建筑结构系列电子教案第三部分.doc

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建筑结构系列电子教案

钢筋混凝土结构

框架结构梁柱的设计

ReinforcedConcreteStructure

DesignofMembersofFrameStructure

主讲：

张自荣

2007－13

1.框架梁的设计

2.框架柱的设计

3.梁柱节点设计

4.梁柱节点构造

一、延性框架的设计原则：

Ø强柱弱梁

Ø强剪弱弯

Ø强节点、强锚固

1.强柱弱梁：

①含义：

框架塑性铰应要较多较早地发生在梁端，底层柱的塑性铰要较晚形成。

②原因：

梁铰机制优于柱铰机制

框架屈服机制

梁铰机制（整体机制）优于柱铰机制（局部机制）

梁铰分散，不至于形成倒塌机构；柱铰集中，形成倒塌机构。

梁铰数量多，塑性转动能力要求低；柱铰数量少，塑性转动能力要求高。

梁是受弯构件，容易实现大的延性和耗能能力；柱是压弯构件，不容易实现大的延性和耗能能力。

梁铰机制（整体机制）优于柱铰机制（局部机制）

实现强柱弱梁：

为了使塑性铰首先在梁中出现，同一节点柱的抗弯能力要大于梁的抗弯能力。

（放大柱端弯矩）

2.强剪弱弯：

①含义：

梁柱在弯曲破坏前，避免发生其它形式破坏，如剪切破坏、粘结破坏等；

②原因：

弯曲（压弯）破坏优于剪切破坏

梁柱剪切破坏是脆性破坏，延性小，滞回曲线耗能能力差；

弯曲（压弯）破坏是延性破坏，延性大，滞回曲线耗能能力大。

实现强剪弱弯：

放大梁、柱端剪力

2.强剪弱弯：

弯曲（压弯）破坏优于剪切破坏

2.强剪弱弯：

柱：

大偏压破坏优于小偏压破坏

大偏压破坏是延性破坏，延性大，耗能能力强；

小偏压破坏是脆性破坏，延性小，耗能能力差。

实现大偏压破坏：

控制轴压比（n）≤允许轴压比[n]

