框架梁柱设计及步骤.ppt

第六章第六章 钢筋混凝土框架构件设计钢筋混凝土框架构件设计12/31/20221框架内力组合及最不利内力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抗震设计的延性要求框架抗震设计的延性要求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梁截面设计和配筋构造框架梁截面设计和配筋构造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柱截面设计和配筋构造框架柱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框架节点核心区截面设计框架节点核心区截面设计框架节点核心区截面设计12/31/20222 6.1 延性框架的概念设计延性框架的概念设计1 1、延性结构设计原则、延性结构设计原则（1 1）强柱弱梁（或强墙弱梁）强柱弱梁（或强墙弱梁）要要控控制制梁梁、柱柱的的相相对对强强度度，使使塑塑性性铰铰首首先先在在梁梁端端出出现现，尽尽量避免或减少柱子中的塑性铰量避免或减少柱子中的塑性铰（2 2）强剪弱弯）强剪弱弯（3 3）强节点、强锚固）强节点、强锚固（4 4）局部加强）局部加强（5 5）限制轴压比，加强柱箍筋对混凝土的约束）限制轴压比，加强柱箍筋对混凝土的约束2 2、保证延性的抗震措施、保证延性的抗震措施（1 1）先划分抗震等级（分四个等级）先划分抗震等级（分四个等级）（2 2）根据抗震等级，按延性设计原则控制）根据抗震等级，按延性设计原则控制计算：内力调整计算：内力调整构造：截面尺寸、主筋、箍筋、锚固等要求构造：截面尺寸、主筋、箍筋、锚固等要求12/31/20223在在“小小震震不不坏坏、中中震震可可修修、大大震震不不倒倒”的的抗抗震震设设计计原原则则下下，地地震震区区的的结结构构都都应应该该设设计计成成延延性性结结构构。即即在在中中等等地地震震下下，允允许许结结构构某某些些部部位位出出现现塑塑性性铰铰。只只要要进进行行合合理理的的延延性性结结构构设设计计，结结构构可可以以通通过过塑塑性性变变形形消消耗耗地地震震能量，做到能量，做到“大震不倒大震不倒”（而不是靠承载力抵抗大震）（而不是靠承载力抵抗大震）6.1 延性框架的概念设计延性框架的概念设计12/31/20224框框架架柱柱的的轴轴压压比比限限值值 (影影响响柱柱承载力和延性的参数承载力和延性的参数)N N 6.1 延性框架的概念设计延性框架的概念设计12/31/20225 6.2 框架梁抗震设计框架梁抗震设计 6.2.1 框梁破坏形态与延性框梁破坏形态与延性梁的破坏类型（弯曲、剪切破坏）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抗弯设计梁截面配筋与延性梁截面配筋与延性受压区高度小，延性好受压区高度小，延性好受压钢筋能改善延性（要求一定量的受压钢筋）受压钢筋能改善延性（要求一定量的受压钢筋）梁截面抗弯验算梁截面抗弯验算12/31/20226 6.2 框架梁抗震设计框架梁抗震设计6.2.3 梁的抗剪验算梁的抗剪验算框梁箍筋与延性框梁箍筋与延性满足强剪弱弯要求满足强剪弱弯要求满足抗震构造措施要求满足抗震构造措施要求剪力设计值剪力设计值12/31/20227剪力设计值剪力设计值 框架梁强剪弱弯调整：框架梁强剪弱弯调整：一、二、三级需调整，四级不调整一、二、三级需调整，四级不调整9 9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合 分分别别为为梁梁左左右右端端逆逆时时针针或或顺顺时时针针方方向向截截面面组组合合的的弯弯矩矩设设计计值值。当当抗抗震震等等级级为为一一级级且且梁梁两两端端弯弯矩矩均均为为负负弯弯矩矩时时，绝绝对对值较小一端的弯矩应取零值较小一端的弯矩应取零 梁剪力增大系数，一、二、三级分别取梁剪力增大系数，一、二、三级分别取1.3、1.2、1.1 梁的净跨梁的净跨 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分析的梁端截面剪力设计值 6.2 框架梁抗震设计框架梁抗震设计6.2.3 梁的抗剪验算梁的抗剪验算12/31/20228框架梁受剪承载力框架梁受剪承载力无地震作用组合时无地震作用组合时集中荷载为主的梁集中荷载为主的梁 6.2 框架梁抗震设计框架梁抗震设计6.2.3 梁的抗剪验算梁的抗剪验算12/31/20229 6.2 框架梁抗震设计框架梁抗震设计6.2.3 