多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计

第第5 5章章 多层及高层钢筋混凝土房屋多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计抗震设计5.1 概述概述 5.2 抗震设计的一般要求抗震设计的一般要求5.3 框架内力和位移计算框架内力和位移计算5.4 钢筋混凝土框架结构构件设计钢筋混凝土框架结构构件设计5.3 5.3 框架内力与位移计算框架内力与位移计算 结构抗震计算的内容一般包括：结构抗震计算的内容一般包括：结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定；结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定；结构地震反应计算，包括多遇烈度下的地震荷载与结构结构地震反应计算，包括多遇烈度下的地震荷载与结构侧移；侧移；结构内力分析；结构内力分析；截面抗震设计等。截面抗震设计等。框架结构设计的过程：框架结构设计的过程：结构布置及构件截面尺寸确定结构布置及构件截面尺寸确定计算简图计算简图荷载计算荷载计算重力荷载代表值计算重力荷载代表值计算水平（地震）作用计算水平（地震）作用计算内力计算（竖向、水平向）内力计算（竖向、水平向）内力组合内力组合截面强度计截面强度计算算变形验算变形验算构造措施等。构造措施等。5.3.1 5.3.1 水平地震作用计算水平地震作用计算1 1、结构的地震作用计算方向、结构的地震作用计算方向 一般可在建筑结构的一般可在建筑结构的两个主轴方向分别两个主轴方向分别考虑水平地震考虑水平地震作用，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力框架结作用，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力框架结构承担。构承担。2 2、计算单元的选取、计算单元的选取 一般应以一般应以防震缝所划分防震缝所划分的结构单元作为计算单元，在的结构单元作为计算单元，在计算单元中各楼层重力荷载代表值的集中质点计算单元中各楼层重力荷载代表值的集中质点G Gi i设在楼屋设在楼屋盖标高处。盖标高处。3 3、水平地震作用计算、水平地震作用计算 一般情况下一般情况下采用底部剪力法采用底部剪力法分别求单元的总水平地震分别求单元的总水平地震作用标准值作用标准值F FEKEK各层水平地震作用标准值各层水平地震作用标准值F Fi i和顶部附加水平和顶部附加水平地震作用标准值地震作用标准值F Fn n。4 4、结构基本周期的计算结构基本周期的计算 一般多采用一般多采用顶点位移法顶点位移法，计入，计入 的影响，框架结构的影响，框架结构的基本周期的基本周期T T1 1可按下式计算：可按下式计算：考考虑非结构墙体刚度影响的周期折减系数，当采用虑非结构墙体刚度影响的周期折减系数，当采用实砌填充砖墙时取；当采用轻质墙、外挂墙板时取；实砌填充砖墙时取；当采用轻质墙、外挂墙板时取；假想集中在各层楼面处的重力荷载代表值假想集中在各层楼面处的重力荷载代表值G Gi i为水平荷载，按弹性方法所求得的结构顶点假想位移为水平荷载，按弹性方法所求得的结构顶点假想位移(m)(m)。对于有突出于屋面的屋顶间对于有突出于屋面的屋顶间(电梯间、水箱间电梯间、水箱间)等的框等的框架结构房屋，结构假想位移是指主体结构顶点的位移。架结构房屋，结构假想位移是指主体结构顶点的位移。TtuT7.11T T Tu5 5、地震剪力的计算及分配地震剪力的计算及分配 当已知第当已知第j j层的水平地震作用标准值层的水平地震作用标准值F Fj j和和F Fn n，第，第i i层的层的地震剪力地震剪力为为 然后，再按该层各柱的侧移刚度求其分担的水平地震然后，再按该层各柱的侧移刚度求其分担的水平地震剪力标准值。一般将砖填充墙仅作为非结构构件，不考虑剪力标准值。一般将砖填充墙仅作为非结构构件，不考虑其抗侧力作用。其抗侧力作用。5.3.2 5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算水平地震作用下框架内力的计算 在工程在工程手算方法手算方法中，常采用中，常采用反弯点法和反弯点法和D D值法值法(改进改进反弯点法反弯点法)进行水平地震作用下框架内力的分析。进行水平地震作用下框架内力的分析。反弯点法反弯点法适用于适用于层数较少、梁柱线刚度比大于层数较少、梁柱线刚度比大于3 3的情况，的情况，计算比较简单。计算比较简单。反弯点位置：上部，底层。反弯点位置：上部，底层。D D值法（改进的反弯点法）近似地考虑了框架节点转动值法（改进的反弯点法）近似地考虑了框架节点转动对侧移刚度和反弯点高度的影响，比较精确，应用比较对侧移刚度和反弯点高度的影响，比较精确，应用比较广泛。