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1第4章框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2第一節(jié)框架結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)一、框架結(jié)構(gòu)的受力變形特點(diǎn)1.豎向荷載作用下的受力特點(diǎn):框架梁受彎為主,框架柱受壓為主;承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì):框架梁控制截面的抗彎承載力設(shè)計(jì);框架柱控制其受壓承載力;正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì):梁跨中撓度變形的驗(yàn)算;豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的水平側(cè)移忽略不計(jì)。32、水平荷載作用下的受力特點(diǎn)框架柱承擔(dān)水平剪力和柱端彎矩,并由此產(chǎn)生水平位移;由于協(xié)調(diào)變形梁端產(chǎn)生彎矩和剪力;承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì):框架柱控制截面的偏心抗彎承載力設(shè)計(jì);正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì):框架結(jié)構(gòu)水平側(cè)移的計(jì)算4框架結(jié)構(gòu)的水平側(cè)移由兩部分組成:整體彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移;(整體彎矩-柱軸力)(圖4.1b);整體剪切變性產(chǎn)生的側(cè)移;(樓層剪力-梁柱剪切、彎曲變形)(圖4.1c)(圖4.2)。56層間側(cè)移的大小與樓層剪力Vi的大小成正比;層間側(cè)移的大小與梁、柱的截面慣性矩J成反比;7二、結(jié)構(gòu)布置1、高寬比限值2、結(jié)構(gòu)平面布置及豎向布置,按第二章第三節(jié)要求布置。非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)6度7度8度9度0.2g0.3g最大適用高度(m)7060504035—高寬比限值543—8三、梁、柱、節(jié)點(diǎn)等構(gòu)件截面估計(jì)及選型1.梁構(gòu)件的截面估算梁的截面寬度不宜小于200mm;梁截面的高寬比不宜大于4;當(dāng)梁高較小或采用扁梁時(shí),除驗(yàn)算其承載力和受剪截面要求外,尚應(yīng)滿足剛度和裂縫的要求;對(duì)現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu),宜考慮梁受壓翼緣的有利影響。92、柱構(gòu)件的截面估算:qk=12-14KN/m2;A-柱子的負(fù)荷面積;n-計(jì)算柱截面以上結(jié)構(gòu)層數(shù);α彎矩影響系數(shù)1.1-1.3;γ—荷載分項(xiàng)系數(shù)1.25;矩形截面柱的邊長(zhǎng),非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不宜小于250mm,抗震設(shè)計(jì)時(shí)不宜小于300mm;圓柱截面直徑不宜小于350mm;柱剪跨比宜大于2;柱截面高寬比不宜大于3。103、節(jié)點(diǎn)框架梁、柱中心線宜重合。當(dāng)梁柱中心線不能重合時(shí),在計(jì)算中應(yīng)考慮偏心對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受力和構(gòu)造的不利影響,以及梁荷載對(duì)柱子的偏心影響。11梁、柱中心線之間的偏心距:(1)9度抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于柱截面在該方向?qū)挾鹊?/4;(2)非抗震設(shè)計(jì)和6~8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)不宜大于柱截面在該方向?qū)挾鹊?/4;(3)如偏心距大于該方向柱寬的1/4時(shí),可采取增設(shè)梁的水平加腋等措施;(4)設(shè)置水平加腋后,仍須考慮梁柱偏心的不利影響.12
13梁的水平加腋尺寸取值:(1)梁的水平加腋厚度可取梁截面高度,其水平尺寸宜滿足下列要求:bx/ιx≤1/2(4.1a)bx/bb≤2/3(4.1b)bb+bx+x≥bc/2(4.1c)式中bx—梁水平加腋寬度;lx—梁水平加腋長(zhǎng)度;bb—梁截面寬度;bc—沿偏心方向柱截面寬度;x—非加腋?jìng)?cè)梁邊到柱邊的距離。14梁采用水平加腋時(shí),框架節(jié)點(diǎn)有效寬度計(jì)算:(2)梁采用水平加腋時(shí),框架節(jié)點(diǎn)有效寬度bj宜符合下式要求:1)當(dāng)x=0時(shí),bj按下式計(jì)算:bj≤bb+bx(4.2)2)當(dāng)x≠0時(shí),bj?。?.3a)和(4.3b)二式計(jì)算的較大值,且應(yīng)滿足公式(4.3c)的要求:bj≤bb+bx+x(4.3a)bj≤bb+2x(4.3b)bj≤bb+0.5hc(4.3c)式中hc——柱截面高度15四、材料強(qiáng)度選擇及填充墻布置要求1.材料強(qiáng)度,現(xiàn)澆框架梁、柱、節(jié)點(diǎn):最低要求:按一級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì)時(shí),不應(yīng)低于C30;按二~四級(jí)和非抗震設(shè)計(jì)時(shí),不應(yīng)低于C20。最高要求:現(xiàn)澆框架梁不宜大于C40;框架柱,9度時(shí)不宜大于C60;8度時(shí)不宜大于C70。162、填充墻布置要求框架結(jié)構(gòu)的填充墻及隔墻宜選用輕質(zhì)墻體;抗震設(shè)計(jì)時(shí),框架結(jié)構(gòu)如采用砌體填充墻,其布置應(yīng)符合下列要求:(1)避免形成上、下層剛度變化過(guò)大;(2)避免形成短柱;(3)減少因抗側(cè)剛度偏心所造成的扭轉(zhuǎn)。
