钢筋混凝土框架构件设计.pptx

6.1延性耗能框架的概念设计延性耗能框架的概念设计6.1.1延性结构延性结构见图见图6-1(1)(1)延性延性结构结构(截面截面)能维持承载能力而又具有较大的塑性变形的能力。能维持承载能力而又具有较大的塑性变形的能力。截面开始屈服截面开始屈服 My、y、fy、y截面破坏截面破坏 Mu、u、fu、u(2)(2)截面和构件的塑性变形能力常常用延性比来衡量截面和构件的塑性变形能力常常用延性比来衡量,延性比越大，延性越好。延性比越大，延性越好。构件位移延性比：构件位移延性比：f=fu/fy 截面曲率延性比：截面曲率延性比：=u/y顶点位移延性比顶点位移延性比:=u/y6.1.2 延性框架设计基本措施延性框架设计基本措施(1)(1)钢筋混凝土结构的钢筋混凝土结构的“塑性铰控制塑性铰控制”理论基本要点：理论基本要点：v允许某些截面出现塑性铰，吸收、耗散地震能量；允许某些截面出现塑性铰，吸收、耗散地震能量；v控制塑性铰出现部位控制塑性铰出现部位选择合理截面形式及配筋构造；选择合理截面形式及配筋构造；v塑性铰本身有较好的塑性变形能力和吸收耗散能量的能力；塑性铰本身有较好的塑性变形能力和吸收耗散能量的能力；v塑性铰能使结构具有较大的延性。塑性铰能使结构具有较大的延性。(2)(2)钢筋混凝土延性框架的基本措施是：钢筋混凝土延性框架的基本措施是：见图见图6-2强柱弱梁强柱弱梁强剪弱弯强剪弱弯强结点、弱杆件强结点、弱杆件(强结点、强锚固强结点、强锚固)强底层柱强底层柱(局部加强局部加强)6.2 框架梁抗震设计框架梁抗震设计6.2.1 梁的破坏形态与延性梁的破坏形态与延性(1)(1)在抗震框架中，应设计具有良好延性的框架梁。在抗震框架中，应设计具有良好延性的框架梁。v弯曲破坏：弯曲破坏：少筋梁少筋梁脆性破坏；超筋梁脆性破坏；超筋梁脆性破坏；脆性破坏；适筋梁适筋梁延性破坏，具有塑性变形能力。延性破坏，具有塑性变形能力。见图见图6-3v剪切破坏：斜拉或斜压破坏剪切破坏：斜拉或斜压破坏脆性；脆性；剪压破坏剪压破坏延性很小。延性很小。(2)(2)对对于于抗抗震震的的框框架架，不不仅仅要要求求梁梁在在塑塑性性铰铰出出现现之之前前不不被被剪剪坏坏，而而且且还还要要要要求求在在塑塑性性铰铰出出现现之之后后也也不不要要过过早早剪剪坏坏，要要求求延延性性梁梁的的抗抗剪剪承承载载能能力力大大于于抗抗弯弯承承载能力，即强剪弱弯。载能力，即强剪弱弯。6.2.2 影响梁延性的因素及改善延性的措施影响梁延性的因素及改善延性的措施(1)(1)影响梁延性的因素：影响梁延性的因素：值：值：，延性好。，延性好。见图见图6-4(2)(2)改善梁延性的措施改善梁延性的措施减小减小x()见图见图6-5梁端塑性铰区箍筋加密梁端塑性铰区箍筋加密塑性铰外移塑性铰外移见图见图6-66.2.3 框架梁的截面设计框架梁的截面设计1.梁的正截面承载力计算梁的正截面承载力计算(1)(1)梁的正截面承载力计算公式梁的正截面承载力计算公式v不考虑地震作用的组合时：不考虑地震作用的组合时：0 0SR SR 0 M Mu）v考虑地震作用的组合时：考虑地震作用的组合时：S SE ERRE E/RE RE MEMuE/REv抗抗震震设设计计中中的的正正截截面面承承载载力力直直接接采采用用静静载载作作用用下下的的承承载载力计算公式，力计算公式，即：即：RE=R（MuE=Mu）ME MuE/RE=Mu/RE （或（或 RE ME Mu）(2)(2)框框架架梁梁梁梁端端截截面面的的底底部部和和顶顶部部纵纵向向受受力力钢钢筋截面面积的比值，除按计算确定外，另：筋截面面积的比值，除按计算确定外，另：v一级抗震等级：一级抗震等级：A As s/A/As s0.50.5v二、三级抗震等级：二、三级抗震等级：A As s/A/As s0.30.3 框架梁两端框架梁两端(支座截面支座截面)必须是双筋截面。必须是双筋截面。