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工程结构抗震

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  1. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 一、一般设计原则 为了防止钢筋混凝土房屋当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏,结构应具有足够大的延性。结构的延性一般用结构顶点的延性系数表示 式中 μ——结构顶点延性系数; Δuy ——结构顶点屈服位移; Δup ——结构顶点弹塑性位移限值。 一般认为,在抗震结构中结构顶点延性系数μ应不小于3~4。

  2. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 一、一般设计原则 框架和框架-抗震墙结构顶点位移Δ是由楼层位移Δuc积累产生的(图4-66),而层间位移又是由结构构件的变形形成的,因此,要求结构具有一定的延性就必须保证框架梁、柱有足够大的延性,而梁、柱的延性是以其截面塑性铰的转动能力来度量的。在进行结构抗震设计时,应注意梁、柱塑性铰的设计,使框架和框架-抗震墙结构成为具有较大延性的“延性结构”。

  3. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 一、一般设计原则 根据震害分析,以及近年来国内外试验研究资料,关于梁、柱塑性铰设计,应遵循下述一些原则: (1)强柱弱梁 要控制梁、柱的相对强度,使塑性铰首先在梁中出现(图4-67a),尽量避免或减少在柱中出现。因为塑性铰在柱中出现,很容易形成可变体系而倒塌(图4-67b)。 (2)强剪弱弯 对于梁、柱构件而言,要保证构件出现塑性铰,而不过早地发生剪切破坏,这就要求构件的抗剪承载力大于塑性铰的抗弯承载力,为此,要提高构件的抗剪强度,形成“强剪弱弯”。 (3)强节点、强锚固 为了保证延性结构的要求,在梁的塑性铰充分发挥作用前,框架节点、钢筋的锚固不应过早地破坏。

  4. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 二、框架梁的设计 (一)梁的截面尺寸 (1)梁的截面宽度不宜小于200mm。 (2)梁截面的高宽比不宜大于4。 (3)梁净跨与截面高度之比不宜大于4。 通常框架梁的高度取h=(1/8~1/12)l,其中l为梁的跨度。在设计框架结构 时,为了增大结构的横向刚度,一般多采用横向框架承重。所以,横向框架梁的高度要设计得大一些,一般多采用h≥ l/10,采用横向框架承重设计方案时,纵向框架虽不直接承受楼板上的重力荷载,但它要承受外纵墙或内纵墙的重量,以及纵向地震作用。因此,在高烈度区,纵向框架梁的高度也不宜太小,一般取h≥ l/12,且不宜小于500mm,否则配筋太多,甚至有可能发生超筋现象。为了避免在框架节点处纵、横钢筋相互干扰,通常取纵梁底部比横梁底部高出50mm以上(图4-68)。

  5. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 二、框架梁的设计 (一)梁的截面尺寸 框架梁的宽度,一般取b=(1/2~1/3)h,从采用定型模板考虑,多取b=250mm,当梁的负荷较重或跨度较大时,也常采用b≥300mm。 框架横梁上多设挑檐,主要作用搁置预制楼板。挑檐宽度一般为100~150mm,并保证预制板搁置长度不小于80mm。挑檐厚度应由抗剪强度条件确定,当其厚度不小于100mm时,可不验算。挑檐内的配筋按构造要求确定(图4-69)。 当采用扁梁时,楼板应现浇,梁中线宜与柱中线重合;当梁宽大于柱宽时,扁梁应双向布置;扁梁的截面尺寸应符合下列要求,并应满足挠度和裂缝宽度的规定: 式中 bc ——柱截面宽度,圆形截面取柱直径的0.8倍; bb、 hb——分别为梁截面宽度和高度; d ——柱纵筋直径。 扁梁不宜用于一级框架结构。

  6. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 二、框架梁的设计 (二)梁的混凝土和钢筋的强度等级 1、框架梁当按一级抗震等级设计时,其混凝土强度等级不应低于C30;当按二、三级抗震等级设计时,其混凝土强度等级不应低于C20。梁的纵向受力钢筋,宜选用HRB400级、HRB335级热轧钢筋;箍筋宜选用HRB400级、HRB335级和HPB300级热轧钢筋。 2、按一、二、三级抗震等级设计框架结构,其纵向受力钢筋采用普通钢筋时,其验算所得的强度实测值,钢筋抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值,不应小于1.25;钢筋屈服强度实测值与钢筋强度标准值的比值,不应大于1.30。 (三)梁的正截面受弯承载力计算 梁的负弯矩,取下式两者较大值 求出梁的控制截面组合弯矩后,即可按一般钢筋混凝土结构构件的计算方法进行配筋计算。

