高层建筑结构设计(第四讲)12.ppt
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第四讲第四讲第四讲第四讲钢筋混凝土框架结构设计钢筋混凝土框架结构设计钢筋混凝土框架结构设计钢筋混凝土框架结构设计苏州科技学院苏州科技学院苏州科技学院苏州科技学院土木工程学院土木工程学院土木工程学院土木工程学院二二二二一二一二一二一二年二月年二月年二月年二月内容提要内容提要一、延性梁一、延性梁框架梁的破坏形态与延性框架梁的破坏形态与延性框架梁的受压区高度与延性框架梁的受压区高度与延性框架梁的箍筋与延性框架梁的箍筋与延性框架梁的截面尺寸与延性框架梁的截面尺寸与延性二、延性柱二、延性柱柱的破坏形态与延性柱的破坏形态与延性剪跨比影响柱破坏的主要因素剪跨比影响柱破坏的主要因素轴压比影响柱延性的重要因素轴压比影响柱延性的重要因素设置箍筋提高混凝土极限压应变、改善混凝土延性性能的有效措施设置箍筋提高混凝土极限压应变、改善混凝土延性性能的有效措施柱的加强部位柱的加强部位柱的强剪弱弯柱的强剪弱弯柱的截面尺寸及限制柱截面剪压比柱的截面尺寸及限制柱截面剪压比三、强节点、强锚固三、强节点、强锚固核心区的破坏核心区的破坏节点核心区破坏机理和剪力设计值节点核心区破坏机理和剪力设计值节点核心区混凝土强度等级问题节点核心区混凝土强度等级问题节点区构造改进及塑性铰转移节点区构造改进及塑性铰转移第一节第一节延性梁延性梁一、框架梁的破坏形态与延性一、框架梁的破坏形态与延性梁的破坏梁的破坏可能可能弯曲破坏弯曲破坏(少筋破坏、超筋破坏、适筋破坏)(少筋破坏、超筋破坏、适筋破坏)可能可能剪切破坏剪切破坏(斜拉破坏、剪压破坏、斜压破坏)(斜拉破坏、剪压破坏、斜压破坏)梁剪切破坏是由于剪切承载力不足,出现剪切斜裂缝,在弯曲屈服前梁构件梁剪切破坏是由于剪切承载力不足,出现剪切斜裂缝,在弯曲屈服前梁构件沿斜裂缝剪断而破坏,弯曲屈服前的剪切破坏是脆性破坏沿斜裂缝剪断而破坏,弯曲屈服前的剪切破坏是脆性破坏按按“强剪弱弯强剪弱弯”设计设计“强剪弱强剪弱弯弯”设计设计要求截面的抗剪承载力大于抗弯承载要求截面的抗剪承载力大于抗弯承载力力注意:
注意:
一级、二级、三级框架梁端截面箍筋加密区外的区段,以及四级和非抗一级、二级、三级框架梁端截面箍筋加密区外的区段,以及四级和非抗震框架梁,梁的剪力设计值取最不利组合得到的剪力震框架梁,梁的剪力设计值取最不利组合得到的剪力由于框架梁只在梁端出现塑性铰,在设计中只要求梁端截面抗剪承载力由于框架梁只在梁端出现塑性铰,在设计中只要求梁端截面抗剪承载力高于抗弯承载力高于抗弯承载力利用构件力平衡关系,由组合弯矩计算剪力,再乘以放大系数,作为利用构件力平衡关系,由组合弯矩计算剪力,再乘以放大系数,作为截面的剪力设计值计算箍筋用量截面的剪力设计值计算箍筋用量简化方法简化方法如何真正实现如何真正实现“强剪弱弯强剪弱弯”?
