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《高层建筑混凝土结构技术规程》

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5.4 重力二阶效应及结构稳定

5.4.1

    当高层建筑结构满足下列规定时,弹性计算分析时可不考虑重力二阶效应的不利影响。
  1 剪力墙结构、框架-剪力墙结构、板柱剪力墙结构、筒体结构:

  2 框架结构:


条文说明

   5.4.1 在水平力作用下,带有剪力墙或筒体的高层建筑结构的变形形态为弯剪型,框架结构的变形形态为剪切型。计算分析表明,重力荷载在水平作用位移效应上引起的二阶效应(以下简称重力P—△效应)有时比较严重。对混凝土结构,随着结构刚度的降低,重力二阶效应的不利影响呈非线性增长。因此,对结构的弹性刚度和重力荷载作用的关系应加以限制。本条公式使结构按弹性分析的二阶效应对结构内力、位移的增量控制在5%左右;考虑实际刚度折减50%时,结构内力增量控制在10%以内。
如果结构满足本条要求,重力二阶效应的影响相对较小,可忽略不计。
公式(5.4.1—1)与德国设计规范(DIN1045)及原规程JGJ 3—91第4.3.1条的规定基本一致。
结构的弹性等效侧向刚度EJd,可近似按倒三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则,将结构的侧向刚度折算为竖向悬臂受弯构件的等效侧向刚度。假定倒三角形分布荷载的最大值为q,在该荷载作用下结构顶点质心的弹性水平位移为u,房屋高度为H,则结构的弹性等效侧向刚度EJd可按下式计算:

5.4.2

    当高层建筑结构不满足本规程第5.4.1条的规定时,结构弹性计算时应考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。

 

条文说明

 5.4.2 混凝土结构在水平力作用下,如果侧向刚度不满足本规程第5.4.1条的规定,应考虑重力二阶效应对结构构件的不利影响。但重力二阶效应产生的内力、位移增量宜控制在一定范围,不宜过大。考虑二阶效应后计算的位移仍应满足本规程第3.7.3条的规定。

5.4.3

    高层建筑结构的重力二阶效应可采用有限元方法进行计算;也可采用对未考虑重力二阶效应的计算结果乘以增大系数的方法近似考虑。近似考虑时,结构位移增大系数F1、F1i以及结构构件弯矩和剪力增大系数F2、F2i可分别按下列规定计算,位移计算结果仍应满足本规程第3.7.3条的规定。
  对框架结构,可按下列公式计算:

对剪力墙结构、框架-剪力墙结构、简体结构,可按下列公式计算:

条文说明

     5.4.3 一般可根据楼层重力和楼层在水平力作用下产生的层间位移,计算出等效的荷载向量,利用结构力学方法求解重力二阶效应。重力二阶效应可采用有限元分析计算,也可按简化的弹性方法近似考虑。增大系数法是一种简单近似的考虑重力P—△效应的方法。考虑重力P—△效应的结构位移可采用未考虑重力二阶效应的位移乘以位移增大系数,但位移限制条件不变。本规程第3.7.3条规定按弹性方法计算的位移宜满足规定的位移限值,因此结构位移增大系数计算时,不考虑结构刚度的折减。考虑重力P—△效应的结构构件(梁、柱、剪力墙)内力可采用未考虑重力二阶效应的内力乘以内力增大系数,内力增大系数计算时,考虑结构刚度的折减,为简化计算,折减系数近似取0.5,以适当提高结构构件承载力的安全储备。

5.4.4已作废

    高层建筑结构的稳定应符合下列规定:

2 框架结构应符合下式要求:

条文说明

   5.4.4 结构整体稳定性是高层建筑结构设计的基本要求。研究表明,高层建筑混凝土结构仅在竖向重力荷载作用下产生整体失稳的可能性很小。高层建筑结构的稳定设计主要是控制在风荷载或水平地震作用下,重力荷载产生的二阶效应不致过大,以免引起结构的失稳、倒塌。结构的刚度和重力荷载之比(简称刚重比)是影响重力P一△效应的主要参数。如果结构的刚重比满足本条公式(5.4.4—1)或(5.4.4—2)的规定,则在考虑结构弹性刚度折减50%的情况下,重力P—△效应仍可控制在20%之内,结构的稳定具有适宜的安全储备。若结构的刚重比进一步减小,则重力P—△效应将会呈非线性关系急剧增长,直至引起结构的整体失稳。在水平力作用下,高层建筑结构的稳定应满足本条的规定,不应再放松要求。如不满足本条的规定,应调整并增大结构的侧向刚度。 当结构的设计水平力较小,如计算的楼层剪重比(楼层剪力与其上各层重力荷载代表值之和的比值)小于0.02时,结构刚度虽能满足水平位移限值要求,但有可能不满足本条规定的稳定要求。
 

5.5 结构弹塑性分析及薄弱层弹塑性变形验算

5.5.1

    高层建筑混凝土结构进行弹塑性计算分析时,可根据实际工程情况采用静力或动力时程分析方法,并应符合下列规定:
1 当采用结构抗震性能设计时,应根据本规程第3.11节的有关规定预定结构的抗震性能目标;
2 梁、柱、斜撑、剪力墙、楼板等结构构件,应根据实际情况和分析精度要求采用合适的简化模型;
3 构件的几何尺寸、混凝土构件所配的钢筋和型钢、混合结构的钢构件应按实际情况参与计算;
4 应根据预定的结构抗震性能目标,合理取用钢筋、钢材、混凝土材料的力学性能指标以及本构关系。钢筋和混凝土材料的本构关系可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定采用;
5 应考虑几何非线性影响;
6 进行动力弹塑性计算时,地面运动加速度时程的选取、预估罕遇地震作用时的峰值加速度取值以及计算结果的选用应符合本规程第4.3.5条的规定;
7 应对计算结果的合理性进行分析和判断。

