RC框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第6章

鋼筋混凝土框架構(gòu)件設(shè)計(jì)

6.1延性耗能框架的概念設(shè)計(jì)6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)6.3框架柱抗震設(shè)計(jì)6.4梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)6.5鋼筋的連接和錨固6.1延性耗能框架的概念設(shè)計(jì)

延性是指強(qiáng)度或承載力沒有大幅度下降情況下的屈服后變形能力；

耗能能力是構(gòu)件或結(jié)構(gòu)耗散地震能量的能力，用往復(fù)荷載作用下構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的力－變形滯回曲線包含的面積度量。1）梁鉸機(jī)制（整體機(jī)制）優(yōu)于柱鉸機(jī)制（局部機(jī)制）

對(duì)鋼筋混凝土框架抗震性能的認(rèn)識(shí)6.1延性耗能框架的概念設(shè)計(jì)2）彎曲（壓彎）破壞優(yōu)于剪切破壞

彎曲破壞剪切破壞對(duì)鋼筋混凝土框架抗震性能的認(rèn)識(shí)6.1延性耗能框架的概念設(shè)計(jì)3）大偏壓破壞優(yōu)于小偏壓破壞小偏壓構(gòu)件的相對(duì)受壓區(qū)高度大，延性和耗能能力降低對(duì)鋼筋混凝土框架抗震性能的認(rèn)識(shí)6.1延性耗能框架的概念設(shè)計(jì)4）避免核芯區(qū)破壞及縱筋錨固破壞梁—柱核芯區(qū)破壞為剪切破壞，可能導(dǎo)致框架失效；伸入核芯區(qū)的縱筋與混凝土之間的粘結(jié)破壞，會(huì)導(dǎo)致梁端轉(zhuǎn)角增大，從而增大層間位移。

對(duì)鋼筋混凝土框架抗震性能的認(rèn)識(shí)6.1延性耗能框架的概念設(shè)計(jì)6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)震害6.2.1框架梁的破壞形態(tài)與延性破壞形態(tài)：剪切破壞彎曲破壞剪切破壞：脆性破壞，延性小，耗能差6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)彎曲破壞：少筋破壞—脆性破壞，延性小，耗能差超筋破壞—脆性破壞，延性小，耗能差適筋破壞—延性破壞

6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)6.2.2梁截面抗彎設(shè)計(jì)1）梁縱向配筋與延性的關(guān)系影響適筋梁延性大小的因素之一：相對(duì)壓區(qū)高度

應(yīng)變分布1應(yīng)變分布2

6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)雙筋矩形截面適筋梁的相對(duì)受壓區(qū)高度

ρs，ρ’s

－分別為受拉鋼筋和受壓鋼筋的配筋率—與混凝土強(qiáng)度等級(jí)有關(guān)的等效矩形應(yīng)力圖形系數(shù)6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)

增大受拉鋼筋的配筋率，相對(duì)受壓區(qū)高度增大；增大受壓鋼筋的配筋率，相對(duì)受壓區(qū)高度減小。6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)

減小梁端塑性鉸區(qū)范圍內(nèi)截面的相對(duì)受壓區(qū)高度的措施：限制梁端頂面受拉鋼筋的配筋率梁端底面配置一定量的受壓鋼筋6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)2）

梁截面抗彎驗(yàn)算

受彎承載力驗(yàn)算公式無地震作用組合時(shí)：有地震作用組合時(shí)：6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)1）剪力設(shè)計(jì)值

確定剪力設(shè)計(jì)值的原則：

一、二、三級(jí)框架梁端箍筋加密區(qū)：

強(qiáng)剪弱彎

四級(jí)和非抗震框架梁：取最不利組合得到的剪力

6.2.3梁截面抗剪驗(yàn)算6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)一、二、三級(jí)框架梁端箍筋加密區(qū)剪力設(shè)計(jì)值Vb6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)一級(jí)框架結(jié)構(gòu)及9度時(shí)尚應(yīng)符合

6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)

Mbl、Mbr－分別為梁左右端截面反時(shí)針或順時(shí)針方向組合的彎矩設(shè)計(jì)值，一級(jí)框架兩端均為負(fù)彎矩時(shí)，絕對(duì)值較小的彎矩應(yīng)取零；6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)

Mbual、Mbuar－分別為梁左右端截面反時(shí)針或順時(shí)針方向?qū)嵟涞恼孛婵拐鹗軓澇休d力，Mbua=Mbu/γRE，Mbu為根據(jù)實(shí)配鋼筋面積（計(jì)入受壓鋼筋）和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算所得梁端截面的實(shí)際受彎承載力，γRE

