6.3 框架的基本抗震构造措施

6.3.1、6.3.2 合理控制混凝土结构构件的尺寸,是本规范第3.5.4条的基本要求之一。梁的截面尺寸,应从整个框架结构中梁、柱的相互关系,如在强柱弱梁基础上提高梁变形能力的要求等来处理。
    为了避免或减小扭转的不利影响,宽扁梁框架的梁柱中线宜重合,并应采用整体现浇楼盖。为了使宽扁梁端部在柱外的纵向钢筋有足够的锚固,应在两个主轴方向都设置宽扁梁。

6.3.3、6.3.4 梁的变形能力主要取决于梁端的塑性转动量,而梁的塑性转动量与截面混凝土相对受压区高度有关。当相对受压区高度为0.25至0.35范围时,梁的位移延性系数可到达3~4。计算梁端截面纵向受拉钢筋时,应采用与柱交界面的组合弯矩设计值,并应计入受压钢筋。计算梁端相对受压区高度时,宜按梁端截面实际受拉和受压钢筋面积进行计算。
    梁端底面和顶面纵向钢筋的比值,同样对梁的变形能力有较大影响。梁端底面的钢筋可增加负弯矩时的塑性转动能力,还能防止在地震中梁底出现正弯矩时过早屈服或破坏过重,从而影响承载力和变形能力的正常发挥。
    根据试验和震害经验,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6d~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,延性较好。因此规定了箍筋加密区的最小长度,限制了箍筋最大肢距;当纵向受拉钢筋的配筋率超过2%时,箍筋的最小直径相应增大。
    本次修订,将梁端纵向受拉钢筋的配筋率不大于2.5%的要求,由强制性改为非强制性,移到6.3.4条。还提高了框架结构梁的纵向受力钢筋伸入节点的握裹要求。

6.3.5 本次修订,根据汶川地震的经验,对一、二、三级且层数超过2层的房屋,增大了柱截面最小尺寸的要求,以有利于实现“强柱弱梁”。

6.3.6 限值框架柱的轴压比主要是为了保证柱的塑性变形能力和保证框架的抗倒塌能力。抗震设计时,除了预计不可能进入屈服的柱外,通常希望框架柱最终为大偏心受压破坏。由于轴压比直接影响柱的截面设计,2001规范仍以89规范的限值为依据,根据不同情况进行适当调整,同时控制轴压比最大值。在框架-抗震墙、板柱-抗震墙及筒体结构中,框架属于第二道防线,其中框架的柱与框架结构的柱相比,其重要性相对较低,为此可以适当增大轴压比限值。本次修订,将框架结构的轴压比限值减小了0.05,框架-抗震墙、板柱-抗震墙及筒体中三级框架的柱的轴压比限值也减小了0.05,增加了四级框架的柱的轴压比限值。
    利用箍筋对混凝土进行约束,可以提高混凝土的轴心抗压强度和混凝土的受压极限变形能力。但在计算柱的轴压比时,仍取无箍筋约束的混凝土的轴心抗压强度设计值,不考虑箍筋约束对混凝土轴心抗压强度的提高作用。
    我国清华大学研究成果和日本AIJ钢筋混凝土房屋设计指南都提出,考虑箍筋对混凝土的约束作用时,复合箍筋肢距不宜大于200mm,箍筋间距不宜大于100mm,箍筋直径不宜小于10mm的构造要求。参考美国ACI资料,考虑螺旋箍筋对混凝土的约束作用时,箍筋直径不宜小于10mm,净螺距不宜大于75mm。为便于施工,采用螺旋间距不大于100mm,箍筋直径不小于12mm。矩形截面柱采用连续矩形复合螺旋箍是一种非常有效的提高延性的措施,这已被西安建筑科技大学的试验研究所证实。根据日本川铁株式会社1998年发表的试验报告,相同柱截面、相同配筋、配箍率、箍距及箍筋肢距,采用连续复合螺旋箍比一般复合箍筋可提高柱的极限变形角25%。采用连续复合矩形螺旋箍可按圆形复合螺旋箍对待。用上述方法提高柱的轴压比后,应按增大的轴压比由本规范表6.3.9确定配箍量,且沿柱全高采用相同的配箍特征值。