条文说明

   5.5.1 本条为新增条文。对重要的建筑结构、超高层建筑结构、复杂高层建筑结构进行弹塑性计算分析,可以分析结构的薄弱部位、验证结构的抗震性能,是目前应用越来越多的一种方法。
在进行结构弹塑性计算分析时,应根据工程的重要性、破坏后的危害性及修复的难易程度,设定结构的抗震性能目标,这部分内容可按本规程第3.11节的有关规定执行。
建立结构弹塑性计算模型时,可根据结构构件的性能和分析精度要求,采用恰当的分析模型。如梁、柱、斜撑可采用一维单元;墙、板可采用二维或三维单元。结构的几何尺寸、钢筋、型钢、钢构件等应按实际设计情况采用,不应简单采用弹性计算软件的分析结果。
结构材料(钢筋、型钢、混凝土等)的性能指标(如弹性模量、强度取值等)以及本构关系,与预定的结构或结构构件的抗震性能目标有密切关系,应根据实际情况合理选用。如材料强度可分别取用设计值、标准值、抗拉极限值或实测值、实测平均值等,与结构抗震性能目标有关。结构材料的本构关系直接影响弹塑性分析结果,选择时应特别注意;钢筋和混凝土的本构关系,在现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的附录中有相应规定,可参考使用。 结构弹塑性变形往往比弹性变形大很多,考虑结构几何非线性进行计算是必要的,结果的可靠性也会因此有所提高。 与弹性静力分析计算相比,结构的弹塑性分析具有更大的不确定性,不仅与上述因素有关,还与分析软件的计算模型以及结构阻尼选取、构件破损程度的衡量、有限元的划分等有关,存在较多的人为因素和经验因素。因此,弹塑性计算分析首先要了解分析软件的适用性,选用适合于所设计工程的软件,然后对计算结果的合理性进行分析判断。工程设计中有时会遇到计算结果出现不合理或怪异现象,需要结构工程师与软件编制人员共同研究解决。

5.5.2

  在预估的罕遇地震作用下,高层建筑结构薄弱层(部位)弹塑性变形计算可采用下列方法:
1 不超过12层且层侧向刚度无突变的框架结构可采用本规程第5.5.3条规定的简化计算法;
2 除第1款以外的建筑结构可采用弹塑性静力或动力分析方法。

条文说明

  5.5.2 本条规定了进行结构弹塑性分析的具体方法。本次修订取消了02规程中“7、8、9度抗震设计”的限制条件,因为本条仅规定计算方法,哪些结构需要进行弹塑性计算分析,在本规程第3.7.4、5.1.13条等条有专门规定。

5.5.3

  结构薄弱层(部位)的弹塑性层间位移的简化计算,宜符合下列规定:
1 结构薄弱层(部位)的位置可按下列情况确定:
1)楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构,可取底层;
2)楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构,可取该系数最小的楼层(部位)和相对较小的楼层,一般不超过2~3处。
2 弹塑性层间位移可按下列公式计算:

条文说明

   5.5.3 本条罕遇地震作用下结构薄弱层(部位)弹塑性变形验算的简化计算方法,与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定一致。

5.6 荷载组合和地震作用组合的效应

5.6.1-5.6.4 已废止

 5.6.1  持久设计状况和短暂设计状况下,当荷载与荷载效应按线性关系考虑时,荷载基本组合的效应设计值应按下式确定:


注:对书库、档案库、储藏室、通风机房和电梯机房,本条楼面活荷载组合值系数取0.7的场合应取为0.9。

5.6. 2 持久设计状况和短暂设计状况下,荷载基本组合的分项系数应按下列规定采用:
1 永久荷载的分项系数γG:当其效应对结构承载力不利时,对由可变荷载效应控制的组合应取1.2,对由永久荷载效应控制的组合应取1.35;当其效应对结构承载力有利时,应取1.0。
2 楼面活荷载的分项系数γQ;一般情况下应取1.4。
3 风荷载的分项系数γw应取1.4。

 5.6.4 地震设计状况下,荷载和地震作用基本组合的分项系数应按表5.6.4采用。当重力荷载效应对结构的承载力有利时,表5.6.4中γG不应大于1.0。


条文说明

   5.6.1~5.6.4 本节是高层建筑承载能力极限状态设计时作用组合效应的基本要求,主要根据现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153以及《建筑结构荷载规范》GB 50009、《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定制定。
本次修订:1)增加了考虑设计使用年限的可变荷载(楼面活荷载)调整系数;2)仅规定了持久、短暂、地震设计状况下,作用基本组合时的作用效应设计值的计算公式,对偶然作用组合、标准组合不作强制性规定,有关结构侧向位移的设计规定见本规程第3.7.3条;3)明确了本节规定不适用于作用和作用效应呈非线性关系的情况;4)表5.6.4中增加了7度(0.15g)时,也要考虑水平地震、竖向地震作用同时参与组合的情况;5)对水平长悬臂结构和大跨度结构,表5.6.4中增加了竖向地震作为主要可变作用的组合工况。
第5.6.1条和5.6.3条均适应于作用和作用效应呈线性关系的情况。如果结构上的作用和作用效应不能以线性关系表述,则作用组合的效应应符合现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153的有关规定。
持久设计状况和短暂设计状况作用基本组合的效应,当永久荷载效应起控制作用时,永久荷载分项系数取1.35,此时参与组合的可变作用(如楼面活荷载、风荷载等)应考虑相应的组合值系数;持久设计状况和短暂设计状况的作用基本组合的效应,当可变荷载效应起控制作用(永久荷载分项系数取1.2)的场合,如风荷载作为主要可变荷载、楼面活荷载作为次要可变荷载时,其组合值系数分别取1.0、0.7,对书库、档案库、储藏室、通风机房和电梯机房等楼面活荷载较大且相对固定的情况,其楼面活荷载组合值系数应由0.7改为0.9;持久设计状况和短暂设计状况的作用基本组合的效应,当楼面活荷载作为主要可变荷载、风荷载作为次要可变荷载时,其组合值系数分别取1.0和0.6。
结构设计使用年限为100年时,本条公式(5.6.1)中参与组合的风荷载效应应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009规定的100年重现期的风压值计算;当高层建筑对风荷载比较敏感时,风荷载效应计算尚应符合本规程第4.2.2条的规定。
地震设计状况作用基本组合的效应,当本规程有规定时,地震作用效应标准值应首先乘以相应的调整系数、增大系数,然后再进行效应组合。如薄弱层剪力增大、楼层最小地震剪力系数(剪重比)调整、框支柱地震轴力的调整、转换构件地震内力放大、框架-剪力墙结构和筒体结构有关地震剪力调整等。
7度(0.15g)和8、9度抗震设计的大跨度结构、长悬臂结构应考虑竖向地震作用的影响,如高层建筑的大跨度转换构件、连体结构的连接体等。
关于不同设计状况的定义以及作用的标准组合、偶然组合的有关规定,可参考现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153。

