理论教育 混凝土建筑结构设计:框架结构梁柱节点构造

混凝土建筑结构设计:框架结构梁柱节点构造

时间:2023-09-30 理论教育 版权反馈
【摘要】: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0.25,二级、三级不应大于0.35;且梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。非抗震设计的框架梁和次梁,其纵向钢筋的配筋构造应符合下列要求。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0.25倍。框架梁的纵向钢筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。

混凝土建筑结构设计:框架结构梁柱节点构造

1.抗震设计框架梁的纵向钢筋应符合的要求

(1)对有地震作用组合的框架梁,为防止过高的纵向钢筋配筋率,使梁具有良好的延性,避免受压区混凝土过早压碎,故对其纵向受拉钢筋的配筋率要严格限制。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0.25,二级、三级不应大于0.35;且梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。

抗震设计的框架梁,梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率为2.5%,最小配筋率按抗震等级分别取值(表3.17)。

(2)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0.5,二级、三级不应小于0.3。

(3)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3.18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。

表3.17 抗震设计中梁最小纵向钢筋配筋率ρmin单位:%

表3.18 抗震设计梁端箍筋加密区长度、 箍筋最大直径和箍筋最小直径单位:mm

注 d—纵向钢筋直径;hb—框架梁的高度。

(4)有地震作用的框架梁,为防止截面受压混凝土过早被压碎而很快降低承载力,为提高延性,在梁的两端箍筋加密区范围内,纵向受压钢筋截面面积应不小于表3.18的规定。

(5)梁截面上部、下部至少应各配两根纵向钢筋,对抗震等级一级、二级时,其截面面积不应小于梁支座处上部钢筋中较大截面面积的1/4,且钢筋直径不应小于14mm;三级和四级非抗震设计时,钢筋直径不应小于12mm。

(6)一级、二级抗震等级的框架梁,贯通中柱的每根纵向钢筋的直径,分别不宜大于与纵向钢筋相平行的柱截面尺寸的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。

(7)框架梁沿梁全长箍筋的面积配筋率应符合下列要求。

一级: 

二级: 

三级、四级: 

式中 ρsv——框架梁沿梁全长的箍筋配筋率。

(8)多高层框架梁不宜采用弯起钢筋。当梁的腹板净高不小于450mm时,在梁的两侧沿高度配置纵向构造的腰筋,配筋面积按梁腹板净面积的0.1%计算,其间距不应大于200mm,直径应偏小取用,其长度贯通梁全长,伸入柱内长度按受拉锚度长度,如接头则应按受拉搭接长度考虑。梁两侧纵向构造钢筋宜用拉筋连接,拉筋直接一般与箍筋相同,当箍筋直径大于10mm时,拉筋直径可采用10mm,第一个箍筋应设置在距支座边缘50mm处。

(9)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,二级、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。

(10)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。

(11)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。

(12)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两倍。

2.非抗震设计的框架梁应符合的要求

无地震组合的框架梁纵向受拉钢筋,必须考虑温度、收缩应力所需的钢筋数量,以防发生裂缝。因此,纵向受拉钢筋的最小配筋率不应小于混凝土规范要求的0.2%或45ft/fy,取两者中的较大值。最大配筋率的确定详见上册《混凝土结构设计原理》相关章节。非抗震设计的框架梁和次梁,其纵向钢筋的配筋构造应符合下列要求。

(1)应沿梁全长设置箍筋。

(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0.25倍。

(3)当梁端实际受到部分约束但按简支计算时,应在支座区上部设置纵向构造钢筋。也可用梁上部架立钢筋取代该纵向钢筋,但其面积不应小于梁跨中下部纵向受力钢筋计算所需截面面积的1/4,且不少于两根。

(4)在采用绑扎骨架的钢筋混凝土梁中,承受剪力的钢筋,宜优先采用箍筋。当设置弯起钢筋时,弯起钢筋的弯终点外应留有锚固长度,其长度在受拉区不应小于20d,在受压区不应小于10d。梁底部钢筋中的角筋不应弯起。弯起钢筋的弯起角度一般45°~60°,且不应采用浮筋。

(5)在梁的受拉区中,弯起钢筋的弯起点,可设在按正截面受弯承载力计算不需要该钢筋截面之前;但弯起钢筋与梁中心线的交点,应在不需要该钢筋截面之外;同时,弯起点与按计算充分利用截面间的距离,不应小于h0/2。

(6)梁支座截面负弯矩纵向受拉钢筋不宜在受拉区截断。如必须截断时,应按规范规定进行,且非抗震设计时,受拉钢筋的最小锚固长度应满足规范要求(详见相关正截面构造)。

(7)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要求:箍筋直径不应小于纵向受压钢筋最大直径的0.25倍;箍筋应做成封闭式;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);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。框架梁的纵向钢筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。

3.框架柱的构造要求

(1)柱截面尺寸宜符合下列要求:矩形截面柱的边长,非抗震设计时不宜小于250mm,抗震设计时不宜小于300mm;圆柱截面直径不宜小于350mm;柱剪跨比宜大于2;柱截面高宽比不宜大于3。

