框架柱的设计讲解

一、延性框架的概念
框架梁截面设计及构造
在罕遇地震作用下要求结构处于弹性状态是不必要，也是不经济的。通常是在中等
烈度的地震作用下允许结构某些构件屈服，出现塑性铰，使结构刚度降低，塑性变
形加大。当塑性铰达到一定数量后，结构会出现屈服现象，即承受的地震作用力不
增加或增加很少，而结构变形迅速增加。
延性结构的荷载－位移曲线
框架中允许梁端出现塑性铰，因此，在梁中可以考虑塑性内力重分布，通常是降低支座弯矩，以减小 支座处的配筋。 调幅系数：
现浇框架：支座弯矩调幅系数采用0.8～ 0.9；
装配整体式框架：由于钢筋焊接或者接 缝不严等原因，节点容易产生变形，梁 端弯矩较弹性计算结果会有所降低，故 支座弯矩调幅系数可采用0.8～0.9；
2．强剪弱弯 对于梁、柱构件，要保证构件出现塑性铰而不过早剪坏，因此，要使构件抗剪承载 力大于塑性铰抗弯承载力，为此要提高构件的抗剪承载力；
3．强节点、弱杆件 要保证节点区和钢筋锚固不过早破坏，不在梁、柱塑性铰充分发挥作用前破坏。
4、强压弱拉 要梁发生适筋梁破坏。
注意：上述抗震措施要点，不仅适用于延性框架，也适用于其它钢筋混凝土延性 结构。 下面几节将主要介绍在延性框架中实现这些要点的措施。
3．适筋破坏：
受拉钢筋配置过多， 钢筋没屈服前混凝土 就被压碎而丧失承载 能力，脆性破坏；
受拉钢筋配置合理，钢
剪切破坏是脆性的，或者延性很小。筋幅屈形服成后塑，性由铰于，钢中筋和流轴
要防止梁在屈服以前出现剪切破坏，上升，直到压区混凝土
即要求强剪弱弯。
被压碎而破坏，延性破 坏。
梁的钢筋配置
二、梁最小截面尺寸
框架梁、柱、节点截面设计及构造
• 控制截面及内力 • 框架梁截面设计及构造 • 框架柱截面设计及构造 • 框架节点设计及构造
内力组合及最不利内力
对各种荷载（恒载、活载、风荷载及地震作用）分别计算内力后，进行荷载效应组合时，往往需要按一种 以上的组合情况进行组合。这是因为在结构使用期限内，可能出现多种的组合情况。也即对于同一个构件 或者同一个截面，多种组合产生的不同内力都可能出现，设计时要按照可能与最不利原则进行挑选，找出 最不利内力进行构件截面设计，不同构件的最不利内力并不一定来自同一个组合，因此，如何选择构件截 面的设计内力是内力组合的关键。
柱子：由框架弯矩图可以知道，弯矩最大值都在上、下两个端截面，剪力和轴力在同一层中变化也不大， 因此各层柱的控制截面可以取两个端截面。
柱子是偏压构件，可能出现大偏压破坏，也可能出现小偏压破坏。大偏压情况下，弯矩越大越不利；小偏 压情况下，弯矩越小越不利。所以对柱子要组合几种不利内力，从中判断出最不利内急作为配筋的依据。 有时要用试算才能找出最大配筋。
为了验算斜截面承载力，柱也要组合Vmax 注意：在进行截面配筋计算时应采用构件端部截面的内力，而不是轴线处的内力。
梁 端 控 制 截 面 弯 矩 及 剪 力
由上图可以看出，梁端弯 矩较轴线处弯矩小（柱端 情况一样），因此要在组 合前经过换算，求出端截 面的弯矩与剪力，然后再 填入组合表中。
2、塑性调幅
由于柱子一般为对称配筋，因此组合时只需找出绝对值最大的弯矩。不利内力可以归纳为如下四种： 1．|Mmax| 与相应的N； 2．Nmax 与相应的M； 3．Nmin与相应的M； 4．|M| 比较大（不是最大），但N 比较小或比较大（不是绝对最大或最小）；有时，绝对最大或最小的内 力不见得时最不利的，对于大偏心受压构件，弯矩越大，配筋越多。但对于小偏心受压构件，虽然 N 不 是最大，但相应的弯矩 M 比较大时，配筋也会多一些。所以，组合时要找到这种情况，而且往往这种情 况控制配筋。
左图为延性结构的荷载－位移 曲线，延性结构即是能维持承
载能力而又具有较大塑性变形
能力的结构。
结构延性能力通常用顶点水平 位移延性比来衡量。
延性比定义：
μ＝Δu/Δy
其中：Δy——结构屈服时的顶 点位移；
Δu——能维持承载能力 的最大顶点位移。
延性结构的设计原则
1．强柱弱梁 要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免和减少柱子中的塑 性铰；
框架梁的截面尺寸应满足三方面的要求：承载力要求、构造要求、剪压比限值。
1．构造要求
• 框架主梁的截面高度可按（1/12～1/18）l确定，l为主梁计算跨度，满足此要求时，一般 荷载作用下，可不验算挠度。 • 在地震作用下，梁端塑性铰区混凝土保护层容易剥落。如果梁截面宽度过小则截面损失 比例较大，故一般框架梁宽度不宜小于200mm。 • 为了对节点核心区提供约束以提高节点受剪承载力，梁宽不宜小于柱宽的1/2。 • 狭而高的梁不利于混凝土约束，也会在梁刚度降低后引起侧向失稳，故梁的高宽比不宜 大于4。 • 另外，梁的塑性铰区发展范围与梁的跨高比有关，当跨高比小于4时，属于短梁，在反复 弯剪的作用下，斜裂缝将沿梁全长发展，从而使梁的延性和承载力急剧降低。 • 所以，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。
强柱弱梁结构中，主要由梁构件的延性来提供框架结构的延性。因此，要求设计具 有良好延性的框架梁。
梁的破坏形态与延性
受拉钢筋配置过少，钢
钢弯曲筋破混坏凝时土，梁由有于两纵种筋破配坏筋可率能的：影弯响曲，破可坏能与出剪现切三破种坏破。坏形态筋发坏：屈生；服断后裂立破即坏被，拉脆断性而破
P
P
1．少筋破坏： 2．超筋破坏：
1、控制截面及最不利内力类型
构件设计：需要先找出控制截面，然后找出控制截面上的最不利内力，以此作为配筋设计的依据；
控制截面：通常是内力最大的截面，但是，不同的内力（如弯矩、剪力）并不一定在同一个截面达到最大 值，因此一个构件很有可能同时有几个控制截面。
框架横梁：两个支座截面以及跨中截面通常为控制截面。支座截面是最大负弯矩及最大剪力作用的截面， 而跨中截面一般为最大正弯矩作用截面。内力组合时要找出构件上最大正弯矩和最大负弯矩，用以计算上 部及下部配筋，还要找到最大剪力，用以计算斜截面承载力，配置箍筋。
支座弯矩降低后，为了避免当支座出现 塑性铰后，跨中截面承载力不足，必须 相应加大跨中设计弯矩。通常，跨中弯 矩可以乘以1.1～1.2的调整系数。为了 保证梁的安全，跨中塑性调幅主要是在竖向荷载下的内力调整，故要在组合前进行调幅，然后再和水平荷载作用下 的内力进行组合。