5.6.5

    非抗震设计时,应按本规程第5.6.1条的规定进行荷载组合的效应计算。抗震设计时,应同时按本规程第5.6.1条和5.6.3条的规定进行荷载和地震作用组合的效应计算;按本规程第5.6.3条计算的组合内力设计值,尚应按本规程的有关规定进行调整。

条文说明

   5.6.5 对非抗震设计的高层建筑结构,应按式(5.6.1)计算荷载效应的组合;对抗震设计的高层建筑结构,应同时按式(5.6.1)和式(5.6.3)计算荷载效应和地震作用效应组合,并按本规程的有关规定(如强柱弱梁、强剪弱弯等),对组合内力进行必要的调整。同二构件的不同截面或不同设计要求,可能对应不同的组合工况,应分别进行验算。

6框架结构设计

6.1 一般规定


6.1.1

   框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系。主体结构除个别部位外,不应采用铰接。

6.1.2

   抗震设计的框架结构不应采用单跨框架。

条文说明

   6.1.2 本次修订将02规程的“不宜”改为“不应”,进一步从严要求。震害调查表明,单跨框架结构,尤其是层数较多的高层建筑,震害比较严重。因此,抗震设计的框架结构不应采用冗余度低的单跨框架。
单跨框架结构是指整栋建筑全部或绝大部分采用单跨框架的结构,不包括仅局部为单跨框架的框架结构。本规程第8.1.3条第1、2款规定的框架-剪力墙结构可局部采用单跨框架结构;其他情况应根据具体情况进行分析、判断。

6.1.3

     框架结构的填充墙及隔墙宜选用轻质墙体。抗震设计时,框架结构如采用砌体填充墙,其布置应符合下列规定:
  1 避免形成上、下层刚度变化过大。
  2 避免形成短柱。
  3 减少因抗侧刚度偏心而造成的结构扭转。

条文说明

    6.1.3 本条为02规程第6.1.4条的修改,02规程第6.1.3条改为本规程第6.1.7条。
框架结构如采用砌体填充墙,当布置不当时,常能造成结构竖向刚度变化过大;或形成短柱;或形成较大的刚度偏心。由于填充墙是由建筑专业布置,结构图纸上不予表示,容易被忽略。
国内、外皆有由此而造成的震害例子。本条目的是提醒结构工程师注意防止砌体(尤其是砖砌体)填充墙对结构设计的不利影响。

6.1.4

 抗震设计时,框架结构的楼梯间应符合下列规定:
  1 楼梯间的布置应尽量减小其造成的结构平面不规则。
  2 宜采用现浇钢筋混凝土楼梯,楼梯结构应有足够的抗倒塌能力。
  3 宜采取措施减小楼梯对主体结构的影响。
  4 当钢筋混凝土楼梯与主体结构整体连接时,应考虑楼梯对地震作用及其效应的影响,并应对楼梯构件进行抗震承载力验算。

条文说明

    6.1.4 2008年汶川地震震害进一步表明,框架结构中的楼梯及周边构件破坏严重。本次修订增加了楼梯的抗震设计要求。抗震设计时,楼梯间为主要疏散通道,其结构应有足够的抗倒塌能力,楼梯应作为结构构件进行设计。框架结构中楼梯构件的组合内力设计值应包括与地震作用效应的组合,楼梯梁、柱的抗震等级应与框架结构本身相同。
框架结构中,钢筋混凝土楼梯自身的刚度对结构地震作用和地震反应有着较大的影响,若楼梯布置不当会造成结构平面不规则,抗震设计时应尽量避免出现这种情况。
震害调查中发现框架结构中的楼梯板破坏严重,被拉断的情况非常普遍,因此应进行抗震设计,并加强构造措施,宜采用双排配筋。

6.1.5

  抗震设计时,砌体填充墙及隔墙应具有自身稳定性,并应符合下列规定:
  1 砌体的砂浆强度等级不应低于M5,当采用砖及混凝土砌块时,砌块的强度等级不应低于MU5;采用轻质砌块时,砌块的强度等级不应低于MU2.5。墙顶应与框架梁或楼板密切结合。
  2 砌体填充墙应沿框架柱全高每隔500mm左右设置2根直径6mm的拉筋,6度时拉筋宜沿墙全长贯通,7、8、9度时拉筋应沿墙全长贯通。
  3 墙长大于5m时,墙顶与梁(板)宜有钢筋拉结;墙长大于8m或层高的2倍时,宜设置间距不大于4m的钢筋混凝土构造柱;墙高超过4m时,墙体半高处(或门洞上皮)宜设置与柱连接且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平系梁。
  4 楼梯间采用砌体填充墙时,应设置间距不大于层高且不大于4m的钢筋混凝土构造柱,并应采用钢丝网砂浆面层加强。

条文说明

6.1.5 2008年汶川地震中,框架结构中的砌体填充墙破坏严重。本次修订明确了用于填充墙的砌块强度等级,提高了砌体填充墙与主体结构的拉结要求、构造柱设置要求以及楼梯间砌体墙构造要求。

6.1.6已废止

    框架结构按抗震设计时,不应采用部分由砌体墙承重之混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等,应采用框架承重,不应采用砌体墙承重。

