1、2021-11-1515.4.2 框架結構構件的抗震設計 5.4.2.1 框架梁截面設計 5.4.2.2 框架柱截面設計 5.4.2.3 框架節點設計第1頁/共102頁2021-11-1525.4.2.1框架梁截面設計 1.梁端抗震設計的基本要求(P.113) 梁形成塑性鉸后仍有足夠的受剪承載力； 梁縱向受力鋼筋屈服后，塑性鉸區段應有較好的延性和耗能能力； 梁筋應有足夠的錨固。第2頁/共102頁2021-11-153框架梁截面設計續 2.梁的截面尺寸bbhb(P.101) （1） bb200mm，且1/2bc（加強節點區） （2） hb/bb4（防止薄腹梁剪切破壞） （3） ln/hb4（防止

2、深梁剪切破壞） （4）采用寬扁梁時，bb2bc，bbbc+hb，hb16d 其中d為柱縱筋直徑。 梁的截面一般取：hbl/14l/8，bbhb/3hb/2chcbbb第3頁/共102頁2021-11-154框架梁截面設計續1cf syAfsyAfxbsAsA0hsaxsAsAbfhfbsa0hsasa 3.梁正截面受彎承載力bM第4頁/共102頁2021-11-155框架梁截面設計續 (1)矩形截面或翼緣位于受拉邊的T形截面梁，其正截面受彎承載力應按下列公式驗算： 受壓區高度： 當混凝土強度等級C50時， 11.0 當混凝土強度等級C80時， 10.94 介于兩者之間時， 1按線性插值確定。1

3、1()()2bcoysosRExMf bx hf A ha 1()/ysyscxf Af Af b 第5頁/共102頁2021-11-156框架梁截面設計續 (2)翼緣位于受壓區的T形截面梁，當符合下列條件時，按寬度為bf 的矩形截面計算。 當不符合上式條件時，按下式計算： 受壓區高度：111()()()()22fbcocfofysosREhxMf bx hf bb hhf A ha 1yscffysf Af b hf A 1()cffysysf bxbb hf Af A 第6頁/共102頁2021-11-157框架梁截面設計續 4. 梁斜截面受剪承載力 (1)強剪弱彎 對于抗震等級為一、二、

4、三級框架的梁端剪力設計值應按下式調整： 一級框架及9度時尚應符合： Vb梁剪力增大系數，一級為1.3，二級為1.2，三級為1.1。()/(5.23)lrVbbbnGbVMMlV 1.1()/(5.24)lrbuabuanGbVMMlV 第7頁/共102頁2021-11-158框架梁截面設計續 (2)剪壓比限值 對于跨高比大于2.5的框架梁，其剪力設計值應符合下式： 對于跨高比不大于2.5的框架梁，其剪力設計值應符合下式：01(0.20)(5.25)cREVf bh 01(0.15)(5.26)cREVf bh 第8頁/共102頁2021-11-159框架梁截面設計續 (3)梁斜截面受剪承載力

5、對于一般框架梁，斜截面受剪承載力按下式計算： 對于集中荷載作用下的框架梁，按下式計算：001(0.421.2)(5.27)sytyvREAVf bhfhS 0011.05()(5.27 )1sytyvREAVf bhfhbS 第9頁/共102頁2021-11-1510框架梁截面設計續 對于受剪承載力， RE0.85。 為梁的剪跨比， 3時取 3； 4（避免短柱）。 (5)偏心距。柱中線與梁中線之間的偏心距不宜大于柱截面寬度的1/4。（偏心距過大將導致節點區受剪面積不足）第17頁/共102頁2021-11-1518框架柱截面設計續 3. 柱的內力設計值調整 (1)強柱弱梁，使框架實現梁鉸側移機構

