建筑结构 第十七章 多层钢筋混凝土框架的抗震设计

第十七章多层钢筋混凝土框架的抗震设计第一节框架抗震设计的一般规定第二节框架截面的抗震设计第三节纵向钢筋的锚固和连接第四节抗震框架的一般构造要求 第一节框架抗震设计的一般规定一、结构抗震等级二、抗震缝设置三、结构布置原则四、截面尺寸选择 一、结构抗震等级1.钢筋混凝土房屋应根据烈度、房屋高度和结构类型采用不同的抗震等级。抗震等缎分为一、二、三、四共4级。2.丙类建筑的框架结构其抗震等级规定如下表。3.对甲、乙、丁类建筑，按相应的抗震设防标准和表确定抗震等级。4.裙房与主楼相连时，除应按裙房本身确定抗震等级外，尚不应低于主楼的抗筋等级；裙房与主楼分离时，按裙房本身确定抗震等级。 二、抗震缝设置1.钢筋混凝土框架结构应避免采用不规则的建筑结构方案，不设防震缝。2.当需要设置防震缝时，框架结构房屋的防震缝宽度与高度有关。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5、4、和2m时加宽20mm。3.对于8、9度的框架结构房屋，当防震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，可在缝两侧房屋的尽端沿全高设置垂直于防震缝的抗撞墙（每一侧抗撞墙的数量不少于两道，并宜分别对称布置，墙肢长度可不大于一个柱距）。 三、结构布置原则1.框架结构的平面布置和沿高度方向的布置原则应符合“规则结构”的规定。2.框架应双向设置，梁中线与柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的l／4。3.框架结构中的填充墙在平面和竖向的布置宜均匀对称，砌体填充墙宜与柱脱开或采用柔性连接。4.砌体砂浆强度不低于M5，墙顶与框架梁密切结合；墙中沿框架柱全高设置拉筋。6.墙长＞5m时，墙顶宜与框架梁有拉结。7.墙长超过层高2倍，宜设钢筋混凝土构造柱。8.墙高超过4m时，墙体半高宜设置与柱连接，且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平系梁。 四、截面尺寸选择1.梁的截面尺寸梁的截面宽度不宜小于200mm；截面高宽比不宜大于4；净跨与截面高度之比不宜小于4。2.柱的截面尺寸柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm；圆柱直径不宜小于350mm；截面长边与短的边长比不宜大于3；剪跨比宜大于2；柱的截面尺寸需满足柱的轴压比的要求。（轴压比是指柱组合的轴压力设计值N与柱的全截面面积A和混凝土轴心抗压强度设计值fc的乘积的比值，即uN=N/fcA。 第二节框架截面的抗震设计一、抗震框架的一般设计原则二、地震作用计算三、框架在水平地震作用下的内力和侧移四、荷载效应基本组合五、框架截面抗震验算 一、抗震框架的一般设计原则1.强柱弱梁原则梁端受拉钢筋的屈服先于柱端受拉钢筋的屈服；2.强剪弱弯原则构件的抗剪承载能力应高于该构件的抗弯承载能力；3.强节点、强锚固原则强节点——抗剪验算，在节点区配置足够的箍筋，并保证混凝土的强度及密实性；强锚固——处理好纵向钢筋在节点区的锚固构造。 二、地震作用计算1.多层框架结构在一般情况下应沿两个主轴方向分布考虑水平地震作用，各方向的水平地震作用应全部由该方向的抗侧力构件承担。2.对高度不超过40m，以剪切变形为主，且刚度与质量沿高度分布比较均匀的框架结构，可采用底部剪力法计算水平地震作用。三、框架在水平地震作用下的内力和侧移采用D值法计算框架内力和侧移 四、荷载效应基本组合1.无地震作用组合：S=γGSGK+ψQγQSQK+ψWγWSWk式中:S—无地震组合时荷载效应组合的设计值；SGK—永久荷载效应标准值；SQk—楼面活荷载效应标准值；SWK—风荷载效应标准值；γG、γQ、γW—分别为永久荷载、楼面活荷载、风荷载分项系数；ψQ、ψW—分别为楼面活荷载和风荷载组合值系数。 荷载分项系数应按下列规定采用：1)承载力计算时：①永久荷载的分项系数γG：当其效应对结构不利时：对由可变荷载效应控制的组合应取1.2；对由永久荷载效应控制的组合应取1.35。当其效应对结构有利时，应取1.0；②楼面活荷载的分项系数γQ：一般情况下应取1.4；③风荷载的分项系数γW：应取1．4。2)位移计算时：公式中各分项系数均应取1.0。 2.