17抗震設(shè)計(jì)時(shí),砌體填充墻及隔墻應(yīng)具有自身穩(wěn)定性,并應(yīng)符合:(1)砌體的砂漿強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于M5,墻頂應(yīng)與框架梁或樓板密切結(jié)合;(2)砌體填充墻應(yīng)沿框架柱全高每隔500mm左右設(shè)置2根直徑6mm的拉筋,6度時(shí)時(shí)宜沿墻全長(zhǎng)貫通,7、8、9度時(shí)應(yīng)沿墻全長(zhǎng)貫通;18(3)墻長(zhǎng)大于5m時(shí),墻頂與梁(板)宜有鋼筋拉結(jié);墻長(zhǎng)大于8m或?qū)痈叩?倍時(shí),宜設(shè)置間距不大于4m的鋼筋混凝土構(gòu)造柱;(4)墻高超過(guò)4m時(shí),墻體半高處(或門洞上皮)宜設(shè)置與柱連接且沿墻全長(zhǎng)貫通的鋼筋混凝土水平系梁。
19五、設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)及程序框圖(1)框架結(jié)構(gòu)縱橫向均應(yīng)設(shè)計(jì)成剛性連接框架;(2)框架結(jié)構(gòu)宜采用正方形截面和對(duì)稱配筋;(3)角柱或縱橫框架的共用柱,應(yīng)采取雙向彎曲來(lái)進(jìn)行柱截面設(shè)計(jì);(4)設(shè)計(jì)強(qiáng)柱型框架,盡量形成梁鉸側(cè)移機(jī)構(gòu);(5)盡量符合“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)弱桿、強(qiáng)壓弱拉”的抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則;(6)框架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)避免采用大底盤(pán)建筑形式,采用時(shí),主樓周圍應(yīng)設(shè)置防震縫。20框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖
根據(jù)高寬比限值確定三維幾何參數(shù)梁柱選型(初估)柱網(wǎng)布置計(jì)算單元選取計(jì)算簡(jiǎn)圖選取及荷載計(jì)算荷載效應(yīng)組合承載力計(jì)算構(gòu)造處理塑像荷載下的分層計(jì)算水平荷載下的內(nèi)力和變形計(jì)算21第二節(jié)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的簡(jiǎn)化近似計(jì)算一、基本假定(1)每榀框架結(jié)構(gòu)在其自身平面內(nèi)提供抗側(cè)移剛度,平面外的抗側(cè)移剛度為零;(2)平面樓蓋在其自身平面內(nèi)剛度無(wú)限大;(3)處于線彈性階段。22二、計(jì)算單元和計(jì)算簡(jiǎn)圖1.計(jì)算單元(平面布置較規(guī)則)232、計(jì)算簡(jiǎn)圖(1)框架計(jì)算簡(jiǎn)圖用梁、柱截面的幾何軸線表示,柱子在基礎(chǔ)頂面按固定端考慮;(2)當(dāng)框架梁為坡度i<1/8的折梁時(shí),可簡(jiǎn)化為直桿;(3)當(dāng)各跨跨度相差不大于10%,可簡(jiǎn)化為等跨框架,跨度取平均值。2425(4)當(dāng)框架梁為加腋變截面梁時(shí),若hend/hmin
<1.6,可不考慮加腋的影響,按等截面計(jì)算;(5)柱按實(shí)際截面計(jì)算截面慣性矩;(6)計(jì)算梁的慣性矩應(yīng)考慮樓板的作用,邊梁:J=1.5J0,中梁:J=2.0J026荷載的簡(jiǎn)化:(1)計(jì)算次梁傳給主梁的荷載時(shí),按各跨簡(jiǎn)支計(jì)算傳至主梁的集中荷載;(2)可將作用于框架梁上的三角形、梯形等荷載按支座彎矩等效的原則等效為均布荷載。27三、簡(jiǎn)化計(jì)算方法(1)簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算(2)分別計(jì)算豎向荷載和水平荷載作用下的內(nèi)力和位移,然后疊加。28四、豎向荷載作用下的近似計(jì)算—分層法1、分層法的基本假定:(1)梁上荷載僅在該梁上及與其相連的上下層柱上產(chǎn)生內(nèi)力;(2)豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平位移為零。292、分層法的計(jì)算要點(diǎn)(1)分層過(guò)程:根據(jù)上述假定,多層框架可分解成若干個(gè)單層剛架,即框架結(jié)構(gòu)分層,每層帶有上、下層柱,柱的遠(yuǎn)端為固定端,然后分別進(jìn)行力矩分配計(jì)算,再將同截面的內(nèi)力對(duì)應(yīng)疊加,得原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。3031(2)各層力矩分配計(jì)算要點(diǎn)柱:除底層外,各層柱的線剛度*0.9;各層柱的傳遞系數(shù)取為1/3;梁的線剛度按計(jì)算值采用;
對(duì)各層用力矩分配法計(jì)算桿端的彎矩:計(jì)算桿端分配系數(shù);計(jì)算固端彎矩;節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩的分配與傳遞,直到滿足精度要求;疊加各層彎矩圖得框架結(jié)構(gòu)的彎矩圖;
