论文部分内容阅读
摘要：钢筋混凝土多层框架是按"强柱弱梁"、"强剪弱弯"及"强节点重锚固"的设计原则进行的,而其梁和柱的箍筋设置是否合理、适当,则是保证框架结构"强柱弱梁"和"强剪弱弯"的重要手段,是保证框架形成延性结构的重要措施,延性好的钢筋混凝土框架可以吸收更多的地震能量,使其震害减轻。但是仅仅靠结构计算来保证结构的"强柱弱梁"、"强剪弱弯"和"强节点重锚固"是不可能实现的。影响地震作用和结构抗震能力的因素非常复杂,这些影响因素很难全面系统地用结构计算的方法来解决。
关键词： 框架结构；箍筋；构件；延性；刚度；塑性；构造柱；约束作用；轴压比；配筋率
1引言
延性是指一个构件或结构体系在强度没有实质性降低的情况下,通过大幅度非弹性变形来耗散地震能量的能力。影响钢筋混凝土多层框架结构延性的因素很多,例如结构布置、构造选型、截面尺寸、材料性质、配筋率、轴压比、配箍率、箍筋形式及填充墙与框架主体的连接方式等均与延性有一定关系,仅仅靠结构计算来保证框架结构的延性是远远不够的。
2框架梁的箍筋设置
为了保证框架结构的"强柱弱梁",就需要控制框架梁与框架柱的相对强度与刚度,力求做到在地震作用下的钢筋混凝土框架,要形成以梁端塑性铰为主的塑性耗能"梁铰结构";理论分析及震害表明,受弯梁的"梁铰结构"比受压柱的"柱铰结构"具有更大的变形能力,如果柱中的塑性铰先于梁中的塑铰出现,很容易形成几何可变体系而使结构倒塌。
框架梁端箍筋加密有助于约束梁端混凝土,提高受压区混凝土的极限变形能力,从而保证梁的延性,因此,我国规范规定了梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和箍筋最小直径的要求,以示对梁端塑性铰区箍筋加密这一构造措施的重视(表1),其目的就是从构造上对框架梁塑性铰区的受压混凝土提供约束,并约束纵向受压钢筋,防止在保护层混凝土剥落后过早受压,以保证梁端具有足够的塑性铰转动能力。
（注:h为梁截面高度,d为纵向钢筋直径。）
规范规定了梁箍筋加密区长度内的箍筋肢距,一级抗震等级不宜大于200 mm和20倍箍筋直径较大值,二级及三级不宜大于250 mm和20倍箍筋直径较大值,四级不宜大于300 mm。
根据试验和震害表明,随着剪跨比的不同,梁端的破坏主要集中于1.5~2.0倍梁高的长度范围内,当箍筋间距小于6~8d(d为纵向钢筋直径)时,混凝土压溃前受压钢筋一般不致压屈,而延性较好。同时要注意,梁端设置的第一个箍筋应距框架节点边缘不大于50mm,非加密区的箍筋间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍,当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时,表1中箍筋最小直径数值应增大2mm。
3框架柱的箍筋设置
在钢筋混凝土多层框架设计中,根据我国设计规范的规定,要有目的地增大柱端弯矩设计值,降低柱屈服的可能性,以保证框架抗震的安全,该措施是"强柱弱梁"的关键之举。
柱端箍筋的加密设置不仅可以保证抗剪承载能力,抵抗柱端的剪切破坏,而且由于箍筋对核心混凝土有约束作用,还可以提高混凝土的强度、改善混凝土的变形性能,与此同时,还可以防止受压纵向钢筋的屈曲。综上所述,框架柱端合理加密箍筋乃是提高其延性的一项重要措施,为此我国规范规定了一般情况下的箍筋最大间距和最小直径(表2),同时指出,框支柱和剪跨比不大于2的框架柱,应在柱全高范围内加密箍筋,且箍筋间距不应大于100mm;二级抗震等级的框架柱,当箍筋直径不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm时,除柱根外,箍筋间距应允许采用150mm;三级抗震等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;四级抗震等级框架柱剪跨比不大于2时,箍筋直径不应小于8mm。
（注:d为柱纵筋最小直径;柱根指框架底层柱的嵌固部位。）
框架柱箍筋的约束作用,与柱轴压比、配箍率、箍筋形式、箍筋肢距以及混凝土强度等级与箍筋强度的比值等多种因素有关,而柱端箍筋的加密加强了对混凝土的约束,提高了塑性铰区箍筋对混凝土的约束作用,我国规范根据震害分析和试验所得柱端塑性铰区长度适当增大而规定了柱的箍筋加密范围如下。
1．柱端取截面高度(圆柱直径)、柱净高的1/6和500 mm三者的最大值；
2．底层柱的柱根不小于柱净高的1/3;当有刚性地面时,除柱端箍筋加密区外,尚应取刚性地面上下各500 mm；
