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1、5.5 5.5 钢筋混凝土框架的抗震设计钢筋混凝土框架的抗震设计一、一般概念一、一般概念1 1、梁与柱的弯曲延性、梁与柱的弯曲延性实验表明变形能力随轴压比增大而急剧降低。实验表明变形能力随轴压比增大而急剧降低。N N为组合轴压力设计值；为组合轴压力设计值；b b、h h为截面的短长边；为截面的短长边；fcfc为混为混凝土抗压强度设计值。凝土抗压强度设计值。轴压比：轴压比：柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比，即压强度设计值乘积之比，即 它是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压它是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是
2、受压区混凝土先达到其极限压应变的主要指标。区混凝土先达到其极限压应变的主要指标。cbhfN/配筋率对延性影响也很大。配筋率对延性影响也很大。配筋率对延性影响也很大。配筋率对延性影响也很大。配筋率增大则弯曲延性差。适当提高混凝土强度等级，配筋率增大则弯曲延性差。适当提高混凝土强度等级，可使配筋率减少弯曲延性改善。可使配筋率减少弯曲延性改善。截面中配置受压钢筋可以改善构件的弯曲延性。截面中配置受压钢筋可以改善构件的弯曲延性。2 2、受剪构件的剪跨比及破坏特征、受剪构件的剪跨比及破坏特征h0 0为截面有效高度。为截面有效高度。剪跨比：剪跨比：0/VhM构件在弯矩和剪力共同作用下构件在弯矩和剪力共同作
3、用下,受剪破坏与剪跨比有关受剪破坏与剪跨比有关.当当 或构件为超配箍时或构件为超配箍时,发生斜压型破坏；发生斜压型破坏；5.11当当 且构件为低配箍时且构件为低配箍时,发生斜拉型破坏；发生斜拉型破坏；32脆性破坏脆性破坏325.11当当 且配筋箍适量时且配筋箍适量时,发生剪压破坏；发生剪压破坏；延性破坏延性破坏 在水平地震作用下，梁柱的剪跨比可以直接通过梁的在水平地震作用下，梁柱的剪跨比可以直接通过梁的跨高比和柱的高厚比表示。跨高比和柱的高厚比表示。设反弯点在构件中央设反弯点在构件中央blclbVcVbMcM对于梁对于梁跨高比21212000bbbbbbbbbbhlhVlVhVM对于柱对于柱高
4、宽比21212000cccccccccchlhVlVhVM1 1）平面或楼层有局部薄弱环节，不能发挥整体抗震能力。）平面或楼层有局部薄弱环节，不能发挥整体抗震能力。3 3、震坏房屋在设计上存在的问题、震坏房屋在设计上存在的问题2 2）梁柱变形能力不足，构件过早破坏；）梁柱变形能力不足，构件过早破坏；3 3）梁柱节点箍筋不足，节点受震破坏，梁柱失去了相互）梁柱节点箍筋不足，节点受震破坏，梁柱失去了相互 之间的联系；之间的联系；4 4）砌体添充墙破坏；）砌体添充墙破坏；5 5）其他。）其他。1 1）框架塑性效应较多地发生在梁端，底层柱的塑性效应）框架塑性效应较多地发生在梁端，底层柱的塑性效应 较晚
5、形成；较晚形成；4 4、框架结构抗震设计的正确指导思想、框架结构抗震设计的正确指导思想2 2）梁柱在弯曲破坏前，避免发生其它形式破坏，如剪切）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；破坏、粘结破坏等；3 3）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力；）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力；4 4）重视非结构构件设计。）重视非结构构件设计。强柱弱梁，强剪弱弯，更强的节点强柱弱梁，强剪弱弯，更强的节点两种破坏形式两种破坏形式二、二、“强柱弱梁强柱弱梁”框架的抗震设计框架的抗震设计弱柱型弱柱型弱梁型弱梁型 为了使塑性铰首先在梁中出现，同一节点柱的抗弯能为了使
6、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。力要大于梁的抗弯能力。抗震规范规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，除顶抗震规范规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，除顶层和柱轴压比小于层和柱轴压比小于0.150.15者外，柱端组合弯矩设计值应符合下者外，柱端组合弯矩设计值应符合下列公式要求列公式要求bccMM9 9度和一级框架结构尚应符合：度和一级框架结构尚应符合：buacMM2.1cM-节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和;bM-节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；节点左右梁端截面逆时针或
