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1、第五章 多层和高层钢筋混凝土结构房屋,5.1 概述,5.2 震害及其分析,5.3 结构选型与结构布置,5.4 框架结构的抗震计算,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。,（）钢筋混凝土框架结构:仅由梁、柱组成的结构，其是抗震性能较好的一种结构形式。,它的优点是平面布置灵活，自身重量较轻，因而产生的地震作用也小，如果设计合理，它具有很好的延伸性能，能耗散地震输入到结构的能量；,缺点是侧向刚度较小，地震时会产生较大的水平变形，易引起非结构构件的破坏，有时甚至造成主体结构的破坏。,抗震墙,框架房屋,框架-抗震墙,纯框架结构用于层m以下的
2、建筑。,（）钢筋混凝土框架剪力墙结构:是剪力墙和框架共同工作的结构体系。为克服框架体系和剪力墙体系各自的缺点，发挥其长处，在框架结构中设置一定数量的剪力墙，便形成框架剪力墙结构体系。,它的优点是平面布置灵活，自重较剪力墙结构轻，而刚度又较框架结构大，因而能较为有效地控制结构在地震时产生的地震作用和变形。,另外，框架结构为剪切变形，结构上部层间变形小，下部层间变形大；而剪力墙结构为弯曲型变形，结构上部层间变形大，下部层间变形小，而当框架和剪力墙两种结,结构共同工作时，相互之间有所协调，结果是框架下部层间变形和剪力墙上部层间变形减小，因而使结构的变形均匀合理。,钢筋混凝土框架剪力墙结构适用于层,（
3、）钢筋混凝土剪力墙结构:包括整体剪力墙、联肢剪力墙和预制墙板等结构，由墙体组成的剪力墙结构其抗震性能较好。,优点是整体性能好、侧向刚度大，无论是强度或变形都易满足抗震设计的要求；,缺点是大面积墙体的使用限制了建筑物内部平面布置的灵活性，另外，刚度大产生的地震作用也大，因此在设,计中如对配筋和构造处理不当，可能会在受力大的部位产生严重破坏。,剪力墙结构适用于层,（）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。,目前，我国在工业与民用建
4、筑中，特别在地震区，大量采用多层框架和框架剪力墙体系。本章主要介绍钢筋砼框架结构房屋的抗震设计。,5.2 震害及其分析,钢筋砼框架结构的震害情况，据国内外大量震害调查结果：未经抗震设防的结构，在67度区主体结构基完好，填充墙有轻微裂缝；在89度区主体结构局部破坏填充墙严重毁坏。考虑抗震设防的框架结构，震害则相应减轻。,震害调查还表明，下刚上柔的框架房屋（下部填充墙较多），上部震害较重；上刚下柔的框架房屋（上部有填充墙），下部震害较重。,一、结构方案不当引起的震害,1、平面不对称、刚度不均匀产生的震害 建筑平面布置不规则-质量中心和刚度中心不重合-扭转效应-破坏严重（尤其是角柱）,2、竖向刚度突
5、变产生的震害,在强烈地震作用下，结构的薄弱楼层率先屈服、发展弹塑性变形，并形成弹塑性变形集中的现象，不能发挥整体的抗震能力。,竖向的质量或刚度有突变-突变处应力集中，形成薄弱层-较大的塑性变形-结构破坏、甚至倒塌,1976年唐山大地震中，位于天津塘沽区的天津碱厂十三层蒸吸塔框架，该结构楼层屈服强度分布不均匀，造成6层和11层的弹塑性变形集中，导致6层以上全部倒塌。,1971年2月9日美国圣费尔南多的6.6级地震中，OliveView医院主楼（六层，一、二层是框架，以上为框剪结构）因上下部分刚度相差高达10倍，造成底层塑性变形集中，底层框架柱严重酥裂，钢筋压曲，整个建筑倾斜。,3、防震缝处碰撞
6、防震缝两侧结构单元的振动特性不同-发生不同形式的振动-防震缝缝宽不够或构造不当-发生碰撞,二、结构构件的震害,未经抗震设计的框架的震害主要反映在梁柱节点区。特点：柱的震害重于梁；柱顶震害重于柱底；角柱震害重于内柱；短柱震害重于一般柱。具体情况如下：,1、框架柱的震害,1）长柱的破坏-弯压破坏 破坏一般发生在柱的上下两端，特别是柱顶,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。柱底破坏与柱顶相似，常见是在离地面1040m处有周圈水平裂缝，但因箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。,柱顶,破坏主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚
