《砼房屋抗震设计》PPT课件.ppt

1,.多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计,本章要点 掌握：水平地震作用的计算；框架内力和位 移计算；框架梁、柱、节点的抗震设计。理解：多高层钢筋混凝土结构房屋抗震设计的一般 要求。了解：多层及高层钢筋混凝土结构房屋 的主要 结构体系及震害特点。,2,.0概述,多层和高层钢筋混凝土结构体系包括：框架结构、框架-抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构和框架-筒体结构等。框架结构体系由梁和柱组成，平面布置灵活，易于满足建筑物设置大房间的要求，在工业与民用建筑中应用广泛。抗震墙也称剪力墙，这种结构体系由钢筋混凝土纵横墙组成，抗侧力性能较强，但平面布置不灵活，纯剪力墙体系一般用于住宅、旅馆和办公楼建筑。筒体结构或由四周封闭的剪力墙构成单筒式的筒状结构；或以楼电梯为内筒，密排柱深梁框架为外框筒组成筒中筒结构。这种结构的空间刚度大，抗侧和抗扭刚度都很强，建筑布局亦灵活。常用于超高层公寓、办公楼和商业大厦建筑等。框架-抗震墙结构：在框架房屋中增加抗震墙构成。框架筒体体系：在框架房屋中增加筒体构成。,3,.0概述,框架房屋,抗震墙,框架-抗震墙,4,.1震害及其分析,设计不良或施工质量欠佳的钢筋混凝土结构房屋在地震中遭遇震害的情况，亦不鲜见。主要震害可概述如下：.共振效应引起的震害.结构平面或竖向布置不当引起的震害.框架柱、梁和节点的震害,梁柱变形能力不足，构件过早发生破坏。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更易发生破坏。,（1）柱顶,柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝。重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。,主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。,破坏不易修复。,5,.1震害及其分析,（2）柱底与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。,6,.1震害及其分析,（3）短柱当柱高小于4倍柱截面高度（H/b4)时形成短柱。短柱刚度大，易产生剪切破坏。,7,.1震害及其分析,（4）角柱,由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。,（5）梁柱节点,节点核心区产生对角方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝土剪碎剥落。节点内箍筋很少或无箍筋时，柱纵向钢筋压曲外鼓。,节点破坏将导致梁柱失去相互之间的联系。,节点破坏的主要原因是节点的受剪承载力不足，约束箍筋少，梁筋锚固长度不够以及施工质量差所引起。,（6）框架梁,震害多发生于梁端。在地震作用下梁端纵向钢筋屈服，出现上下贯通的垂直裂缝和交叉裂缝。破坏的主要原因是梁端屈服后产生的剪力较大，超过了梁的受剪承载力，梁内箍筋配置较稀，以及反复荷载作用下混凝土抗剪强度降低等。,8,.1震害及其分析,.框架填充墙的震害,砌体填充墙刚度大而承载力低，首先承受地震作用而遭破坏。一般7度即出现裂缝，8度和8度以上地震作用下，裂缝明显增加，甚至部分倒塌，一般是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌快墙重于砖墙。,框架-剪力墙结构上部较严重，框架结构下部震害严重。,9,.1震害及其分析,填充墙破坏的主要原因是：墙体受剪承载力低，变形能力小，墙体与框架缺乏有效的拉结，在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。,10,.1震害及其分析,.抗震墙的震害,在强震作用下，抗震墙的震害主要表现在墙肢之间连梁的剪切破坏。主要是由于连梁跨度小，高度大形成深梁，在反复荷载作用下形成X型剪切裂缝，为剪切型脆性破坏，尤其是在房屋1/3高度处的连梁破坏更为明显。,11,.1概述,.防震缝的震害,防震缝宽度过小，地震时结构相互碰撞造成震害。,总结以上震害调查结果，除注意场地和地基因素外，从结构上主要应注意：,（1）结构的刚度在平面上和沿竖向的分布要规则、均匀；,（2）结构构件要有足够的承载力和延性；,（3）重视构造，加强对混凝土的约束，防止剪切、锚固 等脆性破坏；,（4）保证施工质量。