钢筋砼框架结构房屋毕业设计指导书(9)

2019-08-29 23:44

剪力V为各种荷载作用下的柱端剪力。

抗震设计时,一 、二、三级的框架柱和框支柱端部组合的剪力设计值应按下式调整:

V=ηvc(Mcl+Mcr)/Hn

一级框架和9度时尚应符合

V=1.2(Mcual+Mcuar)/Hn

式中,V为柱端截面组合的剪力设计值;Hn为柱的净高; Mcl、Mcr 分别为柱上下端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值,应符合上述柱端弯矩设计值调整的要求;Mcual、Mcuar 分别为偏心受压柱的上下端顺时针或反时针方向根据实配钢筋面积、材料强度标准值和轴压力等计算的抗震受弯承载力所对应的弯矩值;ηvc为柱端剪力增大系数,一级为1.4,二级为1.2,三级为1.1。

Mcl与Mcr 之和以及Mcual与Mcuar之和,应分别按顺时针和反时针方向进行计算,并取较大值。

7、 框架角柱地震作用效应的调整

由地震引起的建筑结构扭转会使角柱地震作用效应明显增大,故应对角柱的地震作用效应予以调整。一、二、三级框架的角柱,经过上述调整后的组合弯矩设计值、剪力设计值尚应乘以不小于1.10的增大系数。

应当注意的是,控制截面是指构件端部截面,而不是轴线截面。在截面配筋计算时也采用构件端部截面的内力,而不是轴线处的内力。因此,在内力组合前要经过换算,求出端部截面的内力。

内力组合时,无地震作用和有地震作用要分别组合。

内力组合时,还应注意前面计算所得出的内力值是设计值还是标准值,不能混淆。

3.3.7 结构构件截面设计和构造要求 由荷载到构件截面设计的流程图如下: 恒载 活载 风载 等效地震荷载 弹性静力计算 构件内力 构件内力 构件内力 构件内力 内力组合 构件截面 内力设计 图 构件截面设计流程图

(一)构件配筋计算

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框架结构截面配筋设计包括梁、柱及节点的配筋计算。通过内力组合求得梁、柱构件各控制截面的最不利内力设计值并进行必要的调整后,即可对其进行截面配筋计算和采取构造措施。

(一)、设计要点

1、非抗震设计

非抗震结构在外荷载作用下,结构处于弹性阶段或仅有微小裂缝,构件设计主要满足承载力要求。当不考虑地震作用进行框架结构设计时,框架梁柱的正截面、斜截面配筋计算分别与普通钢筋混凝土受弯和偏心受压构件的配筋计算方法相同。

在配筋计算过程中,应注意以下问题:

(1)当楼板与框架整浇时,框架梁跨中按T形截面计算,支座处按矩形截面计算。

(2)梁的柱边控制截面在计算时,应将梁柱轴线交点处的内力值换算成柱边的内力值,作为梁配筋计算的内力值。

(3)柱的控制截面在梁底(柱上端)和梁顶(柱下端),按轴线求得的柱端内力宜换算到控制截面处。为简化起见,可采用轴线处内力值,柱钢筋用量会略微增加。

(4)框架柱除平面内按偏心受压计算外,尚应对平面外按轴心受压柱验算。 2、抗震设计

为使框架结构在地震作用下可以设计成具有较好变形能力,良好的耗能能力以及在强震下结构不倒塌的延性框架,钢筋混凝土结构的“塑性铰控制”理论在设计中发挥着愈来愈重要的作用,其要点为:

① 钢筋混凝土结构可以通过选择合理截面形式及配筋构造控制塑性铰出现部位;

② 抗震延性结构应当选择并设计有利于抗震的塑性铰部位。有利是指一方面要求塑性铰本身有较好的塑性变形能力和吸收耗散能量的能力,另一方面要求这些塑性铰能使结构具有较大的延性而不会造成其他不利后果,如不会使结构局部破坏或出现不稳定现象;

③ 在预期出现塑性铰的部位,应通过合理的配筋构造增大它的塑性变形能力,防止过早出现脆性的剪切及锚固破坏,在其它部位,也要防止过早出现剪切及锚固破坏。

根据这一理论,钢筋混凝土延性框架设计的基本措施有: ① 塑性铰应尽可能出现在梁的两端,设计成强柱弱梁框架;