广泛。D D值法计算框架内力的步骤：值法计算框架内力的步骤：(1)(1)计算各层柱的侧移刚度计算各层柱的侧移刚度D D；312cEIDhhEIkcc212cDkhK KC C柱的线刚度；柱的线刚度；h h 楼层高度；楼层高度；节点转动影响系数，由梁柱线刚度，查表取用。节点转动影响系数，由梁柱线刚度，查表取用。(2)(2)计算各柱所分配的剪力计算各柱所分配的剪力式中式中 第第i i层第层第j j根柱所分配的地震剪力；根柱所分配的地震剪力；第第i i层楼层剪力；层楼层剪力；第第i i层第层第j j根柱的侧移刚度；根柱的侧移刚度；第第i i层所有各柱侧移刚度之和。层所有各柱侧移刚度之和。ijVijViVijD1nijjDiijijVDDV ij（3 3）确定反弯点高度）确定反弯点高度y y y y0 0标准反弯点高度比，查表取值；标准反弯点高度比，查表取值；y y1 1上、下梁线刚度不同，对上、下梁线刚度不同，对y y0 0的修正值的修正值 弯点上移，弯点上移，y y1 1为正值为正值 弯点下移，弯点下移，y y1 1为负值为负值hyyyyy)(32101K2K4K3K143211kkkk121431kkkk y y2 2 上层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。上层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。查表取值。查表取值。y y3 3 下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。查表取值。查表取值。(4)(4)计算柱端弯矩计算柱端弯矩M MC C由柱剪力由柱剪力V Vijij和反弯点高度和反弯点高度y y，按下式求得：，按下式求得：上端上端 下端下端 ()cijMVhy上cijMVy下(5)(5)计算梁端弯矩计算梁端弯矩M Mb b 梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上、下柱端梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上、下柱端弯矩之和按左、右梁的线刚度比例分配弯矩之和按左、右梁的线刚度比例分配。（6 6）梁端剪力梁端剪力lMMVrblbbbVlbMrbMbV1k2k112(bcckMMMkk左上下）212(bcckMMMkk右上下）(7)(7)计算柱轴力计算柱轴力N N 柱轴力柱轴力为各层柱上梁端剪力之和。为各层柱上梁端剪力之和。边柱底层柱轴力为：边柱底层柱轴力为：中柱底层柱轴力中柱底层柱轴力(拉力拉力)为：为：5.3.3 5.3.3 竖向荷载作用下框架内力计算竖向荷载作用下框架内力计算1 1、竖向荷载下框架内力近似计算可采用、竖向荷载下框架内力近似计算可采用分层法和弯矩二次分层法和弯矩二次分配法。分配法。1 1）分层法）分层法 将该层梁与上下柱组成计算单元将该层梁与上下柱组成计算单元；每层只承受该层竖向荷载，不考虑其他各层荷载的影响。每层只承受该层竖向荷载，不考虑其他各层荷载的影响。3层2层1层 由于各个单元上、下柱的远端并不是固定端，而是由于各个单元上、下柱的远端并不是固定端，而是弹性嵌固的，故在计算简图中弹性嵌固的，故在计算简图中除底层外其他各层柱的线除底层外其他各层柱的线刚度均乘以折减系数刚度均乘以折减系数，因此柱，因此柱的弯矩传递系数也相应地的弯矩传递系数也相应地由由l l2 2改为改为l l3 3。用弯矩分配法逐层计算各单元框架的弯矩，叠加起用弯矩分配法逐层计算各单元框架的弯矩，叠加起来即为整个框架的弯矩。每一层柱的最终弯矩由上、下来即为整个框架的弯矩。每一层柱的最终弯矩由上、下层单元框架所得弯矩叠加。对节点处不平衡弯矩较大的层单元框架所得弯矩叠加。对节点处不平衡弯矩较大的可再分配一次，但不再传递。可再分配一次，但不再传递。2 2）弯矩二次分配法）弯矩二次分配法 计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩）；计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩）；将各节点的不平衡弯矩，同时作分配将各节点的不平衡弯矩，同时作分配（按梁柱线刚度分按梁柱线刚度分配固端弯矩配固端弯矩）和传递和传递（传递系数均为传递系数均为l l2 2 ）；）；再作一次弯矩分配即可。再作一次弯矩分配即可。2 2、梁端弯矩的调幅、梁端弯矩的调幅 由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质，在由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质，在竖向荷载下可以考虑适当降低梁端弯矩，进行调幅，以竖向荷载下可以考虑适当降低梁端弯矩，进行调幅，以减少负弯矩钢筋的拥挤现象。