(3)(3)承载力计算公式承载力计算公式v由平衡条件由平衡条件 X=0：得到名义压区高度为：得到名义压区高度为：v由另一极限状态平衡条件由另一极限状态平衡条件 M|As=0得得不考虑地震作用时：不考虑地震作用时：考虑地震作用时：考虑地震作用时：(4)(4)正截面构造要求正截面构造要求v计入纵向受压钢筋的梁端混凝土受压区高度：计入纵向受压钢筋的梁端混凝土受压区高度：一级抗震等级一级抗震等级：x0.25h0.25h0 0二、三级抗震等级二、三级抗震等级：x0.35h0.35h0 0 (非抗震非抗震xb h0)v抗震设计时，抗震设计时，梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。v抗震设计时，抗震设计时，纵向受拉钢筋的最小配筋率（纵向受拉钢筋的最小配筋率（%）抗震等级抗震等级一一二二三、四三、四支支 座座0.40，80ft/fy0.30，65 ft/fy0.25，55 ft/fy跨跨 中中0.30，65 ft/fy0.25，55 ft/fy0.20，45 ft/fyv非抗震设计框架的要求同一般钢筋混凝土结构。非抗震设计框架的要求同一般钢筋混凝土结构。2.梁的斜截面承载力计算梁的斜截面承载力计算(1)(1)抗抗震震设设计计中中采采用用与与非非抗抗震震设设计计中中不不同同的的斜斜截截面面受受剪剪承承载载力力计计算公式：算公式：R=Vu=Vc+Vs；RE=VuE=0.6Vc+Vs即：即：VbVuE/RE=（0.6Vc+Vs)/RE或：或：REVb(0.6Vc+Vs)(2)(2)承载力计算承载力计算(抗震设计抗震设计)v一般框架梁：一般框架梁：REVb 0.42ftbh0+1.25fyvAsvh0/sv集集中中荷荷载载作作用用下下(包包括括有有多多种种荷荷载载，其其中中集集中中荷荷载载对对节节点点边边缘产生的剪力值占总剪力值的缘产生的剪力值占总剪力值的75%75%以上的情况的框架梁：以上的情况的框架梁：REVb 1.05ftbh0/(+1)+fyvAsvh0/s(3)(3)按照按照“强剪弱弯强剪弱弯”的要求调整剪力设计值的要求调整剪力设计值V Vb bv调整前的最大剪力：调整前的最大剪力：见图见图6-7v按按“强剪弱弯强剪弱弯”要求，将要求，将由弯矩产生的剪力放大由弯矩产生的剪力放大 vb倍倍：v9度和一级抗震时尚度和一级抗震时尚应符合以下要求：应符合以下要求：vb 梁剪力增大系数。一、二、三级抗震时，梁剪力增大系数。一、二、三级抗震时，vb分别为分别为1.3、1.2、1.1。超限高层建筑的特一级，按一级再增大超限高层建筑的特一级，按一级再增大20。Mlbu、Mrbu 框架梁左、右端的极限抗弯承载力。框架梁左、右端的极限抗弯承载力。按梁的实际配筋计算。按梁的实际配筋计算。计算时取钢筋抗拉强度标准值计算时取钢筋抗拉强度标准值fyk。可按下列简化公式计算可按下列简化公式计算Mbu：Mbu=Asfyk(hb0a)Mlb、Mrb 组合得到的梁左、右端计算弯矩。组合得到的梁左、右端计算弯矩。VGb 梁梁在在本本跨跨竖竖向向重重力力荷荷载载作作用用下下产产生生的的简简支支支支座座 反力设计值。反力设计值。(4)(4)梁斜截面有关构造规定梁斜截面有关构造规定v截截面面尺尺寸寸和和混混凝凝土土强强度度：考考虑虑地地震震作作用用组组合合时时，当当跨跨高高比比l0 0/h2.5时时，Vb(0.20cfcbh0)/RE；当当跨跨高高比比l0 0/h0.7ftbbhb0Vb 0.7ftbbhb0 150hb300150200 300hb500200250 500800250350v在在非非加加密密区区，箍箍筋筋间间距距按按下下表表采采用用，并并不不少少于于加加密密区区箍箍筋筋数量的数量的5050。v第一个箍筋应设置在距支座边缘第一个箍筋应设置在距支座边缘50mm处。处。v钢箍必须做成封闭箍，加钢箍必须做成封闭箍，加135135 弯钩，弯钩端头直段长度应为弯钩，弯钩端头直段长度应为10d10d，且不小于，且不小于75mm75mm。v箍筋肢距要求。箍筋肢距要求。6.3 框架柱抗震设计框架柱抗震设计6.3.1 柱的破坏形态和延性柱的破坏形态和延性(1)(1)弯曲破坏：弯曲破坏：延性破坏延性破坏sfy；yf y；cfc(2)(2)剪剪切切受受压压破破坏坏：有有一一定定延延性性水水平平裂裂缝缝发发展展成成斜斜裂裂缝缝，受压区混凝土剪切错动。