梁的抗剪验算梁的抗剪验算地震作用组合时地震作用组合时集中荷载为主的梁集中荷载为主的梁12/31/2022106.2.4 框架梁构造要求1 1、框架梁设计应符合下列要求、框架梁设计应符合下列要求（1 1）纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋的的最最小小配配筋筋率率，非非抗抗震震设设计计时时不不应应小小于于0.2和和 二二者者的的较较大大值值；抗抗震震设设计计时时，不不应应小小于于规规范范规规定数值定数值12/31/202211（2 2）框架梁截面配箍率）框架梁截面配箍率 A As s为为单单肢肢箍箍筋筋截截面面面面积积，n n为为肢肢数数，s s为为箍箍筋筋梁梁跨跨方方向向间间距距，b b为梁宽为梁宽（3 3）箍筋构造）箍筋构造（箍筋加密要求、直径和间距）（箍筋加密要求、直径和间距）箍筋加密区长度箍筋加密区长度:(:(一级一级),(),(二四级二四级)第一个箍筋应设置在距支座边缘第一个箍筋应设置在距支座边缘50mm处处箍箍筋筋加加密密区区范范围围内内的的箍箍筋筋肢肢距距：一一级级 200mm200mm和和2020倍倍箍箍筋筋直直径径的的较较大大值值，二二、三三级级 250mm和和20倍倍箍箍筋筋直直径径的的较较大大值值，四级不宜大于四级不宜大于300mm箍箍筋筋应应有有1351350 0弯弯钩钩，弯弯钩钩端端头头直直段段长长度度不不应应小小于于1010倍倍箍箍筋筋直直径和径和75mm75mm的较大值的较大值6.2.4 框架梁构造要求12/31/202212 6.3 框架柱抗震设计框架柱抗震设计6.3.1 6.3.1 柱延性影响因素柱延性影响因素箍筋箍筋剪跨比剪跨比剪跨比反映了柱端弯矩和剪力的相对大小剪跨比反映了柱端弯矩和剪力的相对大小剪跨比大于剪跨比大于2 2为长柱。为长柱。箍筋的箍筋的3个作用：抗剪、约束混凝土、防止纵近压屈。个作用：抗剪、约束混凝土、防止纵近压屈。轴压比轴压比12/31/202213 6.3 框架柱抗震设计框架柱抗震设计6.3.1 6.3.1 柱延性影响因素柱延性影响因素箍筋箍筋s箍筋单肢面积 箍筋总长箍筋包围的混凝土核心面积的两个边长箍筋间距体积配箍率体积配箍率12/31/202214 框架柱压弯承载力验算1 1、轴力、弯矩设计值、轴力、弯矩设计值（9度、一级）度、一级）节节点点上上下下柱柱端端截截面面顺顺时时针针或或逆逆时时针针方方向向组组合合弯弯矩矩设设计计值值之之和和，上上下下柱柱端端的的弯弯矩矩设设计计值值，可可按按弹弹性性分分析析的的弯弯矩矩比比例例进进行分配行分配 节节点点左左右右梁梁端端截截面面顺顺时时针针或或逆逆时时针针方方向向组组合合弯弯矩矩设设计计值值之之和和，当当抗抗震震等等级级为为一一级级且且节节点点左左右右梁梁端端均均为为负负弯弯矩矩时时，绝绝对值较小的弯矩取为零对值较小的弯矩取为零 柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取1.4 1.2 1.1（一、二、三级）（一、二、三级）（1）强柱弱梁）强柱弱梁12/31/202215（3）角柱：上述调整后的弯矩设计值再乘）角柱：上述调整后的弯矩设计值再乘1.1增大系数。增大系数。部分框支剪力墙结构的框支柱内力调整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 2、柱正截面受弯承载力验算：按压弯构件计算、柱正截面受弯承载力验算：按压弯构件计算 受剪承载力验算强剪弱弯调整强剪弱弯调整（适用于一、二、三级框架）（适用于一、二、三级框架）9 9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合 分别为柱上下端顺时针或逆向组合的弯矩设计值分别为柱上下端顺时针或逆向组合的弯矩设计值1 剪力设计值剪力设计值2 受剪承载力受剪承载力根据实配根据实配钢筋和强钢筋和强度标准值度标准值计算计算12/31/202217 框架柱构造1 1 最小截面尺寸（防止斜压破坏）最小截面尺寸（防止斜压破坏）2 2 纵向钢筋纵向钢筋3 3 轴压比限值轴压比限值12/31/202218 框架柱构造4 4 箍筋要求箍筋要求(1)(1)箍箍筋筋加加密密区区的的箍箍筋筋肢肢距距，一一级级不不宜宜大大于于200mm200mm，二二三三级级不不宜宜大大于于250mm250mm和和2020倍倍箍箍筋筋直直径径的的较较大大值值，四四级级不不宜宜大大于于300mm300mm。