取0.75；

6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)ln－梁的凈跨；VGb－梁在重力荷載代表值作用下，按

簡支梁計(jì)算的梁端截面剪力設(shè)計(jì)值；

ηVb－梁端剪力增大系數(shù)，一級(jí)取1.3，二級(jí)取1.2，三級(jí)取1.1?？拐鸫胧┑挠?jì)算內(nèi)容

6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)2)受剪承載力驗(yàn)算

受剪承載力驗(yàn)算公式無地震作用組合時(shí)：有地震作用組合時(shí)：6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)6.2.4構(gòu)造措施1）最小截面尺寸

構(gòu)造要求剪壓比限值6.2框架梁抗震設(shè)計(jì)構(gòu)造要求梁寬度不宜小于200mm截面高寬比不宜大于4凈跨與截面高度之比不宜小于4

6.2.4構(gòu)造措施剪壓比限值截面平均剪應(yīng)力與混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的比值

無地震作用組合時(shí)：

V≤0.25βcfcbbhb0

βc

—混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)6.2.4構(gòu)造措施剪壓比限值有地震作用組合時(shí)：

跨高比大于2.5的梁

跨高比不大于2.5的梁

6.2.4構(gòu)造措施2）相對(duì)受壓區(qū)高度

梁端混凝土受壓區(qū)高度限值：

一級(jí)框架梁x≤0.25hb0二、三級(jí)框架梁x≤0.35hb0

（強(qiáng)制）

其他x≤ξbhb0

6.2.4構(gòu)造措施梁縱向受拉鋼筋的最小配筋百分率（%）(強(qiáng)制)

截面非抗震抗震等級(jí)一級(jí)二級(jí)三、四級(jí)支座(取較大值)0.2和45ft/fy0.4和80ft/fy0.3和65ft/fy0.25和55ft/fy跨中(取較大值)0.3和65ft/fy0.25和55ft/fy0.2和45ft/fy3)縱向鋼筋6.2.4構(gòu)造措施沿全長頂面和底面至少兩根縱筋

一、二級(jí)時(shí)：直徑不小于14mm和其他要求三、四級(jí)和非抗震時(shí)：直徑不小于12mm一、二級(jí)時(shí)貫通中柱的梁縱筋最大直徑：不大于柱在該方向截面尺寸的1/206.2.4構(gòu)造措施抗震設(shè)計(jì)時(shí)(強(qiáng)制）

梁端頂面受拉鋼筋的配筋率：

不應(yīng)大于2.5％

梁端底面受壓鋼筋面積A’s與頂面受拉鋼筋面積As的比值：一級(jí)A’s/As≥0.5二、三級(jí)

A’s/As≥0.3

6.2.4構(gòu)造措施梁端箍筋加密區(qū)的箍筋配置：加密區(qū)長度箍筋最大間距限值箍筋最小直徑梁端箍筋加密的作用：

約束混凝土，增大塑性變形能力，防止縱向鋼筋過早壓屈

4）箍筋6.2.4構(gòu)造措施抗震等級(jí)

加密區(qū)長度（mm）（取較大值）箍筋最大間距（mm）（取最小值）箍筋最小直徑（mm）

一級(jí)

2hb,500

hb/4,6d,100

10

二級(jí)

1.5hb,500

hb/4,8d,100

8

三級(jí)

1.5hb,500

hb/4,8d,150

8

四級(jí)

1.5hb,500

hb/4,8d,150

6梁端箍筋加密區(qū)的長度、箍筋的最大間距和最小直徑(強(qiáng)制)

6.2.4構(gòu)造措施非加密區(qū)：箍筋最大間距不宜大于加密區(qū)箍筋間距的2倍加密區(qū)箍筋肢距：一級(jí)：不大于200mm和20倍箍筋直徑的較大者二、三級(jí)：不大于250mm和20倍箍筋直徑的較大者四級(jí)：不大于300mm6.2.4構(gòu)造措施抗震設(shè)計(jì)時(shí)，沿梁全長箍筋面積配筋率：

一級(jí)：二級(jí)：三、四級(jí)：

6.2.4構(gòu)造措施抗震框架梁：

封閉箍，135o彎鉤彎鉤直段的長度：不小于10倍箍筋直徑和75mm的較大值縱筋搭接長度范圍內(nèi)箍筋的間距

非抗震框架梁的箍筋要求：《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2.4構(gòu)造措施6.3框架柱抗震設(shè)計(jì)