分層法適用于強(qiáng)柱弱梁型的對(duì)稱框架結(jié)構(gòu)。32(3)誤差分析疊加后的計(jì)算結(jié)果,若結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的不平衡力矩較?。ㄐ∮?0%),計(jì)算結(jié)束;否則需進(jìn)行再一次分配,但不傳遞,修正原桿端彎矩,得到最終計(jì)算成果。33五、水平荷載作用下的粗略計(jì)算—反彎點(diǎn)法1.基本假定:梁的線剛度與柱的線剛度之比大于3,可認(rèn)為梁的線剛度為無(wú)限大;梁、柱的軸向變形可忽略不計(jì);2.計(jì)算要點(diǎn)①基本概念抗側(cè)移剛度d—無(wú)角位移的兩端固定桿件,單位側(cè)移時(shí)所產(chǎn)生的剪力。(4.4)34反彎點(diǎn)—彎矩為零的點(diǎn)。②計(jì)算假定水平荷載作用下,上層柱反彎點(diǎn)在柱中點(diǎn),底層柱反彎點(diǎn)距柱底端2/3層高處。③計(jì)算步驟
計(jì)算柱的抗側(cè)移剛度;計(jì)算各層總水平剪力,按每柱抗側(cè)移剛度分配計(jì)算柱水平剪力;
35
根據(jù)各柱分配到的剪力及反彎點(diǎn)位置,計(jì)算柱端彎矩:上層柱:底層柱:根據(jù)結(jié)點(diǎn)平衡計(jì)算梁端彎矩:邊柱:36中柱:設(shè)的梁端彎矩與梁的線剛度成正比,有再根據(jù)力的平衡,由梁梁兩端的彎矩求出梁的剪力。37六、水平荷載作用下的近似計(jì)算—D值法1.基本假定:①水平荷載作用下,框架結(jié)構(gòu)同層各結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角相等;②梁、柱軸向變形忽略不計(jì)。2.計(jì)算要點(diǎn)①抗側(cè)移剛度:α為柱側(cè)移剛度修正系數(shù),按表4.1計(jì)算。38表4.1梁柱剛度比K及柱剛度修正系數(shù)α值。
39當(dāng)同一層中有再分柱時(shí),再分柱的等效抗推剛度D’按下式計(jì)算:式中40②框架柱的反彎點(diǎn)高度框架柱的反彎點(diǎn)高度y計(jì)算式為其中y0/h是標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比,由表4.2、表4.3查??;y1/h是上、下層梁剛度不等時(shí)的修正值,由表4.4查取;y2/h、y3/h是上、下層層高不等時(shí)的修正值,由表4.5查取。41反彎點(diǎn)高度比取決于荷載形式、梁柱剛度比、建筑物總層數(shù)和柱所在的樓層號(hào)。反彎點(diǎn)高度比×層高=反彎點(diǎn)高度。查表說(shuō)明:1、表4.2、表4.3的查表參數(shù)為m(總層數(shù))、n(所在樓層位置)、K(梁柱線剛度比)。負(fù)數(shù)表示反彎點(diǎn)下移;422、表4.4的查表參數(shù)為α1(ils/ilx)、K(梁柱線剛度比)。當(dāng)上下層梁剛度取倒數(shù),即α1(ilx/ils),則查出的數(shù)據(jù)后,再取負(fù)數(shù)作為反彎點(diǎn)高度比;3、表4.5的查表參數(shù)為α2(hs/h)、α3(hx/h)、K(梁柱線剛度比)。y2/h按照α2(hs/h)查取,上層較高時(shí)為正值,對(duì)于最上層y2/h不考慮;y3/h按照α3(hx/h)查取,下層較低時(shí)為正值,對(duì)于最下層y3/h不考慮。43反彎點(diǎn)高度討論:1、當(dāng)0≤y/h
≤
1.0,反彎點(diǎn)在本層柱;2、當(dāng)y/h>1.0,本層柱無(wú)反彎點(diǎn);反彎點(diǎn)在本樓層之上;3、當(dāng)y/h<0,反彎點(diǎn)在本樓層之下。443、D值法的計(jì)算步驟下面的計(jì)算步驟與反彎點(diǎn)相同,只是柱子抗側(cè)移剛度采用Dij,反彎點(diǎn)高度按照式(4.9)確定。計(jì)算各層總Vpj,按每柱的抗側(cè)移剛度分配計(jì)算各柱的水平剪力Vij;根據(jù)各柱的剪力及反彎點(diǎn)位置,計(jì)算柱端彎矩:45根據(jù)節(jié)點(diǎn)平衡計(jì)算梁端彎矩:由梁兩端的彎矩求出梁的剪力;由梁的剪力求柱子的軸力。46
47反彎點(diǎn)法與D值法的對(duì)比
反彎點(diǎn)法D值法不同點(diǎn)適用條件ib/ic≥3—反彎點(diǎn)位置上層柱1/2底層柱2/3y=y0+y1+y2+y3抗側(cè)移剛度d=12ic/h2D=α*12ic/h2計(jì)算步驟相同48七、框架結(jié)構(gòu)水平位移的近似計(jì)算1、側(cè)移的組成(4.10)ΔMQ—由于框架梁、柱彎曲和剪力變形產(chǎn)生的水平位移。
ΔN—由于框架柱軸向變形產(chǎn)生的水平位移,當(dāng)結(jié)構(gòu)高度或高寬比大時(shí),應(yīng)考慮其對(duì)側(cè)移的貢獻(xiàn)。492、梁柱彎曲和剪力變形產(chǎn)生的位移ΔMQ第i層的層間位移:(4.11)第i層的水平位移:(4.12)頂點(diǎn)位移:(4.13)503、框架柱軸向變形產(chǎn)生的位移ΔN只考慮邊柱軸向變形引起的水平位移:
(4.14)V0為總水平力;EZ1AZ1為底層邊柱軸向剛度;FN是由邊柱頂層與底層軸向剛度比決定的參數(shù),如表4.6。51第四節(jié)框架梁、柱及節(jié)點(diǎn)截面設(shè)計(jì)一、荷載效應(yīng)組合1、無(wú)地震作用效應(yīng)組合(3.1)式中各系數(shù)見(jiàn)P36~37。2、有地震作用效應(yīng)參與的組合(3.2)式中各系數(shù)見(jiàn)P36~37。52二、控制截面內(nèi)力1.最不利內(nèi)力類型內(nèi)力組合是針對(duì)控制截面(即危險(xiǎn)截面)的內(nèi)力進(jìn)行的,所以需先確定控制截面,如下表。構(gòu)件梁柱控制截面梁端跨中柱端最不利內(nèi)力-Mmax+Mmax∣V∣max+Mmax