6、。要求除頂層和軸壓比小于0.15的柱之外，節點處梁柱彎矩設計值應按下式調整： 9度和一級框架尚應符合： c柱端彎矩增大系數，一級為1.4，二級為1.2，三級為1.1.(5.28)ccbMM 1.2(5.29)cbuaMM 第18頁/共102頁2021-11-1519框架柱截面設計續 (2)強剪弱彎。框架柱和框支柱端部組合剪力設計值應按下式調整： 9度和一級框架結構尚應符合： Vc柱端剪力增大系數，一級為1.4，二級為1.2，三級為1.1。()/(5.30)tbVcccnVMMH 1.2()/(5.31)tbcuacuanVMMH 第19頁/共102頁2021-11-1520框架柱截面設計續 (

7、3)一、二、三級框架結構的底層，柱下端截面組合彎矩設計值，應分別乘以增大系數1.5，1.25，1.15。底層是指無地下室的基礎以上或地下室以上的首層。 (4)一、二級框架結構的角柱，按調整后的彎矩、剪力設計值，尚應乘以增大系數1.1。第20頁/共102頁2021-11-1521框架柱截面設計續 4. 柱的正截面受彎承載力計算 (1)矩形截面受彎承載力按下式計算1cf syAfsyAfxbsAsA0hsasaMN10001()()0.5()2ccysssRExMf bx hf A haN ha 第21頁/共102頁2021-11-1522框架柱截面設計續 受壓區高度x由下式確定： RE一般取0.

8、8，軸壓比小于0.1時取0.75。 偏心距增大系數，一般不考慮。 s 受拉邊或受壓較小邊鋼筋的應力，按下式計算： 當 x/h0 b時（大偏心受壓）： s fy 當 x/h0 b時（小偏心受壓）： 對于有屈服點的鋼筋：11()cysssRENf bxf AA 0(0.8)0.8ysbfxh 110.0033bysfE 第22頁/共102頁2021-11-1523框架柱截面設計續 1受壓區高度計算系數，x= 1xn 。 混凝土強度C50時， 10.8；混凝土強度C80時， 10.74；混凝土強度在C5080之間時， 1由線性插值確定。 (2)柱的實際正截面受彎承載力按下式計算01()0.5(1)a

9、GcuaykssGckNMfA haN hf bh 第23頁/共102頁2021-11-1524框架柱截面設計續 5. 柱的斜截面受剪承載力計算 (1)剪壓比限值 對于一般柱，應符合： 對于短柱，應符合：01(0.20)(5.32)cREVf bh 01(0.15)(5.33)cREVf bh 第24頁/共102頁2021-11-1525框架柱截面設計續 (2)柱斜截面受剪承載力 N考慮地震作用組合的柱軸力設計值。當N0.3fcbh時，取N0.3fcbh 。 取 RE0.85。 柱的計算剪跨比， Mc/(Vch0)。 當 3時，取 3。 Mc、Vc分別為柱端組合彎矩和組合剪力計算值。0011.

10、05()0.056(5.34)1syctyvREAVf bhfhNS 第25頁/共102頁2021-11-1526框架柱截面設計續 6. 控制柱的軸壓比 (1)軸壓比的定義 柱的組合軸壓力設計值N與柱的全截面面積bchc和混凝土抗壓強度設計值fc乘積之比值，稱為軸壓比：(5.38)NcccNf b h 第26頁/共102頁2021-11-1527框架柱截面設計續 (2)控制柱的軸壓比的意義 軸壓比小于一定數值，為大偏心受壓破壞，是延性破壞；反之則為小偏心受壓破壞，是脆性破壞。 (3)軸壓比的限值（見表5.10）結構類型結構類型抗震等級抗震等級一級一級二級二級三級三級框架結構框架結構0.70.8

11、0.9框架框架-抗震墻、板柱抗震墻、板柱-抗震墻及筒體抗震墻及筒體0.750.850.95部分框支抗震墻部分框支抗震墻0.60.7-第27頁/共102頁2021-11-1528框架柱截面設計續 7. 柱縱向鋼筋配置 (1)框架柱截面宜采用對稱配筋。 (2)截面尺寸大于400mm的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200mm。 (3)最大配筋率限制：總配筋率不應大于5%。 (4)一級且剪跨比不大于2的柱，每側縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%。 (5)最小配筋率限制：柱截面最小總配筋率應符合表5-11要求。類別類別抗震等級抗震等級一級一級二級二級三級三級四級四級中柱和邊柱中柱和邊柱1.00.80.70.6角柱