,12,.抗震设计的一般要求,5.2.1 结构体系选择不同的结构体系，其抗震性能、使用效果和经济指标亦不同。抗震规范在考虑地震烈度、场地土、抗震性能、使用要求及经济效果等因素和总结地震经验的基础上，对地震区多高层房屋适用的最大高度给出了规定。房屋的高宽比值愈大，即建筑愈瘦高，地震作用下的侧移愈大，地震引起的倾覆作用愈严重。故规范对房屋的高宽比按结构体系和地震烈度给出了不同的要求。注：当有大底盘时，计算高宽比的高度从大底盘顶部算起。选择结构体系时，要考虑建筑物刚度与场地条件的关系，要注意选择合理的基础形式及埋置深度；还必须注意经济指标。,注：房屋高度指室外地面到檐口的高度（不考虑局部突出屋顶部分）。,13,.抗震设计的一般要求,5.2.2 结构布置多高层钢筋混凝土结构房屋结构布置的基本原则：结构平面应力求简单规则，结构的主要抗侧力构件应对称均匀布置，尽量使结构的刚心与质心重合，避免地震时引起结构扭转及局部应力集中。结构的竖向布置，应使其质量沿高度方向均匀分布，避免结构刚度突变，并应尽可能降低建筑物的重心，以利结构的整体稳定性。合理地设置变形缝。加强楼屋盖的整体性。尽可能做到技术先进，经济合理。.框架结构布置框架结构主要用于 10 层以下的住宅、办公及各类公共建筑与工业建筑。常见的框架柱网形式有方格式与内廊式两类。,14,.抗震设计的一般要求,常见框架柱网(a)方格式柱网；(b)内廊式柱网,地震区的框架结构，应设计成延性框架，遵守“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、强节点、强锚固等设计原则。,在确定框架结构结构方案的同时，应初步确定框架梁柱的截面尺寸和材料强度等级。,框架结构中，非承重墙体的材料、选型和布置，应根据烈度、房屋高度、建筑体型、结构层间变形、墙体抗侧力性能的利用等因素，经综合分析后确定。应优先采用轻质墙体材料，刚性非承重墙体的布置，在平面和竖向的布置宜均匀对称，避免形成薄弱层或短柱。,15,.抗震设计的一般要求,.框架抗震墙结构布置框架抗震墙结构是由框架和抗震墙结合而共同工作的结构体系，兼有框架和抗震墙两种结构体系的优点。既具有较大的空间，又具有较大的抗侧刚度。多用于1020层的房屋。,框架抗震墙结构布置的关键问题是抗震墙的布置，其基本原则是：抗震墙在结构平面的布置应对称均匀，避免结构刚心与质心有较大的偏移。,框架一抗震墙结构平面布置示意,抗震墙应沿结构的纵横向设置，且纵横向抗震墙宜相互联合组成 T 形、形、十字形等刚度较大的截面，以提高抗震墙的利用效率。,抗震墙与柱中线宜重合，当不能重合时，柱中线与抗震墙中线之间偏心距不宜大于柱宽的1/4。,16,.抗震设计的一般要求,抗震墙应尽可能靠近房屋平面的端部，但不宜布置在外墙。抗震墙应设置在墙面不需要开大洞口的位置，开洞口时应上下对齐，抗震等级为一、二级的联肢墙的洞口不应采用弱连系梁。.抗震墙结构布置抗震墙结构是右钢筋混凝土墙体承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。具有整体性能好、抗侧刚度大和抗震性能好等优点，该类结构无突出墙面的梁、柱，可降低建筑层高，充分利用空间，特别适合于2030层的高层居住建筑，但该类建筑大面积的墙体限制了建筑物内部平面布置的灵活性。,抗震墙宜贯通全高，沿竖向截面不宜有较大突变，以保证结构竖向的刚度基本均匀。,抗震墙的数量以能满足结构的侧移变形为原则，不宜过多，以免结构刚度过大，增加结构的地震反应。抗震墙的间距应能保证楼、屋盖有效地传递地震剪力给抗震墙。,17,.抗震设计的一般要求,抗震墙结构平面布置示意,抗震墙结构的布置除了应注意平面与竖向的均匀外，尚应注意：,较长的抗震墙宜开洞口设置弱连系梁，将一道抗震墙分成较匀匀的若干墙段（包括小开洞墙及联肢墙），各墙段的高宽比不应小于 2，并应保证墙肢由受弯承载力控制，靠近中和轴的竖向分布钢筋在破坏时能充分发挥其强度，以提高结构的变形能力。,抗震墙的墙段与墙肢,抗震墙有大洞口时，洞口位置宜上下对齐，以形成明确的墙肢与连系梁，保证结构受力合理、有良好的抗震性能。一、二级抗震墙底部加强部位不宜有错洞墙。,18,.抗震设计的一般要求,部分框支抗震墙结构的框支层，其抗震墙的截面面积不应小于相邻上层抗震墙截面面积的 50%，框支层落地抗震墙间距不宜大于 24m;底部两层框支抗震墙结构的布置宜对称，且宜设置抗震墙筒体；落地抗震墙之间楼盖长宽比不应超过 规定的数值。.抗震缝布置高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和刚度相差过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时，应考虑设防震缝。