7、固不好等。,破坏不易修复。,柱底,与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻,2）短柱-剪切破坏 短柱：H/b4的柱，H:柱高;b:柱截面高度,短柱刚度大，将吸引较大的地震力而易产生剪切破坏,当框架房屋中有错层、夹层或有半高填充墙，或不适当地设置某些拉梁时，容易形成短柱,3）角柱,由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，该处横梁约束作用又小，故震害比内柱重。,由于抗剪强度不足，往往出现斜截面破坏。,4）柱身,2、框架梁的震害,破坏的主要原因：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。,震害多发生于梁端。在地震作用下梁端纵向钢筋屈服，
8、出现上下贯通的垂直裂缝和交叉裂缝。,3、梁柱节点的震害,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。,核心区砼产生很大的剪力，使之处于剪压复合应力状态，当主拉应力超过砼的抗拉强度时，则出现斜裂缝，又因地震的反复作用，出现交叉斜裂缝。,节点破坏将导致梁柱失去相互之间的联系。,破坏的主要原因：1）节点两端梁的反号弯矩，引起节点,2）节点内箍筋未设或过少，纵筋没有箍筋约束，当柱端砼裂碎剥落，纵筋即压曲外鼓。,节点的破坏还与节点处梁、柱的破坏先后有关。若梁较弱，梁的破坏在先，则有利于减轻节点震害；若梁较强而柱较弱，则节点的震害会加重。,三、
9、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。,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。,建造在软弱地基上的高大柔性建筑，当结构自振周期与地基土卓越周期相近时，即使烈度不高，结构物的破坏程度也较重。,四、其他的震害,建造在软弱地基土或液化土层上的框架结构，在地震时常因地基的不均匀沉陷使上部结构倾斜甚至倒塌。,伸缩缝宽度过小，地震时结构物互相碰撞也常造成震害。如天津友
10、谊宾馆，东西段之间设有15cm的抗震缝，唐山地震时抗震缝两侧不少面砖因碰撞而掉落。,5.3 结构选型与结构布置,一、结构体系的选择,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的基础上，对地震区现浇钢筋砼多高层房屋的结构类型和最大高度给出了规定，见下表。对平面和竖向均不规则的结构或建造在类场地的结构，适用的最大高度应适当降低。,现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m),框架结构的抗侧移刚度较差，在地震区一般用于十层左右体型较简单和刚度较均匀的建筑物。对于层数较多、体型复杂、刚度不均匀的建筑物，为减小侧移变形，减轻震害，应
11、采用中等刚度的框架剪力墙或剪力墙结构。,1.选择结构体系，要考虑建筑物刚度与场地条件的关系。当建筑物自振周期与地基土的卓越周期一致时，容易产生类共振而加重建筑物的震害。建筑物自振周期与结构本身刚度有关，在设计房屋之前，一般应先了解场地和地基土及其卓越周期，调整结构刚度，避开共振周期。,选择时应考虑如下因素：,2.选择结构体系，要注意选择合理的基础型式。基础应有足够的埋深，宜设置地下室。震害表明，凡设置地下室的房屋，不仅地下室本身震害轻，还能使整个结构减轻震害。,对软弱地基宜选用桩基、筏形基础或箱形基础。岩层高低起伏不均匀或液化土层时最好采用桩基，桩尖必须穿入非液化土层，防止失稳。筏形基础的砼和
12、钢筋用量较大，刚度也不如箱基。当建筑层数不多、地基条件又较好时，也可采用单独基础或十字交叉条形基础。,3.选择结构体系，还要注意经济指标。多高层房屋一般用钢量大，造价高，因而要尽量选择轻质高强和多功能的建筑材料，减轻自重，降低造价。,二、结构布置,1.柱网布置及规则建筑,柱网布置要简单规整，刚度分布均匀，使房屋结构具有良好的抗震性能。常见的柱网形式有方格式和内廊式。,（1）在平面布置方面，尽可能满足局部突出的尺寸不过大；楼电梯间不偏置；楼盖的局部开洞不过大；主要的抗侧力结构和质量在平面内分布基本对称均匀；避免轴线斜交等要求。,（2）在竖向结构布置方面，尽可能满足局部突出屋面的建筑局部缩进的尺寸
