第6章-鋼筋混凝土框架構件設計分解.ppt

第六章鋼筋混凝土框架設計和構造 6 1延性耗能框架的概念設計6 2框架梁抗震設計6 3框架柱抗震設計6 4梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設計6 5鋼筋的連接和錨固 6 1延性耗能框架的概念設計 6 1 1延性結構 見圖6 1 1 延性 結構 截面 能維持承載能力而又具有較大的塑性變形的能力 截面開始屈服 My y fy y 截面破壞 Mu u fu u 2 截面和構件的塑性變形能力常常用延性比來衡量 延性比越大 延性越好 構件位移延性比 f fu fy 截面曲率延性比 u y 頂點位移延性比 u y 6 1 2延性框架設計基本措施 1 鋼筋混凝土框架延性的 塑性鉸控制 理論基本要點 允許某些截面出現(xiàn)塑性鉸 吸收 耗散地震能量 控制塑性鉸出現(xiàn)部位 選擇合理截面形式及配筋構造 塑性鉸本身有較好的塑性變形能力和吸收耗散能量的能力 塑性鉸能使結構具有較大的延性 2 鋼筋混凝土延性框架的基本措施是 見圖6 2 強柱弱梁 強剪弱彎 強結點 弱桿件 強結點 強錨固 強底層柱 局部加強 6 2框架梁抗震設計 6 2 1鋼筋混凝土梁的破壞形態(tài)與延性 1 在抗震框架中 應設計具有良好延性的框架梁 彎曲破壞 少筋梁 脆性破壞 超筋梁 脆性破壞 適筋梁 延性破壞 具有塑性變形能力 見圖6 3 剪切破壞 斜拉或斜壓破壞 脆性 剪壓破壞 延性很小 2 對于抗震的框架 不僅要求梁在塑性鉸出現(xiàn)之前不被剪壞 而且還要要求在塑性鉸出現(xiàn)之后也不要過早剪壞 要求延性梁的抗剪承載能力大于抗彎承載能力 即強剪弱彎 6 2 2影響梁延性的因素及改善延性的措施 1 影響鋼筋混凝土梁延性的因素 值 延性好 見圖6 4 2 改善鋼筋混凝土梁延性的措施 減小x 見圖6 5 梁端塑性鉸區(qū)箍筋加密 塑性鉸外移 見圖6 6 6 2 3框架梁的截面設計 1 鋼筋混凝土梁的正截面承載力 1 梁的正截面承載力計算 不考慮地震作用的組合時 0S R 0M Mu 考慮地震作用的組合時 SE RE RE ME MuE RE 抗震設計中的正截面承載力直接采用靜載作用下的承載力計算公式 即 RE R MuE Mu ME MuE RE Mu RE 或 REME Mu 對單筋矩形截面 Mu Asfy h0 x 2 由平衡條件 X 0 雙筋矩形截面 由平衡條件 X 0 得到名義壓區(qū)高度為 由另一極限狀態(tài)平衡條件 M As 0得 不考慮地震作用時 考慮地震作用時 框架梁梁端截面的底部和頂部縱向受力鋼筋截面面積的比值 除按計算確定外 另滿足 一級抗震等級 A s As 0 5 二 三級抗震等級 A s As 0 3 框架梁兩端 支座截面 必須是雙筋截面 2 正截面構造要求 計入縱向受壓鋼筋的梁端塑性鉸區(qū)混凝土受壓區(qū)高度 一級抗震等級 x 0 25h0 二 三級抗震等級 x 0 35h0 注 一 二 三級框架梁塑性鉸區(qū)以外的部位 四級框架梁 非抗震框架梁x bh0 抗震設計時 梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于2 5 抗震設計時 縱向受拉鋼筋的最小配筋率 pp191表6 1 非抗震設計框架的要求同一般鋼筋混凝土結構 max 0 20 45ft fy 在抗震設計中 為保證梁端的延性 要求框架梁梁端的縱向受壓及受拉鋼筋的比例As A s不小于0 5 一級 或0 3 二 三級 梁端有箍筋加密區(qū) 