钢筋混凝土框架结构截面设计与构造要求

框架结构截面设计包括梁、柱及节点的配筋计算。要根据荷载效应组合所得内力按构件正截面抗弯、斜截面抗剪承载力要求计算构件的配筋数量。对梁、柱及节点还有相应的构造要求。

（一）构件配筋计算

1.非抗震设计

当不考虑地震作用进行框架结构设计时，框架梁柱的正截面、斜截面配筋计算分别与普通钢筋混凝土受弯和偏心受压构件的配筋计算方法相同。

在配筋计算的过程中，应注意以下问题：

（1）当楼板与框架整浇时，梁跨中应按T 形截面计算，支座处按矩形截面计算。

（2）梁的控制截面在柱边，应将梁柱轴线交点处的内力值换算成柱边的内力值作为梁配筋计算的内力值。

（3）柱的控制截面在梁底（柱上端）、梁顶（柱下端），按轴线计算简图求得的柱端内力值宜换算到控制截面处；为简化起见，可采用轴线处内力值，柱钢筋用量会略微增加。

（4）一般多层房屋的钢筋混凝土框架，其平面内和平面外各层柱的计算长度（l0）：当为现浇楼盖时底层柱l0=1.0H，其余各层柱l0=1.25H；当为装配式楼盖时底层柱l0=1.25H，其余各层柱l0=1.5H。

可按无侧移考虑的钢筋混凝土框架结构，如具有非轻质隔墙的多层房屋，当为三跨及三跨以上或为两跨且房屋的总宽度不小于房屋总高度的1/3 时，其各层框架柱的计算长度：现浇楼盖l0=0.7H；装配式楼盖l0=1.0H，其中H 为计算简图中各层柱的高。

（5）框架柱除平面内按偏心受压计算外，尚应对平面外按轴心受压柱验算。

2.抗震设计

非抗震及抗震结构在结构设计上有许多不同之处，其根本区别在于非抗震结构在外荷载作用下结构处于弹性状态或仅有微小裂缝，构件设计主要是满足承载力要求。而抗震结构在地震作用下，为了有良好的耗能能力以及在强震下结构不倒塌，其构件应有足够的延性。要设计延性框架结构，应满足“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的要求，并进行相应的内力调整，然后用调整后的内力值进行配筋计算。

（1）强柱弱梁设计——控制塑性铰的位置。多层框架，柱端破坏要比梁端破坏造成的后果严重。因此应使梁端首先出现塑性铰，使整个框架的内力重分布，增大结构极限变形，吸收较多的能量，从而保证结构整体具有较好的抗震性能。“强柱弱梁”就是指节点处柱端实际受弯承载力大于梁端实际受弯承载力。由于地震的往复作用，两个方向的弯矩设计值均需满足要求。

强柱弱梁设计有以下主要措施：

1）调整柱设计弯矩：建筑抗震设计规范规定一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15 者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合式（3-5-1）要求：

一级框架结构及9 度时尚应符合式（3-5-2）：

式中：ΣMc 为节点上下柱端截面顺时针或反时针方向组合的弯矩设计值之和；ΣMb 为节点左右梁端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和，一级框架节点左右梁端均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩应取零；ΣMbua为节点左右梁端截面反时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值之和，根据实配钢筋面积（计入受压筋）和材料强度标准值确定；ηc 为柱端弯矩增大系数，一级取1.4，二级取1.2，三级取1.1。

2）加大底层柱弯矩：为防止结构底层柱的柱底过早出现塑性屈服，规范规定一、二、三级框架结构的底层（指无地下室的基础以上或地下室以上的首层），柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.5、1.25、1.15。底层柱纵向钢筋宜按上下端的不利情况配置。

3）提高角柱的弯矩设计值：当房屋的刚度中心与质量中心不一致时，在横向地震作用下将发生扭转，角柱将承受较大的内力。因此，角柱宜按双向偏心计算。一、二、三级框架结构角柱的内力设计值应乘以相应增大系数。

4）限制柱的轴压比：柱的轴压比是影响柱延性的重要因素之一。轴压比大，常发生小偏压破坏；轴压比小，常发生大偏压破坏。为了防止在地震时，柱子发生脆性破坏，一般应控制在大偏压的范围内，以保证柱有一定的延性。框架柱的轴压比μN=N/Acfc 不宜超过表3-5-1规定的限值。

表3-5-1　框架柱最大轴压比限值

当柱净高与截面长边尺寸之比小于4 时，最大轴压比限值可将表内数值减小0.05，并采取加密箍筋，增设附加箍筋等措施，加强对混凝土的约束。

5）保证柱内配筋不低于最小配筋率：为了避免在地震作用下，框架柱过早地屈服，框架柱的总配筋率不应小于表3-5-2规定的限值。为了抵抗来自不同方向的地震作用，宜采用对称配筋。柱内箍筋间距也不宜大于200mm，通常采用100mm。