13、不过大；框架柱等抗侧力结构构件上下连续；相邻层的质量、刚度和承载力无突变；避免抽柱及错层等要求。,（1）框架应双向布置，并宜按双向承重框架布置。横向框架承重时，主梁沿建筑物横向布置，可加大结构横向刚度，应用较多；纵向框架承重时，主梁沿建筑物纵向布置，结构的横向刚度小，较少采用。通常在现浇楼盖大柱网框架结构中纵横向均按承重框架设计，以利于抗震。,2.承重框架布置,（2）梁中线与柱中线宜对齐，偏心矩不宜大于1/4柱宽,（3）房屋纵、横两个方向的抗侧力刚度宜接近。,3.防震缝的设置,（1）结构设计时，宜避免不规则的建筑结构，并采用有效的技术措施，尽可能不设防震缝以及伸缩缝和沉降缝,（2）设置伸缩缝或
14、沉降缝之后，缝的宽度应满足防震缝的宽度要求，避免地震时两个独立的结构单元相碰撞而损坏。防震缝应沿房屋全高设置，基础可不分开；防震缝两侧应布置承重框架。,（3）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。,（4）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。,8、9度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧结构的高度、刚度或层高相差较大时，可在防震缝两侧房屋的尽端沿全高设垂直于防震缝的抗撞墙，要求：,4.抗撞墙,（1）每一侧抗撞墙的数量不应少于两道，宜分别对称布置，墙肢的长
15、度可不大于一个柱距。,（2）框架和抗撞墙的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。,（3）防震缝两侧抗撞墙的端柱和框架的边柱，箍筋应沿房屋全高加密。,（1）框架结构房屋中的围护墙和隔墙应优先采用轻质墙或是与框架柔性连接的墙板。当采用砌体填充墙时，平面和竖向布置宜均匀对称，并采取措施以减少对主体结构的不利影响。,5.框架结构布置中的其他问题,（2）为减小地震作用，应尽量减轻结构自重并降低重心位置，可将设备层或大型设备布置在建筑物的地下室、底层或下部几层。,（3）同一结构单元宜将框架梁设置在同一标高处，尽可能不采用复式框架，避免出现错层和夹层以及不适当设梁使框架柱形成短柱，造成
16、破坏。,（4）为保证框架结构的可靠抗震，应设计延性框架，遵守“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点、强锚固”等设计原则，柱截面不宜过小，框架梁和柱的中线应尽可能重合在同一平面内，两者间的偏心距不宜超过柱宽的1/4。,（5）框架刚度沿高度不宜突变，以免造成薄弱层。出屋面的小房间不要做成砖混结构，可将框架柱延伸上去或做钢木轻型结构，以防鞭端效应造成结构破坏。,（6）楼梯间、电梯间不宜设置在结构单元的两端及拐角处，因为单元角部扭转应力较大，受力复杂，容易造成破坏。,5.4 框架结构的抗震计算,一、结构的抗震等级,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；,
17、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，次要抗侧力构件抗震要求可低于主要抗侧力构件。如框架剪力墙结构中的框架的抗震要求可以低于框架结构中的框架，而其中的剪力墙则应比剪力墙结构中的要求提高。,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。,3、房屋越高，地震反应越大，抗震要求（延性要求）越高。,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，一级最高。,注：1.建筑场地为类时，除6度外可按表内降低一度所对应的 抗震等级采