② 避免梁、柱构件过早剪切破坏,在可能出现塑性铰的区段内,应设计成强剪弱弯;

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③ 避免出现节点区破坏及钢筋锚固破坏,要设计成强节点弱构件。 1、 强柱弱梁设计(控制塑性铰的位置)

多层框架的柱端破坏比梁端破坏的后果严重的多,应使梁端首先出现塑性铰,使框架的内力重分布,增大结构极限变形,吸收较多的能量,保证结构整体具有较好的抗震性能。

“强柱弱梁”就是指节点处柱端实际受弯承载力大于梁端实际受弯承载力。 强柱弱梁设计有以下主要措施:

1)调整柱设计弯矩。《设计规范》规定一、二、三级框架的梁柱节点处,除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外,柱端组合的弯矩设计值应符合下式的要求:

∑Мc=ηc∑Μb

一级框架结构及9度设防时,尚应符合下式的要求:

∑Мc=1.2∑Мbua

式中:∑Мc为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;∑Μb为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,一级框架节点左右梁端均为负弯矩时,绝对值较小的弯矩应取零;∑Мbua为节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值之和,根据实配钢筋面积(计入受压筋)和材料强度标准值确定;ηc为柱端弯矩增大系数,一级取1.4,二级取1.2,三级取1.1。

2)加大底层柱的弯矩:为防止底层柱的柱底过早的出现塑性屈服,规范规定,一、二、三级框架结构的底层(指无地下室的基础以上或地下室以上的首层),柱下端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。底层柱的纵向钢筋宜按上下端的不利情况配置。

3)提高角柱的弯矩设计值:当房屋的刚度中心与质量中心不一致时,在横向地震作用下将发生扭转,角柱将承受较大的内力,因此,角柱宜按双向偏心计算。一、二、三级框架结构角柱的内力设计值应乘以相应的增大系数。

4)限制柱的轴压比:柱的轴压比是影响柱延性的重要因素之一,轴压比大,常发生小偏压破坏;轴压比小,常发生大偏压破坏。为了防止在地震时,柱子发生脆性破坏,一般应控制在大偏压的范围内,以保证柱子有一定的延性。

5)保证柱内配筋不小于最小配筋率:为了避免在地震作用下,框架柱过早的屈服,框架柱截面的纵向钢筋配筋率,不应小于最小配筋率。为了抵抗来自不同方向的地震作用,宜采用对称配筋。柱内箍筋间距也不宜大于200㎜,通常采用100㎜。

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6)限制梁的受压区高度:控制梁端砼受压区高度的目的是控制塑性铰区纵向受拉钢筋的配筋率不要过大,以保证框架梁有足够的曲率延性。规范要求,梁纵向钢筋的配筋率均不应大于2.5%;一级抗震设计ξ=x/ho≤0.25;二、三级抗震设计ξ≤0.35。

2、强剪弱弯设计(控制构件的破坏形态,防止构件过早剪坏)。

为了防止构件端部塑性铰区在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏,要求设计做到“强剪弱弯”,即梁的实际受剪承载力要大于梁屈服时实际达到的剪力;为了防止柱端塑性铰区在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏,柱的受剪承载力也要大于柱屈服时实际达到的剪力。设计时就是把按弹性方法算得的剪力值乘以放大系数,用放大后的剪力值作为剪力设计值去验算斜截面受剪承载力。

强剪弱弯设计有以下主要措施:

1)提高梁端剪力设计值:规范规定,一、二、三级框架梁,其梁端截面组合的剪力设计值,应进行调整。

2)提高柱端剪力设计值:规范规定,一、二、三级框架柱组合的剪力设计值应进行调整。

3)加密箍筋:《建筑抗震设计规范》规定,一级框架梁端2倍梁高范围内,二、三级框架梁端1.5倍梁高范围内箍筋应加密且加密区的长度不小于500㎜;框架柱两端在1/6柱净高的范围内应加密,且加密区长度不应小于矩形截面长边尺寸(或圆柱直径)及500㎜;底层框架柱在刚性地坪上下各500㎜范围内以及短柱、角柱的全高均应加密。