其最小宽度应符合下面要求：（1）钢筋混凝土框架房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用70mm，超过15m时，6、7、8、9度相应每增加高度5m、4m、3m、2m，宜加宽20mm。（2）框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架规定数值的70%，且不宜小于70mm。,19,.抗震设计的一般要求,（3）防震缝两侧结构类型不同时，按不利体系考虑，并按低的房屋高度计算缝宽。5.防撞墙8、9度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧的结构，当结构高度、刚度或层高相差较大时，可在防震缝两侧房屋的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙。,20,.抗震设计的一般要求,每一侧的数量不应少于两道。宜分别对称布置，墙肢的长度可不大于一个柱距。内力应按考虑和不考虑抗撞墙两种情况进行分析，按不利情况取值。抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密。5.2.3 抗震等级地震作用下，钢筋混凝土结构的地震反应有下列特点：1、地震作用越大，房屋的抗震要求越高；地震作用与烈度、场地等有关，从经济角度考虑，对不同烈度、场地的结构的抗震要求可以有明显的差别。2、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能；主、次抗侧力构件的抗震要求应有差别。3、房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。,21,.抗震设计的一般要求,抗震等级是确定结构构件抗震计算和抗震措施的标准。根据设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及构件在结构中的重要程度确定，共分四个等级，其中一级抗震要求最高。在同等设防烈度和房屋高度的情况下，对于不同的结构类型，其次要抗侧力构件抗震要求可低于主要抗侧力构件，即抗震等级低些。设防烈度为度、建于类场地上的结构，不需做抗震验算但需按抗震等级设计截面，满足抗震构造要求。,22,.框架内力与位移计算,结构计算考虑地震作用时，一般可不考虑风荷载的影响。整个设计步骤如图：结构抗震计算的内容一般包括：结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定；结构地震反应计算，包括多遇烈度下的地震荷载与结构侧移；结构内力分析；截面抗震设计等。,23,在罕遇地震作用下要求结构处于弹性状态是不必要，也是不经济的。通常是在中等烈度的地震作用下允许结构某些构件屈服，出现塑性铰，使结构刚度降低，塑性变形加大。当塑性铰达到一定数量后，结构会出现屈服现象，即承受的地震作用力不增加或增加很少，而结构变形迅速增加。,延性结构的荷载位移曲线,延性框架的概念,左图为延性结构的荷载位移曲线，延性结构即是能维持承载能力而又具有较大塑性变形能力的结构。,结构延性能力通常用顶点水平位移延性比来衡量。,延性比定义：u/y,其中：y结构屈服时的顶点位移；u能维持承载能力的最大顶点位移。,24,.框架结构的抗震计算与构造要点,一、水平地震作用计算结构的地震作用，一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力框架结构承担。计算多层框架结构的水平地震作用时，一般应以防震缝所划分的结构单元作为计算单元，在计算单元中各楼层重力荷载代表值的集中质点 Gi 设在楼屋盖标高处。对于高度不超过40m、质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，可采用底部剪力法分别求单元的总水平地震作用标准值FEk 各层水平地震作用标准值 Fi 和顶部附加水平地震作用标准值 Fn,25,.框架结构的抗震计算与构造要点,按上式计算，必须先确定结构的基本自振周期数值。一般多采用顶点位移法计算结构基本周期。,式中T 考虑非结构墙体刚度影响的周期折减系数，当采用实 砌填充砖墙时取0.6-0.7；当采用轻质墙、外挂墙板时取0.8;uT 假想集中在各层楼面处的重力荷载代表值 Gi为水平荷载，按弹性方法所求得的结构顶点假想位移（m）。