12、、框支柱角柱、框支柱1.21.00.90.8柱縱向鋼筋的最小總配筋率第28頁/共102頁2021-11-1529框架柱截面設計續 8. 柱的箍筋配置 (1)柱端箍筋加密的作用 增加柱端截面抗剪強度。 約束混凝土，提高混凝土的抗壓強度及變形能力。 為縱向鋼筋提供側向支撐，防止縱筋壓曲。第29頁/共102頁2021-11-1530框架柱截面設計續 (2)柱箍筋加密區的范圍 柱子兩端取截面高度（圓柱直徑）、柱凈高的1/6和500mm三者的最大值。 底層柱，當有剛性地面時，除柱端外尚應取剛性地面上下各500mm。 剪跨比不大于2的柱和因非結構墻的約束形成的柱凈高于柱截面高度之比不大于4的柱，取全高。

13、框支柱，取全高。 一級、二級框架柱的角柱，取全高。第30頁/共102頁2021-11-1531框架柱截面設計續 (3)柱箍筋加密區的箍筋間距、直徑和肢數 加密區箍筋的最大間距和最小直徑，應按表5-12取用。抗震等級抗震等級箍筋最大間距（箍筋最大間距（mm，采用最小值），采用最小值）箍筋最小直徑（箍筋最小直徑（mm）一級一級6d，10010二級二級8d，1008三級三級8d，150（柱根（柱根100）8四級四級8d，150 （柱根（柱根100）6（柱根（柱根8）表5-12 柱箍筋加密區的箍筋最大間距和最小直徑第31頁/共102頁2021-11-1532框架柱截面設計續 二級框架柱的箍筋直徑不小于

14、10mm且肢距不大于200mm時，除柱根外最大間距允許采用150mm；三級框架柱的截面尺寸不大于400mm時，箍筋最小直徑允許采用6mm；四級框架柱剪跨比不大于2時，箍筋直徑不應小于8mm。 框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋間距不應大于100mm。第32頁/共102頁2021-11-1533框架柱截面設計續 柱箍筋加密區的箍筋肢距，一級不宜大于200mm，二、三級不宜大于250mm和20d箍較大者，四級不宜大于300mm。至少每隔一根縱筋宜在兩個方向有箍筋或拉筋約束；當采用拉筋組合箍筋時，拉筋宜緊靠縱向鋼筋并勾住箍筋。第33頁/共102頁2021-11-1534框架柱截面設計續 (4)柱箍筋加

15、密區的箍筋最小配箍率和最小配箍特征值 抗震規范依據柱軸壓比的不同，規定了柱箍筋加密區的箍筋體積配箍率應符合下式要求： v按核心面積計算的體積配箍率； fyv箍筋抗拉強度設計值，超過360N/mm2時，取360N/mm2 ； v最小配箍特征值，按表5.13采用。(5.39)VVcyVff 第34頁/共102頁2021-11-1535框架柱截面設計續 為了避免配箍率過小還規定了最小配箍率： 一級為0.8%，二級為0.6%，三、四級為0.4%。表5.13第35頁/共102頁2021-11-1536框架柱截面設計續（5）柱的各類箍筋參考圖第36頁/共102頁2021-11-1537框架柱截面設計續第3

16、7頁/共102頁2021-11-1538框架柱截面設計續 設計計算見：補充例題第38頁/共102頁2021-11-15395.4.2.3 框架節點抗震設計 1. 框架節點抗震設計原則(P.120) (1)強節點弱桿件。使節點的承載力不低于與其相連的梁和柱的承載力。 (2)多遇地震時，節點應在彈性范圍內工作。 (3)罕遇地震時，節點的承載力的降低不得危及豎向荷載的傳遞。 (4)梁、柱縱筋在節點區應有可靠的錨固。 (5)節點配筋不應使施工過分困難。第39頁/共102頁2021-11-1540框架節點 框架節點如圖所示。chcbbb第40頁/共102頁2021-11-1541框架節點抗震設計續2.