有地震作用组合时：；SE=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψWγWSWk式中：SE—荷载效应和地震作用效应组合的设计值；SGE—重力荷载代表值的效应[重力荷载代表值包括下列荷载：100％自重标准值，50％雪荷载标准值，50％～80％楼面活荷载(在书库及档案库中取80％楼面活荷载)]；SEhk—水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数；SEvk—竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数；γG—重力荷载分项系数；γW—风荷载分项系数；γEh—水平地震作用分项系数；γEv—竖向地震作用分项系数；ψW—风荷载的组合值系数，应取0.20。 有地震作用效应组合时，荷载效应和地震作用效应的分项系数应按下列规定采用：1)承载力计算时，分项系数应按下表采用。当重力荷载效应对结构承载力有利时，表中γG不应大于1.0。2)位移计算时，公式中各分项系数均应取1.0。 五、框架截面抗震验算（一）框架梁1、框架梁的正截面受弯承载力计算1）抗震设计中的正截面承载力计算直接采用静载作用下的承载力计算公式：MEMuE/RE=Mu/RE（或REMEMu）2）框架梁梁端截面的底部和顶部纵向受力钢筋截面面积的比值，除按计算确定外。一级抗震等级As/As≥0.5；二、三级抗震等级As/As≥0.3。∴框架梁两端（支座截面）必须是双筋截面。3）承载力计算公式得到名义压区高度为：由平衡条件X=0： 由另一极限状态平衡条件M|As=0：不考虑地震作用时：考虑地震作用时：1——等效矩形应力图形系数，当混凝土强度等级不超过C50时，取为1.0；当混凝土强度等级为C80时，取为0.94，其间按线性内插；RE——承载力抗震调整系数，由表2—15选用；Mbmax——由荷载效应组合得到的最大弯矩设计值。 2、框架梁斜截面受剪承载力计算1）抗震设计中采用与非抗震设计中不同的斜截面受剪承载力计算公式（R=Vu=Vc+Vs；RE=VuE=0.6Vc+Vs)即：VbVuE/RE=（0.6Vc+Vs)/RE或REVb(0.6Vc+Vs)2）承载力计算（抗震设计）一般框架梁：REVb≤0.42ftbh0+1.25fyvAsvh0/s集中荷载作用下(包括有多种荷载，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)的框架梁：REVb≤1.05ftbh0/(+1)+fyvAsvh0/s （二）框架柱1、柱的正截面承载力计算公式：（NENuE/RE=Nu/RE）（对大偏心受压柱） 2、柱端弯矩调整——计算偏心距e0时1）按“强柱弱梁”要求调整“强柱弱梁”要求：柱端弯矩放大Mc倍静力平衡条件：Muc0+Mdc0=Mbl+Mbr9度和一级框架尚应满足：Mc1.2Mbu∑Mc——同一节点上下柱端截面设计弯矩之和；∑Mb——同一节点左右梁端截面设计弯矩之和；∑Mbu——同一节点左右梁端截面抗弯承载力之和。mc——强柱系数；对一、二、三级抗震等级，M分别为1.4、1.2、1.1。顶层柱及轴压比小于0.15的柱，弯矩可以不调整。 2）按“强底层柱”要求调整抗震设计时，一、二、三级框架结构底层柱下端截面弯矩设计值，应按考虑地震作用组合的弯矩设计值分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。计算偏心距e0=M/N时，采用按“强柱弱梁”、“强底层柱”要求调整后的柱端弯矩Mc。3、柱正截面构造规定抗震结构中柱截面最小含钢率（%）柱类型抗震等级非抗震一级二级三级四级框架中柱、边柱1.00.80.70.60.6框架角柱、框支柱1.21.00.90.80.6 4、柱的斜截面承载力1）计算公式：（VEVuE/RE，VuE=0.6Vc+Vs)即：Vb=VuE/RE=（0.6Vc+Vs)/RE轴力为压力：轴力为拉力：Vc——设计剪力（取按以下要求调整后的值）；——框架柱的剪跨比，＝M／(Vhc0)；设计时可近似取=Hc0／(2hc)，(Hc0为柱净高)，当>3时，取=3，当<1时取=1。N——为与设计剪力相应的轴向压力；对极短柱(Hc0／hc<3)，验算时要求：当N>0.3fcbchc0时，取N=0.3fcbchc0。当N为拉力时，公式右端不小于(fyvAsvhc0／s)/Re，且此值不小于0.36fcbchc0。 2）剪力调整（1）按柱“强剪弱弯”要求调整平衡条件：强剪弱弯要求——剪力Vc0放大vc倍，对一、二、三级抗震等级，cv分别为1.4、1.2、1.1。9度和一级框架尚应符合：Mtc、Mbc——由内力组合得到的柱上、下端的最不利设计弯矩；Mtcu、Mbcu——柱上、下端截面的抗弯承载力，可按实际配筋面积和材料强度标准值确定；（2)“角柱”剪力调整一、二、三级抗震等级的框架角柱，经前述调整后的剪力设计值尚应乘以不小于1.1的增大系数。 