箍筋間距較密 能充分發(fā)揮受壓鋼筋的作用 所以 在驗算梁端截面混凝土受壓區(qū)高度與有效高度之比值時 可以按雙筋梁考慮 在計入受壓鋼筋的作用后 梁端截面的相對受壓區(qū)高度x h0值即可減小很多 即使梁的高度較小 例如取到跨度的1 18 一般也能滿足要求 避免焊接損傷縱向鋼筋 焊接 特別是十字交叉形的焊接容易使鋼筋變脆 不利于抗震 因此 應避免將梁 柱縱筋與箍筋 拉筋 埋件等焊接 尤其是在抗震設計的場合 更應加以注意 2 梁的斜截面承載力計算 1 抗震設計中采用與非抗震設計中不同的斜截面受剪承載力計算公式 R Vu Vc Vs RE VuE 0 6Vc Vs 即 Vb VuE RE 0 6Vc Vs RE 或 REVb 0 6Vc Vs 抗震設計的框架梁承載力計算 一般框架梁 REVb 0 42ftbh0 fyvAsvh0 s 集中荷載作用下 包括有多種荷載 其中集中荷載對節(jié)點邊緣產生的剪力值占總剪力值的75 以上的情況的框架梁 REVb 1 05ftbh0 1 fyvAsvh0 s 0Vb 0 7ftbh0 1 0fyvAsvh0 s 非抗震設計的一般框架梁 2 按照 強剪弱彎 的要求調整剪力設計值Vb 調整前的最大剪力 見圖6 7 按 強剪弱彎 要求 將由彎矩產生的剪力放大 vb倍 9度和一級抗震時尚應符合以下要求 vb 梁剪力增大系數(shù) 一 二 三級抗震時 vb分別為1 3 1 2 1 1 Mlbua Mrbua 框架梁左 右端的極限抗彎承載力 按梁的實際配筋計算 計算時取鋼筋抗拉強度標準值fyk 可按下列簡化公式計算Mbu Mbua Asfyk hb0 a Mlb Mrb 組合得到的梁左 右端計算彎矩 VGb 梁在本跨豎向重力荷載作用下產生的簡支支座反力設計值 3 梁斜截面有關構造規(guī)定 截面尺寸和混凝土強度 考慮地震作用組合時 當跨高比l0 h 2 5時 Vb 0 20 cfcbh0 RE 當跨高比l0 h 2 5時 Vb 0 15 cfcbh0 RE 在強柱弱梁和強剪弱彎的情況下 不宜采用加大梁高度的作法 常常采用截面高寬比較小的扁梁 不利用彎起鋼筋抗剪 沿梁全長箍筋的面積配筋率 sv 一級抗震等級 sv 0 30ft fyv二級抗震等級 sv 0 28ft fyv三 四級抗震等級 sv 0 26ft fyv非抗震 sv 0 24ft fyv 梁兩端箍筋應加密 要求下表 pp191表6 2 當梁端縱向鋼筋配筋率大于2 時 表中箍筋最小直徑應增大2mm 在非加密區(qū) 箍筋間距按下表采用 并不少于加密區(qū)箍筋數(shù)量的50 第一個箍筋應設置在距支座邊緣50mm處 鋼箍必須做成封閉箍 加135 彎鉤 彎鉤端頭直段長度應為10d 且不小于75mm 箍筋肢距要求 6 3框架柱抗震設計 6 3 1柱的破壞形態(tài)和延性 1 彎曲破壞 延性破壞 s fy y f y c fc 2 剪切受壓破壞 有一定延性 水平裂縫發(fā)展成斜裂縫 受壓區(qū)混凝土剪切錯動 3 剪切受拉破壞 脆性破壞 較小 箍筋少 主筋 s fy后 箍筋突然屈服 4 剪切斜拉破壞 脆性破壞 短柱中 斜裂縫成對角線 sv fyv時 s fy 5 粘結破壞 脆性破壞 6 3 2影響柱延性的因素 1 剪跨比 M Vhc 柱的剪跨比小 延性差 長柱 彎曲破壞 延性 短柱 剪切破壞 箍筋足夠時 有一定延性 極短柱 脆性 一般 Hc0 2hc 故剪跨比也可用柱的長細比來表達 Hc0為柱凈高 長柱短柱極短柱 2 軸壓比 N N NE bchcfc 1 N越小 延性越好 