第5章砼框架結構

第5章多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設計§5.1概述一、結構布置對震害的影響： 扭轉、薄弱層、應力集中、碰撞等二、框架結構震害1、在8度區(qū)，經(jīng)過合理設計的框架可以做到裂而不倒也有出現(xiàn)嚴重破壞和倒塌的情況2、主要破壞現(xiàn)象⑴柱上下端的彎剪破壞，柱端形成塑性鉸⑵柱身的剪切破壞，雙向斜裂縫。⑶角柱破壞：雙向受彎、受剪、受扭破壞⑷短柱破壞時，剛度大，剪切變形為主，形成短柱。剪切破壞⑸梁端在彎剪共同作用下，造成梁端的剪切破壞。⑹梁柱節(jié)點：在壓、剪共同作用下出現(xiàn)節(jié)點破壞。⑺填充墻破壞：與柱的連接破壞、剪切斜裂縫破壞。三、抗震墻震害1）底部受彎塑性鉸2）斜剪裂縫3）連梁剪切破壞1、底層層間變形比上層大2、柱、梁均受剪彎共同作用3、柱梁節(jié)點受力復雜4、注意結構的剛度在平面和豎向上分布要規(guī)則均勻5、結構要有足夠的強度和延性6、注意構造，防止剪切、錨固等破壞7、注意施工質量四、框架受力特點及注意問題1、框架結構房屋適用高度

6度7度8度9度

6055m45m25m2、抗震等級體現(xiàn)在同樣地震烈度下不同結構類型的鋼筋砼房屋不同的抗震要求。如：次要的抗側力結構單元的抗震要求可以低于主要的抗側力結構單元?！?.2抗震設計的一般要求

如：框架—剪力墻結構中的框架的抗震要求可以低于框架結構中的抗震要求。

抗震等級分為四級，1、2、3、4

6789框架結構

≤30m>30m≤30m>30m≤30m>30m≤25m

四三三二二一一3、區(qū)分規(guī)則結構與不規(guī)則結構

1）關于房屋平面局部突出的長度問題2）關于房屋立面局部收進的尺寸問題3）樓層剛度⑴樓層剛度不小于其相鄰上層剛度的70%，且連續(xù)三層總剛度降低不超過50%⑵相鄰質量差別不大于50%則為規(guī)則結構。4）

沿高度各樓層的屈服強度系數(shù)xy≥0.55）

防震縫，最小寬度房屋高度H≤15m縫寬b=70mm H>15m后6度H+5m b+20mm7度H+4m b+20mm8度H+3m b+20mm9度H+2m b+20mm4、結構布置1）框架應為雙向框架，梁柱軸線宜對中2）加強樓蓋的整體性，現(xiàn)澆，裝配整體，后澆層，板縫3）

填充墻，合理布置，均勻對稱。三、四級框架，可采用磚填充墻，8度區(qū)以上不宜采用磚填充墻應盡可能采用輕質高強墻板4）基礎型式：獨立基礎——交叉梁條形基礎——箱形基礎—樁基礎5、承載力與延性

框架結構要有必要的承載能力和良好的變形能力和耗能能力。合理的屈服機制，控制塑性較出現(xiàn)的位置。在梁端，防止出現(xiàn)在柱上，稱為強柱弱梁”。梁柱的破壞宜為彎曲破壞，防止剪切破壞，稱為“強剪弱彎”。應防止節(jié)點區(qū)、連接、錨固等破壞，稱為“強節(jié)點，強錨固”。框架結構設計的過程：結構布置——荷載計算——重力荷載代表值計算——水平（地震）作用計算——內(nèi)力計算（豎向、水平向）——內(nèi)力組合——截面承載力（配筋）計算——變形驗算§5.3框架內(nèi)力與位移計算1、水平地震作用的計算一般情況下可用底部剪力法周期計算可采用頂點位移法

——非結構墻體影響系數(shù) 磚填充墻 輕質墻、外掛墻板各樓層地震作用標準值頂層附加地震作用2、水平地震作用下，框架內(nèi)力計算(1)反彎點法反彎點法適用條件：層數(shù)較少，梁柱線剛度比大于3時。反彎點位置：上部0.5H

