1、5.5 5.5 鋼筋混凝土框架的抗震設計鋼筋混凝土框架的抗震設計一、一般概念一、一般概念1 1、梁與柱的彎曲延性、梁與柱的彎曲延性實驗表明變形能力隨軸壓比增大而急劇降低。實驗表明變形能力隨軸壓比增大而急劇降低。N N為組合軸壓力設計值；為組合軸壓力設計值；b b、h h為截面的短長邊；為截面的短長邊；fcfc為混為混凝土抗壓強度設計值。凝土抗壓強度設計值。軸壓比：軸壓比： 柱組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土抗柱組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土抗壓強度設計值乘積之比，即壓強度設計值乘積之比，即 它是控制偏心受拉邊鋼筋先到抗拉強度，還是受壓它是控制偏心受拉邊鋼筋先到抗拉強度，還

2、是受壓區混凝土先達到其極限壓應變的主要指標。區混凝土先達到其極限壓應變的主要指標。cbhfN /配筋率對延性影響也很大。配筋率對延性影響也很大。配筋率對延性影響也很大。配筋率對延性影響也很大。 配筋率增大則彎曲延性差。適當提高混凝土強度等級，配筋率增大則彎曲延性差。適當提高混凝土強度等級，可使配筋率減少彎曲延性改善。可使配筋率減少彎曲延性改善。截面中配置受壓鋼筋可以改善構件的彎曲延性。截面中配置受壓鋼筋可以改善構件的彎曲延性。2 2、受剪構件的剪跨比及破壞特征、受剪構件的剪跨比及破壞特征h0 0為截面有效高度。為截面有效高度。剪跨比：剪跨比：0/ VhM構件在彎矩和剪力共同作用下構件在彎矩和剪

3、力共同作用下, ,受剪破壞與剪跨比有關受剪破壞與剪跨比有關. .當當 或構件為超配箍時或構件為超配箍時, ,發生斜壓型破壞；發生斜壓型破壞；5.11當當 且構件為低配箍時且構件為低配箍時, ,發生斜拉型破壞；發生斜拉型破壞；32脆性破壞脆性破壞325.11當當 且配筋箍適量時且配筋箍適量時, ,發生剪壓破壞；發生剪壓破壞；延性破壞延性破壞 在水平地震作用下，梁柱的剪跨比可以直接通過梁的在水平地震作用下，梁柱的剪跨比可以直接通過梁的跨高比和柱的高厚比表示。跨高比和柱的高厚比表示。設反彎點在構件中央設反彎點在構件中央blclbVcVbMcM對于梁對于梁跨高比21212000bbbbbbbbbbhl

4、hVlVhVM對于柱對于柱高寬比21212000cccccccccchlhVlVhVM1 1）平面或樓層有局部薄弱環節，不能發揮整體抗震能力。）平面或樓層有局部薄弱環節，不能發揮整體抗震能力。3 3、震壞房屋在設計上存在的問題、震壞房屋在設計上存在的問題2 2）梁柱變形能力不足，構件過早破壞；）梁柱變形能力不足，構件過早破壞；3 3）梁柱節點箍筋不足，節點受震破壞，梁柱失去了相互）梁柱節點箍筋不足，節點受震破壞，梁柱失去了相互 之間的聯系；之間的聯系；4 4）砌體添充墻破壞；）砌體添充墻破壞；5 5）其他。）其他。1 1）框架塑性效應較多地發生在梁端，底層柱的塑性效應）框架塑性效應較多地發生在

5、梁端，底層柱的塑性效應 較晚形成；較晚形成；4 4、框架結構抗震設計的正確指導思想、框架結構抗震設計的正確指導思想2 2）梁柱在彎曲破壞前，避免發生其它形式破壞，如剪切）梁柱在彎曲破壞前，避免發生其它形式破壞，如剪切 破壞、粘結破壞等；破壞、粘結破壞等；3 3）在梁、柱破壞之前，節點應有足夠的強度即變形能力；）在梁、柱破壞之前，節點應有足夠的強度即變形能力；4 4）重視非結構構件設計。）重視非結構構件設計。強柱弱梁，強剪弱彎，更強的節點強柱弱梁，強剪弱彎，更強的節點兩種破壞形式兩種破壞形式二、二、“強柱弱梁強柱弱梁”框架的抗震設計框架的抗震設計弱柱型弱柱型弱梁型弱梁型 為了使塑性鉸首先在梁中出

