第6章框架梁柱设计及步骤(精)

2020/11/261第六章钢筋混凝土框架构件设计2020/11/262框架内力组合及最不利内力框架抗震设计的延性要求框架梁截面设计和配筋构造框架柱截面设计和配筋构造框架节点核心区截面设计2020/11/263§6.1延性框架的概念设计1、延性结构设计原则（1）强柱弱梁（或强墙弱梁）要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱子中的塑性铰（2）强剪弱弯（3）强节点、强锚固（4）局部加强（5）限制轴压比，加强柱箍筋对混凝土的约束2、保证延性的抗震措施（1）先划分抗震等级（分四个等级）（2）根据抗震等级，按延性设计原则控制计算：内力调整构造：截面尺寸、主筋、箍筋、锚固等要求2020/11/264在“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则下，地震区的结构都应该设计成延性结构。即在中等地震下，允许结构某些部位出现塑性铰。只要进行合理的延性结构设计，结构可以通过塑性变形消耗地震能量，做到“大震不倒”（而不是靠承载力抵抗大震）§6.1延性框架的概念设计2020/11/265框架柱的轴压比限值(影响柱承载力和延性的参数)][cccbhfNN§6.1延性框架的概念设计2020/11/266§6.2框架梁抗震设计6.2.1框梁破坏形态与延性梁的破坏类型（弯曲、剪切破坏）6.2.2梁截面抗弯设计梁截面配筋与延性受压区高度小，延性好受压钢筋能改善延性（要求一定量的受压钢筋）梁截面抗弯验算2020/11/267§6.2框架梁抗震设计6.2.3梁的抗剪验算框梁箍筋与延性满足强剪弱弯要求满足抗震构造措施要求剪力设计值2020/11/268剪力设计值框架梁强剪弱弯调整：一、二、三级需调整，四级不调整GbnrblbVbVlMMV/)(9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合GbnrbulbuVlMMV/)(1.1——分别为梁左右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯矩设计值。当抗震等级为一级且梁两端弯矩均为负弯矩时，绝对值较小一端的弯矩应取零——梁剪力增大系数，一、二、三级分别取1.3、1.2、1.1——梁的净跨——考虑地震作用组合的重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值rblbMM、VbnlGbV§6.2框架梁抗震设计6.2.3梁的抗剪验算2020/11/269框架梁受剪承载力无地震作用组合时0025.17.0hsAfbhfVVsvyvtcs)175.1(00hsAfbhfVVsvyvtcs集中荷载为主的梁§6.2框架梁抗震设计6.2.3梁的抗剪验算2020/11/2610§6.2框架梁抗震设计6.2.3梁的抗剪验算地震作用组合时集中荷载为主的梁)25.142.0(100hsAfbhfVVsvyvtREcs)105.1(100hsAfbhfVVsvyvtREcs2020/11/26116.2.4框架梁构造要求1、框架梁设计应符合下列要求（1）纵向受拉钢筋的最小配筋率，非抗震设计时不应小于0.2和二者的较大值；抗震设计时，不应小于规范规定数值ytff/452020/11/2612（2）框架梁截面配箍率SbAnssvAs为单肢箍筋截面面积，n为肢数，s为箍筋梁跨方向间距，b为梁宽（3）箍筋构造（箍筋加密要求、直径和间距）箍筋加密区长度:(一级),(二～四级)第一个箍筋应设置在距支座边缘50mm处箍筋加密区范围内的箍筋肢距：一级200mm和20倍箍筋直径的较大值，二、三级250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm箍筋应有1350弯钩，弯钩端头直段长度不应小于10倍箍筋直径和75mm的较大值5002和bh5005.1和bh6.2.4框架梁构造要求2020/11/2613§6.3框架柱抗震设计6.3.1柱延性影响因素][cccbhfN箍筋剪跨比剪跨比反映了柱端弯矩和剪力的相对大小剪跨比大于2为长柱。MVh箍筋的3个作用：抗剪、约束混凝土、防止纵近压屈。yvvvcff轴压比2020/11/2614§6.3框架柱抗震设计6.3.1柱延性影响因素箍筋yvvvcffssh——箍筋单肢面积shl——箍筋总长21ll、——箍筋包围的混凝土核心面积的两个边长——箍筋间距sslllshshv21v体积配箍率2020/11/26156.3.2框架柱压弯承载力验算1、轴力、弯矩设计值（9度、一级）—节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值，可按弹性分析的弯矩比例进行分配—节点左右梁端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计值之和，当抗震等级为一级且节点左右梁端均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩取为零—柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取1.41.21.1bCCMMbuCMM2.1CMbMC（一、二、三级）（1）强柱弱梁（3）角柱：上述调整后的弯矩设计值再乘1.1增大系数。部分框支剪力墙结构的框支柱内力调整（2）框架结构柱固端弯矩增大抗震设计时，一、二、三级框架结构的底层柱底截面的弯矩设计值，应分别采用考虑地震作用组合的弯矩值与增大系数1.5、1.25和1.15的乘积。2、柱正截面受弯承载力验算：按压弯构件计算2020/11/26176.3.3受剪承载力验算强剪弱弯调整（适用于一、二、三级框架）9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合nbCtCvcHMMV/)(1.2()/tbcucunVMMH——分别为柱上下端顺时针或逆向组合的弯矩设计值bCtCMM、1剪力设计值2受剪承载力)07.0175.1(00NhsAfbhfVVsvyvtcs)056.0105.1(100NhsAfbhfVVsvyvtREcs根据实配钢筋和强度标准值计算2020/11/26186.3.4框架柱构造1最小截面尺寸（防止斜压破坏）2纵向钢筋3轴压比限值2020/11/26196.3.4框架柱构造4箍筋要求(1)箍筋加密区的箍筋肢距，一级不宜大于200mm，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。