,注意：对于有突出于屋面的屋顶间（电梯间、水箱间）等的框架结构房屋，结构假想位移uT指主体结构顶点的位移。,第i层的地震剪力Vi,求得第i层的地震剪力Vi后，再按该层各柱的侧移刚度求其分担的水平地震剪力标准值。一般将砖填充墙仅作为非结构构件，不考虑其抗侧力作用。,26,.框架结构的抗震计算与构造要点,二、水平地震作用下框架内力的计算1.反弯点法适用于层数较少、梁柱线刚度比大于的情况，计算比较简单。.值法（改进反弯点）近似地考虑了框架节点转动对侧移刚度和反弯点高度的影响，比较精确，应用比较广泛。用 D 值法计算框架内力的步骤如下：(1）计算各层柱的侧移刚度 D,式中 Kc 柱的线刚度；h 楼层高度；节点转动影响系数，由梁柱线刚度，按表取用。,27,.框架结构的抗震计算与构造要点,(2）计算各柱所分配的剪力Vij,(3）确定反弯点高度 y,(4）计算柱端弯矩 Mc,上端下端,(5）计算梁端弯矩 Mb,梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上、下柱端弯矩之和按左、右梁的线刚度比例分配。,柱剪力 Vij 与反弯点高度 y,（如图）,28,.框架结构的抗震计算与构造要点,梁端弯矩,（）计算梁端剪力b,(7）计算柱轴力 N,边柱轴力为各层梁端剪力按层叠加，中柱轴力为柱两侧梁端剪力之差，亦按层叠加。,梁两端弯矩计算图,柱底层柱轴力为：,边柱轴力,29,.框架结构的抗震计算与构造要点,三、竖向荷载作用下框架内力计算.分层法（）将该层梁与上下柱组成计算单元，每单元按双层框架计算其内力，每层只承受该层竖向荷载，不考虑其他各层荷载的影响。注意：除底层外其他各层的线刚度均乘以折减系数0.9；柱的弯矩传递系数由1/2改为1/3。（）用弯矩分配法逐层计算各单元框架的弯矩，叠加起来即为整个框架的弯矩。每一层柱的最终弯矩由上、下层单元框架所得弯矩叠加。对节点处不平衡弯矩较大的可再分配一次，但不在传递。弯矩二次分配法将各节点的不平衡弯矩，同时作分配和传递。第一次按梁柱线刚度分配固端弯矩，将分配弯矩传递一次（传递系数均为1/2），再作一次弯矩分配即可。,竖向荷载框架内力近似计算可采用分层法和弯矩二次分配法,30,.框架结构的抗震计算与构造要点,.弯矩调幅,由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质，在竖向荷载下可以考虑适当降低梁端弯矩，进行调幅，以减少负弯矩钢筋的拥挤现象。,现浇框架：=0.80.9；装配整体式框架=0.70.8M0简支情况下跨中弯矩,将调幅后的梁端弯矩叠加简支梁的弯矩，则可得到梁的跨中弯矩。,跨中弯矩为：,竖向荷载下梁端弯矩调幅,注意：只有竖向荷载作用下的梁端弯矩可以调幅,当活荷载不很大时，可按全部满载布置。当活荷载较大时，可将跨中弯矩乘以 1.11.2 系数加以修正，以考虑活荷载不利布置对跨中弯矩的影响。,31,.框架结构的抗震计算与构造要点,四、内力组合进行结构设计时，应根据可能出现的最不利情况确定构件内力设计值，进行截面设计。在框架抗震设计时，一般应考虑两种基本组合：.地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合,式中 SGE 相应于水平地震作用下重力荷载代表值效应的标准值；SEh 水平地震作用效应的标准值。,.竖向荷载效应，包括全部恒荷载与活荷载的组合,式中 SG 由恒荷载产生的内力标准值；SQ 由活荷载产生的内力标准值。,取上述两种组合中的最不利情况作为截面设计用的内力设计值。,注意：考虑地震组合时，构件截面设计值应除以承载力抗震调整系数,32,.框架结构的抗震计算与构造要点,五、框架结构位移验算框架结构构件尺寸往往决定于结构的侧移变形要求。.多遇地震作用下层间弹性位移的计算对所有框架都应进行此项计算.罕遇地震作用下层间弹塑性位移验算规定：79度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构应进行此项计算。抗震规范规定，对于不超过12层，且刚度无突变的钢筋混凝土框架结构，可按简化方法验算框架薄弱层的弹塑性变形。,33,.3框架结构的抗震计算与构造要点,一、框架梁截面设计梁端抗震设计的基本要求：梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力；梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力；妥善地解决梁筋锚固问题。