(2)(2)柱箍筋加密区范围：柱箍筋加密区范围：底底层层柱柱的的上上端端和和其其他他各各层层柱柱的的两两侧侧，应应取取矩矩形形截截面面柱柱之之长长边边尺尺寸寸（或或圆圆形形截截面面柱柱之之直直径径）、柱柱净净高高之之1/61/6和和500mm500mm三三者之最大值范围；者之最大值范围；底层柱刚性地面上下各底层柱刚性地面上下各500mm500mm范围；范围；底层柱柱根以上底层柱柱根以上1/31/3柱净高的范围；柱净高的范围；剪跨比不大于剪跨比不大于2 2的柱全高范围；的柱全高范围；一级及二级框架角柱的全高范围；一级及二级框架角柱的全高范围；(3)箍筋最大间距与箍筋最大间距与最小直径最小直径12/31/202219体积配箍率体积配箍率箍筋箍筋s箍筋单肢面积 箍筋总长箍筋包围的混凝土核心面积的两个边长箍筋间距体积配箍率体积配箍率12/31/202220框架梁、柱设计步骤1 1、框架梁的截面尺寸、框架梁的截面尺寸 主梁截面高度主梁截面高度 ：主梁计算跨度：主梁计算跨度步骤一：步骤一：结构布置结构布置步骤二步骤二：截面初选：截面初选2 2、框架柱的截面尺寸、框架柱的截面尺寸矩矩形形截截面面柱柱的的边边长长，非非抗抗震震设设计计不不宜宜小小于于250mm250mm，抗抗震震设设计不宜小于计不宜小于300mm300mm，圆柱截面直径不宜小于圆柱截面直径不宜小于350mm350mm12/31/202221框架梁、柱设计步骤步骤三：步骤三：汇集荷载及荷载计算汇集荷载及荷载计算竖向恒荷载竖向恒荷载竖向活荷载竖向活荷载水平风荷载水平风荷载地震作用地震作用步骤四：内力计算步骤四：内力计算竖向恒荷载作用下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竖向活荷载作用下内力计算水平风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地震作用下内力计算12/31/202222框架梁、柱设计步骤五八步骤六：步骤六：控制截面及控制截面内力调整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：侧移验算步骤五：侧移验算侧移不满足要求回到步骤一侧移不满足要求回到步骤一12/31/202223步骤六步骤六 组合前的内力调整组合前的内力调整（1 1）将梁柱轴线端内力调）将梁柱轴线端内力调整至构件边缘端（控制整至构件边缘端（控制截面）的内力，当梁柱截面）的内力，当梁柱截面高度较小时，此项截面高度较小时，此项调整可略去（偏安全）调整可略去（偏安全）12/31/202224（2 2）竖向荷载（只限于竖向荷载）可考虑梁端出现塑铰产生）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，对于现浇梁可取支座负弯矩调整系数，对于现浇梁可取0.80.9，支座弯矩，支座弯矩确定后，为了安全，跨中弯矩必须满足两个要求确定后，为了安全，跨中弯矩必须满足两个要求 按简支梁计算时跨中弯矩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经内力调整并组合后的支座弯矩步骤六步骤六 组合前的内力调整组合前的内力调整12/31/202225框架梁、柱设计步骤步骤七：步骤七：内力组合、确定最不利内力内力组合、确定最不利内力（恒荷载起控制，无风恒荷载起控制，无风）（活活荷载起控制，有风荷载起控制，有风）（风风荷载起控制，有风荷载起控制，有风）（地震作用地震作用起控制起控制）12/31/202226框架柱：框架柱：上下端上下端框架梁、柱设计步骤框架梁、柱设计步骤步骤七：步骤七：内力组合、确定最不利内力框架梁：框架梁：两端支座两端支座 跨中跨中在恒、活、风及地震作在恒、活、风及地震作用分别计算内力后，要用分别计算内力后，要按照按照“可能与最不利可能与最不利”的原则进行内力组合的原则进行内力组合目的：求出控制截面的目的：求出控制截面的最不利内力最不利内力12/31/202227框架梁、柱设计步骤步骤八：步骤八：截面尺寸验算截面尺寸验算1 1、框架梁受剪截面应符合下列要求、框架梁受剪截面应符合下列要求无地震作用组合时无地震作用组合时有地震作用组合时有地震作用组合时跨高比大于跨高比大于2.52.5的梁及剪跨比大于的梁及剪跨比大于2 2的柱的柱 砼砼强强度度影影响响系系数数，强强度度等等级级不不大大于于C50时时取取1.0；当当为为C80时取时取0.8；在；在C50和和C80之间时可按线性内插取用之间时可按线性内插取用跨高比不大于跨高比不大于2.52.5的梁及剪跨比大于的梁及剪跨比大于2 2的柱的柱12/31/2022282 2、框架柱截面应符合下列要求、框架柱截面应符合下列要求柱剪跨比不宜小于柱剪跨比不宜小于2 2柱截面高宽比不宜大于柱截面高宽比不宜大于3 3剪跨比剪跨比影响钢筋混凝土柱破坏形态的重要参数影响钢筋混凝土柱破坏形态的重要参数 