对于现浇框架，调幅系数减少负弯矩钢筋的拥挤现象。对于现浇框架，调幅系数可取；装配整体式框架由于节点的附加变形，可取。可取；装配整体式框架由于节点的附加变形，可取。将调幅后的梁端弯矩叠加简支梁的弯矩，则可得到梁的将调幅后的梁端弯矩叠加简支梁的弯矩，则可得到梁的跨中弯矩。跨中弯矩。支座弯矩调幅降低后，梁跨中弯矩应相应增加，且调幅支座弯矩调幅降低后，梁跨中弯矩应相应增加，且调幅后的跨中弯矩不应小于简支情况下跨中弯矩的后的跨中弯矩不应小于简支情况下跨中弯矩的5050。调幅后跨中弯矩为：调幅后跨中弯矩为：只有竖向荷载作用下的梁端弯矩可以调幅只有竖向荷载作用下的梁端弯矩可以调幅，水平荷载作用，水平荷载作用下的梁端弯矩不能考虑调幅。因此，必须先将竖向荷载作用下的梁端弯矩不能考虑调幅。因此，必须先将竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅后，再与水平荷载产生的梁端弯矩进行组下的梁端弯矩调幅后，再与水平荷载产生的梁端弯矩进行组合。合。3 3、活荷载的不利布置、活荷载的不利布置 据统计，国内高层民用建筑重力荷载约据统计，国内高层民用建筑重力荷载约121215kN15kNM M2 2，其中活荷载约为其中活荷载约为2kN2kNM M2 2左右，所占比例较小，左右，所占比例较小，其不利布置其不利布置对结构内力的影响并不大。对结构内力的影响并不大。因此，当活荷载不很大时，可因此，当活荷载不很大时，可按全部满载布置。这样，可不考虑框架的侧移，以简化计按全部满载布置。这样，可不考虑框架的侧移，以简化计算。当活荷载较大时，可将跨中弯矩乘以系数加算。当活荷载较大时，可将跨中弯矩乘以系数加以修正，以考虑活荷载不利布置对跨中弯矩的影响。以修正，以考虑活荷载不利布置对跨中弯矩的影响。5.3.4 5.3.4 内力组合内力组合1 1、两种基本组合、两种基本组合 通过内力计算，获得了在不同荷载作用下产生的构件通过内力计算，获得了在不同荷载作用下产生的构件内力标准值。根据可能出现的最不利情况进行构件的内力内力标准值。根据可能出现的最不利情况进行构件的内力组合所得设计内力值，进行截面设计组合所得设计内力值，进行截面设计.在框架抗震设计时在框架抗震设计时一般有两种组合：一般有两种组合：（1 1）地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合）地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合 S SGEGE相应于水平地震作用下重力荷载代表值效应的相应于水平地震作用下重力荷载代表值效应的标准值；标准值；S SEhEh水平地震作用效应的标准值。水平地震作用效应的标准值。EhGESSS3.12.1（2 2）竖向荷载效应组合）竖向荷载效应组合(非抗震组合非抗震组合)，包括全部恒载与，包括全部恒载与活载的组合活载的组合 S SG G由恒荷载产生的内力标准值；由恒荷载产生的内力标准值；S SQ Q由活荷载产生的内力标准值。由活荷载产生的内力标准值。在上述两种荷载组合中，取最不利情况作为截面设计用在上述两种荷载组合中，取最不利情况作为截面设计用的内力设计值。当需要考虑竖向地震作用或风荷载作用时，的内力设计值。当需要考虑竖向地震作用或风荷载作用时，其内力组合设计值可参考有关规定。其内力组合设计值可参考有关规定。QGSSS4.12.15.3.5 5.3.5 框架结构位移验算框架结构位移验算 位移计算位移计算是框架结构抗震计算的一个重要方面。前已述是框架结构抗震计算的一个重要方面。前已述及，框架结构的及，框架结构的构件尺寸往往决定于结构的侧移变形构件尺寸往往决定于结构的侧移变形要要求。求。按照我国按照我国抗震规范抗震规范二阶段三水准的设计思想，框架二阶段三水准的设计思想，框架结构应进行两方面的侧移验算：结构应进行两方面的侧移验算：多遇地震作用下层间弹性位移的计算，对所有框架都应多遇地震作用下层间弹性位移的计算，对所有框架都应进行此项计算；进行此项计算；罕遇地震下层间弹塑性位移验算。罕遇地震下层间弹塑性位移验算。抗震规范抗震规范规定，规定，7 79 9度时楼层屈服强度系数小于的钢筋混凝土框架结构度时楼层屈服强度系数小于的钢筋混凝土框架结构应进行此项计算应进行此项计算。1 1、多遇地震作用下层间弹性位移的计算、多遇地震作用下层间弹性位移的计算 多遇地震作用下，框架结构的层间弹性位移验算按下式多遇地震作用下，框架结构的层间弹性位移验算按下式进行计算进行计算式中，式中，其中，其中，H H为层高；为层高；为为多遇烈度下的各层间剪力；多遇烈度下的各层间剪力；为层间弹性位移角限值，取为层间弹性位移角限值，取l/550l/550。