（1）框架梁抗剪承载力验算 梁剪力设计值为了避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，应按强剪弱弯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,9度和一级框架结构尚应符合：,34,.3框架结构的抗震计算与构造要点,一、二、三级框架,9度和一级框架结构尚应符合：,35,.3框架结构的抗震计算与构造要点,剪压比限值剪压比：截面上平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比，即,剪压比过大,混凝土会过早发生斜压破坏,箍筋不能充分发挥作用,它对构件的变形能力也有显著影响。因此应控制。,跨高比大于2.5时：,跨高比等于或小于2.5时：,36,、框架梁斜截面抗剪承载力的验算,梁的受剪承载力由混凝土和抗剪钢筋两部分组成。试验研究表明，在低周反复荷载作用下，构件上出现两个不同方向的交叉斜裂缝，直接承受剪力的混凝土受压区因有斜裂缝通过，受剪承载力比一次加载时的受剪承载力要低，梁的受压区混凝土不再完整，斜裂缝的反复张开与闭合，使骨料咬合作用下降，严重时混凝土将剥落。根据试验资料，反复荷载下梁的受剪承载力比静载下约低20%40。因此，抗震设计时，框架梁、柱、剪力墙和连梁等构件的斜截面混凝土受剪承载力取非抗震设计时混凝土相应受剪承载力的0.6，同时应考虑相应的承载力抗震调整系数，并且要满足强剪弱弯的要求。因此，在抗震设计和非抗震设计时抗剪承载力有所不同。抗剪承载力验算公式为：,无地震作用组合时：,集中荷载对梁端产生的剪力占总剪力值的75%以上的矩形截面梁：,对矩形、T形和工字形截面一般梁 Vb,Vb,（1.53）,37,有地震作用组合时,对矩形、T形和工字形截面一般梁 Vb,集中荷载对梁端产生的剪力占总剪力值的75%以上的矩形截面梁：,Vb,（1.53）,式中 Vb为保证延性框架梁塑性铰区的强剪弱弯的设计剪力，一、二、三级抗震时要根据梁的抗弯承载能力计算其设计值；bb、hb0梁截面宽度和有效高度；fyv箍筋抗拉强度设计值；Asv配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；s箍筋间距；计算截面的剪跨比。,在塑性铰区以外的各个梁截面，仍按照弹性计算所得的组合剪力，计算所需箍筋数量和间距。,38,(2)、框架梁正截面抗弯承载力计算,1梁受弯承载力的设计表达式,2由抗弯承载力确定截面配筋,非抗震设计：0MMu抗震设计：REMEMu,无地震作用组合时：bx1fcAsfyAsfy Mb(AsAs)fy(hb00.5x)Asfy(hb0a)有地震作用组合时：试验研究表明，在低周反复荷载作用下，构件的正截面承载力与一次加载时的正截面承载力没有太多差别。因此，对框架梁正截面承载力仍可用非抗震设计的相应公式计算，但应考虑相应的承载力抗震调整系数。bx1fcAsfyAsfy,(AsAs)fy(hb00.5x)Asfy(hb0a),Mb,式中M、ME非抗震和抗震设计时梁截面组合的弯矩设计值；Mu梁截面承载力设计值；RE承载力抗震调整系数。,设计时，将0M与REME进行比较，然后取大者进行配筋计算。对于楼面现浇的框架结构，梁支座负弯矩按矩形截面计算纵筋数量；跨中正弯矩按T形截面计算纵筋数量，跨中截面的计算弯矩，应取该跨的跨间最大正弯矩或支座正弯矩与1/2简支梁弯矩之中的较大者。,式中 Mb组合的梁端截面弯矩设计值；As、As受拉钢筋面积和受压钢筋面积；a受压钢筋中心至截面受压边缘的距离；RE承载力抗震调整系数，取0.75。,39,二、框架梁抗震设计及构造要求,框架主梁的截面高度可按（1/121/18）l确定，l为主梁计算跨度，满足此要求时，一般荷载作用下，可不验算挠度。在地震作用下，梁端塑性铰区混凝土保护层容易剥落。如果梁截面宽度过小则截面损失比例较大，故一般框架梁宽度不宜小于200mm。为了对节点核心区提供约束以提高节点受剪承载力，梁宽不宜小于柱宽的1/2。狭而高的梁不利于混凝土约束，也会在梁刚度降低后引起侧向失稳，故梁的高宽比不宜大于4。另外，梁的塑性铰区发展范围与梁的跨高比有关，当跨高比小于4时，属于短梁，在反复弯剪的作用下，斜裂缝将沿梁全长发展，从而使梁的延性和承载力急剧降低。所以，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。,（1）框架梁的截面尺寸应满足三方面的要求：承载力要求、构造要求、剪压比限值。,1构造要求,2剪压比限值,梁端塑性铰区的截面剪应力大小对梁的延性、耗能及保持梁的刚度和承载力有明显影响。根据反复荷载下配箍率较高的梁剪切试验资料，其极限剪压比平均值约为0.24。