非加密区的箍筋应不少于加密区箍筋的50%:一、二级抗震设计时,箍筋间距不应大于10d,三、四级抗震设计时箍筋间距不应大于15d。

3、强节点弱构件设计,即合理设计节点区及各部分的连接和锚固,防止节点连接的脆性破坏,保证节点的承载力,主要是节点核芯区的设计。

节点核芯区抗震设计的原则要求是框架节点核芯区不先于梁、柱破坏。 框架节点核芯区的抗震验算应符合下列要求:一、二级框架的节点核芯区,应进行抗震验算;三、四级框架的节点核芯区,可不进行抗震验算,但应符合抗震构造措施的要求。

节点核芯区的抗震验算按以下步骤进行:

1) 计算框架梁柱节点核芯区组合剪力设计值; 2) 确定节点核芯区截面有效验算宽度; 3) 节点核芯区截面抗震受剪承载力验算。 4) 节点核芯区抗震构造要求:

①节点配箍。对节点配箍的构造要求是为节点提供必要的承载力和延性储备。 节点核芯区是施工的难点,通常要求箍筋自底到顶全高配置,梁箍筋可以只配

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到柱边。核芯区内柱箍筋的数量和间距,按加密区考虑。箍筋末端的构造要求是保证箍筋对砼抗压能起到有效的约束做用,当采用拉筋组合箍时,拉筋宜紧靠纵向钢筋并勾住封闭箍。箍筋宜采用焊接封闭箍。

②节点配筋。梁、柱纵筋只允许贯穿节点核芯区,不允许在核芯区内作接头;如果框架梁外伸悬臂梁,则悬臂梁的主筋应由框架梁的主筋向外延伸。

为确保纵向受拉钢筋有可靠的锚固,框架梁端节点的上部钢筋应伸过柱中心线,并尽量伸至柱节点外边再向下弯折,弯折长度应满足锚固长度的要求。框架角节点的梁端负筋,向下弯折进入梁底以下的柱段后方可计算锚固长度;顶层柱端纵筋的上端应水平弯折进入梁体或屋面板后方可计算锚固长度。

(二)、框架梁设计

1、梁正截面受弯承载力计算

根据非抗震设计和抗震设计时结构构件截面承载力设计表达式,梁受弯承载力的设计表达式可写为:

非抗震设计 γ0M≤Mu 抗震设计 γREME≤Mu

式中,M、ME分别为非抗震及抗震设计时梁截面组合的弯矩设计值,Mu为梁截面承载力设计值,γ0为结构重要性系数,γRE为承载力抗震调整系数。

设计时,将γ0 M与γREME进行比较,然后取大者进行配筋计算。对于楼面现浇的框架结构,梁支座负弯矩按矩形截面计算纵筋数量;跨中正弯矩按T形截面计算纵筋数量,跨中截面的计算弯矩,应取该跨的跨间最大正弯矩或支座正弯矩与1/2简支梁弯矩之中的较大者。

按非抗震设计时,梁截面受压区相对高度应满足ξ≤ξb;按抗震设计时,梁端截面受压区相对高度ξ,一级抗震等级不应大于0.25,二、三级不应大于0.35。设计时可先按跨中弯矩计算梁下部的纵向受拉钢筋面积,然后将其深入支座,作为支座截面承受负弯矩的受压钢筋面积A s′,再按双筋矩形截面计算梁上部纵筋面积A s。

2、梁斜截面受剪承载力计算

⑴抗震设计时,梁斜截面受弯承载力按下式计算:对于矩形、T形和工字形截面一般梁

V≤(0.42ftbh0+1.25fyvAsvh0/s)/γRE

集中荷载对梁端产生的剪力占总剪力值的75%以上的矩形截面梁

V≤[1.05ftbh0/(λ+1)+fyvAsvh0/s]/γRE

式中,b、h0为梁截面宽度和有效高度,fyv为箍筋抗拉强度设计值,ft为混凝土抗拉强度设计值,Asv为配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积,s为箍筋间距,λ为计算截面的剪跨比,可取a/ h0,a为集中荷载作用点至节点边缘的距离,当λ小

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