1ienijjVuDiVe Huee 2 2、罕遇地震作用下层间弹塑性位移验算、罕遇地震作用下层间弹塑性位移验算 抗震规范抗震规范规定，规定，对于不超过对于不超过l2l2层，且刚度无突变层，且刚度无突变的钢筋混凝土框架结构，可采用简化方法，验算框架薄的钢筋混凝土框架结构，可采用简化方法，验算框架薄弱层的弹塑性变形，弱层的弹塑性变形，即：即：为层间弹塑性位移角限值，对钢筋混凝土框架为层间弹塑性位移角限值，对钢筋混凝土框架结构取结构取1/501/50。为弹塑性位移增大系数，见第三章，其值与楼层屈为弹塑性位移增大系数，见第三章，其值与楼层屈服强度系数有关。服强度系数有关。eppuuHupp p p 5.4 5.4 钢筋混凝土框架结构构件设计钢筋混凝土框架结构构件设计 框架结构抗震设计的正确指导思想框架结构抗震设计的正确指导思想1 1）框架塑性效应较多地发生在梁端，底层柱的塑性效应）框架塑性效应较多地发生在梁端，底层柱的塑性效应 较晚形成；较晚形成；强柱弱梁强柱弱梁2 2）梁柱在弯曲破坏前，避免发生其它形式破坏，如剪切）梁柱在弯曲破坏前，避免发生其它形式破坏，如剪切 破坏、粘结破坏等；破坏、粘结破坏等；强剪弱弯强剪弱弯3 3）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力；）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力；更强的节点更强的节点4 4）重视非结构构件设计。）重视非结构构件设计。5.4.1 5.4.1 框架梁截面设计框架梁截面设计框架结构的框架结构的合理屈服机制是合理屈服机制是在梁上出现塑性铰在梁上出现塑性铰。对框架梁端抗震设计的基本要求对框架梁端抗震设计的基本要求：梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力(强剪弱强剪弱弯弯)设计剪力的取值设计剪力的取值；梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力力延性设计问题延性设计问题；妥善地解决梁筋锚固问题（强锚固）。妥善地解决梁筋锚固问题（强锚固）。1 1、框架梁抗剪承载力验算、框架梁抗剪承载力验算 梁剪力设计值梁剪力设计值 为了使梁端有足够的抗剪承载力，实现为了使梁端有足够的抗剪承载力，实现“强剪弱弯强剪弱弯”的的设计思想，应充分估计框架梁端实际配筋达到屈服并产生设计思想，应充分估计框架梁端实际配筋达到屈服并产生超强时有可能产生的最大剪力超强时有可能产生的最大剪力 。抗震规范抗震规范规定：对于抗震等级为一、二、三级的框规定：对于抗震等级为一、二、三级的框架梁端剪力设计值，应按下式进行调整架梁端剪力设计值，应按下式进行调整 ：GbnrblbVbbVlMMV9 9度和一级框架结构尚应符合：度和一级框架结构尚应符合：一、二、三级框架梁一、二、三级框架梁GbnrbualbuabVlMMV1.1GbV梁在重力荷载代表值（梁在重力荷载代表值（9 9度时高层建筑还应包括竖度时高层建筑还应包括竖向地震作用标准值）作用下，按简支梁分析的梁端截向地震作用标准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值；面剪力设计值；rblbMM、分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值；截面组合的弯矩设计值；一级框架两端弯矩均一级框架两端弯矩均为负弯矩时，绝对值较小一端的弯矩取零；为负弯矩时，绝对值较小一端的弯矩取零；Vb梁的剪力增大系数，一级为梁的剪力增大系数，一级为1.3,1.3,二级为二级为1.2,1.2,三级为。三级为。nl梁的净跨；梁的净跨；rbualbuaMM、分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积根据实配钢筋面积(考虑受压筋考虑受压筋)和材料强度和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值；标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值；剪压比限值剪压比限值梁最小截面尺寸要求梁最小截面尺寸要求 剪压比剪压比是截面上是截面上平均剪应力平均剪应力与与混凝土轴心抗压强度设计混凝土轴心抗压强度设计值值的的比值比值，以，以 表示，用以说明截面上承受名表示，用以说明截面上承受名义剪应力的大小。义剪应力的大小。梁塑性铰区的截面剪应力大小对梁的延性、耗能及保持梁塑性铰区的截面剪应力大小对梁的延性、耗能及保持梁的刚度和承载力有明显影响。当剪压比大于时，即使梁的刚度和承载力有明显影响。当剪压比大于时，即使增加配箍，也容易发生斜压破坏。增加配箍，也容易发生斜压破坏。