震害：柱端混凝土壓碎，箍筋拉斷，縱筋壓屈呈燈籠狀X形斜裂縫剪切破壞6.3框架柱抗震設(shè)計(jì)6.3.1影響柱延性耗能的主要因素

1）剪跨比

MC、VC—柱端截面組合的彎矩計(jì)算值和組合的剪力計(jì)算值；hc0—計(jì)算方向柱截面的有效高度。

6.3框架柱抗震設(shè)計(jì)

剪跨比對(duì)破壞形態(tài)的影響

剪跨比大于2，長柱：壓彎破壞；

剪跨比1.5—2，短柱：剪切破壞，若箍筋足夠，也可能為剪壓破壞；

剪跨比不大于1.5，極短柱：一般為剪切斜拉破壞，工程中應(yīng)盡量避免。

6.3框架柱抗震設(shè)計(jì)2）軸壓比

柱的平均軸向壓應(yīng)力與混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的比值

6.3框架柱抗震設(shè)計(jì)柱的延性與截面混凝土相對(duì)受壓區(qū)高度有關(guān)，相對(duì)受壓區(qū)高度與軸壓比有關(guān)，因此，柱的延性與軸壓比有關(guān)。限制柱的軸壓比，實(shí)現(xiàn)大偏心受壓破壞。6.3框架柱抗震設(shè)計(jì)3）箍筋配置箍筋的作用：抵抗剪力，約束混凝土，防止縱筋壓屈箍筋約束程度的度量：配箍特征值

6.3框架柱抗震設(shè)計(jì)箍筋形式對(duì)約束效果的影響

6.3框架柱抗震設(shè)計(jì)6.3.2柱正截面承載力驗(yàn)算1）軸力、彎矩設(shè)計(jì)值

無地震作用組合，四級(jí)框架柱:取最不利內(nèi)力組合作為軸力、彎矩設(shè)計(jì)值。6.3框架柱抗震設(shè)計(jì)

有地震作用組合的一、二、三級(jí)框架柱：軸力取最不利內(nèi)力組合值彎矩調(diào)整、增大（強(qiáng)柱弱梁等）6.3.2柱正截面承載力驗(yàn)算a)按強(qiáng)柱弱梁要求調(diào)整柱端彎矩設(shè)計(jì)值強(qiáng)柱弱梁：

節(jié)點(diǎn)上下柱端截面在軸力作用下的實(shí)際受彎承載力之和應(yīng)大于節(jié)點(diǎn)左右梁端截面實(shí)際受彎承載力之和

6.3.2柱正截面承載力驗(yàn)算一、二、三級(jí)框架ηc－柱端彎矩增大系數(shù)，一級(jí)取1.4，二級(jí)取1.2，三級(jí)取1.1

6.3.2柱正截面承載力驗(yàn)算一級(jí)框架結(jié)構(gòu)及9度時(shí)尚應(yīng)符合

Mbua=Mbu/γREMbu為實(shí)配受彎承載力6.3.2柱正截面承載力驗(yàn)算b)框架結(jié)構(gòu)柱端彎矩增大一、二、三級(jí)框架結(jié)構(gòu)的底層柱下端截面組合的彎矩計(jì)算值，應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.5、1.25和1.15。6.3.2柱正截面承載力驗(yàn)算c)框支柱框支柱承受的最小地震剪力：柱數(shù)不少于10根時(shí)，總和不小于層剪力的20％柱數(shù)少于10根時(shí)，每根柱不小于層剪力的2％6.3.2柱正截面承載力驗(yàn)算

一、二級(jí)框支柱由地震作用產(chǎn)生的軸力應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.5、1.2。計(jì)算軸壓比時(shí)，附加軸力不乘以增大系數(shù)。

一、二級(jí)框支柱的頂層柱上端和底層柱下端，其組合的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.5和1.2。6.3.2柱正截面承載力驗(yàn)算d)角柱

按上述方法調(diào)整后的組合彎矩設(shè)計(jì)值再乘以不小于1.10的增大系數(shù)。

6.3.2柱正截面承載力驗(yàn)算2）柱正截面受彎承載力驗(yàn)算

按壓彎構(gòu)件驗(yàn)算承載力；抗震設(shè)計(jì)框架的角柱按雙向偏心構(gòu)件驗(yàn)算壓彎承載力；

有地震作用組合時(shí)需考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)。

6.3.2柱正截面承載力驗(yàn)算6.3.3受剪承載力驗(yàn)算1）剪力設(shè)計(jì)值一、二、三級(jí)框架柱兩端和框支柱兩端的箍筋加密區(qū)：強(qiáng)剪弱彎其他（短柱除外）：不利內(nèi)力組合剪力計(jì)算值