2 軸壓比的限制值見下表 pp200表6 4 見圖6 8 對稱配筋柱 混凝土的相對受壓區(qū)高度與軸壓比有關 3 剪壓比 V V VE bchc0fc 1 V越小 延性越好 2 剪壓比的限制 不考慮地震組合 V 0 25 考慮地震組合 V 0 20 RE 2 V 0 15 RE 2 4 柱端的箍筋配置 箍筋的作用 見圖6 9 直接承擔剪力 約束混凝土 防止縱筋壓曲 見圖6 10 配箍特征值 V v越大對混凝土約束越強 混凝土極限壓應變越大 6 3 3柱的正截面承載力計算 1 計算公式 NE NuE RE Nu RE 對大偏心受壓柱 2 柱端彎矩調整 1 按 強柱弱梁 要求調整 靜力平衡條件 Muc0 Mdc0 Mbl Mbr 強柱弱梁 要求 柱端彎矩放大 Mc倍 一級框架結構及9度時的框架 Mc 1 2 Mbua Mc 同一節(jié)點上下柱端截面設計彎矩之和 Mb 同一節(jié)點左右梁端截面設計彎矩之和 Mbua 同一節(jié)點左右梁端截面抗彎承載力之和 Mc 對框架結構 二 三級抗震等級分別取為1 5 1 3 對其它結構中的框架 一 二 三 四級分別取1 4 1 2 1 1和1 1 頂層柱 柱軸壓比小于0 15的柱不調整 2 按 強底層柱 要求調整 抗震設計時 一 二 三級框架結構底層柱下端截面彎矩設計值 應按考慮地震作用組合的彎矩設計值分別乘以增大系數(shù)1 7 1 5和1 3 計算偏心距e0 M N時 采用按 強柱弱梁 強底層柱 角柱調整要求調整后的柱端彎矩Mc 3 角柱彎矩調整 一 二 三 四級框架角柱經上述調整后的彎矩 剪力設計值 應乘以不小于1 1的增大系數(shù) 抗震結構中柱截面最小配筋率 全截面 注 表中括號內數(shù)值適用于框架結構 柱截面每一側縱向鋼筋配筋率不應小于0 2 3 柱正截面構造規(guī)定 最小配筋率 見下表pp200表6 3 全柱最大配筋率 5 對稱配筋 最小截面尺寸 300mm 400mm 圓柱d 350 400mm 縱筋接頭要求 縱筋間距 200mm 截面尺寸大于400mm的柱 一 二 三級抗震設計時其縱向鋼筋間距不宜大于200mm 抗震等級為四級和非抗震設計時 柱縱向鋼筋間距不宜大于300mm 柱縱向鋼筋凈距均不應小于50mm 全部縱向鋼筋的配筋率 非抗震設計時不宜大于5 不應大于6 抗震設計時不應大于5 一級且剪跨比不大于2的柱 其單側縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于1 2 邊柱 角柱及剪力墻端柱考慮地震作用組合產生小偏心受拉時 柱內縱筋總截面面積應比計算值增加25 6 3 4柱的斜截面承載力 1 計算公式 VE VuE REVuE 0 6Vc Vs 即 Vc VuE RE 0 6Vc Vs RE 軸力為壓力 軸力為拉力 2 剪力調整 1 按柱 強剪弱彎 要求調整 強剪弱彎要求 對框架結構 二 三級 vc分別取1 5和1 3 對其它結構中的框架 一 二 三級 四級 vc分別為1 4 1 2 1 1和1 1 一級框架結構和9度時的框架 Mtc Mbc 由內力組合得到的柱上 下端的最不利設計彎矩 Mtcua Mbcua 柱上 下端截面的抗彎承載力 可按實際配筋面積和材料強度標準值確定 3 柱的斜截面構造要求 1 最小截面尺寸 無地震組合時 Vc 0 25 cfcbchc0 有地震組合時 2的柱 Vc 0 20 cfcbchc0 RE 2的柱 Vc 0 15 cfcbchc0 RE 2 角柱剪力調整一 二 三 四級框架角柱 經上述調整后的剪力設計值 應乘以不小于1 