6、現，同一節點柱的抗彎能為了使塑性鉸首先在梁中出現，同一節點柱的抗彎能力要大于梁的抗彎能力。力要大于梁的抗彎能力。 抗震規范規定：一、二、三級框架的梁柱節點處，除頂抗震規范規定：一、二、三級框架的梁柱節點處，除頂層和柱軸壓比小于層和柱軸壓比小于0.150.15者外，柱端組合彎矩設計值應符合下者外，柱端組合彎矩設計值應符合下列公式要求列公式要求bccMM9 9度和一級框架結構尚應符合：度和一級框架結構尚應符合：buacMM2.1cM-節點上下柱端截面順時針或逆時針方向組合的彎矩設計值之和節點上下柱端截面順時針或逆時針方向組合的彎矩設計值之和; ;bM-節點左右梁端截面逆時針或順時針方向組合的彎矩設

7、計值之和；節點左右梁端截面逆時針或順時針方向組合的彎矩設計值之和；buaM-節點左右梁端截面逆時針或順時針方向根據實配鋼筋面積（考節點左右梁端截面逆時針或順時針方向根據實配鋼筋面積（考 慮受壓筋）和材料強度標準值計算的抗彎承載力所對應的彎矩慮受壓筋）和材料強度標準值計算的抗彎承載力所對應的彎矩 值之和；值之和；c-柱端彎矩增大系數，一級為柱端彎矩增大系數，一級為1.4,1.4,二級為二級為1.2,1.2,三級為三級為1.11.1。 為了不使框架底層柱過早出現塑性鉸，規范規定：一、為了不使框架底層柱過早出現塑性鉸，規范規定：一、二、三級框架底層柱底截面組合的彎矩設計值應分別乘以增二、三級框架底層

8、柱底截面組合的彎矩設計值應分別乘以增大系數大系數1.51.5、1.251.25、1.151.15。1.1.梁、柱的抗剪強度要高于它的抗彎強度（強剪弱彎）梁、柱的抗剪強度要高于它的抗彎強度（強剪弱彎）GbnrblbVbbVlMMV9 9度和一級框架結構尚應符合：度和一級框架結構尚應符合：三、梁、柱延性破壞之前不發生其它脆性破壞的抗震設計三、梁、柱延性破壞之前不發生其它脆性破壞的抗震設計 為了避免梁在彎曲破壞前發生剪切破壞，應按為了避免梁在彎曲破壞前發生剪切破壞，應按強剪強剪弱彎弱彎的原則調整框架梁端部截面組合的剪力設計值：的原則調整框架梁端部截面組合的剪力設計值：一、二、三級框架梁一、二、三級框

9、架梁GbnrbualbuabVlMMV1.1GbV-梁在重力荷載代表值（梁在重力荷載代表值（9 9度時高層建筑還應包括豎向地震作用標度時高層建筑還應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計值；準值）作用下，按簡支梁分析的梁端截面剪力設計值；rblbMM、-分別為梁左、右端逆時針或順時針方向正截面組合的彎矩設計值分別為梁左、右端逆時針或順時針方向正截面組合的彎矩設計值; ;Vb-梁的剪力增大系數，一級為梁的剪力增大系數，一級為1.3,1.3,二級為二級為1.2,1.2,三級為三級為1.11.1。nl-梁的凈跨；梁的凈跨；rbualbuaMM、-分別為梁左、右端逆時針或順時

10、針方向根據實配鋼筋面積分別為梁左、右端逆時針或順時針方向根據實配鋼筋面積( (考考慮受壓筋慮受壓筋) )和材料強度標準值計算的抗彎承載力所對應的彎矩值；和材料強度標準值計算的抗彎承載力所對應的彎矩值；cbfbhV0/跨高比大于跨高比大于2.52.5時：時： 剪壓比：截面內平均剪應力與混凝土抗壓強度設計值之剪壓比：截面內平均剪應力與混凝土抗壓強度設計值之比，即比，即)2.0(10bhfVcREb2.2.梁、柱截面的剪壓比不宜過大梁、柱截面的剪壓比不宜過大 剪壓比過大剪壓比過大, ,混凝土會過早發生斜壓破壞混凝土會過早發生斜壓破壞, ,箍筋不能充分箍筋不能充分發揮作用發揮作用, ,它對構件的變形能