-Mmax+Mmax及相應(yīng)的N,V-Mmax
及相應(yīng)的N,VNmax
及相應(yīng)的M,VNmin
及相應(yīng)的M,V53
力學(xué)計(jì)算得到的內(nèi)力通常是梁柱軸線處的值,還需進(jìn)一步計(jì)算控制截面處的相應(yīng)內(nèi)力值,如下圖所示。542、梁端的內(nèi)力調(diào)幅在豎向荷載作用下,可以考慮梁端塑性變形內(nèi)力重分布,對(duì)梁端負(fù)彎矩進(jìn)行調(diào)幅。調(diào)幅系數(shù):現(xiàn)澆框架0.8-0.9;裝配式框架0.7-0.8。梁端負(fù)彎矩減小后,應(yīng)按平衡條件計(jì)算調(diào)幅后的跨中彎矩,且要求跨中正彎矩≥M簡(jiǎn)支/2。豎向荷載引起的梁端彎矩先調(diào)幅,再與風(fēng)荷載和水平地震作用產(chǎn)生的彎矩進(jìn)行組合。55
56三、框架柱設(shè)計(jì)彎矩計(jì)算抗震設(shè)計(jì)時(shí),除框架頂層和柱軸壓比小于0.15者及框支梁柱的節(jié)點(diǎn)外,框架的梁、柱節(jié)點(diǎn)處,柱端彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下列要求:一級(jí)框架結(jié)構(gòu)及9度時(shí)尚應(yīng)符合(4.20)其他情況(4.19)ηc—柱端彎矩增大系數(shù):對(duì)框架:二、三級(jí)分別取1.5和1.3;57
對(duì)其他結(jié)構(gòu)中的框架:一、二、三、四級(jí)分別取1.4、1.2、1.1、1.1?!芃bua—節(jié)點(diǎn)左右梁端截面反時(shí)針或順時(shí)針?lè)较驅(qū)嵟涞恼孛婵拐鹗軓澇休d力所對(duì)應(yīng)的彎矩值之和;∑Mbua根據(jù)實(shí)配鋼筋面積(計(jì)入受壓筋)和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值并考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)計(jì)算。58
抗震設(shè)計(jì)時(shí),一、二、三級(jí)框架結(jié)構(gòu)的底層柱,該柱柱底的彎矩設(shè)計(jì)值,應(yīng)分別再乘以增大系數(shù)1.7、1.5和1.3。底層柱縱向鋼筋宜按上下端的不利情況配置。
59四、框架柱設(shè)計(jì)剪力計(jì)算框架柱和框支柱端部截面的剪力設(shè)計(jì)值,一、二、三、四級(jí)應(yīng)按下列公式計(jì)算:一級(jí)框架結(jié)構(gòu)和9度時(shí)的框架:(4.22)其他情況:(4.21)ηvc—柱剪力增大系數(shù):
對(duì)框架:二、三級(jí)分別取1.3、1.2;對(duì)其他類型的框架:一、二級(jí)分別取1.4和1.2,三、四級(jí)均取1.1。Mcuat、Mcuab—分別為偏心受壓柱的上下端順時(shí)針或反時(shí)針?lè)较驅(qū)嵟涞恼孛婵拐鹗軓澇休d力所對(duì)應(yīng)的彎矩值;Mcuat、Mcuab根據(jù)實(shí)配鋼筋面積、材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和軸壓力并考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)計(jì)算:6061
角柱按雙向偏心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。一、二、三、四級(jí)框架角柱經(jīng)按調(diào)整后的彎矩、剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)再乘以不小于1.1的增大系數(shù)。62五、框架梁設(shè)計(jì)剪力計(jì)算一、二、三級(jí)的框架梁和抗震墻中跨高比大于2.5的連梁,其梁端截面組合的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下式調(diào)整:一級(jí)框架結(jié)構(gòu)及9度時(shí)的框架(4.24)其他情況(4.23)ηvb—梁端剪力增大系數(shù),一、二、三級(jí)分別取1.3、1.2和1.1。63Mbual、Mbuar—分別為梁左右端反時(shí)針或順時(shí)針?lè)较驅(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(計(jì)入受壓筋)和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值并考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)計(jì)算:64六、框架柱受剪承載力設(shè)計(jì)1、矩形截面偏心受壓框架柱,其斜截面受剪承載力應(yīng)按下列公式計(jì)算:
無(wú)地震作用組合時(shí):(4.25)
有地震作用組合時(shí):
(4.26)65λ:框架柱的剪跨比。當(dāng)λ<1時(shí),取λ=1;當(dāng)λ>3時(shí),取λ=3;N:考慮風(fēng)荷載或地震作用組合的框架柱軸向壓力設(shè)計(jì)值,當(dāng)N大于0.3fcAc時(shí),取N等于0.3fcAc。當(dāng)矩形截面框架柱出現(xiàn)拉力時(shí)、其斜截面受剪承載力應(yīng)按下列公式計(jì)算:66無(wú)地震作用組合時(shí):(4.27)
