結(jié)構(gòu)抗震-第4章-第10講

結(jié)構(gòu)抗震劉君陽2016年3月課程(kèchéng)性質(zhì)：必修課課程學時：24學時授課班級：2013級土木工程

第

10講共四十三頁4.1概述(ɡàishù)4.2抗震(kàngzhèn)設(shè)計的一般要求4.3框架內(nèi)力與位移計算第四章多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設(shè)計＋4.4鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計4.5抗震結(jié)構(gòu)的基本抗震構(gòu)造措施4.6框架-抗震墻結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施4.7多層框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計共四十三頁4.4鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件(gòujiàn)設(shè)計1框架(kuànɡjià)梁截面設(shè)計2框架柱截面設(shè)計3框架節(jié)點抗震設(shè)計共四十三頁框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(shèjì)的正確指導(dǎo)思想：1.框架塑性效應(yīng)較多地發(fā)生(fāshēng)在梁端，底層柱的塑性效應(yīng)較晚形成；——強柱弱梁2.梁柱在彎曲破壞前，避免發(fā)生其它形式破壞（剪切、粘結(jié)破壞等）；——強剪弱彎3.在梁、柱破壞之前，節(jié)點應(yīng)有足夠的強度即變形能力；——強節(jié)點弱構(gòu)件4.妥善解決梁、柱鋼筋錨固問題；5.重視非結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計?！獜婂^固共四十三頁1框架梁截面(jiémiàn)設(shè)計框架結(jié)構(gòu)的合理屈服(qūfú)機制是在梁上出現(xiàn)塑性鉸。對框架梁端抗震設(shè)計的基本要求：（1）梁形成塑性鉸后仍有足夠的受剪承載力（2）梁筋屈服后，塑性鉸區(qū)段應(yīng)有較好的延性和耗能能力（3）妥善地解決梁筋錨固問題——強剪弱彎——強錨固設(shè)計步驟：（1）框架梁抗剪承載力驗算（2）提高梁延性措施共四十三頁（1）框架(kuànɡjià)梁抗剪承載力驗算①梁剪力設(shè)計(shèjì)值為了使梁端有足夠的抗剪承載力，實現(xiàn)“強剪弱彎”的設(shè)計思想，應(yīng)充分估計框架梁端實際配筋達到屈服并產(chǎn)生超強時有可能產(chǎn)生的最大剪力?！犊拐鹨?guī)范》規(guī)定：對于抗震等級為一、二、三級的框架梁端剪力設(shè)計值，應(yīng)按下式進行調(diào)整：——梁的凈跨；——梁在重力荷載代表值作用下，按簡支梁分析的梁端截面剪力設(shè)計值；——梁的剪力增大系數(shù)，一級為1.3,二級為1.2,三級為1.1?！憾私孛娼M合的剪力設(shè)計值；共四十三頁一級框架結(jié)構(gòu)和9度的一級框架梁，可不(kěbù)按上式進行調(diào)整，但應(yīng)符合：——分別為梁左、右端逆時針或順時針方向根據(jù)實配鋼筋