为了保证梁截面不至于过小，使其不产生过高的主压应为了保证梁截面不至于过小，使其不产生过高的主压应力，规范规定：对于跨高比力，规范规定：对于跨高比 的框架梁，其截的框架梁，其截面尺寸与剪力设计值应符合下式的要求面尺寸与剪力设计值应符合下式的要求0/cVf bh5.2/bnhl跨高比大于时：跨高比大于时：)2.0(10bhfVccREb跨高比等于或小于时：跨高比等于或小于时：)15.0(10bhfVccREbbV梁端部截面组合的剪力设计值；梁端部截面组合的剪力设计值；0h梁的截面有效高度；梁的截面有效高度；cf混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；b梁的截面宽度；梁的截面宽度；RE承载力抗震调整系数承载力抗震调整系数,0.85,0.85。梁斜截面受剪承载力梁斜截面受剪承载力 梁的受剪承载力可归结为由混凝土和抗剪钢筋两部分梁的受剪承载力可归结为由混凝土和抗剪钢筋两部分组成，在反复荷载作用下，混凝土的抗剪作用将有明显的组成，在反复荷载作用下，混凝土的抗剪作用将有明显的削弱。根据试验资料，在反复荷载下梁的受剪承载力比静削弱。根据试验资料，在反复荷载下梁的受剪承载力比静载下约低载下约低20204040。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定，对规定，对于矩形、于矩形、T T形和形和I I字形截面的一般框架梁，斜截面受剪承载字形截面的一般框架梁，斜截面受剪承载力应按下式验算：力应按下式验算：5.13;105.1185.0 )25.142.0(10000hsAfbhfVhSAfbhfVsvyvtREbREsvyvtREb集中力作用时；，取取对对于于一一、二二级级框框架架短短梁梁；，一一般般取取承承载载力力抗抗震震调调整整系系数数全全部部截截面面面面积积；同同一一截截面面箍箍筋筋各各肢肢的的；箍箍筋筋抗抗拉拉强强度度设设计计值值0.185.0REsvyv Af5.13;105.1185.0 )25.142.0(10000hsAfbhfVhSAfbhfVsvyvtREbREsvyvtREb集中力作用时2、提高梁延性的措施提高梁延性的措施 试验和理论分析表明，影响梁截面延性的主要因素有试验和理论分析表明，影响梁截面延性的主要因素有梁的截面尺寸、纵向钢筋配筋率、剪压比、配箍率、钢筋梁的截面尺寸、纵向钢筋配筋率、剪压比、配箍率、钢筋和混凝土的强度等级和混凝土的强度等级等。等。设计中设计中要很好的处理这几方面，以实现要很好的处理这几方面，以实现梁截面的延性梁截面的延性设计。设计。5.4.2 5.4.2 框架柱截面设计框架柱截面设计 柱是柱是框架结构中最主要的承重构件，做为框架结构中最主要的承重构件，做为偏压构件偏压构件，其截面变形能力远不如以弯曲作用为主的梁。要使框架其截面变形能力远不如以弯曲作用为主的梁。要使框架结构具有较好的抗震性能，应该确保柱有足够的承载力结构具有较好的抗震性能，应该确保柱有足够的承载力和必要的延性。为此，柱的设计应遵循以下设计原则：和必要的延性。为此，柱的设计应遵循以下设计原则：强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰；强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰；在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力；剪能力；控制柱的轴压比不要太大；控制柱的轴压比不要太大；加强约束，配置必要的约束箍筋。加强约束，配置必要的约束箍筋。1 1、强柱弱梁设计、强柱弱梁设计“强柱弱梁强柱弱梁”的概念要求在强烈地震作用下，结构发生的概念要求在强烈地震作用下，结构发生较大侧移进入非弹性阶段时，为使框架保持足够的竖向较大侧移进入非弹性阶段时，为使框架保持足够的竖向承载能力而免于倒塌，要求实现梁铰侧移机构，即塑性承载能力而免于倒塌，要求实现梁铰侧移机构，即塑性铰应首先在梁上形成，尽可能避免在破坏后在危害更大铰应首先在梁上形成，尽可能避免在破坏后在危害更大的柱上出现塑性铰。的柱上出现塑性铰。为此，就承载力而言，要求同一节点上、下柱端截面极为此，就承载力而言，要求同一节点上、下柱端截面极限抗弯承载力之和应大于同一平面内节点左、右梁端截限抗弯承载力之和应大于同一平面内节点左、右梁端截面的极限抗弯承载力之和。面的极限抗弯承载力之和。抗震规范抗震规范规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于外，柱端弯矩设计值应符合除框架顶层和柱轴压比小于外，柱端弯矩设计值应符合下式的要求：下式的要求：bccMM9 9度和一级框架结构尚应符合：度和一级框架结构尚应符合：buacMM2.1cM-节点节点上下柱端上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和;bM-节点节点左右梁端左右梁端截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；buaM-节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积（考节点左右梁端截面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矩虑受压筋）和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩 值之和；值之和；c-柱端弯矩增大系数，一级为柱端弯矩增大系数，一级为1.4,1.4,二级为二级为1.2,1.2,三级为三级为1.11.1。