18、取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低；2.接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。,注意事项：1.此表适用于丙类建筑抗震等级的划分；甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施所要求的设防烈度按上表确定抗震等级。,2.当框架-抗震墙结构有足够的抗震墙时,其框架部分是次要抗侧力构件,可按框架-抗震墙结构中的框架确定抗震等级。否则按框架结构确定等级。区分标准是看框架部分承受的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩的50%。3.与主楼相连的群房其抗震等级不应低于主楼的抗震等级，且主楼结构在群房屋面部位的上下各一层要适当加强抗震等级,二、框架结构抗震设计步骤,1
19、.根据建筑设计方案，进行结构选型与布置,2.初步确定梁柱截面尺寸及材料强度等级,3.计算荷载、结构刚度及自振周期,4.计算地震作用,5.多遇地震作用下的抗震变形验算,6.内力分析及内力组合,7.截面抗震验算，即框架梁、柱配筋计算,8.必要时进行罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算,9.结构构件和非结构构件抗震构造措施处理,三、水平地震作用及其分配,1.计算单元选取,（1）计算水平风荷载和竖向荷载，一般可取若干榀有代表性的典型框架进行计算，可不考虑空间工作影响，按平面框架计算。计算单元宽度取相邻开间各一半。,（2）计算水平地震作用，原则上应以防震缝之间的区段为计算单元，未设缝的房屋则以整幢房屋为
20、计算单元。,（3）对平面为矩形的规则建筑结构，当各榀框架的刚度和所承担的重力荷载相近时，可简化按单榀框架为计算单元计算地震作用。,2.结构基本自振周期,框架结构的自振周期可根据实测资料、经验公式等计算确定。常用方法有：,（1）顶点位移法,对于重量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，可采用顶点位移法计算基本周期。框架中填充墙对结构刚度、结构自振周期的影响，采用周期调整系数0来折减顶点位移计算所得周期：,对于民用框架结构00.60.8,把集中在各楼面处的重力荷载Gi视为水平荷载算得的顶点位移,式中：VGi 框架在假想水平荷载Gi 作用下的i层层间 剪力,i VGi 作用下的层间位移,D i 层 柱
21、的D值之总和，D为框架柱的抗侧刚 度，可按D值法计算,（2）能量法,规则的多层建筑可按能量法计算基本周期,式中：ui 各质点承受相当于其重力荷载代表值的水 平力时，i 质点的侧移,0 周期调整系数，视填充墙多少取0.60.8,（3）经验公式,对于层数不多的工业厂房、框架结构可按下式计算：,常用方法D值法（1）计算各柱的侧移刚度（2）计算各柱分配到的地震剪力（3）确定各柱的反弯点位置（4）计算各柱的柱端弯矩（5）计算各梁的梁端弯矩（6）计算各梁的梁端剪力（7）计算各柱的轴力,四、水平地震作用下框架内力分析,五、竖向荷载作用下的框架内力计算,计算方法：（1）分层法（2）二次弯矩分配法竖向荷载作用下
22、，可以考虑塑性内力重分布，进行弯矩调幅，一般降低梁端负弯矩，相应的跨中弯矩应增加 现浇框架，调幅系数可取0.80.9 装配整体式框架，可取0.70.8 按抗震规范规定，当地震荷载与竖向荷载组合时，活荷载应予以折减。考虑到组合时有可能仅取竖向荷载下的内力为最不利，而这时活荷载又不能折减，因此在竖向荷载作用下分析框架内力时，仍采用使用阶段的全部荷载。,在进行竖向荷载作用下的框架内力分析时，除活载较大的工业厂房外，对一般民用建筑，可不考虑活荷载的最不利布置活荷载按满布考虑。此时，梁的跨中弯矩可根据具体情况，乘以1.11.2的放大系数。,当与地震荷载组合时，其相应的竖向荷载应取全部的恒载及经折减后的活
23、载，并由此计算框架竖向荷载作用下的内力。,六、梁柱内力组合,在框架抗震设计时，一般应考虑以下两种基本组合。（1）地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合,相应于水平地震作用下重力荷载代表值的效应,水平地震作用标准值的效应；,（2）竖向荷载效应组合，取全部恒载与活载组合,由恒载标准值产生的内力,由活载标准值产生的内力,取上述最不利情况作为截面设计用的内力设计值,5.5 框架梁、柱、节点设计,一、一般设计原则,为防止钢筋混凝土房屋遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，不致于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。,结构顶点屈服位移,结构顶点弹塑