底層0.7H內(nèi)力計算步驟：層間剪力分配到柱——計算柱彎矩——根據(jù)節(jié)點平衡計算梁彎矩。反彎點法(2)、D值法（改進反彎點法）

考慮上下梁剛度的影響，對反彎點位置加以修正。

計算步驟如下：

i)、計算各層柱的側移剛度D

柱線剛度

α——修正系數(shù)，由梁柱線剛度定。ii)、計算各柱分配剪力iii)、確定反彎點高度yy0——標準反彎點高度比，查表5-6P104y1——上、下梁線剛度不同，對y的修正值彎點上移，y1為正值彎點下移，y1為負值y2——上層層高與本層層高不同時，反

彎點高度修正值.由和查表。y3——下層層高與本層層高不同時，反彎點高度修正值。iv)、計算柱端彎矩上端下端v)、計算梁端彎矩vi)、

梁端剪力vii)、

計算柱軸力N，為各層柱上梁端剪力之和關于上次課的問題3、豎向荷載作用下框架內(nèi)力計算

分層法和彎矩二次分配法1)分層法（彎矩分配分層計算法）特點：

底層其它層柱線剛度不變0.9

傳遞系數(shù)1/21/3

將各層計算結果疊加。對于不平衡彎矩較大節(jié)點再分配一次（不再傳遞）。2)

彎矩二次分配法過程：計算各節(jié)點固端彎矩（不平衡彎矩）——分配（第一次）和傳遞同時進行——再分配（第二次）。3)

彎矩調幅

考慮塑性內(nèi)力重分布，可將梁端彎矩調幅，減小梁端彎矩調整系數(shù)現(xiàn)澆框架0.8~0.9

裝配整體式0.7~0.8調幅后的跨中彎矩計算

注意只有豎向荷載作用下的梁端彎矩可以調幅，水平荷載作用下的梁端彎矩不能調幅。4、內(nèi)力組合

通過內(nèi)力計算，獲得了在不同荷載作用下產(chǎn)生的構件內(nèi)力標準值。根據(jù)可能出現(xiàn)的最不利情況進行構件的內(nèi)力組合所得設計內(nèi)力值，進行截面設計.

一般有兩種組合：（1）、地震作用效應與重力荷載代表值效應的組合（2）、豎向荷載效應組合(非抗震組合)

包括全部恒載與活載的組合。

對于框架來說，對框架梁、框架柱的控制截面進行內(nèi)力組合。i)、框架梁梁端彎矩梁端正彎矩跨中正彎矩梁端剪力關于梁跨中彎矩的求法：⑴圖解法⑵解析法用平衡求出RA或RB求出剪力為零的位置x寫出ii)、框架柱內(nèi)力不利組合柱上下端為控制截面取不利組合5、位移計算1)多遇地震烈度下。

求出多遇烈度下得各層間剪力層間位移2)罕遇地震作用下層間彈塑性位移計算對于大于0.5的框架，只要彈性位移滿足要求，可不進行彈塑性位移計算。當時，進行彈塑性位移計算。驗算步驟：⑴樓層屈服強度的確定⑵薄弱層確定，一般在底層和較小層。薄弱層的層間彈塑性位移驗算（1）樓層屈服強度(剪力)的確定a.計算梁柱極限抗彎能力b.計算柱截面有效受彎承載力c.計算單根柱的層間受剪承載力d.第i層總的屈服強度a、根據(jù)梁柱的實際配筋及材料的強度標準值，計算梁柱的極限抗彎承載力梁:柱:b、計算柱端截面有效受彎承載力（與屈服機制有關）：