当剪压比大于0.30时，即使增加配箍，也容易发生斜压破坏。,40,剪压比限值，主要是防止发生剪切斜压破坏，其次是限制使用荷载下斜裂缝的宽度，同时也是梁的最大配箍条件。因此框架梁的截面应符合下列要求：,（1）无地震作用组合时：,（2）有地震作用组合时：,Vb0.25cfcbbhb0,跨高比大于2.5的梁：Vb,跨高比不大于2.5的梁：Vb,式中c混凝土强度影响系数，混凝土强度等级不高于C50时取1.0，为C80时取0.8，高于C50、低于C80时取线性插值；RE承载力调整系数；fc混凝土轴心抗压强度设计值；bb梁的宽度；hb0梁的有效高度；Vb框架梁剪力设计值，按强剪弱弯原则调整梁的截面剪力。,41,框架梁的混凝土受压区的限制,控制框架梁混凝土受压区的目的是控制塑性铰区纵向受拉钢筋的最大配筋率。试验表明，当纵向受拉钢筋配筋率很高时，梁受压区的高度相应加大，截面上受到的压力也大，梁的变形能力随截面混凝土受压区的相对高度增大而减小。为防止框架梁因过高的配筋率而不能满足延性的要求，对梁的混凝土受压区高度应根据不同抗震等级加以限制，受压区高度小则有利于提高梁的延性。当（x/h0）为0.200.35时，梁的位移延性可达34。另外，梁端截面上纵向受压钢筋与纵向受拉钢筋保持一定的比例，对梁的延性也有较大的影响。原因是：一定的受压钢筋可以减小混凝土受压区高度；在地震作用下，梁端可能会出现正弯矩，如果梁底面钢筋过少，梁下部破坏严重，也会影响梁的承载力和变形能力。因此，梁端部截面必须配置一定的受压钢筋用以提高梁的截面延性。具体要求如下：,非抗震设计：,抗震设计：,xbh0,一级抗震等级：x0.25hb0二、三级抗震等级：x0.35hb0,b,42,可见，增大受拉钢筋的配筋率，相对受压区高度增大；增大受压钢筋的配筋率，相对受压区高度减小。因此，为实现延性钢筋混凝土梁，应限制梁端塑性铰区上部受拉钢筋的配筋率，同时，必须在梁端下部配置一定量的受压钢筋，以减小框架梁端塑性铰区截面的相对受压区高度。梁跨中截面受压区高度控制与非抗震设计时相同。抗震设计时，梁端截面的底面和顶面纵向钢筋截面面积应满足一定的比例，一方面是为了保证塑性铰区有足够的延性，另一方面是考虑地震作用可能引起受力方向的改变。受压钢筋的面积除按计算确定外，与顶面受拉钢筋面积的比值还应满足以下要求：,一级框架梁：As/As0.5 二、三级框架梁：As/As0.3式中As、As梁端塑性铰区顶面受拉钢筋面积和底面受压钢筋面积。,43,承受地震作用的框架梁，除了保证必要的受弯和受剪承载力外，更重要的是要具有较好的延性，使梁端塑性铰得到充分开展，以增加变形能力，耗散地震能量。试验和理论分析表明，影响梁截面延性的主要因素有梁的截面尺寸、纵向钢筋配筋率、剪压比、配箍率、钢筋和混凝土的强度等级等。,1框架梁配筋率限制,2纵向钢筋的配置,3箍筋的配置,（1）梁端加密区的配箍：,（2）抗震设计时，框架梁的箍筋设置：,4梁筋锚固,44,1框架梁配筋率限制,限制梁纵向受力钢筋最大配筋率是为防止截面发生脆性的混凝土受压区破坏（超筋梁破坏），而最小配筋率要求则是为了防止截面承载力过小而发生的钢筋拉断的破坏（少筋梁破坏）。非抗震设计时，纵向受拉钢筋的最小配筋率不应小于0.2%和45ft/fy两者的较大值。抗震设计时，纵向受拉钢筋的配筋率要求见表,框架梁纵向受拉钢筋的最小配筋百分率（）,45,2纵向钢筋的配置在地震作用效应与竖向荷载效应组合下，框架梁的弯矩分布和反弯点位置可能发生较大变化，故需配置一定数量贯通全长的纵向钢筋。为保持梁有一定的承载能力，沿梁全长顶面和底面应至少各配置两根纵向钢筋，一、二级抗震设计时钢筋直径不应小于14mm，且分别不应小于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4；三、四级抗震设计和非抗震设计时钢筋直径不应小于12mm,一、二级抗震等级的框架梁内贯通中柱的每根纵向钢筋的直径，对矩形截面柱，不宜大于柱在该方向截面尺寸的1/20；对圆形截面柱，不宜大于纵向钢筋所在位置柱截面弦长的1/20。,46,（1）梁端加密区的配箍：在框架梁端可能出现塑性铰的区域，由于受到反复作用和截面较大的转动变形，应加强对该处混凝土的约束；同时也可提高梁的变形能力，增加延性。因此，进行抗震设计时，应设置梁端箍筋加密区，加密区长度、箍筋最大间距和最小直径应符合表5.4的要求；当梁端纵向钢筋配筋率大于2%时，表中箍筋最小直径应增大2mm。,3箍筋的配置,表5.4梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径,注：d为纵向钢筋直径；hb为梁截面高度。