抗震第四章-3

§4-8框架梁,柱和节点抗震设计thedesignofresistingseismfortheframebeams,columns,andnodes.一、设计原则designingprinciples:(一)结构设计延性的保证ensuringductilityonstructuraldesign结构应有足够的延性，而延性是以塑性铰的转动能力来度量的，所以在进行结构抗震设计时，应控制塑性较的生成位置，并保证其转动能力，一般应遵循下列原则：1.强柱弱梁：柱的强度大于梁的强度并控制柱梁相对强度，使塑性铰首先在梁中出现。因为塑性铰在柱中出现，使其框架结构侧向变形大幅增大，严重时出现倒塌并不易修复。2.强剪弱弯：要保证构件在延性弯曲破坏之前不发生脆性剪切破坏，要求构件的抗剪强度大于抗弯强度。3.强节点、弱构件：节点在M、N、V共同作用下，受力复杂，往往出现交叉的斜裂缝而导致破坏，且破坏不易修复加固。所以要求节点承载力高于相邻构件。（二）材料要求thematerialdemands:1.砼concrete砼强度等级对构件抗震性能有较大影响，过低—砼与钢粘结作用较差,钢筋受力易滑移;过高——脆性明显，影响结构延性。所以：1）按一级抗震等级设计,砼强度等级≥C302）按二三级抗震等级设计，砼强度等级≥C202.钢筋reinforcement:1）级别:对延性影响较大，而延性随钢筋级别提高而降低，所以纵筋宜采用Ⅱ，Ⅲ级钢,箍筋宜采用Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级钢筋2）强屈比与超强比：a.钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度比值≥1.25，即使结构在出现塑性铰后有足够的转动能力，避免钢筋过早拉断。b.钢筋实测屈服的强度与钢筋强度标准值的比值，,使“强柱弱梁,强剪弱弯”设计原则实现。1.25suSyff30.1kysyff二、框架梁的设计与构造thedesign&measuresaboutframebeams设计原则：1）梁形成塑性绞后仍有足够的受剪承载力。2）梁纵筋屈服后，塑性绞区段应具有较好的延性和耗能能力。3）妥善解决梁纵筋锚固问题。(一)梁的截面尺寸thedimensioncrosssection:一般情况下h≥,h/b≤4——防止形成剪切型薄腹梁l0/h≥4——防止形成剪切型短梁mmhb200)31~21(l)121~81(（二）配筋要求thedemandsofreinforcements:1．砼受压区高度：x≤0.25h0(一级)；x≤0.35h0（二、三级）2．纵向受拉钢筋配筋率ρmin＜ρ＜2.5%3．梁端截面的底面配筋量/顶面配筋量≥0.5（一级）;≥0.3(二、三级).4．梁顶面和底面配筋≥214（一、二级）≥212（三、四级）；且不应少于梁顶面和底面纵筋中较大截面积的1/4。5．梁内贯通中柱的每根纵筋直径，一、二级均不宜大于柱该方向截面尺寸的1/20。6.梁端箍筋加密区范围内的构造要求。P274表4-66（三）梁的正截面抗弯承载力计算theflexuralanalysis&calculationsofbeams按式（4-38）,（4-39），（4-41）求出的控制截面组合弯矩后，即可按一般的钢砼构件计算αs→γs→As（四）梁的斜截面抗剪承载力计算theshearinganalysis&calculationsofbeams1．剪压比限制——最小截面的限制。theratiolimitationofsheartocompression剪压比是梁内平均剪应力与砼抗压强度设计值之比，剪压比过大，砼就会过早产生发生斜压破坏。跨高比≥2.5时，考虑反复荷载的不利影响。跨高比≤2.5时,8.025.012.0100hbfhbfVcREcREb010.15bcREVfbh2.按“强剪弱弯”的原则调整梁截面剪力Theprinciplesof“strongershearingcapacity&weakerflexurecapacity”foradjustingshearingforces:—(4.167)一、二、三级框架—(4.168)9度，一级框架3.斜载面受剪承载力的计算theshearingcalculationsofbeams:均布荷载作用下：(4-169)集中荷载作用下：(4-170)lrbbbvbGbnMMVVlGbnrbualbuabVlMMV1.10010.421.25btyvREAsvVfbhfhs0011.051yvsvbtREfAVfbhhs三、框架柱的设计与构造thedesign&measuresaboutframecolumn:设计原则：1）强柱弱梁，使柱尽量不发生塑性绞2）在弯曲破坏前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力。3）控制柱的轴压比4）加强约束，配置必要的约束箍筋。(一)柱的截面尺寸thedimensionsofcross-section:1.最小截面尺寸限制h/b≤32.截面剪跨比λ＞2;（二）配筋要求thedemandsofreinforcements:1.宜采用对称配筋2.截面尺寸大于400mm时，纵向钢筋间距≤200mm0hVMcc3.(一侧)ρmin≤ρ总≤5%4.绑扎接头应避开柱端的箍箍加密区。5.边柱和角柱在地震作用下产生小偏心受拉，柱内纵筋应比计算值增加25％。（三）轴压比的限制thelimitationofcompression:------是影响柱延性的重要因素之一，随轴压比提高,柱剪跨比的减少，柱的变形能力变差，有时可能出现脆性破坏。