強(qiáng)剪弱彎分別為柱的上下端順時(shí)針或反時(shí)針方向截面的彎矩設(shè)計(jì)值(取調(diào)整增大后的設(shè)計(jì)值，包括角柱的增大系數(shù))，且取順時(shí)針方向之和及反時(shí)針方向之和兩者的較大值；Hn—柱的凈高；

—柱剪力增大系數(shù)，一、二、三級(jí)分別取1.4、1.2和1.1。

6.3.3受剪承載力驗(yàn)算強(qiáng)剪弱彎分別為軸壓力設(shè)計(jì)值作用下柱的上下端順時(shí)針或反時(shí)針方向?qū)嵟涞恼孛婵拐鹗軓澇休d力所對(duì)應(yīng)的彎矩值，根據(jù)實(shí)配鋼筋面積、材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值等確定；Hn—柱的凈高。

一級(jí)框架結(jié)構(gòu)及9度時(shí)尚應(yīng)滿足：6.3.3受剪承載力驗(yàn)算2）截面受剪承載力驗(yàn)算

無地震作用組合

有地震作用組合

6.3.3受剪承載力驗(yàn)算N>0.3fcbchc時(shí)：取N＝0.3fcbchc

λ<1時(shí)：取λ＝1λ>3時(shí)：取λ＝36.3.3受剪承載力驗(yàn)算軸力為拉力時(shí)：軸力項(xiàng)改為－0.2N軸力為拉力、計(jì)算值小于時(shí)：取等于，且不小于6.3.3受剪承載力驗(yàn)算6.3.4框架柱構(gòu)造措施1）最小截面尺寸邊長：不小于250mm（非抗震設(shè)計(jì)）和300mm（抗震設(shè)計(jì)）圓柱：直徑不小于350mm截面邊長比：不大于3

剪壓比限值（最小抗剪截面面積）無地震作用組合：

Vc≤0.25βcfcbchc0

有地震作用組合：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框架柱構(gòu)造措施2）縱向鋼筋縱向鋼筋的最小總配箍率（%）（強(qiáng)制）柱類型

抗震等級(jí)

非抗震

一級(jí)二級(jí)三級(jí)

四級(jí)中柱邊柱

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級(jí)鋼筋允許減少0.1，高于C60時(shí)應(yīng)增加0.16.3.4框架柱構(gòu)造措施每側(cè)配筋率不應(yīng)小于0.2％(強(qiáng)制)Ⅳ類場地且較高的建筑增加0.1％(強(qiáng)制)

6.3.4框架柱構(gòu)造措施2）縱向鋼筋

對(duì)稱配置；截面尺寸大于400mm的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200mm；柱總配筋率不應(yīng)大于5％；一級(jí)且剪跨比不大于2的柱，每側(cè)縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2％；非強(qiáng)制6.3.4框架柱構(gòu)造措施2）縱向鋼筋

邊柱、角柱及抗震墻邊柱在地震作用組合產(chǎn)生小偏心受拉時(shí)，柱內(nèi)縱筋總截面面積應(yīng)比計(jì)算值增加25％；縱向鋼筋的綁扎接頭應(yīng)避開柱端的箍筋加密區(qū)。

非強(qiáng)制6.3.4框架柱構(gòu)造措施2）縱向鋼筋

柱軸壓比限值（剪跨比大于2，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不高于C60）結(jié)構(gòu)類型

抗震等級(jí)

一級(jí)

二級(jí)

三級(jí)

框架結(jié)構(gòu)

0.7

0.80

0.90

框架-剪力墻，板柱-剪力墻，筒體

0.75

0.85

0.95

部分框支剪力墻

0.60

0.70——3）軸壓比限值6.3.4框架柱構(gòu)造措施N—軸壓力如何取？有地震作用組合的設(shè)計(jì)值無地震作用組合的抗震框架是否需要限制柱的軸壓比？軸壓比計(jì)算式：6.3.4框架柱構(gòu)造措施由軸壓比限值表：抗震等級(jí)高，軸壓比限值小有剪力墻或筒時(shí)，軸壓比限值大框支柱，軸壓比限值小6.3.4框架柱構(gòu)造措施軸壓比限值調(diào)整：