条文说明

  6.1.6 框架结构与砌体结构是两种截然不同的结构体系,其抗侧刚度、变形能力等相差很大,这两种结构在同一建筑物中混合使用,对建筑物的抗震性能将产生很不利的影响,甚至造成严重破坏。

6.1.7

   框架梁、柱中心线宜重合。当梁柱中心线不能重合时,在计算中应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响,以及梁荷载对柱子的偏心影响。
  梁、柱中心线之间的偏心距,9度抗震设计时不应大于柱截面在该方向宽度的1/4;非抗震设计和6~8度抗震设计时不宜大于柱截面在该方向宽度的1/4,如偏心距大于该方向柱宽的1/4时,可采取增设梁的水平加腋(图6.1.7)等措施。设置水平加腋后,仍须考虑梁柱偏心的不利影响。

1 梁的水平加腋厚度可取梁截面高度,其水平尺寸宜满足下列要求:

2 梁采用水平加腋时,框架节点有效宽度bj宜符合下式要求:


条文说明

  6.1.7 在实际工程中,框架梁、柱中心线不重合、产生偏心的实例较多,需要有解决问题的方法。本条是根据国内外试验研究的结果提出的。根据试验结果,采用水平加腋方法,能明显改善梁柱节点的承受反复荷载性能。9度抗震设计时,不应采用梁柱偏心较大的结构。

6.1.8

   不与框架柱相连的次梁,可按非抗震要求进行设计。

条文说明

    6.1.8 不与框架柱(包括框架-剪力墙结构中的柱)相连的次梁,可按非抗震设计。

图4为框架楼层平面中的一个区格。图中梁L1两端不与框架柱相连,因而不参与抗震,所以梁L1的构造可按非抗震要求。

例如,梁端箍筋不需要按抗震要求加密,仅需满足抗剪强度的要求,其间距也可按非抗震构件的要求;箍筋无需弯135°钩,90°钩即可;纵筋的锚固、搭接等都可按非抗震要求。图中梁L2与L1不同,其一端与框架柱相连,另一端与梁相连;与框架柱相连端应按抗震设计,其要求应与框架梁相同,与梁相连端构造可同L1梁。

6.2 截面设计

6.2.1

抗震设计时,除顶层、柱轴压比小于0.15者及框支梁柱节点外,框架的梁、柱节点处考虑地震作用组合的柱端弯矩设计值应符合下列要求:
1 一级框架结构及9度时的框架:

2 其它情况:

条文说明

   6.2.1 由于框架柱的延性通常比梁的延性小,一旦框架柱形成了塑性铰,就会产生较大的层间侧移,并影响结构承受垂直荷载的能力。因此,在框架柱的设计中,有目的地增大柱端弯矩设计值,体现“强柱弱梁”的设计概念。
本次修订对“强柱弱梁”的要求进行了调整,提高了框架结构的要求,对二、三级框架结构柱端弯矩增大系数Vc由02规程的1.2、1.1分别提高到1.5、1.3。因本规程框架结构不含四级,故取消了四级的有关要求。
一级框架结构和9度时的框架应按实配钢筋进行强柱弱梁验算。本规程的高层建筑,9度时抗震等级只有一级,无二级。 当楼板与梁整体现浇时,板内配筋对梁的受弯承载力有相当影响,因此本次修订增加了在计算梁端实际配筋面积时,应计入梁有效翼缘宽度范围内楼板钢筋的要求。梁的有效翼缘宽度取值,各国规范也不尽相同,建议一般情况可取梁两侧各6倍板厚的范围。
本次修订对二、三级框架结构仅提高了柱端弯矩增大系数,未要求采用实配反算。但当框架梁是按最小配筋率的构造要求配筋时,为避免出现因梁的实际受弯承载力与弯矩设计值相差太多而无法实现“强柱弱梁”的情况,宜采用实配反算的方法进行柱子的受弯承载力设计。此时公式(6.2.3—1)中的实配系数1.2可适当降低,但不应低于1.1。

6.2.2

  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1.7、1.5、1.3的乘积。底层框架柱纵向钢筋应按上、下端的不利情况配置。

条文说明

  6.2.2 研究表明,框架结构的底层柱下端,在强震下不能避免出现塑性铰。为了提高抗震安全度,将框架结构底层柱下端弯矩设计值乘以增大系数,以加强底层柱下端的实际受弯承载力,推迟塑性铰的出现。本次修订进一步提高了增大系数的取值,一、二、三级增大系数由02规程的1.5、1.25、1.15分别调整为1.7、1.5、1.3。
增大系数只适用于框架结构,对其他类型结构中的框架,不作此要求。

6.2.3

抗震设计的框架柱、框支柱端部截面的剪力设计值,一、二、三、四级时永安下列公式计算:
1 一级框架结构和9度时的框架:

2 其它情况:

条文说明

   6.2.3 框架柱、框支柱设计时应满足“强剪弱弯”的要求。在设计中,需要有目的地增大柱子的剪力设计值。本次修订对剪力放大系数作了调整,提高了框架结构的要求,二、三级时柱端剪力增大系数ηvc由02规程的1.2、1.1分别提高到1.3、1.2;对其他结构的框架,扩大了进行“强剪弱弯”设计的范围,要求四级框架柱也要增大,要求同三级。

6.2.4

 抗震设计时,框架角柱应按双向偏心受力构件进行正截面承载力设计。一、二、三、四级框架角柱经按本规程第6.2.1~6.2.3条调整后的弯矩、剪力设计值应乘以不小于1.1的增大系数。

条文说明

  6.2.4 抗震设计的框架,考虑到角柱承受双向地震作用,扭转效应对内力影响较大,且受力复杂,在设计中应予以适当加强,因此对其弯矩设计值、剪力设计值增大10%。02规程中,此要求仅针对框架结构中的角柱;本次修订扩大了范围,并增加了四级要求。

6.2.5

 抗震设计时,框架梁端部截面组合的剪力设计值,一、二、三级应按下列公式计算;四级时可直接取考虑地震作用组合的剪力计算值。
1 一级框架结构及9度时的框架:

2 其它情况:

条文说明

    6.2.5 框架结构设计中应力求做到,在地震作用下的框架呈现梁铰型延性机构,为减少梁端塑性铰区发生脆性剪切破坏的可能性,对框架梁提出了梁端的斜截面受剪承载力应高于正截面受弯承载力的要求,即“强剪弱弯”的设计概念。
梁端斜截面受剪承载力的提高,首先是在剪力设计值确定中,考虑了梁端弯矩的增大,以体现“强剪弱弯”的要求。对一级抗震等级的框架结构及9度时的其他结构中的框架,还考虑了工程设计中梁端纵向受拉钢筋有超配的情况,要求梁左、右端取用考虑承载力抗震调整系数的实际抗震受弯承载力进行受剪承载力验算。梁端实际抗震受弯承载力可按下式计算:

时,应计入有效翼缘宽度范围内的纵筋,有效翼缘宽度可取梁两侧各6倍板厚。 对其他情况的一级和所有二、三级抗震等级的框架梁的剪力设计值的确定,则根据不同抗震等级,直接取用梁端考虑地震作用组合的弯矩设计值的平衡剪力值,乘以不同的增大系数。

6.2.6

 框架梁、柱,其受剪截面应符合下列要求:
1 持久、短暂设计状况

2 地震设计状况


6.2.7

抗震设计时,一、二、三级框架的节点核心区应进行抗震验算;四级框架节点可不进行抗震验算。各抗震等级的框架节点均应符合构造措施的要求。

   

条文说明

6.2.7 本次修订增加了三级框架节点的抗震受剪承载力验算要求,取消了02规程中“各抗震等级的顶层端节点核心区,可不进行抗震验算”的规定及02规程的附录C。

节点核心区的验算可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定执行。

6.2.8

  矩形截面偏心受压框架柱,其斜截面受剪承载力应按下列公式计算:
1 持久、短暂设计状况

2 地震设计状况


6.2.9

当矩形截面框架柱出现拉力时,其斜截面受剪承载力应按下列公式计算:
1 持久、短暂设计状况

2 地震设计状况


6.2.10

  本章未作规定的框架梁、柱和框支梁、柱截面的其他承载力验算,应按照现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定执行。

条文说明

   6.2.10 本条为02规程第6.2.10~6.2.13条的合并。本规程未作规定的承载力计算,包括截面受弯承载力、受扭承载力、剪扭承载力、受压(受拉)承载力、偏心受拉(受压)承载力、拉(压)弯剪扭承载力、局部承压承载力、双向受剪承载力等,均应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定执行。

6.3 框架梁构造要求

6.3.1

    框架结构的主梁截面高度可按计算跨度的1/10~1/18确定;梁净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的截面宽度不宜小于梁截面高度的1/4,也不宜小于200mm。
  当梁高较小或采用扁梁时,除应验算其承载力和受剪截面要求外,尚应满足刚度和裂缝的有关要求。在计算梁的挠度时,可扣除梁的合理起拱值;对现浇梁板结构,宜考虑梁受压翼缘的有利影响。

条文说明

   6.3.1 过去规定框架主梁的截面高度为计算跨度的1/8~1/12,已不能满足近年来大量兴建的高层建筑对于层高的要求。近来我国一些设计单位,已大量设计了梁高较小的工程,对于8m左右的柱网,框架主梁截面高度为450mm左右,宽度为350mm~400mm的工程实例也较多。
国外规范规定的框架梁高跨比,较我国小。例如美国ACI 318—08规定梁的高度为:

从以上数据可以看出,我们规定的高跨比下限1/18,此国外规范要严。因此,不论从国内已有的工程经验以及与国外规范相比较,规定梁截面高跨比为1/10~1/18是可行的。在选用时,上限1/10可适用于荷载较大的情况。当设计入确有可靠依据且工程上有需要时,梁的高跨比也可小于1/18。
在工程中,如果梁承受的荷载较大,可以选择较大的高跨比。在计算挠度时,可考虑梁受压区有效翼缘的作用,并可将梁的合理起拱值从其计算所得挠度中扣除。      

6.3.2 已废止

  框架梁设计应符合下列要求:
  1 抗震设计时,计入受压钢筋作用的梁端截面混凝土受压区高度与有效高度之比值,一级不应大于0.25,二、三级不应大于0.35。
  2 纵向受拉钢筋的最小配筋百分率ρmin(%),非抗震设计时,不应小于0.2和45ft/fy二者的较大值;抗震设计时,不应小于表6.3.2—1规定的数值。

3 抗震设计时,梁端截面的底面和顶面纵向钢筋截面面积的比值,除按计算确定外,一级不应小于0.5,二、三级不应小于0.3。
  4 抗震设计时,梁端箍筋的加密区长度、箍筋最大间距和最小直径应符合表6.3.2—2的要求;当梁端纵向钢筋配筋率大于2%时,表中箍筋最小直径应增大2mm。

条文说明

   6.3.2 抗震设计中,要求框架梁端的纵向受压与受拉钢筋的比例A's /As不小于0.5(一级)或0.3(二、三级),因为梁端有箍筋加密区,箍筋间距较密,这对于发挥受压钢筋的作用,起了很好的保证作用。所以在验算本条的规定时,可以将受压区的实际配筋计入,则受压区高度x不大于0.25h0(一级)或0.35h0(二、三级)的条件较易满足。
本次修订,取消了02规程本条第3款框架梁端最大配筋率不应大于2.5%的强制性要求,相关内容改为非强制性要求反映在本规程的6.3.3条中。最大配筋率主要考虑因素包括保证梁端截面的延性、梁端配筋不致过密而影响混凝土的浇筑质量等,但是不宜给一个确定的数值作为强制性条文内容。
本次修订还增加了表6.3.2—2的注2,给出了可适当放松梁端加密区箍筋的间距的条件。主要考虑当箍筋直径较大且肢数较多时,适当放宽箍筋间距要求,仍然可以满足梁端的抗震性能,同时箍筋直径大、间距过密时不利于混凝土的浇筑,难以保证混凝土的质量。