面積（考慮受壓筋）和材料強度(qiángdù)標準值計算的抗彎承

載力所對應(yīng)的彎矩值；——梁在重力荷載代表值（9度時高層建筑還應(yīng)包括豎向

地震作用標準值）作用下，按簡支梁分析的梁端截面

剪力設(shè)計值；共四十三頁②剪壓比限值剪壓比是截面上平均(píngjūn)剪應(yīng)力與混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值的比值，以表示，用以說明截面上承受名義剪應(yīng)力的大小。梁塑性(sùxìng)鉸區(qū)的截面剪應(yīng)力大小對梁的延性、耗能及保持梁的剛度和承載力有明顯影響。當剪壓比大于0.30時，即使增加配箍，也容易發(fā)生斜壓破壞。為了保證梁截面不至于過小，使其不產(chǎn)生過高的主壓應(yīng)力，規(guī)范規(guī)定：跨高比大于2.5時：跨高比等于或小于2.5時：共四十三頁跨高比大于2.5時：跨高比等于(děngyú)或小于2.5時：——梁端部截面組合的剪力設(shè)計值；——梁的截面有效高度；——混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值；——梁的截面寬度；——承載力抗震調(diào)整系數(shù),0.85。共四十三頁③梁斜截面(jiémiàn)受剪承載力《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定(guīdìng)，對于矩形、T形和I字形截面的一般框架梁，斜截面受剪承載力應(yīng)按下式驗算：——箍筋抗拉強度設(shè)計值；——同一截面箍筋各肢的全部截面面積；——承載力調(diào)整系數(shù)；一般取0.85，對一、二級框架短梁，取1.0。

對集中荷載作用下的框架梁，其斜截面受剪承載力應(yīng)按下式驗算：——承載力調(diào)整系數(shù)，取0.85；——梁的剪跨比，取3≤λ≤1.5。共四十三頁（2）提高梁延性(yánxìng)措施①梁截面(jiémiàn)尺寸試驗和理論分析表明，影響梁截面延性的主要因素有梁的截面尺寸、縱向鋼筋配筋率、剪壓比、配箍率、鋼筋和混凝土的強度等級等。梁寬不宜小于200mm，過小截面損失比例較大；梁寬不宜小于柱寬的1/2，對節(jié)點核芯區(qū)提供約束以提高受剪承載力；梁高寬比不宜大于4，狹而高的梁不利于混凝土的約束，也會在梁

剛度降低后引起側(cè)向失穩(wěn)；梁跨高小于4時，屬于短梁，反復(fù)彎剪作用下，斜裂縫沿梁全長發(fā)展從而使梁的延性及承載力急劇降低。共四十三頁②梁縱筋配筋率截面(jiémiàn)相對受壓區(qū)高度一級框架(kuànɡjià)梁不應(yīng)大于0.25；二、三級框架梁不應(yīng)大于0.35；梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2.5%共四十三頁③梁縱筋配置(pèizhì)受壓鋼筋面積(miànjī)與受拉鋼筋面積(miànjī)保持一定比例原因：其一，一定的受壓鋼筋可以減小混凝土受壓區(qū)高度，其二，地震作用下，梁端可能出現(xiàn)正彎矩，如梁底面鋼筋過少，梁下

破壞嚴重，也會影響量的承載力和變形能力。受壓鋼筋面積與受拉鋼筋面積比值要求：一級不應(yīng)小于0.5；二、三級不應(yīng)小于0.3。梁頂面和地面通長鋼筋配置要求：一、二級不應(yīng)小于2Φ14；三、四級不應(yīng)小于2Φ12。共四十三頁④梁端箍筋加密(jiāmì)

梁端箍筋加密(jiāmì)區(qū)的長度、箍筋的最大間距和最小直徑抗震等級加密區(qū)長度（采用較大值）（mm）箍筋最大間距（采用最小值）（mm）箍筋最小直徑（mm）一2hb，500hb/4，6d，10010二1.5hb，500hb/4，8d，1008三1.5hb，500hb/4，8d，1508四1.5hb，500hb/4，8d，1508在梁端預(yù)期的塑性鉸區(qū)段加密箍筋，可以起到約束混凝土，提高混凝土變形能力的作用，從而可獲得提高梁截面轉(zhuǎn)動能力，增加其延性的效果。共四十三頁共四十三頁2框架(kuànɡjià)柱截面設(shè)計柱的設(shè)計應(yīng)遵循(zūnxún)以下設(shè)計原則：①強柱弱梁，使柱盡量不出現(xiàn)塑性鉸；②在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞，使柱有足夠的抗剪能力；③控制柱的軸壓比不要太大；④加強約束，配置必要的約束箍筋。設(shè)計步驟：（1）強柱弱梁（2）強剪弱彎（3）控制柱軸壓比（4）柱內(nèi)縱向鋼筋配置（5）加強柱端約束共四十三頁（1）強柱弱梁強柱弱梁：的概念要求(yāoqiú)在強烈地震作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生較大側(cè)移進入非