  7. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 二、框架梁的设计 (四)梁的斜截面受剪承载力计算 1、剪压比的限值 梁内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比,称为梁的剪压比。梁的截面出现斜裂缝之前,构件剪力基本上由混凝土抗剪强度来承受,箍筋因抗剪而引起的拉应力很低。如果构件截面的剪压比过大,混凝土就会过早地发生斜压破坏。因此,必须对剪压比加以限制。实际上,对梁的剪压比的限制,也就是对梁的最小截面的限制。 框架梁的截面组合剪力设计值应符合下列要求: 跨高比大于2.5时: 跨高比等于或小于2.5时:

  8. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 二、框架梁的设计 (四)梁的斜截面受剪承载力计算 2、按“强剪弱弯”的原则调整梁的截面剪力 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、三级框架梁: 一级框架结构和9度的一级框架梁:

  9. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 二、框架梁的设计 (四)梁的斜截面受剪承载力计算 3、斜截面受剪承载力的验算 矩形、T形和工字形截面一般框架梁,其斜截面抗震承载力仍采用非地震时梁的斜截面受剪承载力公式进行验算,但除应除以承载力抗震调整系数外,尚应考虑反复荷载作用下,钢筋混凝土斜截面强度有所降低,于是,框架梁受剪承载力抗震验算公式为: 对集中荷载作用下的框架梁(包括有多种荷载,且其中集中荷载对节点边缘产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况),其斜截面受剪承载力应按下面公式验算:

  10. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 三、框架柱的设计 (一)柱的截面尺寸宜符合下列各项要求: (1)截面的宽度和高度,四级或层数不超过2层时,不宜小于300mm;一、二、三级且层数超过2层时,不宜小于400mm;圆柱的直径,四级或层数不超过2层时,不宜小于350mm;一、二、三级且层数超过2层不宜小于450mm。 (2)截面的长边与短边的边长比不宜大于3。 (3)剪跨比大于2,其值按照下式计算: 按上式计算剪跨比时,应取柱上下端计算结果的较大值;反弯点位于柱高中部的框架柱,可按柱净高与2倍柱截面高度之比计算。

  11. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 三、框架柱的设计 (二)柱的材料强度等级 柱的混凝土强度等级和钢筋强度等级的要求与梁相同。 (三)柱的正截面承载力的计算 横向地震作用时 纵向地震作用时 当无地震作用时

  12. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 三、框架柱的设计 为了提高柱的延性,增强结构的抗震能力,在柱的正截面计算中,应注意以下一些问题: 1、轴压比的限值 轴压比是指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N/bhfc,其中N为柱组合轴压力设计值;b、h为柱的短边和长边;fc为混凝土抗压强度设计值。 轴压比是影响柱的延性的重要因素之一。试验研究表明,柱的延性随轴压比的增大急剧下降,尤其在高轴压比条件下,箍筋对柱的变形能力的影响很小,因此,在框架抗震设计中,必须限制轴压比,以保证柱具有一定的延性。 《抗震规范》规定,柱轴压比不宜超过表4-64的规定,但IV类场地上较高的高层建筑,轴压比限制应适当减小。

  13. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 三、框架柱的设计 2、按“强柱弱梁”原则调整柱端弯矩设计值 为了使框架结构在地震作用下塑性铰首先在梁中出现,这就必须做到在同一节点柱的抗弯能力大于梁的抗弯能力。《抗震规范》规定,一、二、三、四级框架的梁、柱节点处,除顶层和柱轴压比小于0.15外,柱端组合弯矩设计值应符合下列公式要求: 一级框架结构和9度的一级框架 由于框架结构底层柱驻地过早出现塑性铰将影响整个框架的变形能力,从而对框架造成不利影响。同时,随着框架塑性铰的出现,由于内力塑性重分布,使底层框架柱的反弯点位置具有较大的不确定性。《抗震规范》规定,一、二、三四级框架底层柱底截面组合的弯矩设计值,应分别乘以增大系数1.7、1.5、1.3和1.2。