17、框架節點核心區剪力設計值調整(1)節點核心區剪力計算公式jVcV上上2T 1T2C取節點上半部分作為平衡體第41頁/共102頁2021-11-1542框架節點抗震設計續1220( )jcVVTTCa 上上22bbosMTCha 左左1()bbosMT ha 右右122( )bbbbosbosMMMTTCbhaha 右右左左jV上cV2T1T2Cn 由平衡條件X0得：1bbosMTha 右右1T2T 2C2T1T n 同樣可得：第42頁/共102頁2021-11-1543框架節點抗震設計續0X cccVVV 上上下下n 取節點上下柱反彎點之間部分：0M ()ccbbbV HhMM 左左右右( )

18、bbbccbcbMMMVcHhHh 左左右右bM右右bM左左cV下下cV上上cbHh 第43頁/共102頁2021-11-1544框架節點抗震設計續 將式（b）和（c）代入式（a）得： (2)節點核心區剪力設計值調整（強節點弱桿件） jb節點剪力增大系數。一級取1.35，二級取1.2。(1)bbosjboscbMhaVhaHh (1)(5.40)jbbbosjboscbMhaVhaHh 第44頁/共102頁2021-11-1545框架節點抗震設計續 9度時和一級框架結構尚應符合： (3)剪壓比限值1.15(1)(5.41)buabosjboscbMhaVhaHh 1(0.3)(5.42)jjc

19、jjREVf b h 第45頁/共102頁2021-11-1546框架節點抗震設計續(4)節點核心區截面承載力驗算（一、二級）抗震等級為三、四級時不需計算，節點箍筋按構造設置。9度時：01(1.10.05)(5.44)jbsjjtjjjyvsvjREcbhaVf b hNf Abs 01(0.9)(5.45)bsjjtjjyvsvjREhaVf b hf As 第46頁/共102頁2021-11-1547框架節點抗震設計續 上式中各記號的意義： N 對應于組合剪力設計值的上柱組合軸力較小值，當為拉力時取N=0。 RE 承載力抗震調整系數，取0.85。 j 正交梁的約束影響系數。樓板現澆，梁柱中

20、線重合，四側各梁截面寬度不小于該側柱截面寬度的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 j=1.5，9度時宜采用1.25，其他情況均采用1.0。第47頁/共102頁2021-11-1548框架節點抗震設計續 hj 節點核芯區的截面高度，可采用驗算方向的柱截面高度。 bj 節點核芯區的截面有效驗算寬度，取值見下頁。chcbbb第48頁/共102頁2021-11-1549框架節點抗震設計續 節點核芯區的截面有效驗算寬度 bj 取值如下： 當梁柱軸線重合，且bb0.5bc時，取bjbc； 當梁柱軸線重合，且bb1.4Tg，則，則 n 查表查表3-5計算得；計算得； 頂部附加地震作用

21、：頂部附加地震作用：1EkeqFG nnEkFF 第75頁/共102頁2021-11-1576框架結構的抗震設計步驟續7.9 計算各層質點上的水平地震作用計算各層質點上的水平地震作用7.10 層間地震剪力層間地震剪力n1 (1-)iiiEknjjjH GFFH G (1, 2,)in nikk iVF (1, 2,)in 第76頁/共102頁2021-11-1577框架結構的抗震設計步驟續7.11 計算梁、柱內力計算梁、柱內力（1）按柱子剛度）按柱子剛度Dij分配得到各根柱的地震剪力。分配得到各根柱的地震剪力。（2）計算柱端彎矩。）計算柱端彎矩。（3）計算梁端彎矩、剪力。）計算梁端彎矩、剪力。