剪跨比1.5－2：降低0.05剪跨比小于1.5：專門研究箍筋形式、配箍量約束效果好：增大0.1截面中部附加縱筋并用箍筋約束：增大0.05不大于1.05

6.3.4框架柱構(gòu)造措施

連續(xù)復(fù)合矩形螺旋箍普通箍

復(fù)合箍螺旋箍復(fù)合螺旋箍6.3.4框架柱構(gòu)造措施4）箍筋加密區(qū)范圍柱箍筋加密區(qū)：可能形成塑性鉸的區(qū)段長柱柱根剛性地面柱端柱端6.3.4框架柱構(gòu)造措施柱全高加密箍筋：剪跨比不大于2的柱(短柱）凈高與截面高度之比不大于4的柱一、二級(jí)框架的角柱框支柱需要提高變形能力的柱6.3.4框架柱構(gòu)造措施5）箍筋加密區(qū)的配箍量最小配箍特征值最大間距最小直徑最大肢距6.3.4框架柱構(gòu)造措施影響最小配箍特征值λmin的因素：

框架的抗震等級(jí)

—抗震等級(jí)高，λmin大

柱的軸壓比

—軸壓比高，λmin大

箍筋形式

—約束好，λmin小最小配箍特征值6.3.4框架柱構(gòu)造措施由規(guī)范規(guī)定的箍筋最小配箍特征值，計(jì)算最小體積配箍率、配置箍筋：取混凝土不低于C35，取鋼筋抗拉強(qiáng)度不大于360N/mm2，一級(jí)不小于0.8％，二級(jí)不小于0.6％，三、四級(jí)不小于0.4％

6.3.4框架柱構(gòu)造措施體積配箍率：箍筋體積/外圍箍筋包圍的混凝土體積體積配箍率計(jì)算式(扣除重疊部分的箍筋體積)：6.3.4框架柱構(gòu)造措施柱箍筋加密區(qū)箍筋的最大間距和最小直徑(強(qiáng)制)

抗震等級(jí)

箍筋最大間距（取較小值，mm）箍筋最小直徑(mm)

一級(jí)

6d，100

10

二級(jí)

8d，100

8

三級(jí)8d，150（柱根100）

8

四級(jí)8d，150（柱根100）

6（柱根8）箍筋的最大間距和最小直徑6.3.4框架柱構(gòu)造措施

二級(jí)框架柱的箍筋直徑不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm時(shí)，除柱根外最大間距應(yīng)允許采用150mm；三級(jí)框架柱的截面尺寸不大于400mm時(shí)，箍筋最小直徑應(yīng)允許采用6mm；四級(jí)框架柱剪跨比不大于2時(shí)，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm;

框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋間距不應(yīng)大于100mm。加密區(qū)箍筋的最大間距和最小直徑箍筋加密區(qū)：

一級(jí)不大于200mm，二、三級(jí)不大于250mm和20倍箍筋直徑的較大者，四級(jí)不大于300mm。非加密區(qū)箍筋體積配箍率：不小于加密區(qū)的50％箍筋間距：一、二級(jí)不大于縱筋直徑的10倍，三、四級(jí)不大于縱筋直徑的15倍。箍筋肢距6.3.4框架柱構(gòu)造措施破壞形態(tài)6.4梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)

強(qiáng)核芯區(qū):

梁端鋼筋屈服時(shí),核芯區(qū)不應(yīng)剪切屈服。設(shè)計(jì)中，取梁端截面達(dá)到受彎承載力時(shí)的核芯區(qū)剪力作為其剪力設(shè)計(jì)值。采用梁端彎矩設(shè)計(jì)值代替受彎承載力，以簡化計(jì)算。

三、四級(jí)框架和非抗震框架的核芯區(qū)，可不進(jìn)行驗(yàn)算。6.4.1剪力設(shè)計(jì)值6.4梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)

中柱節(jié)點(diǎn)受力簡圖6.4梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)

取上半部分為隔離體，由平衡條件可得核芯區(qū)剪力Vj，由梁柱平衡求出Vc，代入：

6.4梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)

一、二級(jí)框架核芯區(qū)剪力設(shè)計(jì)值：

ηjb—核芯區(qū)剪力增大系數(shù)，一級(jí)取1.35，二級(jí)取1.2

6.4梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)

9度時(shí)和一級(jí)框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合

6.4梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)

6.4.2受剪承載力驗(yàn)算

9度時(shí)

6.4梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)

軸力N的影響：

N>0.5fcbchc時(shí)：取