根據(jù)破壞機制 當時，為強梁弱柱型,

柱先屈服，梁后屈服當時，為強柱弱梁型， 梁首先屈服。柱端截面有效受彎承載力由節(jié)點的彎矩平衡得出，且不大于柱的極限彎矩。

當且一柱端先達到屈服，此時，另一端的受彎承載力按剛度求得。下柱上端屈服上柱下端屈服c、計算第i層第j根柱的受剪承載力d、第i層總的屈服強度⑶薄弱層的層間彈塑性位移計算⑷層間彈塑性位移驗算框架計算步驟總結確定計算簡圖、幾何參數(shù)計算、靜力荷載統(tǒng)計。地震作用計算：用底部剪力法計算水平地震作用及層間剪力TaFEkVi內(nèi)力計算：用D值法計算水平作用下的內(nèi)力（并同時進行彈性層間位移驗算）；用分層法或彎矩二次分配法計算重力荷載代表值作用下的內(nèi)力。 計算各項非地震荷載作用下的內(nèi)力。內(nèi)力組合：包括地震作用組合及非地震作用組合。截面及節(jié)點設計（配筋計算）：注意內(nèi)力值的調整。彈塑性位移驗算：梁柱截面極限抗彎承載力柱端有效受彎承載力VyjiVyi；a1

Vei

xyi

薄弱層

hpDup

§5.4鋼筋混凝土框架結構構件設計（一）、框架梁抗震設計設計要求及計算要點：梁形成塑性鉸后仍有足夠的受剪承載力——設計剪力的取值。梁筋屈服后，塑性鉸區(qū)段應有較好的延性和耗能能力——延性設計問題。解決好梁筋的錨固問題。1、框架梁受剪承載力驗算

⑴梁剪力設計值

要充分估計梁端實際配筋屈服并產(chǎn)生超強時有可能產(chǎn)生的最大剪力。一、二、三級：q-重力荷載代表值一級及9度時尚應符合：

——梁左右端順時針或逆時針組合設計彎矩。對一級框架兩端均為負彎矩時，取絕對值較小的一側ηvb——梁端剪力增大系數(shù)，分別取1.3、1.2、1.1。⑵剪壓比限值⑶梁斜截面受剪承載力

上式考慮了反復荷載作用對梁抗剪強度的降低。2、提高梁延性的措施

主要影響因素：截面尺寸、縱筋配筋率、剪壓比、配箍率、鋼筋及砼的強度。⑴截面：⑵縱筋配筋率：（通過受壓區(qū)高度控制）一級，二、三級梁端受拉筋配筋率⑶梁端受壓縱筋與受拉縱筋的比率

一級框架：二級三級框架：⑷梁端加密箍筋：

抗震等級

加密區(qū)長度最大間距（取?。┳钚≈睆揭?hb,500mm6d,hb/4,100mmφ10

二1.5hb,500mm8d,hb/4,100mmφ8

三1.5hb,500mm8d,hb/4,150mmφ8

四1.5hb,500mm8d,hb/4,150mmφ6⑸通長縱筋：

一、二級不小于，且不小于受力縱筋面積的1/4;三四級不少于。3、梁筋錨固：防止錨固破壞⑴梁筋錨固方式：直線型和彎折型⑵反復荷載下：

砼粘結強度退化率為0.75，抗震所需的錨固長度應在原錨固長度上有所增加。一、二級三級四級⑶彎折筋的彎折段不能太小。⑷梁筋伸過節(jié)點中心線不少于5d，當時，應滿足：⑸中節(jié)點下部鋼筋，伸過中心不小于5d，伸過支坐邊緣大于。⑹頂層邊柱、梁、柱、縱筋的錨固。一、二級框架，負筋“柱內(nèi)、梁內(nèi)同時搭接”方案。

三四級框架“梁內(nèi)搭接”方案，梁筋全部伸入柱邊內(nèi)梁下100m處，柱筋至少伸入梁內(nèi)50%，20d和1倍兩者較大的。4、控制塑性鉸位置：

通過合理配筋方式使梁的預期塑性鉸離開柱邊不小于梁高也不小于500mm處。方法：附加短縱筋，附加短腰筋，彎筋。要求柱邊截面比塑性鉸處受彎承載力提高25%以上。

（二）、框架柱抗震設計設計原則及要點：⑴強柱弱梁，使柱盡量不出現(xiàn)塑性鉸——柱設計彎矩的取值及計算。⑵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——柱設計剪力的取值及計算。⑶控制柱的軸壓比不要太大——軸壓比的限值。⑷加強約束，配置必要的約束箍筋——構造要求。