有地震作用組合時(shí):(4.28)N:剪力設(shè)計(jì)值V對(duì)應(yīng)的軸向拉力設(shè)計(jì)值,取正值,67七、框架梁、柱其他承載力設(shè)計(jì)計(jì)算1、框架梁斜截面受剪承載力可按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)有關(guān)規(guī)定計(jì)算;2、無(wú)地震作用組合時(shí),單向風(fēng)荷載作用下雙向受剪框架柱,按混凝土規(guī)范規(guī)定進(jìn)行截面剪壓比計(jì)算和斜截面受剪承載力計(jì)算;3、無(wú)地震作用組合時(shí),梁、柱扭曲截面承載力,按混凝土規(guī)定進(jìn)行計(jì)算;684、框架梁、框架柱和框支柱的正截面承載力按混凝土規(guī)定進(jìn)行計(jì)算;考慮地震作用組合,其承載力應(yīng)除以承載力抗震調(diào)整系數(shù)。69八、框架梁柱結(jié)點(diǎn)核心區(qū)截面抗震驗(yàn)算框架結(jié)點(diǎn)核心區(qū):框架梁、柱相交的部位。一、二、三級(jí)框架梁柱結(jié)點(diǎn)核芯區(qū)應(yīng)進(jìn)行抗震驗(yàn)算;四級(jí)框架結(jié)點(diǎn)以及各級(jí)抗震等級(jí)的頂層端節(jié)點(diǎn)的核芯區(qū),可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算;各級(jí)抗震等級(jí)的框架梁柱結(jié)點(diǎn)核芯區(qū)均應(yīng)符合構(gòu)造措施的要求。70框架結(jié)點(diǎn)核心區(qū)的砼處于壓、剪復(fù)合應(yīng)力狀態(tài),在地震反復(fù)作用下,結(jié)點(diǎn)震害多為交叉裂縫,框架結(jié)點(diǎn)核心區(qū)受力圖如下:711、一般框架梁柱節(jié)點(diǎn)(1)一、二、三級(jí)框架梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)組合的剪力設(shè)計(jì)值:9度時(shí)和一級(jí)框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合:(4.29)其他情況(4.30)ηjb-強(qiáng)節(jié)點(diǎn)系數(shù),框架:一、二、三級(jí)宜取1.5、1.35和1.2;其他結(jié)構(gòu)中的框架:一、二、三級(jí)宜取1.35、1.2和1.1。Hc—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72(2)核芯區(qū)截面有效計(jì)算寬度當(dāng)驗(yàn)算方向的梁截面寬度不小于該側(cè)柱截面寬度的1/2時(shí):(4.31)(4.32)當(dāng)梁、柱的中線不重合且偏心距不大于柱寬的1/4時(shí):(?。?.33a.b)、(4.33c)的最小值)(4.33)
e—梁與柱中線偏心距73(3)節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)剪壓比要求節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)組合的剪力設(shè)計(jì)值,應(yīng)符合下列要求:(4.34)ηj—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)各梁截面寬度不小于該側(cè)柱截面寬度的1/2,且正交方向梁高度不小于框架梁高度的3/4時(shí),可采用1.5,9度時(shí)宜采用1.25;其它情況均采用1.0;
hj—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hc。74(4)節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)截面受剪承載力驗(yàn)算9度時(shí):(4.35)其他情況:(4.36)N—對(duì)應(yīng)于組合剪力設(shè)計(jì)值的上柱組合軸向壓力較小值,其取值不應(yīng)大于0.5fcbchc,當(dāng)N為拉力時(shí)取N=0;Asvj—核芯區(qū)有效驗(yàn)算寬度范圍內(nèi)同一截面驗(yàn)算方向箍筋的總截面面積。752、梁寬大于柱寬的扁梁框架的梁柱結(jié)點(diǎn)(1)樓蓋應(yīng)采用現(xiàn)澆,梁柱中心線宜重合;(2)扁梁框架的梁柱結(jié)點(diǎn)核心區(qū)應(yīng)根據(jù)梁上部縱筋在柱寬范圍內(nèi)、外的截面面積比例,對(duì)柱寬以內(nèi)和柱寬以外的范圍分別計(jì)算受剪承載力。計(jì)算柱外結(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪力設(shè)計(jì)值時(shí),可不考慮結(jié)點(diǎn)以上柱下端的剪力作用;76(3)結(jié)點(diǎn)核心區(qū)除一般要求外,還需滿足下列要求:①計(jì)算核心區(qū)受剪截面時(shí),核心區(qū)有效寬度取梁寬和柱寬的平均值;②四邊有梁的結(jié)點(diǎn)約束影響系數(shù),計(jì)算柱寬范圍內(nèi)核心區(qū)的受剪承載力時(shí)取1.5,計(jì)算柱寬范圍外核心區(qū)的受剪承載力時(shí)宜取1.0;77③計(jì)算核心區(qū)受剪承載力時(shí),在柱寬范圍內(nèi)核心區(qū),軸力的取值可同一般梁柱結(jié)點(diǎn);柱寬以外核心區(qū)可不考慮軸向壓力對(duì)受剪承載力的有利作用;④錨入柱內(nèi)的梁上部縱向鋼筋宜大于其全部鋼筋面積的60%。3、圓柱的梁柱結(jié)點(diǎn)(1)梁中線與柱中線重合時(shí),圓柱框架梁柱結(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪截面應(yīng)符合:78(2)梁中線與柱中線重合時(shí),圓柱截面梁柱結(jié)點(diǎn)核心區(qū)截面受剪承載力計(jì)算公式如下①抗震設(shè)防烈度為9度:②其他情況:79第五節(jié)框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造一、框架柱構(gòu)造要求柱截面尺寸要求;軸壓比要求;剪壓比要求;柱縱向鋼筋要求:最小、最大配筋率,配置方式;柱箍筋要求:加密區(qū)的最小直徑、最大間距、加密范圍、體積配箍率,配置方式;框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的水平箍筋配置要求;801、柱截面尺寸要求(1)矩形截面柱的邊長(zhǎng):非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不宜小于250mm,抗震設(shè)計(jì)時(shí):四級(jí)不宜小于300mm,一、二、三級(jí)不宜小于400mm;圓柱截面直徑:非抗震和四級(jí)不宜小于350mm,一、二、三級(jí)不宜小于450mm;(2)柱剪跨比宜大于2;(3)柱截面高寬比不宜大于3。