彈性階段時，為使框架保持足夠的豎向承載能力而免于倒

塌，要求實現(xiàn)梁鉸側(cè)移機構(gòu)，即塑性鉸應(yīng)首先在梁上形成，

盡可能避免在破壞后在危害更大的柱上出現(xiàn)塑性鉸。設(shè)計要求：就承載力而言，要求同一節(jié)點上、下柱端截面極限抗彎承

載力(zǎilì)之和應(yīng)大于同一平面內(nèi)節(jié)點左、右梁端截面的極限抗

彎承載力之和。規(guī)范規(guī)定：一、二、三級框架的梁柱節(jié)點處，除框架頂層和柱軸壓比

小于0.15外，柱端彎矩設(shè)計值應(yīng)符合下式的要求：---柱端彎矩增大系數(shù)，對框架結(jié)構(gòu)，一、二、三、四級可分別取

1.7、1.5、1.3、1.2；其他結(jié)構(gòu)類型中的框架，一級為1.4，二

級為1.2，三、四級為1.1。共四十三頁9度和一級框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合(fúhé)：---節(jié)點左右梁端截面逆時針或順時針方向(fāngxiàng)根據(jù)實配鋼筋面積

（考慮受壓筋）和材料強度標準值計算的抗彎承載力所對

應(yīng)的彎矩值之和；《抗震規(guī)范》規(guī)定：為適當加強底層柱的抗彎能力，一、二、三、四級框架結(jié)構(gòu)的底層，柱下端截面組合的彎矩設(shè)計值，應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.7、1.5、1.3和1.2。共四十三頁（2）強剪弱彎①柱剪力設(shè)計(shèjì)值《抗震規(guī)范(guīfàn)》規(guī)定：對于抗震等級為一、二、三級的框架柱端剪力設(shè)計值，應(yīng)按下式進行調(diào)整：——柱的凈高；——分別為柱上、下端逆時針或順時針方向正截面組合的彎矩設(shè)計

值；應(yīng)符合強柱弱梁和底層柱底的調(diào)整要求。——柱端彎矩增大系數(shù)，對框架結(jié)構(gòu)，一、二、三、四級可分別取

1.7、1.5、1.3、1.2；其他結(jié)構(gòu)類型中的框架，一級為1.4，二

級為1.2，三、四級為1.1。共四十三頁9度和一級框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合(fúhé)：——分別為柱上、下端逆時針或順時針方向根據(jù)實配鋼筋