24、性位移限值,结构顶点延性系数 34,框架和框架抗震墙结构顶点位移是由楼层的层间位移ue 累积产生的，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、柱的延性是以截面塑性铰的转动能力来度量的，因此，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结构。,梁、柱塑性铰的设计，应遵循下述原则：,（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，尽量避免或减少在柱中出现，因为塑性铰在柱中出现，很容易形成几何可变体系而倒塌。,（2）强剪弱弯：对梁、柱构件而言，要保证构件出现塑性铰，而不过早地发
25、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：为保证延性结构的要求，在梁、柱塑性铰充分发挥作用之前，框架节点、钢筋的锚固不应过早地发生破坏。,弱柱型,弱梁型,框架梁抗震设计的设计原则：1)、梁端先于柱端产生塑性铰，并使塑性铰具有较好的延性和耗能能力 2)、应防止梁端截面先发生脆性的剪切破坏，即梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力，3)、妥善解决梁筋锚固问题,二、框架梁的设计,1、梁截面尺寸的要求 1)若梁宽高比过小，梁截面抗剪能力下降，侧向稳定性不易保证，不利于形成梁铰型破坏机制 2）梁宽度过小，不利于梁对节点核
26、心区的约束 3）梁净跨与截面高度之比过小，易产生脆性的剪切破坏，降低梁的延性 截面尺寸的要求：梁宽200mm；梁宽/柱宽1/2 梁的高宽比4；梁净跨/截面高4,2、梁混凝土和钢筋等级 当框架梁按一级抗震等级设计时，其混凝土强度等级不宜低于C30;当按二、三抗震等级设计时，其混凝土强度等级不宜低于C20。梁的纵向受力钢筋宜采用HRB400级、HRB335级热轧钢筋；箍筋宜采用HRB400级、HRB335和HPB235级热轧钢筋。,、框架梁正截面受弯承载力验算梁的纵筋配置应符合下列要求：为保有足够的转动能力，避免剪跨比较大的梁在未达到延性要求之前，梁端下部受压区混凝土过早达到极限压应变而破坏，提高
27、梁的延性，抗震规范规定，梁截面梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%；梁端截面最大配筋率应使梁端截面的受压区相对高度（即截面受压区高度与有效高度比）应满足：一级不应大于0.25，二、三级不应大于0.35;梁端或任何可能屈服截面处，下部与上部配筋量的比值，一级不应小于0.5,二三级不应小于0.3,沿梁全长顶面和底面的配筋，一二级不应少于 且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4，三四级不应少,一、二级框架梁内贯通中柱节点的每根纵向钢筋直径，对矩形截面不宜大于柱在该方向截面尺寸的1/20；对圆形截面，不宜大于纵向钢筋所在位置柱截面弦长的1/20。,、框架梁抗剪承载力验算梁剪力
28、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，使构件的受剪承载力大于构件弯曲屈服时实际达到的剪力值：,9度和一级框架结构尚应符合：,一、二、三级框架梁,式中,-梁在重力荷载代表值（9度时高层建筑还应包括竖向地震作用标准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值；,-分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值;,-梁的剪力增大系数，一级为1.3,二级为1.2,三级为1.1。,-梁的净跨；,-分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积(考虑受压筋)和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值,剪压比限值剪压比：截面内平均剪