,47,（2）抗震设计时，框架梁的箍筋设置：框架梁沿梁全长箍筋的面积配筋率应符合下列要求：,一级 sv0.30ft/fyv,第一个箍筋应设置在距支座边缘50mm处。在箍筋加密区范围内的箍筋肢距：一级不宜大于200mm和20倍箍筋直径的较大值，二、三级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm。箍筋应有135弯钩，弯钩端头直段长度不应小于10倍的箍筋直径和75 mm的较大值。,在纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋间距，钢筋受拉时不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm；钢筋受压时不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不应大于200mm。框架梁非加密区箍筋最大间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍。当梁截面宽度大于400mm且一层内的纵向受压钢筋多于3根时，或当梁截面宽度不大于400mm但一层内的纵向受压钢筋多于4根时，应设置复合箍筋。,二级 sv0.30ft/fyv 三级、四级 sv0.30ft/fyv 式中sv框架梁沿梁全长箍筋的面积配筋率。,48,4梁筋锚固 在反复荷载作用下，钢筋与混凝土的粘结强度将发生退化，梁筋锚固破坏是常见的脆性破坏形式之一。锚固破坏将大大降低梁截面后期受弯承载力和节点刚度。梁筋的锚固方式一般有两种：直线锚固和弯折锚固。在中柱常用直线锚固，在边柱常用90弯折锚固。,49,由于地震具有不确定性，不可能绝对防止在柱中出现塑性铰。为了安全储备要设计延性柱。国内、外历次大地震中，由钢筋混凝土柱失效造成的震害是很多的，房屋是否能够破坏而不倒，很大程度上与柱的延性好坏有关。近年来，国内外对钢筋混凝土柱的抗震性能作了大量试验研究，提出了延性柱的设计方法及一些抗震措施。柱承受压、弯、剪的共同作用，为保证延性，首先要防止脆性的剪切破坏，还要避免几乎没有延性的小偏压破坏。,二、框架柱的最小截面尺寸,一、影响框架柱延性的主要因素,三、框架柱正截面承载力验算,四、柱斜截面承载力验算,五、框架柱的构造要求,框架柱抗震设计及构造,50,一、影响框架柱延性的主要因素,1剪跨比,2轴压比n,3箍筋配筋率v,影响钢筋混凝土柱破坏形态的主要因素是剪跨比。剪跨比是反映柱截面承受的弯矩和剪力相对大小的一个参数，表示为M/Vhc,轴压比也是影响钢筋混凝土柱破坏形态和延性的一个重要参数，定义为,框架柱的箍筋有三个作用：抵抗剪力，对混凝土提供约束，防止纵筋压屈。,框架柱抗震设计及构造,51,二、框架柱的最小截面尺寸,1构造要求,2柱的轴压比限制,3柱的剪压比限制,（1）矩形截面柱的边长，非抗震设计时不宜小于250mm，抗震设计时不宜小于300mm；圆柱截面直径不宜小于350mm。（2）不宜采用短柱，柱剪跨比宜大于2；（3）柱截面高宽比不宜大于3。,柱轴压比限值见表5.5,柱的截面中部附加纵筋的芯柱,框架柱抗震设计及构造,52,（2）有地震作用组合时：跨高比大于2.5的梁及剪跨比大于2的柱：Vc,0.20cfcbchc0,0.15cfcbchc0,3柱的剪压比限制,（1）无地震作用组合时：Vc0.25cfcbchc0,跨高比不大于2.5的梁及剪跨比不大于2的柱：Vc,53,三、框架柱正截面承载力验算,1正截面承载力验算公式,2柱计算长度l0,3按强柱弱梁要求调整柱端弯矩设计值,4柱的轴向力设计值,5框架角柱地震作用效应的调整,（1）无地震作用组合时：,（2）有地震作用组合时：,54,2柱计算长度l0,55,3按强柱弱梁要求调整柱端弯矩设计值,柱的设计弯矩应满足下列要求，否则要加大柱截面弯矩设计值。（1）抗震设计时，四级框架柱的柱端弯矩设计值可直接取考虑地震作用组合的弯矩值。（2）一、二、三级框架的梁、柱节点处，除顶层和柱轴压比小于0.15者外（对于轴压比小于0.15的柱，包括顶层柱，因其具有与梁相近的变形能力，故可不必满足上述要求），柱端考虑地震作用组合的弯矩设计值应按下列公式予以调整：,MccM b（5.5）9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合 Mc1.2M bua（5.6）,56,Mbua可根据实际配筋面积（计入受压钢筋）和材料强度标准值并考虑承载力抗震调整系数计算，亦可按下式近似计算：,（3）当反弯点在柱的层高范围内时，柱端弯矩设计值可直接乘以柱端弯矩增大系数c。