22、（4）計算柱子軸力。）計算柱子軸力。第77頁/共102頁2021-11-1578框架結構的抗震設計步驟續8.多遇地震作用下層間彈性位移驗算多遇地震作用下層間彈性位移驗算（1）第）第i層層間地震剪力：層層間地震剪力：（2）第）第i層層間剛度：層層間剛度：（3）第）第i層層間彈性位移：層層間彈性位移：（4）層間彈性位移驗算：）層間彈性位移驗算：1mii jjDD 1iemi jjVuD eeuh nikk iVF 第78頁/共102頁2021-11-1579框架結構的抗震設計步驟續9.9.框架內力組合框架內力組合9.1 9.1 內力組合方式內力組合方式 （1 1）1.21.2恒恒+1.4+1.4活

23、活 可變荷載控制的組合可變荷載控制的組合（2 2）1.351.35恒恒+0.7+0.71.41.4活活 永久荷載控制的組合永久荷載控制的組合（3 3）1.21.2（恒（恒+0.5+0.5活）活）+1.3+1.3震震 有地震作用的組合有地震作用的組合9.2 9.2 框架梁截面內力組合框架梁截面內力組合（1 1） 控制截面控制截面 每跨梁的兩端及跨中三個截面。每跨梁的兩端及跨中三個截面。 第79頁/共102頁2021-11-1580框架結構的抗震設計步驟續（2）組合目標）組合目標 最大正彎距最大正彎距Mmax(支座、跨中支座、跨中) 最大負彎矩最大負彎矩-M（支座、跨中也有可能）（支座、跨中也有可

24、能） 最大剪力最大剪力Vmax (支座支座) （3）活荷載布置形式同連續梁的最不利布置。）活荷載布置形式同連續梁的最不利布置。 （因為荷載只對計算層起作用）（因為荷載只對計算層起作用）第80頁/共102頁2021-11-1581框架結構的抗震設計步驟續（4）水平荷載）水平荷載 風荷載有向左、向右兩個方向。但由于風荷載是反對稱風荷載有向左、向右兩個方向。但由于風荷載是反對稱的，的， 故內力計算只需進行一次，反向作用不必計算，只需改故內力計算只需進行一次，反向作用不必計算，只需改變內變內 力符號。力符號。 同樣，地震作用也有向左向右。同樣，地震作用也有向左向右。第81頁/共102頁2021-11-

25、1582框架結構的抗震設計步驟續 9.3 框架柱截面內力組合框架柱截面內力組合（1） 控制截面控制截面 每層柱的上下端。彎矩最大值在柱的兩端，剪力和軸力在同一每層柱的上下端。彎矩最大值在柱的兩端，剪力和軸力在同一層無變化或變化很小。層無變化或變化很小。（2） 內力組合（基本同單廠柱）內力組合（基本同單廠柱） 框架柱通常對稱配筋，取三種情況：框架柱通常對稱配筋，取三種情況： |M|max及相應的及相應的N，V Nmax及相應的及相應的M，V Nmin 及相應的及相應的M，V 第82頁/共102頁2021-11-1583框架結構的抗震設計步驟續（3）活荷載的影響）活荷載的影響 對于柱端彎矩，只須考

26、慮該層柱上、下兩層的活荷載。對于柱端彎矩，只須考慮該層柱上、下兩層的活荷載。 對于柱軸力，則考慮該柱以上各層所有活荷載。對于柱軸力，則考慮該柱以上各層所有活荷載。 （按承受荷載的面積計算）（按承受荷載的面積計算）（4） 水平荷載：風、地震作用同上。水平荷載：風、地震作用同上。（5）豎向荷載作用下的梁端彎矩可以調幅。）豎向荷載作用下的梁端彎矩可以調幅。 注意：內力組合可采用表格的形式。注意：內力組合可采用表格的形式。第83頁/共102頁2021-11-1584框架結構的抗震設計步驟續10. 構件截面設計構件截面設計10.1 框架梁截面（受彎、受剪配筋）框架梁截面（受彎、受剪配筋）（1）設計梁截面