长柱，发生弯曲破坏长柱，发生弯曲破坏 短柱，发生剪切破坏短柱，发生剪切破坏 极短柱，发生剪切斜拉破坏极短柱，发生剪切斜拉破坏注意：轴压比和剪跨比是影响柱延性的重要参数注意：轴压比和剪跨比是影响柱延性的重要参数框架梁、柱设计步骤框架梁、柱设计步骤步骤八：步骤八：截面尺寸验算截面尺寸验算12/31/202229框架梁、柱设计步骤1 1、框架梁强剪弱弯调整、框架梁强剪弱弯调整一、二、三级抗震需调整，四级无需调整一、二、三级抗震需调整，四级无需调整9 9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合 分分别别为为梁梁左左右右端端逆逆时时针针或或顺顺时时针针方方向向截截面面组组合合的的弯弯矩矩设设计计值值。当当抗抗震震等等级级为为一一级级且且梁梁两两端端弯弯矩矩均均为为负负弯弯矩矩时时，绝绝对对值较小一端的弯矩应取零值较小一端的弯矩应取零 梁剪力增大系数，一、二、三级分别取梁剪力增大系数，一、二、三级分别取1.31.3、1.21.2、1.11.1 梁的净跨梁的净跨 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分析的梁端截面剪力设计值步骤九步骤九：延性设计调整：延性设计调整12/31/202230框架梁、柱设计步骤2 2、强柱弱梁调整、强柱弱梁调整（适用于一、二、三级框架）（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度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合 节节点点上上下下柱柱端端截截面面顺顺时时针针或或逆逆时时针针方方向向组组合合弯弯矩矩设设计计值值之之和和，上上下下柱柱端端的的弯弯矩矩设设计计值值，可可按按弹弹性性分分析析的的弯弯矩矩比比例例进行分配进行分配 节节点点左左右右梁梁端端截截面面顺顺时时针针或或逆逆时时针针方方向向组组合合弯弯矩矩设设计计值值之之和和，当当抗抗震震等等级级为为一一级级且且节节点点左左右右梁梁端端均均为为负负弯弯矩矩时时，绝对值较小的弯矩取为零绝对值较小的弯矩取为零 柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取1.4、1.2、1.1步骤九步骤九：延性设计调整：延性设计调整12/31/202231 框架梁、柱设计步骤3 3、框架柱强剪弱弯调整、框架柱强剪弱弯调整（适用于一、二、三级框架）（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度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合 分分别别为为柱柱上上下下端端顺顺时时针针或或逆逆时时针针方方向向截面组合的弯矩设计值截面组合的弯矩设计值4 4、构造要求、构造要求抗震设计时，一、二、三级框架结构的抗震设计时，一、二、三级框架结构的底层柱底截面底层柱底截面的弯矩的弯矩设计值，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1.51.5、1.251.25和和 1.15 1.15的乘积。的乘积。步骤九步骤九：延性设计调整：延性设计调整12/31/202232框架梁、柱截面设计步骤步骤十：步骤十：抗弯承载力计算抗弯承载力计算1 1、框架梁抗弯承载力计算、框架梁抗弯承载力计算无地震作用组合时无地震作用组合时 由矩形截面受弯极限状态平衡条件可以得到由矩形截面受弯极限状态平衡条件可以得到12/31/202233框架梁、柱截面设计步骤步骤十：抗弯承载力计算步骤十：抗弯承载力计算地震作用组合时地震作用组合时 抗震设计时梁两端受压区高度限制具体要求如下：一级抗震一级抗震 X X0.25h0.25h0 0b b0 0 ，AsAsAsAs0.50.5；二、三级抗震二、三级抗震 X X0.35h0.35h0 0b b0 0，AsAsAsAs0.3 0.3 12/31/202234框架梁、柱截面设计步骤步骤十：抗弯承载力计算步骤十：抗弯承载力计算2 2、框架柱抗弯承载力计算、框架柱抗弯承载力计算无地震作用组合时无地震作用组合时 假定大偏心地震作用组合时地震作用组合时 12/31/202235 6.4 框架梁、柱截面设计和配筋构造抗剪承载力计算步骤十一步骤十一：抗剪承载力计算：抗剪承载力计算有拉力情况下有拉力情况下无地震作用组合时无地震作用组合时地震作用组合时地震作用组合时12/31/202236框架梁、柱截面设计步骤步骤十二步骤十二：构造要求：构造要求12/31/202237