3．剪跨比不大于2的柱和因设置填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱取全柱高；
4．框支柱取全柱高；
5．.一级及二级抗震等级框架的角柱取全柱高。
框架柱箍筋加密区内箍筋间距的大小能影响其对混凝土的约束,因此,我国规范对此也做出限制,以提高塑性铰区箍筋对混凝土的约束作用,规定一级抗震等级不宜大于200 mm;二级及三级抗震等级不宜大于250 mm和20倍箍筋直径的较大者;四级抗震等级不宜大于300 mm。
各种不同形式的箍筋对混凝土核心的约束作用是不同的。为了提高矩形箍筋的约束作用,任何形式的箍筋都必须做成封闭式的,并且和框架梁的箍筋一样,箍筋端部也要做成135€巴涔?端部有不小于10倍箍筋直径的直线段。
框架柱还应考虑其在层高范围内剪切力不变及可能发生扭转的影响,为避免框架柱箍筋非加密区抗剪能力突然降低很多,对箍筋非加密区的最小箍筋量,规范也做出规定,其箍筋的体积配筋率不宜小于加密区配筋率的一半;对于一级及二级抗震等级的框架柱,箍筋间距不应大于10倍纵向钢筋直径;对于三级及四级抗震等级的框架柱,箍筋间距不应大于15倍纵向钢筋直径。
4结束语
综上所述,在钢筋混凝土多层框架的梁和柱中,设置和加密梁端和柱端箍筋,可以提高和保证抗剪承载能力以抵抗混凝土的剪切破坏,又可以对核心混凝土起到约束作用,提高混凝土强度和改善混凝土的极限变形性能,还可以防止受压纵向钢筋的屈曲,所以,合理设置框架梁和柱的箍筋是提高钢筋混凝土多层框架延性的一个重要手段,是框架延性结构设计的主要内容。同时,影响箍筋对混凝土约束作用的因素很多,而且又非常复杂,一定要综合考虑,以保证延性结构的形成。
参考文献：
[1] 曾律弦，肖四喜.高温下带轴向约束的钢筋混凝土构件轴向内力的实用计算方法[J]. 湖南理工学院学报(自然科学版) 2010年02期
[2] 卢锦钟，黄晓吉.梁端约束对钢筋混凝土梁耐火性能的影响[J]. 华侨大学学报(自然科学版) 2008年04期
[3] 张秀永.浅谈框架结构墙体裂缝成因及治理[J]. 建筑 2010年18期
[4] 朱慧.框架结构的三维地震弹塑性分析[J]. 工程建设与设计 2010年09期
[5] 刘晖.浅谈框架梁柱节点施工质量的控制[J]. 科技创新导报 2010年24期
作者简介：彭玮（1984-），男，汉族，湖南祁东人，2006年毕业于重庆交通大学土木工程专业，获工学学士学位，助理工程师，现从事设计工作。
关键词： 框架结构；箍筋；构件；延性；刚度；塑性；构造柱；约束作用；轴压比；配筋率
1引言
延性是指一个构件或结构体系在强度没有实质性降低的情况下,通过大幅度非弹性变形来耗散地震能量的能力。影响钢筋混凝土多层框架结构延性的因素很多,例如结构布置、构造选型、截面尺寸、材料性质、配筋率、轴压比、配箍率、箍筋形式及填充墙与框架主体的连接方式等均与延性有一定关系,仅仅靠结构计算来保证框架结构的延性是远远不够的。
2框架梁的箍筋设置
为了保证框架结构的"强柱弱梁",就需要控制框架梁与框架柱的相对强度与刚度,力求做到在地震作用下的钢筋混凝土框架,要形成以梁端塑性铰为主的塑性耗能"梁铰结构";理论分析及震害表明,受弯梁的"梁铰结构"比受压柱的"柱铰结构"具有更大的变形能力,如果柱中的塑性铰先于梁中的塑铰出现,很容易形成几何可变体系而使结构倒塌。
框架梁端箍筋加密有助于约束梁端混凝土,提高受压区混凝土的极限变形能力,从而保证梁的延性,因此,我国规范规定了梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和箍筋最小直径的要求,以示对梁端塑性铰区箍筋加密这一构造措施的重视(表1),其目的就是从构造上对框架梁塑性铰区的受压混凝土提供约束,并约束纵向受压钢筋,防止在保护层混凝土剥落后过早受压,以保证梁端具有足够的塑性铰转动能力。
（注:h为梁截面高度,d为纵向钢筋直径。）
规范规定了梁箍筋加密区长度内的箍筋肢距,一级抗震等级不宜大于200 mm和20倍箍筋直径较大值,二级及三级不宜大于250 mm和20倍箍筋直径较大值,四级不宜大于300 mm。
根据试验和震害表明,随着剪跨比的不同,梁端的破坏主要集中于1.5~2.0倍梁高的长度范围内,当箍筋间距小于6~8d(d为纵向钢筋直径)时,混凝土压溃前受压钢筋一般不致压屈,而延性较好。同时要注意,梁端设置的第一个箍筋应距框架节点边缘不大于50mm,非加密区的箍筋间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍,当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时,表1中箍筋最小直径数值应增大2mm。