  14. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 三、框架柱的设计 2、柱的纵向钢筋的配置 (1)柱的纵向钢筋宜对称配置。 (2)截面尺寸大于400的柱,纵向钢筋间距不宜大于200mm。 (3)柱纵向钢筋的最小总配筋率应按表4-65采用,同时应满足每一侧配筋率不小于0.2%,对IV类场地上较高的高层建筑,表中的数值应增加0.1。 (4)柱总配筋率不应大于5%。 (5)一级且剪跨比不大于2的柱,每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。 (6)边柱、角柱及抗震墙端柱在地震作用组合产生小偏心受拉时,柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%。 (7)柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。

  15. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 三、框架柱的设计 (四)柱的斜截面承载力计算 1、剪压比的限制 柱内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比,称为柱的剪压比。为了防止混凝土在箍筋屈服之前过早地发生剪切破坏,必须限制柱的剪压比,也就是限制柱的截面最小尺寸。《抗震规范》规定,框架柱端截面组合的剪力设计值应符合下列要求: 剪跨比大于2时: 剪跨比不大于2时:

  16. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 三、框架柱的设计 2、按“强剪弱弯”的原则调整柱的截面剪力 为了防止柱在压弯破坏前发生剪切破坏,应按“强剪弱弯”的原则,对柱的端部截面组合的剪力设计值进行调整: 一、二、三、四级框架柱: 一级框架结构和9度的一级框架: 按两个主轴方向分别考虑地震作用时,由于角柱扭转作用明显,《抗震规范》规定,一、二、三、四级框架的角柱按调整后的弯矩、剪力设计值尚应乘以不小于1.10的增大系数。

  17. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 三、框架柱的设计 3、斜截面承载力验算 在进行框架柱斜截面抗震承载力验算时,仍采用非地震时承载力的验算公式形式,但应除以承载力抗震调整系数,同时考虑地震作用对钢筋混凝土框架柱承载力降低的不利影响,即可得出框架柱斜截面抗震承载力验算公式: 当框架柱出现拉力时,其斜截面受剪承载力应按下式计算: 当上式右边的计算值小于 时,取等于 ,且 值不应小于0.36ftbh0。

  18. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 四、框架节点设计 在进行框架结构抗震设计时,除了保证框架梁、柱具有足够的强度和延性外,还必须保证框架节点的强度。震害调查表明,框架节点破坏主要是由于节点核芯区箍筋数量不足,在剪力和压力共同作用下节点核芯区混凝土出现斜裂缝,箍筋屈服甚至被拉断,柱的纵向钢筋被压屈引起的。为了防止节点核芯区发生剪切破坏,必须保证节点核芯区混凝土的强度和配置足够数量的箍筋。 《抗震规范》规定,一、二、三级框架的节点核芯区应进行抗震验算,四级框架节点核芯区可不进行抗震验算,但应符合抗震构造措施的要求。

  19. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 四、框架节点设计 (一)节点剪压比的控制 为了使节点核芯区的剪应力不致过高,避免过 早地出现斜裂缝,《抗震规范》规定,节点核芯区 组合的剪力设计值应符合下列条件: (二)框架节点核芯区截面受剪承载力的验算 一、二、三级框架 9度的一级框架

  20. 工程结构抗震 4.8 框架梁-柱与节点的抗震设计 四、框架节点设计 (三)节点剪核芯区组合的剪力设计值 图4-71a为中柱节点受力简图。现取节点上半部为隔离体,由 得: 或 其中 将Vc代入到平衡方程,并考虑到梁端出现塑性铰后,塑性变形变大,钢筋应力超过屈服点而进入强化阶段,对梁端截面组合弯矩应予调整。 一、二、三级框架 一级框架结构、9度一级框架

  21. 工程结构抗震 4.9 抗震墙截面设计 一、墙肢截面设计 (一)抗震墙墙板厚度 抗震墙的厚度,一、二级不应小于160mm且不宜小于层高或无支长度的1/20,三、四级不应小于140mm且不宜小于层高或无支长度1/25;无端柱或翼墙时,一、二级不宜小于层高或无支长度的1/16,三、四级不宜小于层高或无支长度的1/20。 底部加强部位的墙厚,一、二级不应小于200mm且不宜小于层高或无支长度的1/16,三、四级不应小于160mm且不宜小于层高或无支长度1/20;无端柱或翼墙时,一、二级不宜小于层高或无支长度的1/12,三、四级不宜小于层高或无支长度的1/16。 除满足上述条件外,其墙肢截面尚应符合下式要求:

