钢筋混凝土框架的抗震设计

5.5,钢筋混凝土框架的抗震设计,一、一般概念,1,、梁与柱的弯曲延性,实验表明变形能力随轴压比增大而急剧降低。,N,为组合轴压力设计值；,b,、,h,为截面的短长边；,fc,为混凝土抗压强度设计值。,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，即,它是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压区混凝土先达到其极限压应变的主要指标。,配筋率对延性影响也很大。,配筋率对延性影响也很大。,配筋率增大则弯曲延性差。适当提高混凝土强度等级，可使配筋率减少弯曲延性改善。,截面中配置受压钢筋可以改善构件的弯曲延性。,2,、受剪构件的剪跨比及破坏特征,h,0,为,截面有效高度。,剪跨比：,构件在弯矩和剪力共同作用下,受剪破坏与剪跨比有关,.,当 或构件为超配箍时,发生斜压型破坏；,当 且构件为低配箍时,发生斜拉型破坏；,脆性破坏,当 且配筋箍适量时,发生剪压破坏；,延性破坏,在水平地震作用下，梁柱的剪跨比可以直接通过梁的跨高比和柱的高厚比表示。,设,反弯点在构件中央,对于梁,对于柱,1,）平面或楼层有局部薄弱环节，不能发挥整体抗震能力。,3,、震坏房屋在设计上存在的问题,2,）梁柱变形能力不足，构件过早破坏；,3,）梁柱节点箍筋不足，节点受震破坏，梁柱失去了相互,之间的联系；,4,）砌体添充墙破坏；,5,）其他。,1,）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；,4,、框架结构抗震设计的正确指导思想,2,）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；,3,）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力；,4,）重视非结构构件设计。,强柱弱梁，强剪弱弯，更强的节点,两种破坏形式,二、“强柱弱梁”框架的抗震设计,弱柱型,弱梁型,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。,抗震规范规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，除顶层和柱轴压比小于,0.15,者外，柱端组合弯矩设计值应符合下列公式要求,9,度和一级框架结构尚应符合：,-,节点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,;,-,节点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；,-,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,值之和；,-,柱端弯矩增大系数，一级为,1.4,二级为,1.2,三级为,1.1,。,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大系数,1.5,、,1.25,、,1.15,。,1.,梁、柱的抗剪强度要高于它的抗弯强度（强剪弱弯）,9,度和一级框架结构尚应符合：,三、梁、柱延性破坏之前不发生其它脆性破坏的抗震设计,为了避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，应按强剪弱弯的原则调整框架梁端部截面组合的剪力设计值：,一、二、三级框架梁,-,梁在重力荷载代表值（,9,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面剪力设计值；,-,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,;,-,梁的剪力增大系数，一级为,1.3,二级为,1.2,三级为,1.1,。,-,梁的净跨；,-,分别为梁左、右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矩值；,跨高比大于,2.5,时：,剪压比：截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比，即,2.,梁、柱截面的剪压比不宜过大,剪压比过大,混凝土会过早发生斜压破坏,箍筋不能充分发挥作用,它对构件的变形能力也有显著影响。因此应控制。,跨高比等于或小于,2.5,时：,-,梁端部截面组合的剪力设计值；,-,梁的截面有效高度；,-,混凝土轴心抗压强度设计值；,-,梁的截面宽度；,-,承载力抗震调整系数。,剪跨比宜大于,2,，剪跨比按下式计算：,3.,梁、柱的剪跨比要有所限制,-,剪跨比，取两端计算结果的较大值；,-,端截面组合剪力计算值；,-,端截面组合弯矩计算值；,-,截面有效高度。,反弯点位于中部时，可按构件净长与,2,倍截面高度之比计算。,N,为组合轴压力设计值；,b,、,h,为柱的短长边；,fc,为混凝土抗压强度设计值。,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,即：,4,、柱的轴压比不宜过大,它是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压区混凝土先达到其极限压应变的主要指标。,柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低。,规范规定：,柱轴压比不应超过下表，但,类场地上的较高高层建筑柱轴压比限值应适当减小。,0.90,0.95,0.80,0.85,0.70,0.75,框架,框架,-,剪力墙,三,二,一,结构类型,抗震等级,柱轴压比限制,为此，框架梁的纵向配筋应符合下列要求：,为了提高梁的正截面塑性铰转动延性，梁的纵向配筋率不宜过高。,5,、纵向钢筋的配筋率应该合适,（,a),梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于,2.5%,；梁端截面最大配筋率应使梁端截面的受压区相对高度（即截面受压区高度与有效高度比）应满足：一级不应大于,0.25,二、三级不应大于,0.35;,（,b),梁端或任何可能屈服截面处，下部与上部配筋量的比值，一级不应小于,0.5,二三级不应小于,0.3,。,（,c),沿梁全长顶面和底面的配筋，一二级不应少于 且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的,1/4,，三四级不应少于 。,柱的纵向配筋应符合下列要求：,对于柱：,（,a),宜对称布置；,（,b),截面尺寸大于,400mm,的柱，纵向钢筋间距不宜大于,200mm;,（,c),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),柱的总配筋率不应大于,5%,。,（,e),一级且剪跨比大于,2,的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于,1.2%,。,梁、柱纵向钢筋的接头与锚固应符合规范规定。,6,、梁、柱纵向钢筋的接头与锚固,加密箍筋可以约束混凝土，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。,加密位置、箍筋直径、箍筋间距等应符合规范规定。,7,、箍筋在一定范围内应加密,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。,四、框架的节点设计,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,60,70%,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，个别甚至屈服，此后斜裂缝增多赠宽，箍筋陆续达到屈服。,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。,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,50,100%,。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。,根据强节点的设计要求，框架节点的设计准则是：,（,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。,1.,节点核心区受剪承载力的验算,（,1,）节点核心区组合的剪力设计值,9,度和一级框架尚应符合,-,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,1.35,二级取,1.2,。,-,柱的计算高度，可采用节点上下柱反弯点之间的距离；,-,梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离；,-,梁的截面高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值；,-,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。,（,2,）框架节点核心区截面受剪承载力的验算,一、二级框架：,9,度时,-,混凝土抗拉强度设计值；,-,对应与组合剪力设计值的上柱组合轴向压力较小值；,-,箍筋间距；,-,箍筋抗拉强度设计值；,-,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,;,三、四级框架节点核心区可不进行抗震验算，但应符合构造措施的要求。,