6.3.3

   梁的纵向钢筋配置,尚应符合下列规定:
  1 抗震设计时,梁端纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2.5%,不应大于2.75%;当梁端受拉钢筋的配筋率大于2.5%时,受压钢筋的配筋率不应小于受拉钢筋的一半。
  2 沿梁全长顶面和底面应至少各配置两根纵向配筋,一、二级抗震设计时钢筋直径不应小于14mm,且分别不应小于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4;三、四级抗震设计和非抗震设计时钢筋直径不应小于12mm。
  3 一、二、三级抗震等级的框架梁内贯通中柱的每根纵向钢筋的直径,对矩形截面柱,不宜大于柱在该方向截面尺寸的1/20;对圆形截面柱,不宜大于纵向钢筋所在位置柱截面弦长的1/20。

条文说明

  6.3.3 根据近年来工程应用情况和反馈意见,梁的纵向钢筋最大配筋率不再作为强制性条文,相关内容由02规程第6.3.2条移入本条。
根据国内、外试验资料,受弯构件的延性随其配筋率的提高而降低。但当配置不少于受拉钢筋50%的受压钢筋时,其延性可以与低配筋率的构件相当。新西兰规范规定,当受弯构件的压区钢筋大于拉区钢筋的50%时,受拉钢筋配筋率不大于2.5%的规定可以适当放松。当受压钢筋不少于受拉钢筋的75%时,其受拉钢筋配筋率可提高30%,也即配筋率可放宽至3.25%。因此本次修订规定,当受压钢筋不少于受拉钢筋的50%时,受拉钢筋的配筋率可提高至2.75%。
本条第3款的规定主要是防止梁在反复荷载作用时钢筋滑移;本次修订增加了对三级框架的要求。

6.3.4

  非抗震设计时,框架梁箍筋配筋构造应符合下列规定:
  1 应沿梁全长设置箍筋,第一个箍筋应设置在距支座边缘50mm处。
  2 截面高度大于800mm的梁,其箍筋直径不宜小于8mm;其余截面高度的梁不应小于6mm。在受力钢筋搭接长度范围内,箍筋直径不应小于搭接钢筋最大直径的1/4。
  3 箍筋间距不应大于表6.3.4的规定;在纵向受拉钢筋的搭接长度范围内,箍筋间距尚不应大于搭接钢筋较小直径的5倍,且不应大于100mm;在纵向受压钢筋的搭接长度范围内,箍筋间距尚不应大于搭接钢筋较小直径的10倍,且不应大于200mm。
  4 承受弯矩和剪力的梁,当梁的剪力设计值大于0.7fth0时,其箍筋的面积配筋率应符合下式规定:

 5 承受弯矩、剪力和扭矩的梁,其箍筋面积配筋率和受扭纵向钢筋的面积配筋率应分别符合公式(6.3.4-2)和(6.3.4-3)的规定:

6 当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时,其箍筋配置尚应符合下列规定:
  1)箍筋直径不应小于纵向受压钢筋最大直径的1/4;
  2)箍筋应做成封闭式;
  3)箍筋间距不应大于15d且不应大于400mm;当一层内的受压钢筋多于5根且直径大于18mm时,箍筋间距不应大于10d(d为纵向受压钢筋的最小直径);
  4)当梁截面宽度大于400mm且一层内的纵向受压钢筋多于3根时,或当梁截面宽度不大于400mm但一层内的纵向受压钢筋多于4根时,应设置复合箍筋。

条文说明

   6.3.4 本条第5款为新增内容,给出了抗扭箍筋和抗扭纵向钢筋的最小配筋要求。

6.3.5

   抗震设计时,框架梁的箍筋尚应符合下列构造要求:
  1 沿梁全长箍筋的面积配筋率应符合下列规定:

  2 在箍筋加密区范围内的箍筋肢距:一级不宜大于200mm和20倍箍筋直径的较大值,二、三级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值,四级不宜大于300mm。
  3 箍筋应有135°弯钩,弯钩端头直段长度不应小于10倍的箍筋直径和75mm的较大值。
  4 在纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋间距,钢筋受拉时不应大于搭接钢筋较小直径的5倍,且不应大于100mm;钢筋受压时不应大于搭接钢筋较小直径的10倍,且不应大于200mm。
  5 框架梁非加密区箍筋最大间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍。

6.3.6

   框架梁的纵向钢筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。

条文说明

6.3.6 梁的纵筋与箍筋、拉筋等作十字交叉形的焊接时,容易使纵筋变脆,对于抗震不利,因此作此规定。同理,梁、柱的箍筋在有抗震要求时应弯135°钩,当采用焊接封闭箍时应特别注意避免出现箍筋与纵筋焊接在一起的情况。
国外规范,如美国ACI 318—08规范,在抗震设计也有类似的条文。
钢筋与构件端部锚板可采用焊接。

6.3.7

   框架梁上开洞时,洞口位置宜位于梁跨中1/3区段,洞口高度不应大于梁高的40%;开洞较大时应进行承载力验算。
  梁上洞口周边应配置附加纵向钢筋和箍筋(图6.3.7),并应符合计算及构造要求。

条文说明

   6.3.7 本条为新增内容,给出了梁上开洞的具体要求。当梁承受均布荷载时,在梁跨度的中部1/3区段内,剪力较小。洞口高度如大于梁高的1/3,只要经过正确计算并合理配筋,应当允许。在梁两端接近支座处,如必须开洞,洞口不宜过大,且必须经过核算,加强配筋构造。
有些资料要求在洞口角部配置斜筋,容易导致钢筋之间的间距过小,使混凝土浇捣困难;当钢筋过密时,不建议采用。图6.3.7可供参考采用;当梁跨中部有集中荷载时,应根据具体情况另行考虑。