为了不使框架底层柱过早出现塑性铰，规范规定：一、为了不使框架底层柱过早出现塑性铰，规范规定：一、二、三级框架底层柱底截面组合的弯矩设计值应分别乘以增二、三级框架底层柱底截面组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数、。大系数、。2、强剪弱弯强剪弱弯在弯曲破坏之前不发生剪切破坏在弯曲破坏之前不发生剪切破坏柱剪力设计值柱剪力设计值 为防止框架柱出现剪切破坏，应充分估计到柱端出现为防止框架柱出现剪切破坏，应充分估计到柱端出现塑性铰即达到极限抗弯承载力时有可能产生的最大剪力，塑性铰即达到极限抗弯承载力时有可能产生的最大剪力，并以此进行柱斜截面计算。并以此进行柱斜截面计算。抗震规范抗震规范规定：对于抗规定：对于抗震等级为一、二、三级的框架柱端剪力设计值，应按下震等级为一、二、三级的框架柱端剪力设计值，应按下式进行调整：式进行调整：nVHMMVbctcc9 9度和一级框架结构尚应符合：度和一级框架结构尚应符合：nHMMVbcuatcua2.1bctcMM、分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向正截分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值面组合的弯矩设计值;cV柱的剪力增大系数，一级为柱的剪力增大系数，一级为1.4,1.4,二级为二级为1.2,1.2,三级。三级。nH柱的净高；柱的净高；bcuatcuaMM、分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积根据实配钢筋面积(考虑受压筋考虑受压筋)和材料强度和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯值；标准值计算的抗弯承载力所对应的弯值；剪压比限值剪压比限值：柱截面尺寸不能太小柱截面尺寸不能太小规范规范规定：对于剪跨比大于规定：对于剪跨比大于2 2的矩形截面框架柱，其的矩形截面框架柱，其截面尺寸与剪力设计值应符合下式的要求：截面尺寸与剪力设计值应符合下式的要求：对于剪跨比不大于对于剪跨比不大于2 2的框架短柱其截面尺寸与剪力设计值的框架短柱其截面尺寸与剪力设计值应符合下式的要求：应符合下式的要求：)2.0(10bhfVccREc )15.0(10bhfVccREc 剪跨比按下式计算：剪跨比按下式计算：反弯点位于柱中部时，可按构件净长与反弯点位于柱中部时，可按构件净长与2 2倍截面高度之倍截面高度之比计算。比计算。-剪跨比，取两端计算结果的较大值；剪跨比，取两端计算结果的较大值；cV-端截面组合剪力计算值；端截面组合剪力计算值；cM-端截面组合弯矩计算值；端截面组合弯矩计算值；0h-截面有效高度。截面有效高度。0hVMcc柱斜截面受剪承载力柱斜截面受剪承载力 试验证明，在反复荷载下，框架柱的斜截面破坏，有试验证明，在反复荷载下，框架柱的斜截面破坏，有斜拉、斜压和剪压等几种破坏形态。当配箍率能满足一定斜拉、斜压和剪压等几种破坏形态。当配箍率能满足一定要求时，可防止斜拉破坏；当截面尺寸满足一定要求时，要求时，可防止斜拉破坏；当截面尺寸满足一定要求时，可防止斜压破坏。而对于剪压破坏，应通过配筋计算来防可防止斜压破坏。而对于剪压破坏，应通过配筋计算来防止。止。研究表明，影响框架柱受剪承载力的主要因素除混凝研究表明，影响框架柱受剪承载力的主要因素除混凝土强度外，尚有剪跨比、轴压比和配箍特征值土强度外，尚有剪跨比、轴压比和配箍特征值等。等。/svycff85.03.03.033 112)056.0105.1(1000 REccnsvyvtREcbhfNbhfNhHNhsAfbhfV 时取时取时取时取时取时取 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定，框架柱斜截面受剪承载力规定，框架柱斜截面受剪承载力按下式计算：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：当框架柱出现拉力时，其斜截面承载力应按下式计算：)2.0105.1(100NhsAfbhfVsvyvtREc3 3、控制柱、控制柱轴压比轴压比 轴压比：柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混轴压比：柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比凝土抗压强度设计值乘积之比,即：即：轴压比是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一轴压比是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。