加大配箍率ρsv

N为组合轴压力设计值；b、h为截面的边长；fc为混凝土抗压强度设计值。

3.强节点、强锚固：

①含义：

在梁柱破坏前，节点应有足够的承载及变形能力

②原因：

梁柱节点核心区破坏为剪切破坏，节点破坏导致框架失效。

伸入核心区的纵筋与混凝土之间黏结破坏会导致梁端转角加大，从而加大层间位移。

实现强节点、强锚固：

节点设计，加大锚固

§4.6框架结构构件设计

一、延性框架的设计原则：

Ø强柱弱梁

Ø强剪弱弯

Ø强节点、强锚固

二、延性框架杆件抗震设计

（一）框架梁的截面设计

（二）框架柱的截面设计

（三）框架节点的设计

（四）框架梁柱节点构造措施

（一）框架梁的设计

梁的控制截面与内力

梁的正截面配筋计算

梁的斜截面配筋计算

（一）框架梁的设计－控制截面

v框架梁的控制截面与内力：

Ø梁两端截面的-Mmax、±Vmax

Ø梁跨中的＋Mmax

Ø内力由框架结构受力分析及内力组合得出。

v框架梁可考虑塑性内力重分布对支座截面进行弯矩调幅。

v框架梁应对两端及跨中控制截面相应内力进行截面配筋计算

梁的正截面配筋计算

v正截面承载力计算：

Ø框架梁的计算截面：

ü跨中正弯矩：

T形截面

ü支座负弯矩：

矩形截面

Ø框架梁的截面配筋：

ü按照钢筋混凝土受弯构件计算

梁的斜截面配筋计算

1.剪压比的限制（受剪截面尺寸限值）

v跨高比大于2.5的梁和连梁

v跨高比不大于2.5的连梁

梁的斜截面配筋计算

2.按“强剪弱弯”原则调整梁的剪力

v一、二、三级的框架梁剪力设计值应按下式调整

v一级框架结构及9度时尚应符合

梁的斜截面配筋计算

3.斜截面承载力计算：

Ø框架梁一般依靠箍筋而不设弯起筋承担剪力：

Ø以端截面处剪力设计值计算所需箍筋。

Ø考虑抗震要求，需满足支座处箍筋的加密要求，除梁端外，其余截面按非加密箍筋要求设置。

Ø在反复荷载作用下，混凝土斜截面强度有所降低，考虑乘以0.6的系数

（二）框架柱的设计

框架柱正截面承载力

v正截面承载力计算纵筋用量

ü由柱上下端内力组合值计算纵筋，在不能辨别何种内力组合对配筋起控制作用时，应分别计算，取配筋最大值。

ü由于水平荷载的方向不定，框架柱均按对称配筋计算。

按“强柱弱梁”原则复核柱的配筋

1.一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：

按“强柱弱梁”原则复核柱的配筋

2.一、二、三级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。

n底层柱纵向钢筋宜按上下端的不利情况配置

n注：

底层指无地下室的基础以上或地下室以上的首层。

3.角柱在1、2条的基础上弯矩再提高1.1倍

计算长度

Ø一般多层房屋的钢筋混凝土框架（有侧移）：

Ø现浇楼盖：

底层柱：

L0＝1.0H

其余层柱：

L0＝1.25H

Ø装配式楼盖：

底层柱：

L0＝1.25H

其余层柱：

L0＝1.50H

Ø可按无侧移考虑的钢筋混凝土框架：

Ø现浇楼盖：

L0＝0.70H

Ø装配式楼盖：

L0＝1.0H

框架柱斜截面承载力

1.剪压比的限制（受剪截面尺寸限值）

v剪跨比大于2的柱

v剪跨比不大于2的柱

柱的斜截面配筋计算

2.按“强剪弱弯”原则调整柱的剪力

v一、二、三级的框架柱和框支柱组合的剪力设计值应按下式调整

v一级框架结构及9度时尚应符合

v一、二、三级框架的角柱，经调整后的组合弯矩设计值、剪力设计值尚应乘以不小于1.10的增大系数。

框架柱斜截面承载力

3.斜截面承载力计算箍筋用量

v在剪力和轴压力共同作用下，计算箍筋用量时，应考虑轴力对抗剪承载力的影响。

v混凝土部分承载力折减系数0.6

（三）框架节点的设计

框架节点的设计－受力示意

梁端柱端开裂后，弯矩对节点的作用可用等效力系代替

框架节点的设计－破坏模式

开裂前由混凝土承担开裂后由混凝土与箍筋共同承担

框架节点的设计－破坏模式

当有地震作用时，节点剪力不时改变方向，斜裂缝亦随之改变方向，形成交叉斜裂缝，节点被分割成许多菱形块体。

当节点剪力多次交变作用后，裂缝间骨料不断磨损，裂缝宽度加大而破坏。

框架节点的设计—强节点

1.框架节点剪力计算：

①框架抗震等级为一、二级时：

顶层中节点和端节点：

抗震等级为一、二级时ηjb分别取1.35、1.2

其他层中节点和端节点：

框架节点的设计—强节点

1.框架节点剪力计算：

②9度设防和一级框架尚应符合：

Ø顶层中节点和端节点：

其他层中节点和端节点：

框架节点的设计－抗剪承载力

2.节点的剪力设计值应满足：

（剪压比限制）

式中：

ηj—正交梁的约束影响系数。

n楼板现浇，梁柱中线重合，四侧各梁截面宽度不小于该侧柱宽的1/2，且正交方向梁高不小于框架梁高的3/4时，取1.5，9度设防取1.25；

n其他情况均采用1.0

框架节点的设计－抗剪承载力

3.节点核心区截面抗震受剪承载力计算：

式中：

N—对应组合剪力设计值的上柱组合轴向压力较小值。

N<0.5fcA，且N≥0.

Asvj—核心区有效验算宽度范围内同一截面验算方向箍筋的总截面面积

hj—节点截面有效宽度，取hj=hc

bj—节点截面有效宽度，按下列情况取值

框架节点的设计－抗剪承载力

90区，节点承载力计算尚应满足：

（四）框架梁柱节点构造措施

框架梁的抗震构造措施

框架柱的抗震构造措施

框架节点的抗震构造措施