6.4 框架柱构造要求

6.4.1

   柱截面尺寸宜符合下列规定,
  1 矩形截面柱的边长,非抗震设计时不宜小于250mm,抗震设计时,四级不宜小于300mm,一、二、三级时不宜小于400mm;圆柱直径,非抗震和四级抗震设计时不宜小于350mm,一、二、三级时不宜小于450mm。
  2 柱剪跨比宜大于2。
  3 柱截面高宽比不宜大于3。

条文说明

  6.4.1 考虑到抗震安全性,本次修订提高了抗震设计时柱截面最小尺寸的要求。一、二、三级抗震设计时,矩形截面柱最小截面尺寸由300mm改为400mm,圆柱最小直径由350mm改为450mm。

6.4.2

   抗震设计时,钢筋混凝土柱轴压比不宜超过表6.4.2的规定;对于Ⅳ类场地上较高的高层建筑,其轴压比限值应适当减小。

注:1 轴压比指柱考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值;
  2 表内数值适用于混凝土强度等级不高于C60的柱。当混凝土强度等级为C65~C70时,轴压比限值应比表中数值降低0.05;当混凝土强度等级为C75~C80时,轴压比限值应比表中数值降低0.10;
  3 表内数值适用于剪跨比大于2的柱;剪跨比不大于2但不小于1.5的柱,其轴压比限值应比表中数值减小0.05;剪跨比小于1.5的柱,其轴压比限值应专门研究并采取特殊构造措施;
  4 当沿柱全高采用并字复合箍,箍筋间距不大于100mm、肢距不大于200mm、直径不小于12mm,或当沿柱全高采用复合螺旋箍,箍筋螺距不大于100mm、肢距不大于200mm、直径不小于12mm,或当沿柱全高采用连续复合螺旋箍,且螺距不大于80mm,肢距不大于200mm、直径不小于10mm时,轴压比限值可增加0.10;
  5 当柱截面中部设置由附加纵向钢筋形成的芯柱,且附加纵向钢筋的截面面积不小于柱截面面积的0.8%时,柱轴压比限值可增加0.050当本项措施与注4的措施共同采用时,柱轴压比限值可比表中数值增加0.15,但箍筋的配箍特征值仍可按轴压比增加0.10的要求确定;
  6 调整后的柱轴压比限值不应大于1.05。

条文说明

  6.4.2 抗震设计时,限制框架柱的轴压比主要是为了保证柱的延性要求。本条中,对不同结构体系中的柱提出了不同的轴压比限值;本次修订对部分柱轴压比限值进行了调整,并增加了四级抗震轴压比限值的规定。框架结构比原限值降低0.05,框架-剪力墙等结构类型中的三级框架柱限值降低了0.05。
根据国内外的研究成果,当配箍量、箍筋形式满足一定要求,或在柱截面中部设置配筋芯柱且配筋量满足一定要求时,柱的延性性能有不同程度的提高,因此可对柱的轴压比限值适当放宽。
当采用设置配筋芯柱的方式放宽柱轴压比限值时,芯柱纵向钢筋配筋量应符合本条的规定,宜配置箍筋,其截面宜符合下列规定:
1 当柱截面为矩形时,配筋芯柱可采用矩形截面,其边长不宜小于柱截面相应边长的1/3;
2 当柱截面为正方形时,配筋芯柱可采用正方形或圆形,其边长或直径不宜小于柱截面边长的1/3;
3 当柱截面为圆形时,配筋芯柱宜采用圆形,其直径不宜小于柱截面直径的1/3。
条文所说的“较高的高层建筑”是指,高于40m的框架结构或高于60m的其他结构体系的混凝土房屋建筑。

6.4.3 已废止

   柱纵向钢筋和箍筋配置应符合下列要求:
  1 柱全部纵向钢筋的配筋率,不应小于表6.4.3—1的规定值,且柱截面每一侧纵向钢筋配筋率不应小于0.2%;抗震设计时,对Ⅳ类场地上较高的高层建筑,表中数值应增加0.1。

注:1 表中括号内数值适用于框架结构;
  2 采用335MPa级、400MPa级纵向受力钢筋时,应分别按表中数值增加0.1和0.05采用;
  3 当混凝土强度等级高于C60时,上述数值应增加0.1采用。
  2 抗震设计时,柱箍筋在规定的范围内应加密,加密区的箍筋间距和直径,应符合下列要求:
  1)箍筋的最大间距和最小直径,应按表6.4.3—2采用;

2)一级框架柱的箍筋直径大于12mm且箍筋肢距不大于150mm及二级框架柱箍筋直径不小于10mm且肢距不大于200mm时,除柱根外最大间距应允许采用150mm;三级框架柱的截面尺寸不大于400mm时,箍筋最小直径应允许采用6mm;四级框架柱的剪跨比不大于2或柱中全部纵向钢筋的配筋率大于3%时,箍筋直径不应小于8mm;
  3)剪跨比不大于2的柱,箍筋间距不应大于100mm。

条文说明

  6.4.3 本条是钢筋混凝土柱纵向钢筋和箍筋配置的最低构造要求。本次修订,第1款调整了抗震设计时框架柱、框支柱、框架结构边柱和中柱最小配筋率的规定;表6.4.3—1中数值是以500MPa级钢筋为基准的。与02规程相比,对335MPa及400MPa级钢筋的最小配筋率略有提高,对框架结构的边柱和中柱的最小配筋百分率也提高了0.1,适当增大了安全度。
第2款第2)项增加丁一级框架柱端加密区箍筋间距可以适当放松的规定,主要考虑当箍筋直径较大、肢数较多、肢距较小时,箍筋的间距过小会造成钢筋过密,不利于保证混凝土的浇筑质量;适当放宽箍筋间距要求,仍然可以满足柱端的抗震性能。
但应注意:箍筋的间距放宽后,柱的体积配箍率仍需满足本规程的相关规定。