(2)抗震设计时,钢筋混凝土柱轴压比不宜超过《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)6.4.2条的规定;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。

(3)柱纵向钢筋和箍筋配置应符合下列要求:柱全部纵向钢筋的配筋率,不应小于表3.19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3.19中数值应增加0.1。

表3.19 抗震结构柱纵向钢筋最小配筋百分率 单位:%

注 当混凝土强度等级大于C60时,表中数值应增加0.1;当采用HRB400等级或RRB400级钢筋时,表中数值应允许减少0.1。

(4)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)一般情况下,箍筋的最大间距和最小直径,应按表3.20采用。

表3.20 抗震设计柱箍筋加密区构造要求 单位:mm

注 d—柱纵向钢筋直径(mm);柱根是指框架柱底部的嵌固部位。

2)二级框架柱箍筋直径不小于10mm、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,一级时尚不应大于6倍的纵向钢筋直径。

(5)柱的纵向钢筋配置,尚应满足下列要求:

1)抗震设计时,宜采用对称配筋。

2)抗震设计时,截面尺寸大于400mm的柱,其纵向钢筋间距不宜大于200mm;非抗震设计时,柱纵向钢筋间距不应大于350mm;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%。(www.daowen.com)

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%。

(6)柱的纵筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。

(7)抗震设计时,柱箍筋加密区的范围应符合下列要求:

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)一级及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。

(8)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:

式中 ρv——柱箍筋的体积配筋率;

λv——柱最小箍筋特征值;按表3.21取用;

fc——混凝土轴心抗压强度设计值。当混凝土强度低于C35时,按C35计算;

fyv——柱箍筋或拉筋的抗拉强度设计值;超过360N/mm2时,应按360N/mm2计算。

表3.21 柱端箍筋加密区最小配箍特征值λv

2)对一级、二级、三级、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)计算复合箍筋的体积配箍率时,应扣除重叠部分的箍筋体积;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。

(9)抗震设计时,柱箍筋设置尚应符合下列要求:

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,二级、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。

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两倍,且一级、二级不应大于10倍纵向钢筋直径,三级、四级不应大于15倍纵向钢筋直径。

(10)非抗震设计时,柱中箍筋应符合以下规定:

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(可采用拉筋)。

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0.25倍;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。

4.框架节点构造

框架结构的构造分为非抗震构造和抗震构造,而抗震构造又与框架结构的抗震等级有关。抗震设计时,一级、二级框架的节点核心区应按《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)附录C进行抗震验算;三级、四级框架节点以及各抗震等级的顶层端节点核心区,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。有关构造规定在《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)、《建筑抗震设计规范》(GB50011—2002)、《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)以及《全国民用建筑工程设计技术措施》结构篇中有非常严格和详尽的表述。其中有相当多的条款属于强制性条文。在本节中不作重复,仅对几个有关的概念作如下阐述。

框架节点核心区应设置水平箍筋,且应符合下列规定:

(1)非抗震设计时,箍筋配置除应符合规程中非抗震箍筋构造外,箍筋间距不宜大于250mm。对四边有梁与之相连的节点,可仅沿节点周边设置矩形箍筋。

(2)抗震设计时,箍筋的最大间距和最小直径宜符合《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)6.4.3条有关柱箍筋的规定。一级、二级、三级框架节点核心区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10和0.08,且箍筋体积配箍率分别不宜小于0.6%,0.5%和0.4%。柱剪跨比不大于2的框架节点核心区的配箍特征值不宜小于核心区上、下柱端配箍特征值中的较大值。

(3)框架梁的水平加腋:规范规定框架梁柱中心线宜重合,否则应考虑偏心对梁柱节点核心区和结构的不利影响,以及对柱的偏心影响。非抗震及6~8度抗震设计时,梁中心线间的偏心距不宜大于柱在该方向宽度的1/4,否则可采取水平加腋措施。水平加腋构造如图3.20所示。

图3.20 水平加腋配筋平面

la—非抗震时受拉钢筋最小锚固长度;laE—抗震设计时受拉钢筋最小锚固长度,按下式采用:一级、二级抗震等级:laE=1.5la,三级抗震等级:laE=1.05la,四级抗震等级:laE=1.0la

(4)抗震结构中,框架梁沿梁全长顶面和底面至少应配置各两根纵向钢筋。主要是考虑在水平地震作用时,楼面可能无活荷载,而梁端弯矩变号点比有活荷载时向跨中延伸;非抗震时,考虑活荷载不利布置时梁端弯矩变号点也会向跨中延伸。

(5)框架梁不设弯起钢筋,全部剪力由箍筋和混凝土承担。

(6)框架结构中的柱轴压比应满足限值要求。四级抗震以及非抗震时一般采用1.05。

(7)框架梁、柱节点在非抗震设计构造如图3.21所示。

图3.21 非抗震时框架梁柱节点构造

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