受压区混凝土剪切错动。(3)(3)剪剪切切受受拉拉破破坏坏：脆脆性性破破坏坏较较小小，箍箍筋筋少少，主主筋筋s fy后，箍筋突然屈服。后，箍筋突然屈服。(4)(4)剪剪切切斜斜拉拉破破坏坏：脆脆性性破破坏坏短短柱柱中中，斜斜裂裂缝缝成成对对角角线线，svfyv时时，s2的柱：的柱：Vc0.25 cfcbchc0 2的柱：的柱：Vc 0.20 cfcbchc0 v有地震组合时：有地震组合时：2的柱：的柱：Vc(0.20 cfcbchc0)RE 2的柱：的柱：Vc(0.15 cfcbchc0)RE(2)(2)柱的箍筋柱的箍筋v箍筋形式：箍筋形式：普通矩形箍普通矩形箍、螺旋箍、螺旋箍、复式箍等。复式箍等。v箍筋加密区范围：箍筋加密区范围：长柱长柱取柱净高的取柱净高的16、柱截面长边尺寸、柱截面长边尺寸hc 或或500mm三三者中的较大值。者中的较大值。短柱；一、二级抗震等级的角柱和框支柱短柱；一、二级抗震等级的角柱和框支柱取柱全高。取柱全高。在底层柱基础较深而又遇有刚性地坪时在底层柱基础较深而又遇有刚性地坪时地坪上下各地坪上下各500mm范围。范围。v加密区箍筋数量：加密区箍筋数量：抗震等级抗震等级 箍筋最大间距箍筋最大间距 (取较小值取较小值)箍筋最小直径箍筋最小直径(取较大值取较大值)一一 6d，l00mm d4，10二二 8d，l00mm d4，8三三 8d，150mm (柱根柱根l00mm)d4，8四四 8d，150mm (柱根柱根l00mm)d4，6 (柱根柱根 8)v加密区体积配箍率：加密区体积配箍率：一级抗震等级：一级抗震等级：v 0.8；二级时：二级时：v0.6；三、四级时：三、四级时：v0.4。v fc fyvv最小体积配箍特征值，最小体积配箍特征值，见见pp163表表6-5v箍筋的无支长度箍筋的无支长度柱纵筋之间的距离柱纵筋之间的距离一级不宜大于一级不宜大于200mm和和20倍箍筋直径的较大值；倍箍筋直径的较大值；二、三级不宜大于二、三级不宜大于250mm和和20倍箍筋直径的较大值；倍箍筋直径的较大值；四级不宜大于四级不宜大于300mm；为便于浇灌混凝土，纵筋间距也不宜小于为便于浇灌混凝土，纵筋间距也不宜小于50mm；每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋约束。每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋约束。6.4 梁柱节点核芯区抗震设计梁柱节点核芯区抗震设计6.4.1 强节点、强锚固强节点、强锚固(1)(1)节点区的破坏节点区的破坏v节点区无箍筋或少箍筋，在剪压作用下混凝土出现斜裂缝，节点区无箍筋或少箍筋，在剪压作用下混凝土出现斜裂缝，然后挤压破碎，纵向钢筋压屈成灯笼状。然后挤压破碎，纵向钢筋压屈成灯笼状。v钢筋锚固破坏。钢筋锚固破坏。(2)(2)强节点强节点v抗剪验算，在节点区配置足够的箍筋，并保证混凝土抗剪验算，在节点区配置足够的箍筋，并保证混凝土的强度及密实性。的强度及密实性。(3)(3)强锚固强锚固v处理好纵向钢筋在节点区的锚固构造。处理好纵向钢筋在节点区的锚固构造。6.4.2 节点区设计剪力节点区设计剪力v在地震作用下，通过节点区的梁纵向钢筋一侧受拉，在地震作用下，通过节点区的梁纵向钢筋一侧受拉，另一侧受压，容易出现粘结破坏另一侧受压，容易出现粘结破坏(见下图见下图)。v节点设计剪力节点设计剪力由强节点要求，能抵抗当节点两边由强节点要求，能抵抗当节点两边梁端出现塑性铰时的节点区剪力。梁端出现塑性铰时的节点区剪力。