812、柱軸壓比限值抗震設(shè)計(jì)時(shí),鋼筋混凝土柱軸壓比不宜超過(guò)表4.2的規(guī)定:表4.2柱軸壓比限值(適用于C60以下、剪跨比大于2)結(jié)構(gòu)類型抗震等級(jí)一二三四框架結(jié)構(gòu)0.650.750.85—板柱-剪力墻、框架-剪力墻、框架-核心筒、筒中筒
0.750.850.900.95部分框支剪力墻0.60.7—82
柱軸壓比限值,不利的情況,應(yīng)調(diào)低:當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C65~C70時(shí),降低0.05;當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C75~C80時(shí),降低0.10;剪跨比在1.5-2.0之間,減小0.05;剪跨比小于1.5,其軸壓比限值應(yīng)專門研究并采取特殊構(gòu)造措施。83柱軸壓比限值,有利情況,提高:選用井字復(fù)合箍、復(fù)合螺旋箍或連續(xù)復(fù)合矩形螺旋箍并達(dá)到表1的要求時(shí),軸壓比限值均可提高0.10。84在柱的截面中部附加芯柱,當(dāng)芯柱中另加的縱向鋼筋的總面積≥0.8%Ac時(shí),軸壓比限值可增加0.05;柱軸壓比不應(yīng)大于1.05
;853、框架柱受剪截面應(yīng)符合下列要求(1)無(wú)地震作用組合時(shí)
(4.40)(2)有地震作用組合時(shí)跨高比大于2.5的梁及剪跨比大于2的柱(4.41a)跨高比不大于2.5的梁及剪跨比不大于2的柱(4.41b)86剪跨比應(yīng)按下式計(jì)算:式中
Mc—柱端或墻端截面組合的彎矩計(jì)算值;取上下端計(jì)算結(jié)果的較大值;Vc
—
對(duì)應(yīng)的截面組合剪力計(jì)算值;
h0—截面有效高度;反彎點(diǎn)位于柱高中部的框架柱,剪跨比可按柱凈高與2倍柱截面高度之比計(jì)算,即874、柱縱向鋼筋的構(gòu)造要求(1)柱全部縱向鋼筋的配筋率,不應(yīng)小于表4.3的規(guī)定值,且柱截面每一側(cè)縱向鋼筋配筋率不應(yīng)小于0.2%;抗震設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)Ⅳ類場(chǎng)地上較高的高層建筑,表中數(shù)值應(yīng)增加0.1;表中括號(hào)內(nèi)數(shù)值適用于框架結(jié)構(gòu)。表4.3柱全部縱向鋼筋的最小配筋率ρmin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0.9(1.0)0.7(0.8)0.6(0.7)0.5(0.6)0.5角柱1.10.90.80.70.5框支柱1.10.9——0.788(2)抗震設(shè)計(jì)時(shí),柱箍筋在規(guī)定的范圍內(nèi)應(yīng)加密,加密區(qū)的箍筋直徑和間距應(yīng)符合下列要求:①通常箍筋的直徑和間距應(yīng)按表4.11采用。表4.11柱端箍筋加密區(qū)的構(gòu)造要求抗震等級(jí)箍筋最大間距/mm箍筋最小直徑/mm一級(jí)6d和100的較小值10二級(jí)8d和100的較小值8三級(jí)8d和150(柱根100)的較小值8四級(jí)8d和150(柱根100)的較小值6(柱根8)89②一級(jí)框架柱的箍筋直徑大于12mm,且箍筋肢距≤150mm及二級(jí)框架柱箍筋直徑≥10mm,肢距≤200mm時(shí),除柱根外箍筋最大間距允許采用150mm;三級(jí)框架柱的截面尺寸≤400mm時(shí),箍筋最小直徑可用6mm,四級(jí)框架柱的剪跨比≤2或柱中全部縱向鋼筋的配筋率>3%時(shí),箍筋直徑≥8mm;③剪跨比≤2的柱,箍筋間距≤100mm。905、柱的縱向鋼筋配置,尚應(yīng)滿足下列要求(1)抗震設(shè)計(jì)時(shí),宜采用對(duì)稱配筋;(2)縱向鋼筋凈距≥50mm,其間距要求為抗震,截面尺寸大于400的柱:一、二、三級(jí)時(shí),≤200mm;四級(jí)時(shí),≤300mm;非抗震設(shè)計(jì)的柱:≤350mm;(3)全部縱向鋼筋的配筋率ρmax
非抗震設(shè)計(jì)時(shí):不宜大于5%、不應(yīng)大于6%;抗震設(shè)計(jì)時(shí):不應(yīng)大于5%;91(4)一級(jí)且剪跨比≤2的柱,其單側(cè)縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于1.2%;(5)邊柱、角柱及剪力墻端柱考慮地震作用組合產(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%;6、柱的縱筋鋼筋不應(yīng)與箍筋、拉筋及預(yù)埋件等焊接。927、抗震設(shè)計(jì)時(shí),柱箍筋加密區(qū)范圍符合要求(1)底層柱的上端和其他各層柱的兩端,應(yīng)取三者之最大值:hc(柱之長(zhǎng)邊)或D(圓形截面直徑)、Hn/6、500mm;(2)底層柱剛性地面上、下各500mm的范圍;(3)底層柱柱根以上1/3柱凈高的范圍;(4)剪跨比≤2的柱和因填充墻等形成的柱凈高與截面高度之比≤4的柱全高范圍;(5)一級(jí)、二級(jí)框架角柱的全高范圍;(6)需要提高變形能力的柱的全高范圍。938、柱加密區(qū)范圍內(nèi)箍筋的體積配箍率(1)體積配箍率且:一級(jí)二級(jí)三、四級(jí)剪跨比≤2的柱6-8度9度λv為柱最小配箍特征值,按附表8.24采用。94