27、時，應取柱邊緣處的內力值。）設計梁截面時，應取柱邊緣處的內力值。（2）受彎：負彎矩按矩形截面；正彎矩按）受彎：負彎矩按矩形截面；正彎矩按T形截面計算配筋。形截面計算配筋。（3）受剪：考慮）受剪：考慮“強剪弱彎強剪弱彎”。（4）梁截面還應考慮抗震構造要求。）梁截面還應考慮抗震構造要求。第84頁/共102頁2021-11-1585框架結構的抗震設計步驟續10.2 框架柱截面（偏心受壓構件縱筋、抗剪箍筋）框架柱截面（偏心受壓構件縱筋、抗剪箍筋）（1）采用對稱配筋。）采用對稱配筋。（2）縱向配筋考慮）縱向配筋考慮“強柱弱梁強柱弱梁”要求。要求。（3）抗剪箍筋考慮）抗剪箍筋考慮“強剪弱彎強剪弱彎”要求。

28、要求。（4）考慮柱的抗震構造要求。）考慮柱的抗震構造要求。10.3 框架梁柱節點設計框架梁柱節點設計 一、二級框架節點同時考慮抗震設計和構造要求；一、二級框架節點同時考慮抗震設計和構造要求； 三、四級框架節點僅考慮抗震構造要求。三、四級框架節點僅考慮抗震構造要求。第85頁/共102頁2021-11-1586框架結構的抗震設計步驟續10.4 柱下基礎設計柱下基礎設計（1）基礎選型）基礎選型(見下頁圖見下頁圖) 柱下獨立基礎柱下獨立基礎 柱下條型基礎柱下條型基礎 柱下十字型基礎柱下十字型基礎 柱下片筏（筏板）基礎柱下片筏（筏板）基礎（2）根據不同類型基礎，采用不同的設計方法。）根據不同類型基礎，采

29、用不同的設計方法。 下面以講述獨立基礎設計步驟。下面以講述獨立基礎設計步驟。第86頁/共102頁2021-11-1587各種基礎類型筏板基礎條形基礎交叉基礎獨立基礎第87頁/共102頁2021-11-1588框架結構的抗震設計步驟續11.柱下獨立基礎設計步驟柱下獨立基礎設計步驟11.1 基礎設計資料基礎設計資料 （1）地下水位）地下水位（2）地基承載力設計值）地基承載力設計值（3）柱底截面內力組合值）柱底截面內力組合值（4）使用的材料）使用的材料 混凝土：混凝土：C20-30 鋼筋：鋼筋：HPB235級、級、HRB335級級第88頁/共102頁2021-11-1589框架結構的抗震設計步驟續1

30、1.2 確定基礎底面尺寸確定基礎底面尺寸（1）荷載計算）荷載計算基底內力種類基底內力種類柱子下端的組合內力柱子下端的組合內力+Mmax-MminNmaxNmin軸力軸力（kN）柱子傳來柱子傳來 基礎梁傳來基礎梁傳來總計總計彎矩彎矩（kN-m）柱子傳來柱子傳來基頂剪力引起基頂剪力引起基礎梁傳來基礎梁傳來總計總計剪力剪力（kN）第89頁/共102頁2021-11-1590框架結構的抗震設計步驟續（2）確定基礎底面面積）確定基礎底面面積A 取取Nmax組合的軸力，并取覆土重度組合的軸力，并取覆土重度 G=20kN/m3，則基則基 礎的底面積按下式計算：礎的底面積按下式計算： 取取ab=(1.11.4)A，其中，其中a=(1.52.0)b。 有些教材中記號不統一，有些教材中記號不統一， 底面積：底面積： ab lbGNAfD 第90頁/共102頁2021-11-1591框架結構的抗震設計步驟續11.3 地基承載力驗算地基承載力驗算 （1）地基反力計算）地基反力計算max2min6pNGMNGMAWabbap +Mmax組合組合-Mmax組合組合Nmax組合組合N/(ab) G/(ab)6M/(ba2)pmaxpm