轴压比越大，柱子的延性越差。柱子的破坏形态也随轴轴压比越大，柱子的延性越差。柱子的破坏形态也随轴压比的增大，由大偏心破坏向小偏心破坏过渡。抗震结构压比的增大，由大偏心破坏向小偏心破坏过渡。抗震结构要求柱子有足够的延性且为大偏心破坏，故控制轴压比的要求柱子有足够的延性且为大偏心破坏，故控制轴压比的限值。限值。值值。混混凝凝土土抗抗压压强强度度设设计计边边尺尺寸寸；分分别别为为柱柱的的短短边边、长长、组组合合压压力力设设计计值值；ccfhbhbfNccccNN/规范规定：规范规定：柱轴压比不应超过下表，但柱轴压比不应超过下表，但类场地上的较高高层建筑类场地上的较高高层建筑柱轴压比限值应适当减小。柱轴压比限值应适当减小。0.900.950.800.850.70.700.750.6框架框架框架框架-剪力墙剪力墙框支柱框支柱三三二二一一结构类型结构类型抗震等级抗震等级柱轴压比限制柱轴压比限制 4 4、柱内纵向钢筋的配置、柱内纵向钢筋的配置柱的纵向配筋应符合下列要求：柱的纵向配筋应符合下列要求：（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200mm200mm；（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。0.60.80.70.90.81.01.01.2中柱和边柱角柱、框支柱四三二一类别类别抗震等级抗震等级（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)一级且剪跨比大于一级且剪跨比大于2 2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%1.2%。5 5、加强柱端约束、加强柱端约束,加密箍筋可以：加密箍筋可以：承担柱子剪力；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；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。防止混凝土过早地压溃及防止纵向钢筋的压曲失稳。加密位置、箍筋直径、箍筋间距等应符合规范规定。加密位置、箍筋直径、箍筋间距等应符合规范规定。5.4.3 5.4.3 框架的节点设计框架的节点设计 框架节点是框架梁柱构件的公共部分，节点的框架节点是框架梁柱构件的公共部分，节点的失效意味着与之相连的梁与柱同时失效。另一失效意味着与之相连的梁与柱同时失效。另一方面，框架结构最佳的抗震机制是梁式侧移机方面，框架结构最佳的抗震机制是梁式侧移机构，但梁端塑性铰形成的基本前提是保证梁纵构，但梁端塑性铰形成的基本前提是保证梁纵筋在节点区有可靠的锚固。筋在节点区有可靠的锚固。节点主要受剪力和压力的组合作用，节点核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土承受剪力。约当剪力达到核心区极限抗剪能力力606070%70%时，混凝土突然发生对角贯通裂缝，时，混凝土突然发生对角贯通裂缝，节点刚度明显降低，箍筋应力也突然增大，个节点刚度明显降低，箍筋应力也突然增大，个别甚至屈服，此后斜裂缝增多增宽，箍筋陆续别甚至屈服，此后斜裂缝增多增宽，箍筋陆续达到屈服。达到屈服。国内外大地震的震害表明，钢筋混凝土框架国内外大地震的震害表明，钢筋混凝土框架节点破坏节点破坏的主要形式是的主要形式是节点核芯区剪切破坏和节点核芯区剪切破坏和钢筋锚固破坏钢筋锚固破坏，严重的会引起整个框架倒塌，严重的会引起整个框架倒塌，修复也比较困难。因而，在框架结构抗震设计修复也比较困难。因而，在框架结构抗震设计中对节点应予以足够的重视。中对节点应予以足够的重视。根据根据“强节点弱构件强节点弱构件”的设计概念，框架节点的设计的设计概念，框架节点的设计准准则是：则是：节点的承载力不应低于其连接构件节点的承载力不应低于其连接构件(梁、柱梁、柱)的承载的承载力；力；多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递；的传递；梁柱纵筋在节点区应有可靠的锚固；梁柱纵筋在节点区应有可靠的锚固；节点配筋不应使施工过分困难。节点配筋不应使施工过分困难。