑性鉸； 在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞，使柱有足夠的抗剪能力； 控制柱的軸壓比不要太大； 加強(qiáng)約束，配置必要的約束箍筋。 設(shè)計(jì)步驟：（1）強(qiáng)柱弱梁（2）強(qiáng)剪弱彎（3）控制柱軸壓比（4）柱內(nèi)縱向鋼筋配置（5）加強(qiáng)柱端約束（1）強(qiáng)柱弱梁強(qiáng)柱弱梁：的概念要求在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生較大側(cè)移進(jìn)入非 彈性階段時(shí)，為使框架保持足夠的豎向承載能力而免于倒 塌，要求實(shí)現(xiàn)梁鉸側(cè)移機(jī)構(gòu)，即塑性鉸應(yīng)首先在梁上形成， 盡可能避免在

9、破壞后在危害更大的柱上出現(xiàn)塑性鉸。設(shè)計(jì)要求：就承載力而言，要求同一節(jié)點(diǎn)上、下柱端截面極限抗彎承 載力之和應(yīng)大于同一平面內(nèi)節(jié)點(diǎn)左、右梁端截面的極限抗 彎承載力之和。規(guī)范規(guī)定：一、二、三級(jí)框架的梁柱節(jié)點(diǎn)處，除框架頂層和柱軸壓比 小于0.15外，柱端彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下式的要求：bccMMc-柱端彎矩增大系數(shù)，對(duì)框架結(jié)構(gòu)，一、二、三、四級(jí)可分別取 1.7、1.5、1.3、1.2；其他結(jié)構(gòu)類型中的框架，一級(jí)為1.4，二 級(jí)為1.2，三、四級(jí)為1.1。9度和一級(jí)框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合：buacMM2.1buaM-節(jié)點(diǎn)左右梁端截面逆時(shí)針或順時(shí)針方向根據(jù)實(shí)配鋼筋面積 （考慮受壓筋）和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的抗彎承載力所

10、對(duì) 應(yīng)的彎矩值之和；抗震規(guī)范規(guī)定： 為適當(dāng)加強(qiáng)底層柱的抗彎能力，一、二、三、四級(jí)框架結(jié)構(gòu)的底層，柱下端截面組合的彎矩設(shè)計(jì)值，應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.7、1.5、1.3和1.2。（2）強(qiáng)剪弱彎柱剪力設(shè)計(jì)值 抗震規(guī)范規(guī)定：對(duì)于抗震等級(jí)為一、二、三級(jí)的框架柱端剪力設(shè)計(jì)值，應(yīng)按下式進(jìn)行調(diào)整： nvHMMVbctccnH柱的凈高；cvbctcMM 、分別為柱上、下端逆時(shí)針或順時(shí)針方向正截面組合的彎矩設(shè)計(jì) 值；應(yīng)符合強(qiáng)柱弱梁和底層柱底的調(diào)整要求。柱端彎矩增大系數(shù)，對(duì)框架結(jié)構(gòu)，一、二、三、四級(jí)可分別取 1.7、1.5、1.3、1.2；其他結(jié)構(gòu)類型中的框架，一級(jí)為1.4，二 級(jí)為1.2，三、四級(jí)為1.1。9度和

11、一級(jí)框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合：nHMMVbcuatcua2.1bcuatcuaMM、分別為柱上、下端逆時(shí)針或順時(shí)針方向根據(jù)實(shí)配鋼筋 面積（考慮受壓筋）和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的抗彎承 載力所對(duì)應(yīng)的彎矩值?？拐鹨?guī)范規(guī)定： 按兩個(gè)主軸方向分別考慮地震作用時(shí)，一、二級(jí)框架結(jié)構(gòu)的角柱按調(diào)整后的剪力設(shè)計(jì)值宜乘以增大系數(shù)1.30。剪壓比限值 規(guī)范規(guī)定：對(duì)于剪跨比大于2的矩形截面框架柱，其截面尺寸與剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下式的要求： 對(duì)于剪跨比不大于2的框架短柱其截面尺寸與剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下式的要求： )2 .0(10bhfVcREc)15.0(10bhfVcREc柱斜截面受剪承載力框架柱斜截面破壞形式：斜拉破壞斜壓破壞剪壓