6.4.4

    柱的纵向钢筋配置,尚应满足下列规定:
  1 抗震设计时,宜采用对称配筋。
  2 截面尺寸大于400mm的柱,一、二、三级抗震设计时其纵向钢筋间距不宜大于200mm 抗震等级为四级和非抗震设计时,柱纵向钢筋间距不宜大于300mm;柱纵向钢筋净距均不应小于50mm。
  3 全部纵向钢筋的配筋率,非抗震设计时不宜大于5%、不应大于6%,抗震设计时不应大于5%。
  4 一级且剪跨比不大于2的柱,其单侧纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于1.2%。
  5 边柱;角柱及剪力墙端柱考虑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%。

条文说明

  6.4.4 本次修订调整了非抗震设计时柱纵向钢筋间距的要求,由350mm改为300mm;明确了四级抗震设计时柱纵向钢筋间距的要求同非抗震设计。

6.4.5

   柱的纵筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。

条文说明

  6.4.5 本条理由,同本规程第6.3.6条。

6.4.6

    抗震设计时,柱箍筋加密区的范围应符合下列规定:
  1 底层柱的上端和其他各层柱的两端,应取矩形截面柱之长边尺寸(或圆形截面柱之直径)、柱净高之1/6和500mm三者之最大值范围;
  2 底层柱刚性地面上、下各500mm的范围;
  3 底层柱柱根以上1/3柱净高的范围;
  4 剪跨比不大于2的柱和因填充墙等形成的柱净高与截面高度之比不大于4的柱全高范围;
  5 一、二级框架角柱的全高范围;
  6 需要提高变形能力的柱的全高范围。

6.4.7

        柱加密区范围内箍筋的体积配箍率,应符合下列规定:
  1 柱箍筋加密区箍筋的体积配箍率,应符合下式要求:  

注:普通箍指单个矩形箍或单个圆形箍;螺旋箍指单个连续螺旋箍筋,复合箍指由矩形、多边形、圆形箍或拉筋组成的箍筋;复合螺旋箍指由螺旋箍与矩形、多边形、圆形箍或拉筋组成的箍筋;连续复合螺旋箍指全部螺旋箍由同一根钢筋加工而成的箍筋。
  2 对一、二、三、四级框架柱,其箍筋加密区范围内箍筋的体积配箍率尚且分别不应小于0.8%、0.6%、0.4%和0.4%。
  3 剪跨比不大于2的柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍,其体积配箍率不应小于1.2%;设防烈度为9度时,不应小于1.5%。
    4 计算复合螺旋箍筋的体积配箍率时,其非螺旋箍筋的体积应乘以换算系数0.8。

条文说明

    6.4.7 本规程给出了柱最小配箍特征值,可适应钢筋和混凝土强度的变化,有利于更合理地采用高强钢筋;同时,为了避免由计算的体积配箍率过低,还规定了最小体积配箍率要求。
本条给出的箍筋最小配箍特征值,除与柱抗震等级和轴压比有关外,还与箍筋形式有关。井式复合箍、螺旋箍、复合螺旋箍、连续复合螺旋箍对混凝土具有更好的约束性能,因此其配箍特征值可比普通箍、复合箍低一些。本条所提到的柱箍筋形式举例如图5所示。

本次修订取消了“计算复合箍筋的体积配箍率时,应扣除重叠部分的箍筋体积”的要求;在计算箍筋体积配箍率时,取消了箍筋强度设计值不超过360MPa的限制。  

6.4.8 - 6.4.9

   6.4.8 抗震设计时,柱箍筋设置尚应符合下列规定:
  1 箍筋应为封闭式,其末端应做成135°弯钩且弯钩末端平直段长度不应小于10倍的箍筋直径,且不应小于75mm。
  2 箍筋加密区的箍筋肢距,一级不宜大于200mm,二、三级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值,四级不宜大于300mm。每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋约束;采用拉筋组合箍时,拉筋宜紧靠纵向钢筋并勾住封闭箍筋。
  3 柱非加密区的箍筋,其体积配箍率不宜小于加密区的一半;其箍筋间距,不应大于加密区箍筋间距的2倍,且一、二级不应大于10倍纵向钢筋直径,三、四级不应大于15倍纵向钢筋直径。

  6.4.9 非抗震设计时,柱中箍筋应符合下列规定:
  1 周边箍筋应为封闭式;
  2 箍筋间距不应大于400mm,且不应大于构件截面的短边尺寸和最小纵向受力钢筋直径的15倍;
  3 箍筋直径不应小于最大纵向钢筋直径的1/4,且不应小于6mm;
  4.当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过3%时,箍筋直径不应小于8mm,箍筋间距不应大于最小纵向钢筋直径的10倍,且不应大于200mm,箍筋末端应做成135°弯钩且弯钩末端平直段长度不应小于10倍箍筋直径;
  5 当柱每边纵筋多于3根时,应设置复合箍筋;
  6 柱内纵向钢筋采用搭接做法时,搭接长度范围内箍筋直径不应小于搭接钢筋较大直径的1/4;在纵向受拉钢筋的搭接长度范围内的箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍,且不应大于100mm;在纵向受压钢筋的搭接长度范围内的箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的10倍,且不应大于200mm。当受压钢筋直径大于25mm时,尚应在搭接接头端面外100mm的范围内各设置两道箍筋。

条文说明

   6.4.8、6.4.9 原规程JGJ 3—91曾规定:当柱内全部纵向钢筋的配筋率超过3%时,应将箍筋焊成封闭箍。考虑到此种要求在实施时,常易将箍筋与纵筋焊在一起,使纵筋变脆,如本规程第6.3.6条的解释;同时每个箍皆要求焊接,费时费工,增加造价,于质量无益而有害。目前,国际上主要结构设计规范,皆无类似规定。
因此本规程对柱纵向钢筋配筋率超过3%时,未作必须焊接的规定。抗震设计以及纵向钢筋配筋率大于3%的非抗震设计的柱,其箍筋只需做成带135°弯钩之封闭箍,箍筋末端的直段长度不应小于10d。
在柱截面中心,可以采用拉条代替部分箍筋。
当采用菱形、八字形等与外围箍筋不平行的箍筋形式(图5b、d、e)时,箍筋肢距的计算,应考虑斜向箍筋的作用。

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