附表8.24柱箍筋加密區(qū)最小配箍特征值λv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0.10.110.130.150.170.200.23——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0.080.090.110.130.150.170.190.220.24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0.050.060.070.090.110.130.150.180.2095(2)一、二、三、四級(jí)框架柱,其箍筋加密區(qū)范圍內(nèi)的體積配箍率分別≥0.8%、0.6%、0.4%和0.4%;(3)剪跨比≤2的柱宜采用復(fù)合螺旋箍或井字復(fù)合箍,其體積配箍率≥1.2%,9度時(shí)其體積配箍率≥1.5%;96(4)體積配箍率ρv計(jì)算規(guī)定a、計(jì)算復(fù)合箍筋的體積配箍率ρv時(shí),應(yīng)扣除重疊部分的箍筋體積;b、計(jì)算復(fù)合螺旋箍筋的體積配箍率時(shí),其非螺旋箍筋的體積應(yīng)乘以換算系數(shù)0.8。97各種箍筋的定義普通箍—單個(gè)矩形箍或單個(gè)圓形箍;螺旋箍—單個(gè)連續(xù)螺旋箍筋;復(fù)合箍—由矩形、多邊形、圓形箍或拉筋組成的箍筋;復(fù)合螺旋箍—由螺旋箍與矩形、多邊形、圓形箍或拉筋組成的箍筋;連續(xù)復(fù)合螺旋箍—全部螺旋箍由同一根鋼筋加工而成的箍筋。989、抗震設(shè)計(jì)時(shí),柱箍筋設(shè)置的要求(1)箍筋應(yīng)為封閉式,其末端應(yīng)做成135°彎鉤且彎鉤末端平直段長(zhǎng)度不應(yīng)小于10倍的箍筋直徑,且不應(yīng)小于75mm;(2)箍筋加密區(qū)的箍筋肢距:一級(jí)≤200mm;二、三級(jí)≤250mm和20倍箍筋直徑的較大值;四級(jí)≤300mm。(3)每隔一根縱向鋼筋宜在兩個(gè)方向有箍筋約束;99(4)采用拉筋組合箍時(shí),拉筋宜緊靠縱向鋼筋并勾住封閉箍;(5)柱非加密區(qū)的箍筋,其體積配箍率不宜小于加密區(qū)的一半;其箍筋間距,不應(yīng)大于加密區(qū)箍筋間距的2倍,且一、二級(jí)不應(yīng)大于10d,三、四級(jí)不應(yīng)大于15d。10010、非抗震設(shè)計(jì)時(shí),柱箍筋設(shè)置的要求(1)周邊箍筋應(yīng)為封閉式;
(2)箍筋間距不應(yīng)大于400mm,且不應(yīng)大于構(gòu)件截面的短邊尺寸和15d(d最小縱向受力筋直徑);(3)箍筋直徑≥1/4d(d最大縱向受力筋直徑),且不應(yīng)小于6mm;101(4)當(dāng)柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率超過(guò)3%時(shí),箍筋直徑≥8mm,箍筋間距≤10d,且≤200mm;箍筋末端應(yīng)做成135°彎鉤且彎鉤末端平直段長(zhǎng)度≥10倍箍筋直徑;(5)當(dāng)柱每邊縱筋多于3根時(shí),應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋(可采用拉筋);102(6)柱內(nèi)縱向鋼筋采用搭接做法時(shí)搭接長(zhǎng)度范圍內(nèi)箍筋直徑:≥0.25dmax搭接長(zhǎng)度范圍內(nèi)的箍筋間距:縱向受拉鋼筋搭接:≤5dmin
且≤100mm;縱向受壓鋼筋搭接:≤10dmin且≤200mm;當(dāng)受壓鋼筋直徑大于25m時(shí),尚應(yīng)在搭接接頭端面外100mm的范圍內(nèi)各設(shè)置兩道箍筋。10311、框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)應(yīng)設(shè)置水平箍筋,且應(yīng)符合下列規(guī)定(1)非抗震設(shè)計(jì)時(shí)箍筋配置除符合非抗震柱中箍筋的有關(guān)規(guī)定外,箍筋間距≤250mm。對(duì)四邊有梁與之相連的節(jié)點(diǎn),可僅沿節(jié)點(diǎn)周邊設(shè)置矩形箍筋;104(2)抗震設(shè)計(jì)時(shí)箍筋的最大間距和最小直徑宜符合抗震柱中箍筋的規(guī)定,且
柱剪跨比≤2的框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的配箍特征值不宜小于核心區(qū)上,下柱端配箍特征值中的較大值105二、框架梁構(gòu)造要求梁截面尺寸要求剪壓比要求(同柱)梁縱向鋼筋要求:最小、最大配筋率;配置方式;梁箍筋要求:加密區(qū)的最小直徑、最大間距、加密范圍、體積配箍率;配置方式;1061、梁的截面尺寸要求梁的截面尺寸,宜符合下列各項(xiàng)要求:(1)截面寬度不宜小于200mm;(2)截面高寬比不宜大于4;(3)梁凈跨與截面高度之比不宜小于4。當(dāng)梁高較小或采用扁梁時(shí),除驗(yàn)算其承載力和受剪截面要求外,尚應(yīng)滿足剛度和裂縫的有關(guān)要求。在計(jì)算梁的撓度時(shí),可扣除梁的合理起拱值;對(duì)現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu),宜考慮梁受壓翼緣的有利影響。