12、破壞配筋率滿足要求截面尺寸滿足要求通過配筋計(jì)算來防止對(duì)策：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，框架柱斜截面受剪承載力按下式計(jì)算：)056. 0105. 1(100NhsAfbhfVsvyvtREcN 考慮地震作用組合的軸壓比設(shè)計(jì)值；bhfNc3 . 0RE 承載力抗震影響系數(shù)；85. 0RE 框架柱的計(jì)算剪跨比；0hVMcc-剪跨比，取上、下兩端計(jì)算結(jié)果的較大值；cV-端截面組合剪力計(jì)算值；cM-端截面組合彎矩計(jì)算值；0h-截面有效高度。31（3）控制柱軸壓比軸壓比：柱組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全截面面積和混凝土抗壓強(qiáng)度 設(shè)計(jì)值乘積之比，即：ccN/hbfNc 綜合考慮不同抗震等級(jí)的延性要求，對(duì)于考慮地震作

13、用組合的各種柱軸壓比限值見下表：柱軸壓比限值結(jié)構(gòu)類型抗震等級(jí)一二三四框架結(jié)構(gòu)0.650.750.850.90框架-抗震墻、板柱-抗震墻、框架-核心筒、筒中筒0.750.850.900.95部分框支抗震墻0.60.70（4）柱內(nèi)縱向鋼筋配置柱的縱向配筋應(yīng)符合下列要求： 宜對(duì)稱布置； 截面尺寸大于400mm的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200mm； 縱向鋼筋的最小配筋率應(yīng)按下表采用：采用HRB335、HRB400級(jí)鋼筋的柱，總配筋率不應(yīng)大于5%；一級(jí)且剪跨比大于2的柱，每側(cè)縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%；柱縱向鋼筋最小總配筋率類別抗震等級(jí)一二三四中柱和邊柱0.9（1.0）0.7（0.8）0.6（0.7

14、）0.5（0.6）角柱、框支柱1.10.90.80.7（5）加強(qiáng)柱端約束承擔(dān)柱子剪力；約束混凝土，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度及變形能力；為縱向鋼筋提供側(cè)向支撐，防止縱筋壓曲。加強(qiáng)柱端約束的作用：柱端箍筋加密區(qū)范圍，應(yīng)按下列規(guī)定采用：取截面高度、柱凈高的1/6和500mm三者的最大值；底層柱的下端不小于柱凈高的1/3；剛性地面上下各500mm。剪跨比不大于2的柱、因設(shè)置填充墻等形成的柱凈高與柱截面高度 之比不大于4的柱、框支柱、一級(jí)和二級(jí)框架的角柱，取全高。一般情況下，柱端箍筋加密區(qū)的箍筋間距和直徑：柱箍筋加密區(qū)的箍筋最大間距和最小直徑抗震等級(jí)箍筋最大間距（采用較小值，mm）箍筋最小直徑（mm）一6d

15、，10010二8d，1008三8d，150（柱根100）8四8d，150（柱根100）6（柱根8）柱端箍筋加密區(qū)約束箍筋的體積配筋率應(yīng)符合下式要求：yvcvff/一級(jí)不應(yīng)小于0.8%；二級(jí)不應(yīng)小于0.6%；三、四級(jí)不應(yīng)小于0.4%； 最小配箍特征值；柱端加密區(qū)箍筋最小配箍特征值抗震等級(jí)箍筋形式柱軸壓比0.30.40.50.60.70.80.91.01.05一普通箍、復(fù)合箍0.100.110.130.150.170.200.23螺旋箍、復(fù)合或連續(xù)復(fù)合矩形螺旋箍0.080.090.110.130.150.180.21二普通箍、復(fù)合箍0.080.090.110.130.150.170.190.220

16、.24螺旋箍、復(fù)合或連續(xù)復(fù)合矩形螺旋箍0.060.070.090.110.130.150.170.200.22三、四普通箍、復(fù)合箍0.060.070.090.110.130.150.170.200.22螺旋箍、復(fù)合或連續(xù)復(fù)合矩形螺旋箍0.050.060.070.090.110.130.150.180.20柱箍筋非加密區(qū)：箍筋體積配筋率：不宜小于加密區(qū)的50%；箍筋間距：一、二級(jí)框架柱不應(yīng)大于10倍縱向鋼筋直徑， 三、四級(jí)框架柱不應(yīng)大于15倍縱向鋼筋直徑?？蚣芄?jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)根據(jù)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)概念，框架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：節(jié)點(diǎn)的承載力不應(yīng)低于其連接構(gòu)件(梁、柱)的承載力；多遇地震時(shí)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)在彈