3）柱的构斜截面构造要求（1）截面尺寸和混凝土强度：地震作用时：剪跨比大于2的柱Vc0.25cfcbchc0剪跨比不大于2的柱Vc0.20cfcbchc0地震作用时：剪跨比大于2的柱Vc(0.20cfcbchc0)RE剪跨比不大于2的柱Vc(0.15cfcbchc0)RE（2）柱的轴压比限制：结构类型抗震等级一二三框架0.70.80.9框架一剪力墙框架一核芯筒0.750.850.95框支结构0.60.7— 第三节纵向钢筋的锚固和连接一、纵向受拉钢筋的抗震锚固长度二、纵向受力钢筋的连接三、钢筋在梁柱节点区的锚固和连接 梁、柱钢筋锚固及搭接在抗震设计时，纵向受力钢筋的锚固和搭接长度要求比非抗震设计时加大。（1）纵筋锚固要求一、二级抗震等级laE=1.15la三级抗震等级laE=1.05la四级抗震等级laE=1.00la式中：la为非抗震设计时受拉钢筋的锚固长度。（2）纵筋搭接要求搭接方法有搭接接头、机械接头和焊接接头；宜优先选用焊接或机械接头；当采用搭接接头时，其搭接长度应不小于：llE=laE——钢筋接头面积百分率系数（=1.2~1.6）。 （3）节点区钢筋锚固非抗震设计时框架梁纵向钢筋的连接构造 非抗震设计时框架柱的纵向钢筋锚固及梁柱钢筋搭接构造 抗震设计时框架梁柱节点的钢筋搭接构造 第四节抗震框架的一般构造要求一、材料二、框架梁的配筋三、框架柱的配筋 一、材料1.混凝土混凝土强度等级不应低于C20；对于一级抗震等级的框架梁、柱、节点不应低于C30；设防烈度为8度时，混凝土强度等级不宜超过C70；设防烈度为9度时，不宜超过C60。2.钢筋普通纵向受力钢筋宜选用HRB400级、HRB335级钢筋；箍筋宜选用HRB335级、HPB235、HRB400级钢筋；对一、二级抗震等级设计的各类框架中的纵向受力钢筋，在采用上述普通钢筋时，要求钢筋的抗拉强度实测值对屈服强度实测值的比不应小于1.25，屈服强度实测值对强度标准值的比不应大于1.3。 二、框架梁的配筋1.纵向钢筋的配置1）框架梁的纵向受拉钢筋最小配筋率：纵向受拉钢筋配筋率不应小于下表规定的数值。2）梁端钢筋：梁端截面的底部和顶部纵向受力钢筋截面而积，除满足计算要求外，其比值对一级抗震不小于0.5，二、三级抗震不小于0.3。3）通长钢筋：沿梁全长顶面和底面至少应各配置两根通长的纵向钢筋。对一、二级抗震等级钢筋直径不应小于14mm，且分别不少于梁端顶面和底面纵向受力钢筋中较大截面面积的l／4；对三、四级抗震等级，钢筋直径不小于12mm。 2.箍筋1）梁端箍筋加密区在框架梁梁端应设置箍筋加密区。加密区长度、箍筋间距、直径应满足上表的要求、当梁端纵向受拉钢筋配筋率超过2％时，表中箍筋直径应增大2mm。第一个箍筋距框架节点边缘不应大于50mm。加密区长度内的箍筋肢距：对一级抗震不宜大于200mm和箍筋直径20倍中较大值；对二、三级抗震，不宜大于250mm和箍筋直径20倍中较大值；对四级抗震，不宜大于300mm。2）非加密区非加密区的箍筋间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍。沿梁全长箍筋的配筋率不应小于0.3ft/fyv（一级抗震）、0.28ft/fyv（二、三级抗震）和0.26ft/fyv（四级抗震）。 三、框架柱的配筋1.纵向钢筋框架柱的纵向钢筋宜对称配置。全部纵向受力钢筋配筋率不应大于5％；当按一级抗震等级设计且柱的剪跨比≤2时，柱每侧纵向钢筋的配筋率不宜大于12％。；截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋的间距不宜大于200mm。框架柱中纵向受力钢筋，每一侧的配筋率不应小于0.2％，全部纵向受力钢筋配筋率不应小于下表中规定数值。 2.箍筋1）箍筋加密区框架柱上下两端箍筋应加密。加密区长度应取柱截面长边尺寸（或截面直径〕、柱净高的1/6和500mm中三者的最大值。一、二级抗震等级的角柱应沿柱全高加密箍筋。加密区的箍筋间距、直径应符合下表的要求。2）箍筋肢距加密区内箍筋肢距，对一级抗震不宜大于200mm；二、三级抗震不宜大于250mm；四级抗震不宜大干300mm。同时每隔一根纵筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束。 3）体积配箍率柱箍筋加密区内的体积配箍率应符合规范要求。剪跨比λ≤2时，一、二、三级抗震等级的柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍，体积配箍率不应小于1.2％，9度时不应小于1.5％。在柱箍筋加密区之外，箍筋的体积配箍率不宜小于加密区的一半。对一、二级抗震等级，箍筋间距不应大于10d，对三、四级抗震等级，箍筋间距不应大于15d（d为纵向钢筋直径）。