所以要保证柱延性，其轴压比不应超过P219表4-54规定。不满足应加大截面或提高砼强度等级hbfNc％％2.12.0（四）柱的正截面承载力计算theflexuralanalysis&calculationsofcolumns1.按“强柱弱梁”的原则调整柱端弯矩值Theprinciplesof“strongercolumn&weakerbeam”foradjustingbendingmomentofcolumn-end:使塑性铰首先在梁中出现，使框架具有较好的变形能力:一,二,三级框架：(4.172)9度和一级框架：(4.173)式中：——柱端弯矩增大系数，一级1.4,二级为1.2，三级1.1。——节点上、下柱端顺时针或逆时针方向截面组合的弯矩设计值之和——同一节点左右梁反时针或顺时针方向截面组合的弯矩设计值之和——同一节点左、右梁端反时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩之和。buacMM2.1ccbMMccMbMbuaM说明：1）对于轴压比轴压比小于0.15和顶层柱，其具有和梁相近的变形能力，不必满足上述要求。2）当柱的组合弯矩设计值不能满足上述要求时，应按上式取值进行柱正截面承载力计算。柱上、下端的弯矩值按上、下柱的线刚度进行分配。3）框架底层柱根部对整体框架的延性起控制作用，《规范》规定，一、二、三、四级框架的底层柱底截面的组合弯矩设计值应分别乘以增大系数1.70、1.50、1.3、1.2。cM（五）柱的斜截面承载力计算Theshearingcalculationsofcolumns:1.剪压比的限制theratiolimitationofsheartocompression—柱内平均剪应力与砼轴心抗压强度设计值之比,同梁一样以限制柱的截面最小尺寸来达到：当剪跨比＞2时，(4-174)剪跨比≤2时,(4-175)2.按“强剪弱弯”的原则调整柱截面剪力Theprinciplesof“strongershearingcapacity&weakerflexurecapacity”foradjustingshearingForcesaboutbeams:一,二,三,四级框架结构：(4-176)nbctcvccHMMV02.01hbfVcREc015.01hbfVcREc9度,一级框架结构：(4-177)式中：ηvc——柱剪力增大系数，一级为1.4，二级为1.2，三级为1.1。另外，对角柱考虑到扭转作用，《规范》规定对一、二、三级框架结构的角柱按调整后弯矩，剪力设计值，尚应乘以≥1.10的增大系数。3.斜截面承载力验算Theshearingcalculationsofcolumns:（4-178)当N为拉力时：(4-179)nbcuatcuacHMMV2.10011.050.0561yvsvctREfAVfbhhNs0011.050.21svctyvREAVfbhfhNs四、柱梁节点设计Thedesignofnodeaboutbeam-column设计原则：1）保证节点核心区混凝土的强度和配置足够数量的箍筋。2）采取加强约束等构造措施。《抗震规范》规定，一、二、三级框架的节点核心区应进行抗震验算。四级框架节点核心区可不进行抗震验算，但应符合抗震构造措施的要求。1.节点核心区组合剪力设计值:Theshearingvaluesofnodeaboutbeam-columncjVTCV——通常（4-183）—9度,1级框架（4-184）-节点剪力增大系数,一级为1.35,二级为1.2。2.节点水平截面的限制条件(节点剪压比限制)thelimitationofcross-sectionfornode:为防止节点核心区剪应力不致于过高，避免早出斜裂缝而导致砼，首先压碎破坏，节点核心区水平截面积应满足：'001jbbsjscbMhaVhaHh'0'01.151buasjscbMhaVhaHhjbjjcjREjhbfV30.01正交梁约束影响系数节点截面有效宽度：1）当梁柱轴线重合且梁宽不小于该侧柱宽1/2时：2）当梁柱轴线重合但梁宽小于该侧柱宽1/2时：3）当梁柱轴线不重合，梁传到节点的剪力将偏向一侧：cjbbcbjcjhbbbb5.0取较小者cjcbjccjbbhbbehbbb5.0)5.0(5.0取较小者3.受剪承载力计算theshearingcalculationsofnodes:一、二级框架：9度时：§4-10抗震构造措施themeasuresofresistingseism:一、梁柱端部箍筋的配置thereinforcementsonthecolumn&beam-end:为防止节点附近产生剪切破坏，《规范》规定，在梁柱端部一定范围内，加密箍筋，一般称梁柱端部与箍筋加密区。011.10.05jbsjjtjjjyvsvjREcbhaVfbhNfAbssahAfhbfVsbsvjybjjtjREj109.01（一）梁端加密区箍筋的配置thereinforcementsaboutencryptingsectiononcolumn-beamend:1.加密区的长度,箍筋最大间距Snax及Dmin见P274表4-66，其中配筋率ρ＞2.0%时,dmin应增大2mm。2.加密区箍筋肢距：一级：取大者二、三级：取大者四级：≤300mm（二）柱端加密区箍筋的配置thetiesaboutencryptingsectiononcolumn-beamend:1.加密区的范围：箍dmm20200箍dmm202501）柱端：2）底层柱：柱根≥1/3hn，刚性地面上下各500mm——刚性地面。3）对hn/hc＜4，因剪跨比≥2——取全高4）一、二级框架角柱取全高