3框架柱的箍筋设置
在钢筋混凝土多层框架设计中,根据我国设计规范的规定,要有目的地增大柱端弯矩设计值,降低柱屈服的可能性,以保证框架抗震的安全,该措施是"强柱弱梁"的关键之举。
柱端箍筋的加密设置不仅可以保证抗剪承载能力,抵抗柱端的剪切破坏,而且由于箍筋对核心混凝土有约束作用,还可以提高混凝土的强度、改善混凝土的变形性能,与此同时,还可以防止受压纵向钢筋的屈曲。综上所述,框架柱端合理加密箍筋乃是提高其延性的一项重要措施,为此我国规范规定了一般情况下的箍筋最大间距和最小直径(表2),同时指出,框支柱和剪跨比不大于2的框架柱,应在柱全高范围内加密箍筋,且箍筋间距不应大于100mm;二级抗震等级的框架柱,当箍筋直径不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm时,除柱根外,箍筋间距应允许采用150mm;三级抗震等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;四级抗震等级框架柱剪跨比不大于2时,箍筋直径不应小于8mm。
（注:d为柱纵筋最小直径;柱根指框架底层柱的嵌固部位。）
框架柱箍筋的约束作用,与柱轴压比、配箍率、箍筋形式、箍筋肢距以及混凝土强度等级与箍筋强度的比值等多种因素有关,而柱端箍筋的加密加强了对混凝土的约束,提高了塑性铰区箍筋对混凝土的约束作用,我国规范根据震害分析和试验所得柱端塑性铰区长度适当增大而规定了柱的箍筋加密范围如下。
1．柱端取截面高度(圆柱直径)、柱净高的1/6和500 mm三者的最大值；
2．底层柱的柱根不小于柱净高的1/3;当有刚性地面时,除柱端箍筋加密区外,尚应取刚性地面上下各500 mm；
3．剪跨比不大于2的柱和因设置填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱取全柱高；
4．框支柱取全柱高；
5．.一级及二级抗震等级框架的角柱取全柱高。
框架柱箍筋加密区内箍筋间距的大小能影响其对混凝土的约束,因此,我国规范对此也做出限制,以提高塑性铰区箍筋对混凝土的约束作用,规定一级抗震等级不宜大于200 mm;二级及三级抗震等级不宜大于250 mm和20倍箍筋直径的较大者;四级抗震等级不宜大于300 mm。
各种不同形式的箍筋对混凝土核心的约束作用是不同的。为了提高矩形箍筋的约束作用,任何形式的箍筋都必须做成封闭式的,并且和框架梁的箍筋一样,箍筋端部也要做成135€巴涔?端部有不小于10倍箍筋直径的直线段。
框架柱还应考虑其在层高范围内剪切力不变及可能发生扭转的影响,为避免框架柱箍筋非加密区抗剪能力突然降低很多,对箍筋非加密区的最小箍筋量,规范也做出规定,其箍筋的体积配筋率不宜小于加密区配筋率的一半;对于一级及二级抗震等级的框架柱,箍筋间距不应大于10倍纵向钢筋直径;对于三级及四级抗震等级的框架柱,箍筋间距不应大于15倍纵向钢筋直径。
4结束语
综上所述,在钢筋混凝土多层框架的梁和柱中,设置和加密梁端和柱端箍筋,可以提高和保证抗剪承载能力以抵抗混凝土的剪切破坏,又可以对核心混凝土起到约束作用,提高混凝土强度和改善混凝土的极限变形性能,还可以防止受压纵向钢筋的屈曲,所以,合理设置框架梁和柱的箍筋是提高钢筋混凝土多层框架延性的一个重要手段,是框架延性结构设计的主要内容。同时,影响箍筋对混凝土约束作用的因素很多,而且又非常复杂,一定要综合考虑,以保证延性结构的形成。
参考文献：
[1] 曾律弦，肖四喜.高温下带轴向约束的钢筋混凝土构件轴向内力的实用计算方法[J]. 湖南理工学院学报(自然科学版) 2010年02期
[2] 卢锦钟，黄晓吉.梁端约束对钢筋混凝土梁耐火性能的影响[J]. 华侨大学学报(自然科学版) 2008年04期
[3] 张秀永.浅谈框架结构墙体裂缝成因及治理[J]. 建筑 2010年18期
[4] 朱慧.框架结构的三维地震弹塑性分析[J]. 工程建设与设计 2010年09期
[5] 刘晖.浅谈框架梁柱节点施工质量的控制[J]. 科技创新导报 2010年24期
作者简介：彭玮（1984-），男，汉族，湖南祁东人，2006年毕业于重庆交通大学土木工程专业，获工学学士学位，助理工程师，现从事设计工作。