    试验研究和工程经验都证明,在矩形或圆形截面柱内设置矩形核芯柱,不但可以提高柱的受压承载力,还可以提高柱的变形能力。在压、弯、剪作用下,当柱出现弯、剪裂缝,在大变形情况下芯柱可以有效地减小柱的压缩,保持柱的外形和截面承载力,特别对于承受高轴压的短柱,更有利于提高变形能力,延缓倒塌。为了便于梁筋通过,芯柱边长不宜小于柱边长或直径的1/3,且不宜小于250mm(图16)。

6.3.7、6.3.8 柱纵向钢筋的最小总配筋率,89规范的比78规范有所提高,但仍偏低,很多情况小于非抗震配筋率,2001规范适当调整。本次修订,提高了框架结构中柱和边柱纵向钢筋的最小总配筋率的要求。随着高强钢筋和高强混凝土的使用,最小纵向钢筋的配筋率要求,将随混凝土强度和钢筋的强度而有所变化,但表中的数据是最低的要求,必须满足。
    当框架柱在地震作用组合下处于小偏心受拉状态时,柱的纵筋总截面面积应比计算值增加25%,是为了避免柱的受拉纵筋屈服后再受压时,由于包兴格效应导致纵筋压屈。

6.3.9 框架柱的弹塑性变形能力,主要与柱的轴压比和箍筋对混凝土的约束程度有关。为了具有大体上相同的变形能力,轴压比大的柱,要求的箍筋约束程度高。箍筋对混凝土的约束程度,主要与箍筋形式、体积配箍率、箍筋抗拉强度以及混凝土轴心抗压强度等因素有关,而体积配箍率、箍筋强度及混凝土强度三者又可以用配箍特征值表示,配箍特征值相同时,螺旋箍、复合螺旋箍及连续复合螺旋箍的约束程度,比普通箍和复合箍对混凝土的约束更好。因此,规范规定,轴压比大的柱,其配箍特征值大于轴压比低的柱;轴压比相同的柱,采用普通箍或复合箍时的配箍特征值,大于采用螺旋箍、复合螺旋箍或连续复合螺旋箍时的配箍特征值。
    89规范的体积配箍率,是在配箍特征值基础上,对箍筋抗拉强度和混凝土轴心抗压强度的关系做了一定简化得到的,仅适用于混凝土强度在C35以下和HPB235级钢箍筋。2001规范直接给出配箍特征值,能够经济合理地反映箍筋对混凝土的约束作用。为了避免配箍率过小,2001规范还规定了最小体积配箍率。普通箍筋的体积配箍率随轴压比增大而增加的对应关系举例如下:采用符合抗震性能要求的HRB335级钢筋且混凝土强度等级大于C35时,一、二、三级轴压比分别小于0.6、0.5和0.4时,体积配箍率取正文中的最小值——分别为0.8%、0.6%和0.4%,轴压比分别超过0.6、0.5和0.4但在最大轴压比范围内,轴压比每增加0.1,体积配箍率增加0.02(fc/fy)≈0.0011(fc/16.7);超过最大轴压比范围,轴压比每增加0.1,体积配箍率增加0.03(fc/fy)=0.0001fc
    本次修订,删除了89规范和2001规范关于复合箍应扣除重叠部分箍筋体积的规定,因重叠部分对混凝土的约束情况比较复杂,如何换算有待进一步研究;箍筋的强度也不限制在标准值400MPa以内。四级框架柱的箍筋加密区的最小体积配箍特征值,与三级框架柱相同。
    对于封闭箍筋与两端为135°弯钩的拉筋组成的复合箍,约束效果最好的是拉筋同时钩住主筋和箍筋,其次是拉筋紧靠纵向钢筋并钩住箍筋;当拉筋间距符合箍筋肢距的要求,纵筋与箍筋有可靠拉结时,拉筋也可紧靠箍筋并钩住纵筋。
    考虑到框架柱在层高范围内剪力不变及可能的扭转影响,为避免箍筋非加密区的受剪能力突然降低很多,导致柱的中段破坏,对非加密区的最小箍筋量也作了规定。
    箍筋类别参见图17。

6.3.10 为使框架的梁柱纵向钢筋有可靠的锚固条件,框架梁柱节点核芯区的混凝土要具有良好的约束。考虑到核芯区内箍筋的作用与柱端有所不同,其构造要求与柱端有所区别。