面積（考慮(kǎolǜ)受壓筋）和材料強度標準值計算的抗彎承

載力所對應(yīng)的彎矩值?！犊拐鹨?guī)范》規(guī)定：按兩個主軸方向分別考慮地震作用時，一、二級框架結(jié)構(gòu)的角柱按調(diào)整后的剪力設(shè)計值宜乘以增大系數(shù)1.30。共四十三頁②剪壓比限值《規(guī)范》規(guī)定：對于剪跨比大于2的矩形截面框架柱，其截面尺寸與剪力設(shè)計(shèjì)值應(yīng)符合下式的要求：對于剪跨比不大于2的框架短柱其截面(jiémiàn)尺寸與剪力設(shè)計值應(yīng)符合下式的要求：共四十三頁③柱斜截面(jiémiàn)受剪承載力框架柱斜截面破壞(pòhuài)形式：斜拉破壞斜壓破壞剪壓破壞配筋率滿足要求截面尺寸滿足要求通過配筋計算來防止對策：《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，框架柱斜截面受剪承載力按下式計算：——考慮地震作用組合的軸壓比設(shè)計值；——承載力抗震影響系數(shù)；共四十三頁——框架(kuànɡjià)柱的計算剪跨比；---剪跨比，取上、下兩端計算結(jié)果的較大值；---端截面組合剪力計算值；---端截面組合彎矩計算值；---截面有效高度。共四十三頁（3）控制(kòngzhì)柱軸壓比軸壓比：柱組合的軸壓力設(shè)計(shèjì)值與柱的全截面面積和混凝土抗壓強度設(shè)計值乘積之比，即：綜合考慮不同抗震等級的延性要求，對于考慮地震作用組合的各種柱軸壓比限值見下表：柱軸壓比限值結(jié)構(gòu)類型抗震等級一二三四框架結(jié)構(gòu)0.650.750.850.90框架-抗震墻、板柱-抗震墻、框架-核心筒、筒中筒0.750.850.900.95部分框支抗震墻0.60.70—共四十三頁（4）柱內(nèi)縱向(zònɡxiànɡ)鋼筋配置柱的縱向配筋應(yīng)符合(fúhé)下列要求：①宜對稱布置；②截面尺寸大于400mm的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200mm；⑤縱向鋼筋的最小配筋率應(yīng)按下表采用：③采用HRB335、HRB400級鋼筋的柱，總配筋率不應(yīng)大于5%；④一級且剪跨比大于2的柱，每側(cè)縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%；柱縱向鋼筋最小總配筋率類別抗震等級一二三四中柱和邊柱0.9（1.0）0.7（0.8）0.6（0.7）0.5（0.6）角柱、框支柱1.10.90.80.7共四十三頁（5）加強(jiāqiáng)柱端約束承擔(chéngdān)柱子剪力；約束混凝土，提高混凝土的抗壓強度及變形能力；為縱向鋼筋提供側(cè)向支撐，防止縱筋壓曲。加強柱端約束的作用：柱端箍筋加密區(qū)范圍，應(yīng)按下列規(guī)定采用：取截面高度、柱凈高的1/6和500mm三者的最大值；底層柱的下端不小于柱凈高的1/3；剛性地面上下各500mm。剪跨比不大于2的柱、因設(shè)置填充墻等形成的柱凈高與柱截面高度

之比不大于4的柱、框支柱、一級和二級框架的角柱，取全高。共四十三頁共四十三頁一般情況下，柱端箍筋加密區(qū)的箍筋間距(jiānjù)和直徑：柱箍筋加密(jiāmì)區(qū)的箍筋最大間距和最小直徑抗震等級箍筋最大間距（采用較小值，mm）箍筋最小直徑（mm）一6d，10010二8d，1008三8d，150（柱根100）8四8d，150（柱根100）6（柱根8）柱端箍筋加密區(qū)約束箍筋的體積配筋率應(yīng)符合下式要求：一級不應(yīng)小于0.8%；二級不應(yīng)小于0.6%；三、四級不應(yīng)小于0.4%；共四十三頁——最小配箍特征值；柱端加密(jiāmì)區(qū)箍筋最小配箍特征值抗震等級箍筋形式柱軸壓比<0.30.40.50.60.70.80.91.01.05一普通箍、復(fù)合箍0.100.110.130.150.170.200.23——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、四普通箍、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0.050.060.070.090.110.130.150.180.20柱箍筋非加密區(qū)：箍筋體積配筋率：不宜(bùyí)小于加密區(qū)的50%；箍筋間距：一、二級框架柱不應(yīng)大于10倍縱向鋼筋直徑，