7、顺时针方向组合的弯矩设计值之和；buaM-节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积（考节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积（考 虑受压筋）和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩虑受压筋）和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩 值之和；值之和；c-柱端弯矩增大系数，一级为柱端弯矩增大系数，一级为1.4,1.4,二级为二级为1.2,1.2,三级为三级为1.11.1。为了不使框架底层柱过早出现塑性铰，规范规定：一、为了不使框架底层柱过早出现塑性铰，规范规定：一、二、三级框架底层柱底截面组合的弯矩设计值应分别乘以增二、三级框架底层柱底截面组合的弯矩设计值应分别乘以增
8、大系数大系数1.51.5、1.251.25、1.151.15。1.1.梁、柱的抗剪强度要高于它的抗弯强度（强剪弱弯）梁、柱的抗剪强度要高于它的抗弯强度（强剪弱弯）GbnrblbVbbVlMMV9 9度和一级框架结构尚应符合：度和一级框架结构尚应符合：三、梁、柱延性破坏之前不发生其它脆性破坏的抗震设计三、梁、柱延性破坏之前不发生其它脆性破坏的抗震设计 为了避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，应按为了避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，应按强剪强剪弱弯弱弯的原则调整框架梁端部截面组合的剪力设计值：的原则调整框架梁端部截面组合的剪力设计值：一、二、三级框架梁一、二、三级框架梁GbnrbualbuabVlMM
9、V1.1GbV-梁在重力荷载代表值（梁在重力荷载代表值（9 9度时高层建筑还应包括竖向地震作用标度时高层建筑还应包括竖向地震作用标 准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值；准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值；rblbMM、-分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值;Vb-梁的剪力增大系数，一级为梁的剪力增大系数，一级为1.3,1.3,二级为二级为1.2,1.2,三级为三级为1.11.1。nl-梁的净跨；梁的净跨；rbualbuaMM、-分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积分别为梁左、右端逆
10、时针或顺时针方向根据实配钢筋面积(考考虑受压筋虑受压筋)和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值；和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值；cbfbhV0/跨高比大于跨高比大于2.52.5时：时：剪压比：截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之剪压比：截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比，即比，即)2.0(10bhfVcREb2.2.梁、柱截面的剪压比不宜过大梁、柱截面的剪压比不宜过大 剪压比过大剪压比过大,混凝土会过早发生斜压破坏混凝土会过早发生斜压破坏,箍筋不能充分箍筋不能充分发挥作用发挥作用,它对构件的变形能力也有显著影响。因此应控制。它对构件的变形能力也有显著影响。因
11、此应控制。跨高比等于或小于跨高比等于或小于2.52.5时：时：)15.0(10bhfVcREbbV-梁端部截面组合的剪力设计值；梁端部截面组合的剪力设计值；0h-梁的截面有效高度；梁的截面有效高度；cf-混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；b-梁的截面宽度；梁的截面宽度；RE-承载力抗震调整系数。承载力抗震调整系数。0hVMcc 剪跨比宜大于剪跨比宜大于2 2，剪跨比按下式计算：，剪跨比按下式计算：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，取两端计算结果的较大值；剪跨比，取两端计算结果的较大值；cV-端截面组合剪力计算值；端截面组合剪力计算值；cM-端截