軸壓比的概念

名義軸向壓應力與砼抗壓強度之比1、軸壓比（N/bchcfc）軸壓比是影響柱子破壞形態(tài)和延性的主要因素之一。軸壓比越大，柱子的延性越差。柱子的破壞形態(tài)也隨軸壓比的增大，由大偏心破壞向小偏心破壞過渡。抗震結構要求柱子有足夠的延性且為大偏心破壞，故控制軸壓比的限值。

軸壓比抗震等級一二三框架柱0.70.80.9

框支柱0.60.7框-墻、板柱墻及筒體

0.750.850.952、強柱弱梁--柱設計彎矩的取值要求：塑性鉸出現(xiàn)在梁上作法：（*以下所述內(nèi)容主要針對一、二、三級框架。）

⑴節(jié)點上、下柱端的彎矩設計值9度及一級抗震尚應符合：當一、二、三級框架柱的軸壓比小于0.15時，可按四級框架計算彎矩設計值。

ηc對于一、二、三級框架分別為1.4、1.2、1.1。⑵一、二、三級框架底層柱底截面的組合彎矩設計值應分別乘以1.5、1.25和1.15的增大系數(shù)，角柱內(nèi)力按上述調整后進一步放大10%。⑶柱的軸力按組合值取。⑷柱的配筋計算。注意承載力抗震調整系數(shù)。3、強剪弱彎——設計剪力取值要求：在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞作法：

⑴柱剪力設計值9度時及一級框架尚應符合：

ηvc——柱剪力增大系數(shù)，一、二、三級分別為1.4、1.2、1.1。⑵剪壓比限值：柱截面尺寸不能太小短柱⑶柱斜截面受剪承載力4、加強柱端約束：

在柱端一定范圍內(nèi)加密箍筋。加密箍筋的作用：承擔剪力；約束砼；提高抗壓強度；提高變形能力；防止縱向壓曲加密箍筋注意事項⑴范圍：中取最大值，底層，剛性地面上下各500mm。短柱、角柱全高加密。⑵箍筋的最大間距抗震等級最大間距（取較小值）最小直徑一級：6d，100mmf10二級：8d，100mmf8三級：8d，150mmf8四級：8d，150mmf8⑶箍筋最小體積配筋率（見p117表5-13）

⑷箍筋型式：普通箍復合箍螺旋箍⑸肢距：加密區(qū)，一級≤200，二、三級≤250

或20倍d，四級≤300

每隔一個縱筋它在兩個方向有箍筋約束。非加密區(qū)：箍筋量不少于加密區(qū)的50%5、柱縱向鋼筋的配置：最小配筋率和最大配筋率要求。最小配筋率（見p116表5-11)：如三級框架，中邊柱0.7%。最大配筋率為5%，注意防止粘結不足破壞。當柱邊尺寸大于400mm時，縱向鋼筋間距不宜大于200mm。（三）、框架節(jié)點抗震設計

（*以下所述內(nèi)容主要針對一、二級框架。）

節(jié)點設計準則：⑴節(jié)點承載力不應低于連接構件⑵在多遇烈度下，節(jié)點處于彈性工作范圍⑶罕遇烈度下，節(jié)點承載力的降低不能危及荷載的傳遞⑷不應使施工過分困難1、節(jié)點核心區(qū)受剪承載力驗算⑴剪力設計值

作用于節(jié)點的剪力來源于邊梁的開裂，由節(jié)點承擔拉筋的錨固。一、二級框架邊節(jié)點：梁受拉筋的拉力柱受剪力

——柱的計算高度中節(jié)點：頂層節(jié)點：三、四級框架不需計算。ηjb——節(jié)點剪力增大系數(shù)一級為1.35，二級為1.2。9度及一級時，尚應滿足頂層：中間層：⑵剪壓比限值——節(jié)點約束影響系數(shù)，節(jié)點四邊有梁，梁寬不小于該側柱寬的1/2，且正交梁高度不小于框架梁高度的3/4時，取其他情況均?、枪?jié)點受剪承載力：由砼和箍筋共同承擔。

當