(1)(1)平衡条件平衡条件图示中柱节点核芯区上半部为隔离体：图示中柱节点核芯区上半部为隔离体：Vj=(Cs+Cc)+fykAts-Vc=(fykAbs)+fykAts Vc(2)(2)强结点要求强结点要求平衡剪力放大平衡剪力放大jb倍倍v9度和一级框架：度和一级框架：v一级、二级框架的一级、二级框架的其它情况：其它情况：Mb 节点左右梁端组合弯矩设计值之和；节点左右梁端组合弯矩设计值之和；Mbu节点左右梁端按实际钢筋面积和材料强度标准值节点左右梁端按实际钢筋面积和材料强度标准值 计算的受弯承载力所对应的弯矩设计值之和；计算的受弯承载力所对应的弯矩设计值之和；jb 为强节点系数，一级取为强节点系数，一级取1.35，二级取，二级取1.2；Hc 柱的计算高度，可采用节点上、下柱反弯点之柱的计算高度，可采用节点上、下柱反弯点之 间的距离。间的距离。6.4.3 节点区抗剪验算节点区抗剪验算(1)(1)节点区的抗剪承载力公式由试验得到：节点区的抗剪承载力公式由试验得到：9度时要求：度时要求：(2)(2)在一、二级框架节点，由上式计算节点区所需的箍筋面积在一、二级框架节点，由上式计算节点区所需的箍筋面积及间距，同时满足构造要求。及间距，同时满足构造要求。(3)(3)在三、四级框架中，节点区不需进行抗剪验算，按构造要在三、四级框架中，节点区不需进行抗剪验算，按构造要求配置箍筋。求配置箍筋。v 节点区配置的箍筋至少要与柱中箍筋加密区的箍筋数量相等节点区配置的箍筋至少要与柱中箍筋加密区的箍筋数量相等6.4.4 节点区构造要求节点区构造要求(1)(1)截面尺寸和混凝土强度截面尺寸和混凝土强度v节点区平均剪应力限制：节点区平均剪应力限制：Vj(0.30 j cfcbjhj)RE v在在节节点点区区的的混混凝凝土土强强度度等等级级应应与与柱柱的的混混凝凝土土强强度度等等级级相相同同。当当节节点点区区混混凝凝土土与与梁梁板板混混凝凝土土一一起起浇浇注注时时，必必须须注注意意节节点点区区混凝土强度等级与柱混凝土强度等级相差不应超过混凝土强度等级与柱混凝土强度等级相差不应超过5MPa。(2)(2)箍筋箍筋Smax、dmin 要求：不小于柱加密区要求：不小于柱加密区(3)(3)一、二、三级抗震要求时一、二、三级抗震要求时 v 分别不小于分别不小于0.12、0.10、0.08。(4)(4)一、二、三级抗震时一、二、三级抗震时 v 分别不小于分别不小于0.6%、0.5%、0.4%。(5)(5)2的梁柱节点，其的梁柱节点，其 v值不小于上下柱端的值不小于上下柱端的 v。(6)(6)柱内箍筋应延伸至节点内，且柱内箍筋应延伸至节点内，且Smax 250mm。6.5 钢筋的连接和锚固钢筋的连接和锚固6.5.1梁、柱钢筋锚固及搭接梁、柱钢筋锚固及搭接v在在抗抗震震设设计计时时，纵纵向向受受力力钢钢筋筋的的锚锚固固和和搭搭接接长长度度要要求求比比非非抗抗震震设计时加大。设计时加大。(1)(1)纵筋锚固要求纵筋锚固要求v 一、二级抗震等级一、二级抗震等级 laE=1.15la v 三级抗震等级三级抗震等级 laE=1.05la v 四级抗震等级四级抗震等级 laE=1.00la (2)(2)纵筋搭接要求纵筋搭接要求v搭接方法有搭接接头、机械接头和焊接接头；搭接方法有搭接接头、机械接头和焊接接头；v宜优先选用焊接或机械接头；宜优先选用焊接或机械接头；v钢筋连接部位；钢筋连接部位；v 当当采采用用搭搭接接接接头头时时，其其搭搭接接长长度度应应不不小小于于llE：llE=laE，且且不小于不小于300mm。6.5.2节点核芯区钢筋锚固节点核芯区钢筋锚固非抗震设计时节点核芯区钢筋锚固非抗震设计时节点核芯区钢筋锚固抗震设计时抗震设计时节点核芯区钢筋锚固节点核芯区钢筋锚固边梁节点核芯区钢筋锚固。边梁节点核芯区钢筋锚固。（见图（见图6-18）（见图（见图6-19）（见图（见图6-20）课程结束，谢谢听讲！课程结束，谢谢听讲！图图6-18 非抗震框架非抗震框架图图6-19 抗震框架抗震框架梁纵筋伸出柱面梁纵筋伸出柱面图图6-20 边梁核心区附加锚固边梁核心区附加锚固图图6 1图图6-2 框架屈服机制框架屈服机制(a)(a)梁铰梁铰机制机制 (b)(b)柱铰柱铰机制机制 (c)(c)混合铰混合铰机制机制图图6-3 不同弯曲破坏形态的梁不同弯曲破坏形态的梁图图6-4图图6-5图图6-6 梁端塑性铰区裂缝梁端塑性铰区裂缝图图6-6 梁端塑性铰外移梁端塑性铰外移图图6-7+图图6-8图图6-9图图6-10