29、应力与混凝土轴心抗压强度设计值之比，即以V/fcbho 表示。若剪压比过大,混凝土会过早发生脆性的斜压破坏,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，也就是限制截面尺寸不过小。规范规定：对跨高比大于2.5的框架梁，其截面尺寸与剪力设计值应符合,一般受弯构件当截面尺寸满足此要求时，可以防止在使用荷载下出现过宽的斜裂缝。对跨高比不大于2.5的框架梁，其截面尺寸与剪力设计值应符合：,-梁端部截面组合的剪力设计值；,-梁的截面有效高度；,-混凝土轴心抗压强度设计值；,-梁的截面宽度；,-承载力抗震调整系数。,斜截面承载力验算抗震设计的梁受剪承载力由混凝土和抗剪钢筋两部分组成。试
30、验表明：在反复荷载作用下，混凝土的抗剪承载力有所下降，约,矩形、T形和工字形截面框架梁,对集中荷载作用下的框架梁,三、框架柱的设计,柱是框架结构中最主要的承重构件，即使是个别柱的失效，也可能导致结构全面倒塌；另外柱是压、弯、剪构件，它的变形能力不如以弯曲作用为主的梁。要使框架结构具有较好的抗震性能，应该确保柱有足够的强度和必要的延性。为此应遵守以下抗震设计的原则：、强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰；、在弯曲破坏前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力；、控制柱的轴压比不要太大；、加强约束，配置必要的约束箍筋。,1、柱的截面尺寸要求1）柱截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱直径不宜小于350mm
31、2）柱截面长边和短边的边长不宜大于33）柱剪跨比宜大于2，圆柱截面可按等面积的方形截面进行计算，以避免形成易发生脆性破坏的短柱2、柱的混凝土和钢筋等级与梁的相同,、框架柱正截面承载力计算根据前述内力组合求出框架柱的控制截面的内力最不利组合，再考虑按强柱弱梁的原则调整柱端弯矩设计值，得到框架柱控制截面的内力组合值，然后按一般钢筋混凝土结构构件进行配筋计算。按强柱弱梁原则调整柱端弯矩设计值“强柱弱梁”的概念要求为在强烈地震作用下，塑性铰首先出现在梁上，即要求结构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、三级框架的梁柱节点处，除顶层柱和柱轴压比小于0.15者外，柱端组合弯矩设计
32、值应符合下列公式要求：,-节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和；,-节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；,-柱端弯矩增大系数，一级为1.4，二级为1.2，三级为1.1。,对顶层柱和柱轴压比小于0.15的，认为其具有与梁相近的变形能力，故不考虑上述调整。,9度和一级框架结构尚应符合：,-节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积（考虑受压筋）和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值之和；,由于框架底层柱根部截面极限抗弯承载能力对整体框架的延性起控制作用。柱脚过早出现塑性铰，会影响整个框架塑性机制的发展，另外随着底层梁铰的出现，底层柱根部弯矩也有
33、所增大，底层柱的计算长度、反弯点位置也具有更大的不确定性，为延缓底层柱底截面塑性铰的发生，使整个结构的塑性发展更充分，故应适当加强底层柱的抗弯能力。,为此，规范规定：）一、二、三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1.5、1.25、1.15。底层柱纵向钢筋宜按上下端的不利情况配置。底层指无地下室的基础以上或地下室以上的首层。）一、二、三级框架的角柱，应在以上调整后的组合弯矩设计值的基础上再乘以不小于1.10的增大系数。,控制柱的轴压比,N为组合轴压力设计值；b、h为柱的短长边；fc为混凝土抗压强度设计值。,轴压比：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