11、力也有顯著影響。因此應控制。它對構件的變形能力也有顯著影響。因此應控制。跨高比等于或小于跨高比等于或小于2.52.5時：時：)15.0(10bhfVcREbbV-梁端部截面組合的剪力設計值；梁端部截面組合的剪力設計值；0h-梁的截面有效高度；梁的截面有效高度；cf-混凝土軸心抗壓強度設計值；混凝土軸心抗壓強度設計值；b-梁的截面寬度；梁的截面寬度；RE-承載力抗震調整系數。承載力抗震調整系數。0hVMcc 剪跨比宜大于剪跨比宜大于2 2，剪跨比按下式計算：，剪跨比按下式計算：3.3.梁、柱的剪跨比要有所限制梁、柱的剪跨比要有所限制-剪跨比，取兩端計算結果的較大值；剪跨比，取兩端計算結果的較大值

12、；cV-端截面組合剪力計算值；端截面組合剪力計算值；cM-端截面組合彎矩計算值；端截面組合彎矩計算值；0h-截面有效高度。截面有效高度。 反彎點位于中部時，可按構件凈長與反彎點位于中部時，可按構件凈長與2 2倍截面高度之比倍截面高度之比計算。計算。N N為組合軸壓力設計值；為組合軸壓力設計值；b b、h h為柱的短長邊；為柱的短長邊；fcfc為混凝土抗為混凝土抗壓強度設計值。壓強度設計值。軸壓比：軸壓比： 柱組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土抗柱組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土抗壓強度設計值乘積之比壓強度設計值乘積之比, ,即：即：4 4、柱的軸壓比不宜過大、柱的軸壓比不宜過

13、大 它是控制偏心受拉邊鋼筋先到抗拉強度，還是受壓區混它是控制偏心受拉邊鋼筋先到抗拉強度，還是受壓區混凝土先達到其極限壓應變的主要指標。凝土先達到其極限壓應變的主要指標。柱的變形能力隨軸壓比增大而急劇降低。柱的變形能力隨軸壓比增大而急劇降低。規范規定：規范規定：cbhfN / 柱軸壓比不應超過下表，但柱軸壓比不應超過下表，但類場地上的較高高層建筑類場地上的較高高層建筑柱軸壓比限值應適當減小。柱軸壓比限值應適當減小。0.900.950.800.850.700.75框架框架框架框架-剪力墻剪力墻三三二二一一結構類型結構類型抗震等級抗震等級柱軸壓比限制柱軸壓比限制 為此，框架梁的縱向配筋應符合下列要求

14、：為此，框架梁的縱向配筋應符合下列要求： 為了提高梁的正截面塑性鉸轉動延性，梁的縱向配筋率為了提高梁的正截面塑性鉸轉動延性，梁的縱向配筋率不宜過高。不宜過高。5 5、縱向鋼筋的配筋率應該合適、縱向鋼筋的配筋率應該合適 （a)a)梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應大于梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應大于2.5%2.5%；梁端截；梁端截面最大配筋率應使梁端截面的受壓區相對高度（即截面受壓面最大配筋率應使梁端截面的受壓區相對高度（即截面受壓區高度與有效高度比）應滿足：一級不應大于區高度與有效高度比）應滿足：一級不應大于0.25,0.25,二、三二、三級不應大于級不應大于0.35;0.35; （b)b)梁端或任

15、何可能屈服截面處，下部與上部配筋量的梁端或任何可能屈服截面處，下部與上部配筋量的比值，一級不應小于比值，一級不應小于0.5,0.5,二三級不應小于二三級不應小于0.30.3。 （c)c)沿梁全長頂面和底面的配筋，一二級不應少于沿梁全長頂面和底面的配筋，一二級不應少于 且分別不應少于梁兩端頂面和底面縱向配筋中較大截面面積且分別不應少于梁兩端頂面和底面縱向配筋中較大截面面積的的1/41/4，三四級不應少于，三四級不應少于 。142122 柱的縱向配筋應符合下列要求：柱的縱向配筋應符合下列要求：對于柱：對于柱： （a)a)宜對稱布置；宜對稱布置； （b)b)截面尺寸大于截面尺寸大于400mm400m

