第四章 多层框架结构 4.5 混凝土框架构件设计

一、 控制截面与设计内力修正

  • 控制截面(Control Section):构件中内力最大、最易发生破坏并据此进行截面设计的特征位置。
    • 框架柱:柱在层高范围内为等截面,其抗力相同;由于弯矩、轴力沿柱高呈线性变化,其上、下端截面为控制截面。
    • 框架梁:两端剪力和负弯矩最大,跨中正弯矩最大,其控制截面有三个:左端、右端和跨中截面
  • 最不利活荷载作用位置:当采用分层法计算时,梁端弯矩只需考虑本层活荷载最不利布置,而柱端弯矩则需考虑相邻上下层的活荷载最不利布置。
  • 梁端设计内力修正:内力分析得出的梁端弯矩和剪力处于轴线处,设计时可取梁端柱边截面进行修正:
    • 均布荷载下:$V = V_0 – q(g+q)\frac{b}{2}$ ; $M = M_0 – V_0 \frac{b}{2}$
    • 集中荷载下:$V = V_0$ ; $M = M_0 – V_0 \frac{b}{2}$
  • 梁端弯矩调幅(Moment Modulation):由于弹性分析与实际塑性内力重分布(或装配式节点非完全刚性)存在差异,可对竖向荷载下的梁端弯矩进行调幅。调幅系数 $\delta$ 取值:现浇框架为 0.1~0.2;装配整体式框架为 0.2~0.3

二、 框架梁、柱截面计算与组合设计

框架梁、柱构件在截面设计与最不利内力组合时有不同的规范要求:

构件类型最不利内力组合项目承载能力极限状态计算正常使用极限状态验算
框架梁 (受弯构件)1. 梁端截面最大弯矩及最大剪力
2. 梁跨中截面最大弯矩
1. 正截面受弯承载力
2. 斜截面受剪承载力
1. 裂缝宽度验算
2. 挠度验算
框架柱 (偏心受力构件)与单层排架柱最不利组合相同
(如最大轴力及对应弯矩等)
1. 正截面受压承载力
2. 斜截面受剪承载力
(受剪承载力公式引入了剪跨比 $\lambda$)
裂缝宽度验算

柱斜截面受剪承载力公式
$V \le \frac{1.75}{\lambda + 1} f_t b h_0 + 0.07 N + f_{yv} \frac{A_{sv}}{s} h_0$
(其中,计算截面的剪跨比 $\lambda = H_n / (2h_0)$,且限制 $1 \le \lambda \le 3$)


三、 框架节点区钢筋锚固与构造要求

在非抗震设防区,框架节点的承载力主要依靠以下构造措施来保证:

  • 节点混凝土强度:现浇框架节点与柱相同;装配整体式框架节点比预制构件高一级。
  • 顶层端节点梁截面限制:应满足 $0.35 \beta_c f_c b h_0 \ge A_s f_y$ (当混凝土 $\le \text{C50}$ 时 $\beta_c = 1.0$,$\text{C80}$ 时 $\beta_c = 0.8$,其间线性内插)

核心钢筋锚固与连接构造表

结构部位钢筋类型核心锚固与构造要求
柱纵筋连接普通连接与搭接1. 连接接头一般设在楼层处,同一区段内接头面积百分比 $\le 50\%$;
2. 搭接长度 $l_l$ 范围内箍筋间距 $s \le l_l/6$,且受拉时 $s \le 100\text{mm}$,受压时 $s \le 200\text{mm}$。
变截面柱纵筋坡度变化搭接1. 当角度(坡度) $\le 1/6$ 时,下柱纵筋直接弯折与上柱纵筋搭接;
2. 当角度 $> 1/6$ 时,下柱纵筋应伸入上柱并满足锚固,上柱纵筋伸入下柱搭接。
顶层节点柱纵筋顶层锚固方式1. 直线锚固:自梁底算起锚固长度 $\ge l_a$,且须伸至柱顶;
2. 弯折锚固(梁高不足时):伸至柱顶向内弯折,竖直段 $\ge 0.5l_{ab}$,水平段 $\ge 12d$;
3. 向外弯折:若顶层为现浇板且厚度 $\ge 80\text{mm}$(或 $100\text{mm}$),可向外水平弯折 $\ge 12d$。
中间节点梁纵筋上部与下部锚固1. 上部纵筋:一般直接贯通;需锚固时长度 $\ge l_a$ 且伸过柱中心线 $\ge 5d$;柱截面不足时可向下弯折(水平段 $\ge 0.4l_{ab}$,弯折竖直段 $\ge 15d$)。
2. 下部纵筋:当不利用其强度时,按主梁处理或保证锚固长度(带肋钢筋 $\ge 12d$,光面钢筋 $\ge 15d$);若充分利用其抗拉强度,伸入节点长度 $\ge l_a$;柱截面不足时向上弯折(水平段 $\ge 0.4l_{ab}$,竖直段 $\ge 15d$)。
顶层端节点搭接梁上部与柱外侧搭接1. 方案一:将柱外侧纵筋伸入梁内搭接 $\ge 1.5l_{ab}$;梁宽以外的柱角筋伸至柱内边向下弯折 $\ge 8d$(数量 $\le 35\%$);
2. 方案二:柱外侧纵筋伸至柱顶,梁上部纵筋伸入柱内,竖直段搭接长度 $\ge 1.7l_{ab}$。

💡 问题

在对框架梁端弯矩进行人工调幅(折减)后,为了保证整跨梁的承载安全,梁跨中截面的弯矩应该如何处理?

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