34、比,即：,它是控制偏心受拉边钢筋先达到抗拉强度，还是受压区混凝土先达到其极限压应变的主要指标,规范规定：柱轴压比不应超过下表，但类场地上的较高高层建筑柱轴压比限值应适当减小。,轴压比大小是影响柱破坏形态和变形性能的重要因素受压构件的延性随轴压比增加而减小。因此必须控制轴压比，以保证柱具有一定的延性。,柱的纵向配筋应符合下列要求：,(a)宜对称布置；,(b)截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm;,(c)纵向钢筋的最小配筋率应按下表采用。,(d)柱的总配筋率不应大于5%。,(e)一级且剪跨比大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%,并宜沿柱全高采用复合箍筋；,、框架柱斜
35、截面受剪承载力计算为实现“强剪弱弯”的原则，即保证柱在塑性铰区的抗剪承载力大于抗弯承载力，不至于过早出现剪切破坏，应对柱的截面剪力进行调整。柱端剪力设计值调整,(f)柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区,(g)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%。,9度和一级框架结构尚应符合：,一、二、三级框架柱,-梁的剪力增大系数，一级为1.4，二级为1.2，三级为1.1。,-分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值;,-柱的净高；,-分别为偏心受压柱的上、下端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对
36、应的弯矩值；,剪压比限值剪压比：截面内平均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值之比，即以V/fcbho 表示。为防止由于剪压比过大，混凝土过早发生脆性破坏，使箍筋不能充分发挥作用，因此必须限制剪压比，即构件最小截面尺寸的限制条件。,规范规定：对剪跨比大于2的矩形截面框架柱其截面尺寸与剪力设计值应符合,对剪跨比不大于2的框架短柱，其截面尺寸与剪力设计值应符合,剪跨比的表达式：,对框架结构的中间层可按柱净高与2倍柱截面有效高度之比计算,Mc为柱端截面组合的弯矩设计值，取上、下端弯矩较大值,柱斜截面受剪承载力框架结构在反复荷载作用下,框架柱的斜截面破坏形式有斜拉、斜压和剪压等几种破坏形态。当配箍率能满足
37、一定要求时，可防止斜拉破坏；当截面尺寸满足一定要求时，可防止斜压破坏。而对剪压破坏，应通过配筋计算来防止。,偏压构件：,偏拉构件：,-计算剪跨比，当框架柱的反弯点在柱层高范围内时，可取Hn/2h0，当3时，取3；当1时，取1,-考虑地震作用组合的柱轴向压力或拉力设计值，当N0.3fcA时，取N=0.3fcA,四、框架节点的设计,框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏。,节点主要受剪力和压力的组合作用，节点核心区未开裂前，箍筋应力很小，基本上是混凝土承受剪力。约当剪力达到核心区极限抗剪能力6070%时，混凝土突然发生对角贯通裂缝，节点刚度明显降低，箍筋应力也突然增大，个别甚至屈
38、服，此后斜裂缝增多赠宽，箍筋陆续达到屈服。,节点区的破坏与交于节点的梁、柱破坏顺序有关，弱柱强梁型的节点区破坏严重。,直交梁对节点核心区有明显约束作用。满足一定条件的四边有梁的节点，核心区混凝土抗剪强度可提高50100%。节点区的破坏与交于节点的梁、柱破坏顺序有关，弱柱强梁型的节点区破坏严重。,根据强节点的设计要求，框架节点的设计准则是：,（1）为防止梁、柱破坏之前出现节点核心区的破坏，必须保证节点的承载力不应低于其连接构件（梁、柱）的承载力；,（2）多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；,（4）节点配筋不应使施工过分困难。,（3）罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递；,1.节点核心区受剪承载力的验算,（1）节点核心区组合的剪力设计值,9度和一级框架尚应符合,（2）框架节点核心区截面受剪承载力的验算,一、二级框架：,9度时,三、四级框架节点核心区可不进行抗震验算，但应符合构造措施的要求。,