16、m的柱，縱向鋼筋間距不宜大于的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200mm;200mm; （c)c)縱向鋼筋的最小配筋率應按下表采用。縱向鋼筋的最小配筋率應按下表采用。0.60.80.70.90.81.01.01.2中柱和邊柱中柱和邊柱角柱角柱四四三三二二一一類別類別抗震等級抗震等級 （d)d)柱的總配筋率不應大于柱的總配筋率不應大于5%5%。 （e)e)一級且剪跨比大于一級且剪跨比大于2 2的柱，每側縱向鋼筋配筋率不的柱，每側縱向鋼筋配筋率不宜大于宜大于1.2%1.2%。 梁、柱縱向鋼筋的接頭與錨固應符合規范規定。梁、柱縱向鋼筋的接頭與錨固應符合規范規定。6 6、梁、柱縱向鋼筋的接頭與錨固、梁、柱縱向

17、鋼筋的接頭與錨固 加密箍筋可以約束混凝土，改善混凝土的變形性能，提加密箍筋可以約束混凝土，改善混凝土的變形性能，提高構件的延性、防止混凝土過早地壓潰及防止縱向鋼筋的壓高構件的延性、防止混凝土過早地壓潰及防止縱向鋼筋的壓曲失穩。曲失穩。 加密位置、箍筋直徑、箍筋間距等應符合規范規定。加密位置、箍筋直徑、箍筋間距等應符合規范規定。7 7、箍筋在一定范圍內應加密、箍筋在一定范圍內應加密 框架節點破壞的主要形式是節點核心區剪切破壞和鋼框架節點破壞的主要形式是節點核心區剪切破壞和鋼筋錨固破壞。筋錨固破壞。四、框架的節點設計四、框架的節點設計 節點主要受剪力和壓力的組合作用，節點核心區未開節點主要受剪力和

18、壓力的組合作用，節點核心區未開裂前，箍筋應力很小，基本上是混凝土承受剪力。約當剪裂前，箍筋應力很小，基本上是混凝土承受剪力。約當剪力達到核心區極限抗剪能力力達到核心區極限抗剪能力606070%70%時，混凝土突然發生時，混凝土突然發生對角貫通裂縫，節點剛度明顯降低，箍筋應力也突然增大，對角貫通裂縫，節點剛度明顯降低，箍筋應力也突然增大，個別甚至屈服，此后斜裂縫增多贈寬，箍筋陸續達到屈服。個別甚至屈服，此后斜裂縫增多贈寬，箍筋陸續達到屈服。 節點區的破壞與交于節點的梁、柱破壞順序有關，節點區的破壞與交于節點的梁、柱破壞順序有關，弱柱強梁型的節點區破壞嚴重。弱柱強梁型的節點區破壞嚴重。 直交梁對節

19、點核心區有明顯約束作用。滿足一定條直交梁對節點核心區有明顯約束作用。滿足一定條件的四邊有梁的節點，核心區混凝土抗剪強度可提高件的四邊有梁的節點，核心區混凝土抗剪強度可提高5050100%100%。節點區的破壞與交于節點的梁、柱破壞順序有。節點區的破壞與交于節點的梁、柱破壞順序有關，弱柱強梁型的節點區破壞嚴重。關，弱柱強梁型的節點區破壞嚴重。根據強節點的設計要求，框架節點的設計準則是：根據強節點的設計要求，框架節點的設計準則是：（1 1）節點的承載力不應低于其連接構件（梁、柱）的承）節點的承載力不應低于其連接構件（梁、柱）的承載力；載力；（2 2）多遇地震時，節點應在彈性范圍內工作；）多遇地震時

20、，節點應在彈性范圍內工作；（3 3）罕遇地震時，節點承載力的降低不得危及豎向荷載）罕遇地震時，節點承載力的降低不得危及豎向荷載的傳遞；的傳遞；（4 4）節點配筋不應使施工過分困難。）節點配筋不應使施工過分困難。1.1.節點核心區受剪承載力的驗算節點核心區受剪承載力的驗算（1 1）節點核心區組合的剪力設計值）節點核心區組合的剪力設計值bcsbsbbjbjhHahahMV0019 9度和一級框架尚應符合度和一級框架尚應符合bcsbsbbuajhHahahMV00115.1sa-梁截面有效高度，節點兩側梁截面高度不等時可取平均值；梁截面有效高度，節點兩側梁截面高度不等時可取平均值；-節點剪力增大系數，一級取節點剪力增大系數，一級取1.35,1.35,二級取二級取1.21.2。b-柱的