1的增大系數(shù) 2 柱的箍筋 箍筋形式 普通矩形箍 螺旋箍 復式箍等 箍筋加密區(qū)范圍 底層柱的上端和其他各層柱的兩端 取柱凈高的1 6 柱截面長邊尺寸hc 或圓柱直徑 或500mm三者中的較大值 剪跨比不大于2的柱 因填充墻等形成的短柱 一 二級抗震等級的角柱和框支柱 需提高變形能力的柱 取柱全高 在底層柱基礎較深而又遇有剛性地坪時 剛性地坪地坪上下各500mm范圍 底層柱柱根以上1 3柱凈高的范圍 加密區(qū)箍筋數(shù)量 pp203表6 6 加密區(qū)體積配箍率 且 一級 v 0 8 二級 v 0 6 三 四級 v 0 4 vfc fyv v 最小體積配箍特征值 見pp202表6 5 加密區(qū)的箍筋肢距 一級不宜大于200mm 二 三級不宜大于250mm和20倍箍筋直徑的較大值 四級不宜大于300mm 為便于澆灌混凝土 縱筋間距也不宜小于50mm 每隔一根縱向鋼筋宜在兩個方向有箍筋約束 6 4梁柱節(jié)點核芯區(qū)抗震設計 6 4 1強節(jié)點 強錨固 1 節(jié)點區(qū)的破壞 節(jié)點區(qū)無箍筋或少箍筋 在剪壓作用下混凝土出現(xiàn)斜裂縫 然后擠壓破碎 縱向鋼筋壓屈成燈籠狀 鋼筋錨固破壞 2 強節(jié)點 抗剪驗算 在節(jié)點區(qū)配置足夠的箍筋 并保證混凝土的強度及密實性 3 強錨固 處理好縱向鋼筋在節(jié)點區(qū)的錨固構造 4 節(jié)點抗震設計 一 二 三級框架的節(jié)點核心區(qū)應進行抗震驗算 四級框架節(jié)點可不進行抗震驗算 6 4 2節(jié)點區(qū)設計剪力 在地震作用下 通過節(jié)點區(qū)的梁縱向鋼筋一側受拉 另一側受壓 容易出現(xiàn)粘結破壞 見下圖 節(jié)點設計剪力 由強節(jié)點要求 能抵抗當節(jié)點兩邊梁端出現(xiàn)塑性鉸時的節(jié)點區(qū)剪力 1 平衡條件 圖示中柱節(jié)點核芯區(qū)上半部為隔離體 Vj Cs Cc fykAts Vc fykAbs fykAts Vc 2 強結點要求 平衡剪力放大 jb倍 一級框架結構和9度時的一級框架 一級 二級 三級框架的其它情況 Mb 節(jié)點左右梁端組合彎矩設計值之和 Mbua 節(jié)點左右梁端按實際鋼筋面積和材料強度標準值計算的受彎承載力所對應的彎矩設計值之和 jb 強節(jié)點系數(shù) 對框架結構 一級取1 5 二級取1 35 三級取1 2 對其它結構中的框架 一級取1 35 二級取1 2 三級取1 1 Hc 柱的計算高度 可采用節(jié)點上 下柱反彎點之間的距離 6 4 3節(jié)點區(qū)抗剪驗算 1 節(jié)點區(qū)的抗剪承載力公式由試驗得到 9度時一級 2 在一 二 三級框架節(jié)點 由上式計算節(jié)點區(qū)所需的箍筋面積及間距 同時滿足構造要求 3 在四級框架中 節(jié)點區(qū)不需進行抗剪驗算 按構造要求配置箍筋 節(jié)點區(qū)配置的箍筋至少要與柱中箍筋加密區(qū)的箍筋數(shù)量相等 6 4 4節(jié)點區(qū)構造要求 1 截面尺寸和混凝土強度 節(jié)點區(qū)平均剪應力限制 Vj 0 30 j cfcbjhj RE 在節(jié)點區(qū)的混凝土強度等級應與柱的混凝土強度等級相同 當節(jié)點區(qū)混凝土與梁板混凝土一起澆注時 必須注意節(jié)點區(qū)混凝土強度等級與柱混凝土強度等級相差不應超過5MPa 2