(2)柱箍筋加密区范围：底层柱的上端和其他各层柱的两侧，应取矩形截面柱之长边尺寸（或圆形截面柱之直径）、柱净高之1/6和500mm三者之最大值范围；底层柱刚性地面上下各500mm范围；底层柱柱根以上1/3柱净高的范围；剪跨比不大于2的柱全高范围；一级及二级框架角柱的全高范围；(3)箍筋最大间距与最小直径2020/11/2620体积配箍率箍筋ssh——箍筋单肢面积shl——箍筋总长21ll、——箍筋包围的混凝土核心面积的两个边长——箍筋间距sslllshshv21v体积配箍率/vvcyvff2020/11/2621框架梁、柱设计步骤1、框架梁的截面尺寸主梁截面高度11(~)812bbhl：主梁计算跨度bl4/0bhlmmb2004/bhb步骤一：结构布置步骤二：截面初选2、框架柱的截面尺寸矩形截面柱的边长，非抗震设计不宜小于250mm，抗震设计不宜小于300mm，圆柱截面直径不宜小于350mm2020/11/2622框架梁、柱设计步骤步骤三：汇集荷载及荷载计算竖向恒荷载竖向活荷载水平风荷载地震作用步骤四：内力计算竖向恒荷载作用下内力计算竖向活荷载作用下内力计算水平风荷载作用下内力计算地震作用下内力计算NVM2020/11/2623框架梁、柱设计步骤五～八步骤六：控制截面及控制截面内力调整梁柱轴线端内力调整至构件边缘端竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布步骤五：侧移验算侧移不满足要求回到步骤一2020/11/2624步骤六组合前的内力调整（1）将梁柱轴线端内力调整至构件边缘端（控制截面）的内力，当梁柱截面高度较小时，此项调整可略去（偏安全）2020/11/2625（2）竖向荷载（只限于竖向荷载）可考虑梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布。通常是降低支座负弯矩，以减少支座处上部配筋，方便施工支座负弯矩调整系数，对于现浇梁可取0.8～0.9，支座弯矩确定后，为了安全，跨中弯矩必须满足两个要求2/2/)(0210MMMMMM——按简支梁计算时跨中弯矩——经内力调整并组合后的支座弯矩21MM、M步骤六组合前的内力调整2020/11/2626框架梁、柱设计步骤步骤七：内力组合、确定最不利内力（恒荷载起控制，无风）（活荷载起控制，有风）（风荷载起控制，有风）（地震作用起控制）QKGKSSS4.17.035.1WKQKGKSSSS4.16.04.10.12.11.20.71.41.01.4GKWKQKSSSSEHKGESSS3.12.12020/11/2627框架柱：上下端maxminmax(1)(2)(3)()4MNNMNMMN和相应的和相应的和相应的可能小偏压（）比较大，比较小或比较大框架梁、柱设计步骤步骤七：内力组合、确定最不利内力框架梁：两端支座跨中上下部主筋maxM箍筋maxV下部主筋maxM在恒、活、风及地震作用分别计算内力后，要按照“可能与最不利”的原则进行内力组合目的：求出控制截面的最不利内力2020/11/2628框架梁、柱设计步骤步骤八：截面尺寸验算1、框架梁受剪截面应符合下列要求无地震作用组合时025.0bhfVcc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)2.0(10bhfVccRE——砼强度影响系数，强度等级不大于C50时取1.0；当为C80时取0.8；在C50和C80之间时可按线性内插取用跨高比不大于2.5的梁及剪跨比大于2的柱)15.0(10bhfVccREC2020/11/26292、框架柱截面应符合下列要求柱剪跨比不宜小于2柱截面高宽比不宜大于3剪跨比——影响钢筋混凝土柱破坏形态的重要参数ccchHVhVHVhM22/00——长柱，发生弯曲破坏——短柱，发生剪切破坏——极短柱，发生剪切斜拉破坏225.1注意：轴压比和剪跨比是影响柱延性的重要参数框架梁、柱设计步骤步骤八：截面尺寸验算2020/11/2630框架梁、柱设计步骤1、框架梁强剪弱弯调整一、二、三级抗震需调整，四级无需调整GbnrblbVbVlMMV/)(9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合GbnrbulbuVlMMV/)(1.1——分别为梁左右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯矩设计值。当抗震等级为一级且梁两端弯矩均为负弯矩时，绝对值较小一端的弯矩应取零——梁剪力增大系数，一、二、三级分别取1.3、1.2、1.1——梁的净跨——考虑地震作用组合的重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值rblbMM、VbnlGbV步骤九：延性设计调整2020/11/2631框架梁、柱设计步骤2、强柱弱梁调整（适用于一、二、三级框架）9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合——节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值，可按弹性分析的弯矩比例进行分配——节点左右梁端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计值之和，当抗震等级为一级且节点左右梁端均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩取为零——柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取1.4、1.2、1.1bCCMMbuCMM2.1CMbMC步骤九：延性设计调整2020/11/2632框架梁、柱设计步骤3、框架柱强剪弱弯调整（适用于一、二、三级框架）9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合nbCtCvcHMMV/)(nbcutcuHMM/)(2.1——分别为柱上下端顺时针或逆时针方向截面组合的弯矩设计值bCtCMM、4、构造要求抗震设计时，一、二、三级框架结构的底层柱底截面的弯矩设计值，应分别采用考虑地震作用组合的弯矩值与增大系数1.5、1.25和1.15的乘积。步骤九：延性设计调整2020/11/2633框架梁、柱截面设计步骤步骤十：抗弯承载力计算s