三、四級框架柱不應(yīng)大于15倍縱向鋼筋直徑。共四十三頁共四十三頁3框架節(jié)點(jiédiǎn)抗震設(shè)計根據(jù)(gēnjù)“強節(jié)點弱構(gòu)件”的設(shè)計概念，框架節(jié)點的設(shè)計準則是：①節(jié)點的承載力不應(yīng)低于其連接構(gòu)件(梁、柱)的承載力；②多遇地震時，節(jié)點應(yīng)在彈性范圍內(nèi)工作；③罕遇地震時，節(jié)點承載力的降低不得危及豎向荷載的傳遞；④梁柱縱筋在節(jié)點區(qū)應(yīng)有可靠的錨固；⑤節(jié)點配筋不應(yīng)使施工過分困難。鋼筋混凝土框架節(jié)點破壞的主要形式是節(jié)點核芯區(qū)剪切破壞和鋼筋錨固破壞，嚴重的會引起整個框架倒塌，修復(fù)也比較困難。因而，在框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中對節(jié)點應(yīng)予以足夠的重視。共四十三頁（1）一般框架(kuànɡjià)節(jié)點核芯區(qū)抗剪承載力驗算①剪力設(shè)計(shèjì)值節(jié)點核芯區(qū)：框架梁與框架柱相交的部位。節(jié)點核芯區(qū)受力情況見下圖：共四十三頁節(jié)點核芯區(qū)組合(zǔhé)的剪力設(shè)計值應(yīng)滿足下式要求：9度和一級框架(kuànɡjià)尚應(yīng)符合下式要求：---梁截面有效高度，節(jié)點兩側(cè)梁截面高度不等時可取平均值；---節(jié)點剪力增大系數(shù)，一級取1.35,二級取1.2。---柱的計算高度，可采用節(jié)點上下柱反彎點之間的距離；---梁受壓鋼筋合力點至受壓邊緣的距離；---梁的截面高度，節(jié)點兩側(cè)梁截面高度不等時可取平均值；---節(jié)點左右梁端順時針或反時針方向截面組合的彎矩設(shè)計值之和；---節(jié)點左右梁端縱向受拉鋼筋實際配筋面積（考慮受壓筋）和材料

強度標準值計算的受彎承載力所對應(yīng)的彎矩值之和。共四十三頁②剪壓比限值為了防止節(jié)點核芯區(qū)混凝土斜壓破壞，同樣要控制剪壓比不得過大，一般(yībān)應(yīng)滿足：——正交梁的約束影響系數(shù)，樓板為現(xiàn)澆，梁柱中線重合(chónghé)，

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，可采用1.5，

9度的一級宜采用1.25，其他情況均采用1.0；

——承載力抗震調(diào)整系數(shù)，可采用0.85；

——節(jié)點核芯區(qū)的截面高度，可采用驗算方向的柱截面高度；

——節(jié)點核芯區(qū)的截面有效驗算寬度。共四十三頁③節(jié)點(jiédiǎn)受剪承載力現(xiàn)澆框架節(jié)點(jiédiǎn)核芯區(qū)截面受剪承載力按下式計算：9度和一級框架尚應(yīng)符合下式要求：---混凝土抗拉強度設(shè)計值；---對應(yīng)于重力荷載代表值的上柱軸向壓力；---箍筋間距；---箍筋抗拉強度設(shè)計值；---核心區(qū)驗算寬度bj范圍內(nèi)同一截面驗算方向各肢箍筋的總截面面積;---節(jié)點核芯區(qū)的截面高度；共四十三頁④節(jié)點(jiédiǎn)截面有效寬度a.當梁柱軸線(zhóuxiàn)重合，且梁寬不小于該側(cè)柱寬的1/2時:b.當梁柱軸線重合，但梁寬小于該側(cè)柱寬1/2時，取下列較小者:c.當梁柱軸線不重合（偏心距不大于）時，此時取下列較小值:此時柱箍筋應(yīng)沿全高加密。共四十三頁⑤框架節(jié)點構(gòu)造(gòuzào)要求箍筋最大間距和最小直徑(zhíjìng)：宜按表采用，框架節(jié)點核芯區(qū)配箍特征值：一、二、三級分別不宜小于0.12、

0.10、0.08，軸壓比小于0.4時，可查表采用。利用柱縱向鋼筋進行約束，柱的縱筋間距不宜大于200mm。封閉箍筋應(yīng)有1350彎鉤，彎鉤末端直線延長段不宜小于10倍箍

筋直徑并錨入核芯區(qū)混凝土內(nèi)。箍筋的無支承長度不得大于350mm，否則應(yīng)配置輔助拉條。梁柱中的縱向受力鋼筋，不