1072、框架梁設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求(1)抗震設(shè)計(jì)時(shí)(2)縱向受拉鋼筋的最小配筋百分率ρmin(%)非抗震設(shè)計(jì),ρmin=0.2和45ft/fy的較大值;抗震設(shè)計(jì),≥表4.5規(guī)定的數(shù)值;表4.5梁縱向受拉鋼筋最小配筋百分率ρmin(%)抗震等級(jí)位置支座(取較大值)跨中(取較大值)一級(jí)0.40和80ft/fy0.30和65ft/fy二級(jí)0.30和65ft/fy0.25和55ft/fy三、四級(jí)0.25和55ft/fy0.20和45ft/fy108(3)抗震設(shè)計(jì)時(shí),梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于2.5%,不宜大于2.75%;當(dāng)大于2.5%時(shí),則受壓鋼筋配筋率不應(yīng)小于受拉鋼筋的一半;(4)抗震設(shè)計(jì)時(shí),梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋截面面積的比值,除計(jì)算確定外,應(yīng)滿足:一級(jí)二、三級(jí)109(5)抗震設(shè)計(jì)時(shí),梁端箍筋的加密區(qū)長(zhǎng)度、箍筋最大間距和最小直徑應(yīng)符合表4.6的要求;當(dāng)梁端縱向鋼筋配筋率大于2%時(shí),表中箍筋最小直徑應(yīng)增大2mm。表4.6梁端箍筋加密區(qū)的長(zhǎng)度、箍筋最大間距和最小直徑抗震等級(jí)加密區(qū)的長(zhǎng)度(取較大值)箍筋最大間距(取最小值)最小直徑一2.0hb,500hb/4,6d,10010二1.5hb,500hb/4,8d,1008三1.5hb,500hb/4,8d,1508四1.5hb,500hb/4,8d,15061103、梁的縱向鋼筋配置,尚應(yīng)符合下列規(guī)定(1)沿梁全長(zhǎng)頂面和底面應(yīng)至少各配置兩根縱向配筋:一、二級(jí)2φ14且≮0.25(As或As′)三、四級(jí)、非抗震2φ12
(2)一、二級(jí)抗震等級(jí)的框架梁內(nèi)貫通中柱的每根縱向鋼筋的直徑,對(duì)矩形截面柱,≤柱在該方向截面尺寸的1/20;對(duì)圓形截面柱,≤縱向鋼筋所在位置柱截面弦長(zhǎng)的1/20。1114、抗震設(shè)計(jì)時(shí),框架梁的箍筋構(gòu)造要求(1)框架梁沿梁全長(zhǎng)箍筋的面積配筋率應(yīng)符合下列要求:一級(jí)二級(jí)(4.44)三、四級(jí)ρsv—框架梁沿梁全長(zhǎng)箍筋的面積配筋率。112(2)第一個(gè)箍筋應(yīng)設(shè)置在距支座邊緣50mm處;(3)在箍筋加密區(qū)范圍內(nèi)的箍筋肢距:一級(jí)≤200mm和20倍箍筋直徑的較大值二、三級(jí)≤250mm和20倍箍筋直徑的較大值四級(jí)≤300mm;(4)箍筋應(yīng)有135°彎鉤,彎鉤端頭直段長(zhǎng)度不應(yīng)小于10倍的箍筋直徑和75mm的較大值;
113(5)搭接長(zhǎng)度范圍內(nèi)的箍筋間距:(同柱)縱向受拉鋼筋搭接:≤5dmin
且≤100mm;縱向受壓鋼筋搭接:≤10dmin且≤200mm;(6)框架梁非加密區(qū)箍筋最大間距≤加密區(qū)箍筋間距的2倍。1145、非抗震設(shè)計(jì)時(shí),框架梁箍筋配筋構(gòu)造(1)應(yīng)沿梁全長(zhǎng)設(shè)置箍筋;(2)截面高度大于800mm的梁,其箍筋直徑≥8mm;其余截面高度的梁不應(yīng)小于6mm。在受力鋼筋搭接長(zhǎng)度范圍內(nèi),箍筋直徑≥搭接鋼筋最大直徑的0.25倍;115(3)箍筋間距不應(yīng)大于表4.7的規(guī)定;搭接長(zhǎng)度范圍內(nèi)的箍筋間距:縱向受拉鋼筋搭接:≤5dmin
且≤100mm;縱向受壓鋼筋搭接:≤10dmin且≤200mm;表4.7非抗震設(shè)計(jì)梁箍筋最大間距(mm)hbVV>0.7ftbh0V≤0.7ftbh0hb≤
300150200300<hb≤500200300500<hb≤800250350800<hb300400116(4)當(dāng)梁的剪力設(shè)計(jì)值V>0.7ftbh0時(shí),其箍筋面積配筋率應(yīng)符合下式要求:
ρsv≥0.24ft/fyv(4.45)(5)當(dāng)梁中配有計(jì)算需要的縱向受壓鋼筋時(shí),其箍筋配置尚應(yīng)符合下列要求:1)箍筋直徑不應(yīng)小于縱向受壓鋼筋最大直徑的0.25倍;2)箍筋應(yīng)做成封閉式;1173)箍筋間距:≤15d且≤400mm;當(dāng)一層內(nèi)的受壓鋼筋多于5根且直徑大于18mm時(shí),箍筋間距≤10d(d為縱向受壓鋼筋的最小直徑);4)設(shè)置復(fù)合箍筋:當(dāng)梁截面寬度大于400mm且一層內(nèi)的縱向受壓鋼筋多于3根時(shí);或當(dāng)梁截面寬度不大于400mm但一層內(nèi)的縱向受壓鋼筋多于4根時(shí);118三、鋼筋連接與節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要求
1、受力鋼筋的連接接頭宜設(shè)置在構(gòu)件受力較小部位;抗震設(shè)計(jì)時(shí),宜避開(kāi)梁端、柱端箍筋加密區(qū)范圍;鋼筋連接可采用機(jī)械連接、綁扎搭接或焊接。2、非抗震設(shè)計(jì)時(shí),受拉鋼筋的最小錨固長(zhǎng)度應(yīng)取la;受拉鋼筋綁扎搭接的搭接長(zhǎng)度L1:L1≥ζla且≥300mm119la的計(jì)算式:α鋼筋的外形系數(shù)
受拉鋼筋綁扎搭接的搭接長(zhǎng)度L1:L1≥ζla且≥300mm表4.8受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)ζ同一
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