节点核心区受剪承载力的验算节点核心区受剪承载力的验算（1 1）中间节点核心区组合的剪力设计值）中间节点核心区组合的剪力设计值bcsbsbbjbjhHahahMV0019 9度和一级框架尚应符合度和一级框架尚应符合bcsbsbbuajhHahahMV00115.1sa-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；-节点剪力增大系数，一级取节点剪力增大系数，一级取1.35,1.35,二级取二级取1.21.2。b-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；cH0bh-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；bh-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；bM-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；buaM-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。（2 2）框架节点核心区截面受剪承载力的验算）框架节点核心区截面受剪承载力的验算一、二级框架：一、二级框架：sahAfbbNhbfVsbsvjyvcjjjjtjREj005.01.119 9度时度时sahAfhbfVsbsvjyvjjtjREj09.01-混凝土抗拉强度设计值；混凝土抗拉强度设计值；tfN-对应与组合剪力设计值的上柱组合轴向压力较小值；对应与组合剪力设计值的上柱组合轴向压力较小值；s-箍筋间距；箍筋间距；yvf-箍筋抗拉强度设计值；箍筋抗拉强度设计值；svjA-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;抗震等级为三、四级时，一般不需计算抗震等级为三、四级时，一般不需计算，节点箍筋可，节点箍筋可按构造要求设置。但当三级框架的房屋高度接近二级框架按构造要求设置。但当三级框架的房屋高度接近二级框架房屋的高度下限或核芯区混凝土强度等级低于柱混凝土强房屋的高度下限或核芯区混凝土强度等级低于柱混凝土强度等级的倍时，宜进行核芯区抗震验算。度等级的倍时，宜进行核芯区抗震验算。（3 3）剪压比限值）剪压比限值 为了防止节点核芯区混凝土斜压破坏，同样要控制剪为了防止节点核芯区混凝土斜压破坏，同样要控制剪压比不得过大，一般应满足：压比不得过大，一般应满足：对于不允许节点核芯区开裂的重要结构，应符合下式：对于不允许节点核芯区开裂的重要结构，应符合下式：10.30jjcjjREVf b h10.20jjcjjREVf b h式中式中 正交梁的约束影响系数，楼板为现浇，四侧各梁正交梁的约束影响系数，楼板为现浇，四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1 12 2，且正交，且正交方向梁方向梁高度不小于框架梁高度的高度不小于框架梁高度的3 34 4时，可采用时，可采用1 15 5，其他情，其他情况均采用；况均采用；承载力抗震调整系数，可采用；承载力抗震调整系数，可采用；节点核芯区的截面高度，可采用验算方向的柱截节点核芯区的截面高度，可采用验算方向的柱截面高度；面高度；节点核芯区的截面有效验算宽度。节点核芯区的截面有效验算宽度。jREjhjb节点截面有效宽度节点截面有效宽度a a、当梁柱轴线重合，且梁宽不小于该侧柱宽的当梁柱轴线重合，且梁宽不小于该侧柱宽的1/21/2时时b b、当梁柱轴线重合，但梁宽小于该侧柱宽当梁柱轴线重合，但梁宽小于该侧柱宽1/21/2时，取下时，取下列较小者列较小者c c、当梁柱轴线不重合（偏心距不应大于当梁柱轴线不重合（偏心距不应大于 ）时，此）时，此时取下列较小值时取下列较小值cjbb取小者cbjcjhbbbb5.0取小者cbjocbcjhbbehbbb5.0)5.0(5.0cb41（5 5）框架节点构造要求）框架节点构造要求 箍筋最大间距和最小直径：宜按表箍筋最大间距和最小直径：宜按表5-95-9采用，采用，框架节点核芯区含箍特征值：一、二、三级分别不宜小框架节点核芯区含箍特征值：一、二、三级分别不宜小于、，轴压比小于时，可查表采用。于、，轴压比小于时，可查表采用。利用柱纵向钢筋进行约束，柱的纵筋间距不宜大于利用柱纵向钢筋进行约束，柱的纵筋间距不宜大于200mm200mm。封闭箍筋应有封闭箍筋应有l35l350 0弯钩，弯钩末端直线延长段不宜小于弯钩，弯钩末端直线延长段不宜小于1010倍箍筋直径并锚入核芯区混凝土内。箍筋的无支承长倍箍筋直径并锚入核芯区混凝土内。箍筋的无支承长度不得大于度不得大于350mm350mm，否则应配置辅助拉条。，否则应配置辅助拉条。梁柱中的纵向受力钢筋，不宜在节点中切断梁柱中的纵向受力钢筋，不宜在节点中切断或搭接或搭接。顶层节点附加斜筋。顶层节点附加斜筋。aEl本章结束！本章结束！