  22. 工程结构抗震 4.9 抗震墙截面设计 一、墙肢截面设计 (二)墙肢正截面承载力计算 墙肢在轴力、弯矩和剪力共同作用 下为复合受力构件,其正截面承载力计 算方法与偏心受压或偏心受拉构件相同。 1、偏心受压 (1)墙肢大小偏心受压的判别 当ξ≤ ξb时,为大偏心受压; 当ξ>ξb时,为小偏心受压。 (2)大偏心受压(对称配筋) 图4-72为I形截面大偏心受压墙肢。为了充分发挥墙肢内钢筋的作用,除墙肢内横截面配置必要的构造钢筋(配筋率ρw≥0.15%)外,主要受力钢筋应配置在墙肢的端部。由于墙肢内分布钢筋直径都比较小,为了简化计算,在计算时只考虑受拉区屈服钢筋的作用,而忽视受压区分布钢筋和靠近中性轴附近受拉区分布钢筋的作用。

  23. 工程结构抗震 4.9 抗震墙截面设计 一、墙肢截面设计 根据上面的分析,假设离受压区边缘1.5x以外受拉区的分布钢筋参加工作。大偏心受压墙肢达到极限状态时截面上的应力分布如图4-72所示,其承载力基本公式为: 当x>hf时 当x≤hf时

  24. 工程结构抗震 4.9 抗震墙截面设计 一、墙肢截面设计 (3)小偏心受压 墙肢小偏心受压时,横截面大部分受压或全部受压,在压应力较大的一侧混凝土达到极限抗压强度,该侧的端部钢筋及分布钢筋也达到屈服强度;而距轴向力较远的一侧,端部钢筋及分布钢筋受拉或受压,但均未达到屈服强度,因此小偏心受压时墙肢的分布钢筋均不予考虑。这样,小偏心受压墙肢达到极限状态时截面上的应力分布如图4-73所示,其承载力基本公式为:

  25. 工程结构抗震 4.9 抗震墙截面设计 一、墙肢截面设计 (4)平面外承载力验算 当为矩形截面小偏心受压墙肢时,尚需验算墙肢平面外承载力。这时不考虑墙体竖向分布钢筋的作用,而只考虑端部钢筋的作用,其承载力计算公式为: 2、偏心受拉 矩形截面偏心受拉墙肢正截面承载力可按下列近似公式计算: 其中

  26. 工程结构抗震 4.9 抗震墙截面设计 一、墙肢截面设计 (三 )墙肢斜截面承载力计算 1、偏心受压 偏心受压剪力墙其斜截面受剪承载力按下式计算: 2、偏心受拉 偏心受拉剪力墙其斜截面受剪承载力按下式计算: 当上式右边计算值小于 时,取等于

  27. 工程结构抗震 4.9 抗震墙截面设计 一、墙肢截面设计 (四 )抗震墙组合截面内力的调整 (1)一级抗震墙除底部加强部位外,其他部位墙肢截面组合弯矩设计值应乘以增大系数1.2。 (2)一、二、三级的抗震墙底部加强部位,其截面组合的剪力设计值应按下式调整: 9度时一级 二、连梁承载力的计算 (一 )连梁正截面承载力的计算 抗震墙洞口处的连梁其承载力应按下列规定计算: (1)当连梁的跨高比l0/h>5时,其正截面受弯承载力按一般受弯构件计算; (2)当l0/h≤5时,其正截面受弯承载力按深梁计算,其公式右端应除以相应的承载力抗震调整系数。

  28. 工程结构抗震 4.9 抗震墙截面设计 (二 )连梁斜截面承载力的计算 1、连梁截面尺寸应符合下列条件: 当l0/h>2.5时, 当l0/h>2.5时, 2、连梁剪力的调整 跨高比l0/h>2.5的连梁,其梁端剪力设计值,一、二、三级抗震墙的连梁应按下式调整: 9度和以及抗震墙的连梁 3、连梁斜截面承载力按下式计算: 当l0/h>2.5时, 当l0/h≤2.5时,

  29. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施

  30. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施

  31. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施

  32. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施

  33. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施

  34. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施

  35. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施

  36. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施

  37. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施

  38. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施

  39. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施

  40. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施

  41. 工程结构抗震 4.10 抗震构造措施