12、面组合弯矩计算值；端截面组合弯矩计算值；0h-截面有效高度。截面有效高度。反弯点位于中部时，可按构件净长与反弯点位于中部时，可按构件净长与2 2倍截面高度之比倍截面高度之比计算。计算。N N为组合轴压力设计值；为组合轴压力设计值；b b、h h为柱的短长边；为柱的短长边；fcfc为混凝土抗为混凝土抗压强度设计值。压强度设计值。轴压比：轴压比：柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比压强度设计值乘积之比,即：即：4 4、柱的轴压比不宜过大、柱的轴压比不宜过大 它是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压区混它是控制偏心受拉边
13、钢筋先到抗拉强度，还是受压区混凝土先达到其极限压应变的主要指标。凝土先达到其极限压应变的主要指标。柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低。柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低。规范规定：规范规定：cbhfN/柱轴压比不应超过下表，但柱轴压比不应超过下表，但类场地上的较高高层建筑类场地上的较高高层建筑柱轴压比限值应适当减小。柱轴压比限值应适当减小。0.900.950.800.850.700.75框架框架框架框架-剪力墙剪力墙三三二二一一结构类型结构类型抗震等级抗震等级柱轴压比限制柱轴压比限制 为此，框架梁的纵向配筋应符合下列要求：为此，框架梁的纵向配筋应符合下列要求：为了提高梁的正截面塑性铰转动延性，
14、梁的纵向配筋率为了提高梁的正截面塑性铰转动延性，梁的纵向配筋率不宜过高。不宜过高。5 5、纵向钢筋的配筋率应该合适、纵向钢筋的配筋率应该合适 （a)a)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%2.5%；梁端截；梁端截面最大配筋率应使梁端截面的受压区相对高度（即截面受压面最大配筋率应使梁端截面的受压区相对高度（即截面受压区高度与有效高度比）应满足：一级不应大于区高度与有效高度比）应满足：一级不应大于0.25,0.25,二、三二、三级不应大于级不应大于0.35;0.35;（b)b)梁端或任何可能屈服截面处，下部与上部配筋量的梁端或任何可能屈服截面处，下部与上部配筋量
15、的比值，一级不应小于比值，一级不应小于0.5,0.5,二三级不应小于二三级不应小于0.30.3。（c)c)沿梁全长顶面和底面的配筋，一二级不应少于沿梁全长顶面和底面的配筋，一二级不应少于 且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的的1/41/4，三四级不应少于，三四级不应少于 。142122 柱的纵向配筋应符合下列要求：柱的纵向配筋应符合下列要求：对于柱：对于柱：（a)a)宜对称布置；宜对称布置；（b)b)截面尺寸大于截面尺寸大于400mm400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm;200mm;（c)
16、c)纵向钢筋的最小配筋率应按下表采用。纵向钢筋的最小配筋率应按下表采用。0.60.80.70.90.81.01.01.2中柱和边柱中柱和边柱角柱角柱四四三三二二一一类别类别抗震等级抗震等级 （d)d)柱的总配筋率不应大于柱的总配筋率不应大于5%5%。（e)e)一级且剪跨比大于一级且剪跨比大于2 2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于宜大于1.2%1.2%。框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切破坏和钢框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏。筋锚固破坏。四、框架的节点设计四、框架的节点设计 节点主要受剪力和压力的组合作用，节点核心区未开节点主要受剪力和压力的组合作用，节点核心区未开裂前，箍筋应力很小，基本上是混凝土承受剪力。约当剪裂前，箍筋应力很小，基本上是混凝土承受剪力。约当剪力达到核心区极限抗剪能力力达到核心区极限抗剪能力606070%70%时，混凝土突然发生时，混凝土突然发生对角贯通裂缝，节点刚度明显降低，箍筋应力也突然增大，对角贯通裂缝，节点刚度明显降低，箍筋应力也突然增大，个别甚至屈服，此后斜裂缝增多赠宽，箍筋陆续达到屈服。个别甚至屈服，