17、性范圍內(nèi)工作；罕遇地震時(shí)，節(jié)點(diǎn)承載力的降低不得危及豎向荷載的傳遞；梁柱縱筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)應(yīng)有可靠的錨固； 節(jié)點(diǎn)配筋不應(yīng)使施工過分困難。 鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)破壞的主要形式是節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)剪切破壞和鋼筋錨固破壞，嚴(yán)重的會(huì)引起整個(gè)框架倒塌，修復(fù)也比較困難。因而，在框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中對(duì)節(jié)點(diǎn)應(yīng)予以足夠的重視。（1）一般框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗剪承載力驗(yàn)算剪力設(shè)計(jì)值節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)：框架梁與框架柱相交的部位。節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)受力情況見下圖：節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)組合的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)滿足下式要求：bcsbsbbjbjhHahahMV0019度和一級(jí)框架尚應(yīng)符合下式要求：bcsbsbbuajhHahahMV00115.1sa -梁截面有效高度，節(jié)點(diǎn)兩側(cè)

18、梁截面高度不等時(shí)可取平均值；-節(jié)點(diǎn)剪力增大系數(shù)，一級(jí)取1.35,二級(jí)取1.2。b-柱的計(jì)算高度，可采用節(jié)點(diǎn)上下柱反彎點(diǎn)之間的距離；cH0bh-梁受壓鋼筋合力點(diǎn)至受壓邊緣的距離；bh-梁的截面高度，節(jié)點(diǎn)兩側(cè)梁截面高度不等時(shí)可取平均值；bM-節(jié)點(diǎn)左右梁端順時(shí)針或反時(shí)針方向截面組合的彎矩設(shè)計(jì)值之和；buaM-節(jié)點(diǎn)左右梁端縱向受拉鋼筋實(shí)際配筋面積（考慮受壓筋）和材料 強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的受彎承載力所對(duì)應(yīng)的彎矩值之和。剪壓比限值 為了防止節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)混凝土斜壓破壞，同樣要控制剪壓比不得過大，一般應(yīng)滿足：10.30jjcjjREVf b h 正交梁的約束影響系數(shù)，樓板為現(xiàn)澆，梁柱中線重合， 四側(cè)各梁截面寬度不小

19、于該側(cè)柱截面寬度的12，且正 交方向梁高度不小于框架梁高度的34時(shí)，可采用1.5， 9度的一級(jí)宜采用1.25，其他情況均采用1.0； 承載力抗震調(diào)整系數(shù)，可采用0.85； 節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的截面高度，可采用驗(yàn)算方向的柱截面高度； 節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的截面有效驗(yàn)算寬度。jREjhjb節(jié)點(diǎn)受剪承載力現(xiàn)澆框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)截面受剪承載力按下式計(jì)算：sahAfbbNhbfVsbsvjyvcjjjjtjREj005.01 .119度和一級(jí)框架尚應(yīng)符合下式要求：sahAfhbfVsbsvjyvjjtjREj09 .01-混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；tfN-對(duì)應(yīng)于重力荷載代表值的上柱軸向壓力；s-箍筋間距；yvf-箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；svjA-核心區(qū)驗(yàn)算寬度bj范圍內(nèi)同一截面驗(yàn)算方向各肢箍筋的總截面面積;jh-節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的截面高度；節(jié)點(diǎn)截面有效寬度a. 當(dāng)梁柱軸線重合，且梁寬不小于該側(cè)柱寬的1/2時(shí):cjbbb.當(dāng)梁柱軸線重合，但梁寬小于該側(cè)柱寬1/2時(shí)，取下列較小者:cbjcjhbbbb5 . 0c. 當(dāng)梁柱軸線不重合（偏心距不大于 ）時(shí)，此時(shí)取下列較小值:cb41cbjocbcjhbbehbbb5 .0)5