（4）试验研究还表明，框架底层柱根部对整体框架延性起控制作用，柱脚过早出现塑性铰将影响整个结构的变形和耗能能力。随着底层框架梁铰的出现底层柱根部弯矩亦有增大趋势。为了避免框架柱脚过早屈服，适当加强底层柱的抗弯能力，一、二、三级框架结构的底层柱下端截面的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。此处，底层是指无地下室的基础以上或地下室以上的首层。,57,4柱的轴向力设计值,抗震设计时，框架节点上、下柱端的轴向压力设计值，应取地震作用组合下各自的轴向力设计值。一、二级抗震等级的框支柱，由地震作用引起的附加轴力应分别乘以增大系数1.5、1.2。但计算轴压比时，可不考虑此增大系数。,58,5框架角柱地震作用效应的调整,由地震引起的建筑结构扭转会使角柱地震作用效应明显增大，故应对角柱的地震作用效应予以调整。一、二、三级框架的角柱，经过上述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。,59,四、柱斜截面承载力验算,1偏心受压柱的受剪承载力,2偏心受拉柱的受剪承载力,3柱端组合剪力设计值的调整,4框架角柱地震作用效应的调整,60,1偏心受压柱的受剪承载力,61,2偏心受拉柱的受剪承载力,62,3柱端组合剪力设计值的调整,63,4框架角柱地震作用效应的调整,由地震引起的建筑结构扭转会使角柱地震作用效应明显增大，故应对角柱的地震作用效应予以调整。一、二、三级框架的角柱，经过上述调整后的组合剪力设计值尚应乘以不小于1.10的增大系数。在长柱中，按照强剪弱弯要求计算得到的箍筋数量只需配置在柱端塑性铰区（即箍筋加密区），柱其余部分的钢筋按内力组合剪力计算得到。在短柱中，由于出现剪切破坏的可能性大，对抗震十分不利，因此，按照强剪弱弯要求计算得到的箍筋数量应在柱全高配置。在其他情况下，设计剪力按内力组合所得的最大剪力Vmax。,64,五、框架柱的构造要求,1截面尺寸,2轴压比限值,3纵向钢筋的配置,4箍筋的构造要求,5箍筋焊接,65,1截面尺寸,（l）矩形截面柱的边长，非抗震设计时不宜小于250mm，抗震设计时不宜小于300mm；圆柱截面直径不宜小于350mm。（2）不宜采用短柱，柱剪跨比宜大于2。（3）柱截面高宽比不宜大于3。,66,2轴压比限值,如果轴压比过高，混凝土承担的轴压力过大，则容易引起混凝土的压溃，而发生脆性破坏，因此，抗震设计时框架柱的轴压比应小于一定的限值（见表4.9）。对于类场地上较高的高层建筑，其轴压比限谊应适当减小。,67,3纵向钢筋的配置,68,4箍筋的构造要求,69,70,71,5箍筋焊接,考虑到将箍筋与纵筋焊在一起，使纵筋变脆；同时，每个箍筋都要求焊接，费时费工，增加造价，对质量无益反而有害。因此，不论抗震与非抗震设计，箍筋只需做成带135弯钩的封闭箍，箍筋末端的直段长度不小于10d，不需焊成封闭箍。,72,梁柱节点区抗震设计及构造,延性框架设计时，除了保证梁、柱构件具有足够的承载力和延性外，还要保证梁、柱节点区的抗剪承载力，使节点不过早破坏，以上是十分重要的。震害调查发现：梁、柱节点区的破坏，大都是由于节点区无箍筋或少箍筋，在剪压作用下混凝土出现斜裂缝甚至挤压破碎，造成纵向钢筋压屈成灯笼状。,一、节点区剪力竖向荷载和地震作用下，节点区受力比较复杂，但主要是压力和剪力。剪压作用下出现斜裂缝。在反复荷载作用下会形成交叉裂缝。,措施：保证节点区混凝土的强度及密实性，在节点核芯区配置足够的箍筋。施工时必须让梁、柱节点区部位的混凝土等级与柱混凝土的等级相同或者略低（相差不超过5MPa）。,73,74,二、节点剪压比的控制,75,三、框架节点核心区截面受剪承载力的验算,试验表明，节点核心区混凝土初裂前，剪力主要由混凝土承担，箍筋应力很小；节点核心出现交叉斜裂缝后，剪力由箍筋和混凝土共同承担。影响受剪承载力的主要因素有：柱轴向力、直交梁约束、混凝土强度和节点配箍情况等。试验表明，与柱相似，在一定范围内，随着柱轴向压力的增加，不仅能提高节点的抗裂度，而且能提高节点极限承载力。另外，垂直于框架平面的直交梁如具有一定的截面尺寸，对核心区混凝土将具有明显的约束作用，实质上是扩大了受剪面积，因而也提高了节点的受剪承载力。节点核心区截面抗震验算，应符合下式要求：一、二级框架时：Vj,9度时：Vj,四、圆柱的梁柱节点,76,五、框架梁柱节点的构造要求,1节点核心区的配箍要求,2节点区钢筋的锚固与搭接,非抗震设计时框架梁、柱纵向钢筋在节点区的锚固要求,77,抗震设计时框架梁、柱纵向钢筋在节点区的锚固要求,