设计剪力大于实际受弯承载力,使梁的受剪承载力大于实际受弯承载力设计剪力大于实际受弯承载力,使梁的受剪承载力大于实际受弯承载力一级的框架结构一级的框架结构和和99度的一级框架梁度的一级框架梁,除符合简化要求外除符合简化要求外,尚应符合下列要求尚应符合下列要求剪剪力力设计值取式(设计值取式(*)和式()和式(*)二者的较大值)二者的较大值保证框架梁保证框架梁“强剪弱弯强剪弱弯”二、框架梁的受压区高度与延性二、框架梁的受压区高度与延性影响梁延性大小的主要因素:
影响梁延性大小的主要因素:
框架结构中,塑性铰首先出现在梁端部,抗震等级越高的框架,要求梁的框架结构中,塑性铰首先出现在梁端部,抗震等级越高的框架,要求梁的延性越大,因而限制梁端部截面受压高度越严格,要求配置的受压钢筋数量延性越大,因而限制梁端部截面受压高度越严格,要求配置的受压钢筋数量也越大也越大在延性框架中过多配置梁的受拉钢筋对延性不利在延性框架中过多配置梁的受拉钢筋对延性不利会减小梁的弯曲塑性铰延性会减小梁的弯曲塑性铰延性会加大屈服时相应的剪力会加大屈服时相应的剪力三、框架梁的箍筋与延性三、框架梁的箍筋与延性框架梁端破坏主要集中在梁端塑性铰区范围内,钢筋屈服是一个区段。
在框架梁端破坏主要集中在梁端塑性铰区范围内,钢筋屈服是一个区段。
在反复荷载作用下,竖向裂缝贯通,斜裂缝交叉,混凝土骨料的咬合作用渐渐反复荷载作用下,竖向裂缝贯通,斜裂缝交叉,混凝土骨料的咬合作用渐渐丧失,主要依靠箍筋和纵筋的销健作用传递剪力,十分不利。
丧失,主要依靠箍筋和纵筋的销健作用传递剪力,十分不利。
在梁的两端设置箍筋加密区在梁的两端设置箍筋加密区抗震设防的框架梁不用弯起钢筋抗剪抗震设防的框架梁不用弯起钢筋抗剪箍筋必须封闭,应有箍筋必须封闭,应有135135oo弯钩,弯钩直段长度弯钩,弯钩直段长度箍筋直径的箍筋直径的1010倍和倍和75mm75mm的较大者的较大者根据试验和震害,梁端的破坏主要集中于(根据试验和震害,梁端的破坏主要集中于(1.52.0)倍梁高的长度)倍梁高的长度范围内;当箍筋间距小于范围内;当箍筋间距小于6d8d(d为纵向钢筋直径)时,混凝土压为纵向钢筋直径)时,混凝土压溃前受压钢筋一般不致压曲,延性较好。
因此,规定了箍筋加密区的溃前受压钢筋一般不致压曲,延性较好。
因此,规定了箍筋加密区的长度,限制箍筋最大肢距。
长度,限制箍筋最大肢距。
抗震等级抗震等级加密区长度加密区长度(采用较大值)(采用较大值)/mm箍筋最大间距箍筋最大间距(采用最小值)(采用最小值)/mm箍筋最小直径箍筋最小直径/mm一一2hb,500hb/4,6d,10010二二1.5hb,500hb/4,8d,1008三三1.5hb,500hb/4,8d,1508四四1.5hb,500hb/4,8d,1506梁端箍筋加密区的长度、箍筋的最大间距和最小直径梁端箍筋加密区的长度、箍筋的最大间距和最小直径注:
注:
1、d-纵向钢筋直径;纵向钢筋直径;hb-梁的截面高度梁的截面高度2、箍筋直径大于、箍筋直径大于12mm、数量不少于、数量不少于4肢且肢距不大于肢且肢距不大于150mm时,一、二级的时,一、二级的最大间距应允许适当放宽,但不得大于最大间距应允许适当放宽,但不得大于150mm。
3、当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时,表中箍筋最小直径数值应增大时,表中箍筋最小直径数值应增大2mm框架梁配筋构造汇总(注意:
框架梁配筋构造汇总(注意:
梁端箍筋加密区长度、箍筋最大间距、最小直径梁端箍筋加密区长度、箍筋最大间距、最小直径)GB50011-2010GB50011-2010:
“梁端纵向受力钢筋的配筋率不宜大于梁端纵向受力钢筋的配筋率不宜大于2.5%”2.5%”由由强制性强制性改为非强制改为非强制性性四、框架梁截面尺寸与延性四、框架梁截面尺寸与延性框架梁的截面尺寸应满足要求:
框架梁的截面尺寸应满足要求:
承载力要求承载力要求刚度要求刚度要求剪压比要求剪压比要求限制平均剪应力,即限制梁最小截面尺寸限制平均剪应力,即限制梁最小截面尺寸剪压比剪压比截面平均剪应力与混凝土轴心抗压强度之比截面平均剪应力与混凝土轴心抗压强度之比不符合要求:
加大截面尺寸、提高混凝土强度等级等不符合要求:
加大截面尺寸、提高混凝土强度等级等第二节第二节延性柱延性柱一、柱破坏形态与延性一、柱破坏形态与延性在竖向荷载和反复水平荷载共同作用下钢筋混凝土框架柱的破坏形态:
在竖向荷载和反复水平荷载共同作用下钢筋混凝土框架柱的破坏形态:
压弯破坏(大偏心受压破坏)压弯破坏(大偏心受压破坏)-延性破坏延性破坏-柱抗震设计尽可能实现大偏心破坏柱抗震设计尽可能实现大偏心破坏压弯破坏(小偏心受压破坏)压弯破坏(小偏心受压破坏)-延性很小,基本脆性破坏延性很小,基本脆性破坏剪切受压破坏剪切受压破坏-延性很小,基本脆性破坏延性很小,基本脆性破坏剪切受拉破坏剪切受拉破坏-脆性破坏脆性破坏剪切斜拉破坏剪切斜拉破坏-脆性破坏脆性破坏粘结开裂破坏粘结开裂破坏-脆性破坏脆性破坏二、剪跨比是影响柱破坏形态的主要因素二、剪跨比是影响柱破坏形态的主要因素工程中应尽可能设计成长柱,如设计成短柱,应采取措施改善其性能,尽量工程中应尽可能设计成长柱,如设计成短柱,应采取措施改善其性能,尽量避免采用极短柱避免采用极短柱三、轴压比是影响柱延性的重要因素三、轴压比是影响柱延性的重要因素对称配筋柱截面的混凝土相对受压区高度对称配筋柱截面的混凝土相对受压区高度与其轴压比与其轴压比nn成正比,增大轴压比成正比,增大轴压比nn,也就增大相对受压区高度。
也就增大相对受压区高度。
规范:
限制柱轴压比规范:
限制柱轴压比实现大偏心受压破坏,使柱具有良好的延性和耗能能力实现大偏心受压破坏,使柱具有良好的延性和耗能能力剪跨比剪跨比22,混凝土强度等级,混凝土强度等级C60C60的一、二、三、四级抗震等级框架结构柱的的一、二、三、四级抗震等级框架结构柱的轴压比限值分别为:
轴压比限值分别为:
0.650.65、0.75、0.85、0.90.9;剪跨比剪跨比22的柱轴压比限值应降低的柱轴压比限值应降低0.050.05;剪跨比剪跨比1.51.5的柱轴压比限值应专门研究并采取特殊的构造措施的柱轴压比限值应专门研究并采取特殊的构造措施柱轴压比不应大于柱轴压比不应大于1.051.05;可不进行地震作用计算的结构,取无地震组合的轴力设计值,轴压比限值应取可不进行地震作用计算的结构,取无地震组合的轴力设计值,轴压比限值应取1.0.1.0.框架框架-剪力墙结构中,各级框架柱的轴压比限值分别放宽剪力墙结构中,各级框架柱的轴压比限值分别放宽0.050.05。
四、设置箍筋是提高混凝土极限压应变、改善混凝土延性性能的有效措施四、设置箍筋是提高混凝土极限压应变、改善混凝土延性性能的有效措施柱中箍筋作用:
柱中箍筋作用:
抵抗剪力抵抗剪力约束混凝土约束混凝土防止纵筋压屈防止纵筋压屈箍筋对混凝土的约束是提高混凝土极限压应变,改善柱延性性能的主要措施箍筋对混凝土的约束是提高混凝土极限压应变,改善柱延性性能的主要措施常用箍筋形式常用箍筋形式普通箍(矩形、圆形)普通箍(矩形、圆形)复合箍复合箍螺旋箍螺旋箍复合螺旋箍(螺旋箍复合螺旋箍(螺旋箍+矩形箍)矩形箍)连续复合螺旋箍(用一根钢筋连续缠绕而成的螺旋式箍)连续复合螺旋箍(用一根钢筋连续缠绕而成的螺旋式箍)思考题:
思考题:
试说明改善钢筋混凝土柱延性的方法,并作简要说明。
(要求尽可能多的情况)试说明改善钢筋混凝土柱延性的方法,并作简要说明。
(要求尽可能多的情况)普通箍普通箍复合箍复合箍螺旋箍螺旋箍连续复合螺旋箍(用于矩形截面柱)连续复合螺旋箍(用于矩形截面柱)(11)高强度混凝土柱)高强度混凝土柱(22)纤维加强混凝土柱(钢纤维、碳纤维、碳纤维布等)纤维加强混凝土柱(钢纤维、碳纤维、碳纤维布等)(33)采用配有复合箍、复合螺旋箍、连续复合矩形螺旋箍的钢筋混凝土柱)采用配有复合箍、复合螺旋箍、连续复合矩形螺旋箍的钢筋混凝土柱(44)采用增设)采用增设芯柱的钢筋混凝土柱芯柱的钢筋混凝土柱(55)采用钢筋混凝土分体柱()采用钢筋混凝土分体柱(带缝槽钢筋混凝土柱带缝槽钢筋混凝土柱)(66)采用型钢混凝土柱)采用型钢混凝土柱(77)采用空间钢构架混凝土柱()采用空间钢构架混凝土柱(角钢、纵筋与缀条或箍筋焊接成骨架角钢、纵筋与缀条或箍筋焊接成骨架)(88)采用钢管混凝土柱)采用钢管混凝土柱(99)采用中空钢管混凝土柱)采用中空钢管混凝土柱(1010)采用不同类型的组合柱()采用不同类型的组合柱(钢管为芯柱的型钢混凝土柱钢管为芯柱的型钢混凝土柱;分体柱的各单;分体柱的各单元柱内增设钢筋混凝土芯柱等元柱内增设钢筋混凝土芯柱等)芯柱尺寸及配筋示意芯柱尺寸及配筋示意分体柱的截面形式分体柱的截面形式(a)方形;()方形;(b)矩形)矩形五、柱的加强部位(五、柱的加强部位(以一级抗震设计框架为例以一级抗震设计框架为例)(11)调整柱端弯矩,实现强柱弱梁)调整柱端弯矩,实现强柱弱梁(
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