表3-5-2　柱截面纵向钢筋的最小配筋率（%）

注 采用HRB400 级热轧钢筋时应允许减少0.1，混凝土强度等级高于C60 时应增加0.1。

6）限制梁的受压区高度：设计框架梁时，控制梁端混凝土受压区高度的目的是控制塑性铰区纵向受拉钢筋的配筋率不要过大，以保证框架梁有足够的曲率延性。

规范要求梁纵向钢筋的配筋率均不应大于2.5% ；一级抗震设计ξ=x/h0≤0.25；二、三级抗震设计ξ=x/h0≤0.35。

（2）强剪弱弯——控制构件的破坏形态，防止构件过早剪坏。为了防止构件端部塑性铰区在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏，要求设计做到“强剪弱弯”，亦即梁的实际受剪承载力要大于梁屈服时实际达到的剪力；为了防止柱端塑性铰区在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏，柱的受剪承载力也要大于柱屈服时实际达到的剪力。设计时就是把按弹性方法算得的剪力值乘以放大系数，再用放大了的剪力值作为剪力设计值去验算斜截面受剪承载力。

强剪弱弯设计有以下主要措施：

1）提高梁端剪力设计值：规范规定一、二、三级的框架梁和剪力墙中跨高比大于2.5的连梁，其梁端截面组合的剪力设计值应按式（3-5-3）调整：

一级框架结构及9 度时尚应符合式（3-5-4）：

式中：V 为梁端截面组合的剪力设计值；ln 为梁的净跨；VGb为梁在重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值（9 度时高层建筑还应包括竖向地震作用标准值）；、分别为梁左、右端截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值，一级框架两端均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩应取零；、分别为梁左右端截面逆时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值，根据实配钢筋面积（计入受压筋）和材料强度标准值确定；ηvb为梁端剪力增大系数，一级取1.3，二级取1.2，三级取1.1。

2）提高柱端剪力设计值：规范规定一、二、三级的框架柱（框支柱）组合的剪力设计值应按式（3-5-5）调整：

一级框架结构及9 度时尚应符合式（3-5-6）：

式中：V 为柱端截面组合的剪力设计值；Hn 为柱的净高；、分别为柱上下端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值，应符合强柱弱梁的内力调整规定；、分别为偏心受压柱的上下端反时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值，根据实配钢筋面积、材料强度标准值和轴压力等确定；ηvc为柱剪力增大系数，一级取1.4，二级取1.2，三级取1.1。

3）加密箍筋：规范对梁端箍筋加密区长度、箍筋最大间距、箍筋最小直径和箍筋肢距作出规定的目的是从构造上保证在地震和垂直荷载作用下框架梁塑性铰区有足够的受剪承载力。同时也增加了箍筋对混凝土的约束作用，以保证框架梁梁铰机构的实现。

建筑抗震设计规范规定：一级框架梁端2 倍梁高范围，二、三级框架梁端1.5 倍梁高范围箍筋应加密且加密区的长度不小于500mm；框架柱两端在1/6 柱净高的范围内应加密，且加密区长度不小于矩形截面长边尺寸（或圆柱直径）及500mm；底层框架柱在刚性地坪上下各500mm 的范围内以及短柱、角柱的全高均应加密。

非加密区的箍筋也不少于加密区箍筋的50%；箍筋间距：一、二级抗震设计时不应大于10d，三、四级不大于15d。

（3）强节点弱构件——合理设计节点区及各部分的连接和锚固，防止节点连接的脆性破坏，保证节点区的承载力。具体内容详见框架节点核心区的设计。

（4）用调整后的内力值进行梁柱正截面、斜截面计算配筋时，应注意以下问题：(www.xing528.com)

1）抗震设计时，需考虑抗震承载力调整系数γRE。

2）梁柱正截面计算时，除了考虑抗震承载力调整系数γRE外，抗震设计与非抗震设计的计算公式相同。

3）梁柱斜截面计算时，除了考虑抗震承载力调整系数γRE外，抗震设计计算公式是非抗震设计公式乘以0.8 的系数。

4）其他注意事项同非抗震设计。

（二）节点核芯区设计

节点核心区抗震设计的原则要求是框架节点核心区不先于梁、柱破坏。

框架节点核芯区的抗震验算应符合下列要求：一、二级框架的节点核芯区，应进行抗震验算；三、四级框架节点核芯区，可不进行抗震验算，但应符合抗震构造措施的要求。

1.一般框架梁柱节点核芯区截面抗震验算

一、二级框架梁柱节点核芯区组合的剪力设计值，应按式（3-5-7）确定：

9 度时和一级框架结构尚应符合式（3-5-8）：

式中：Vj 为梁柱节点核芯区组合的剪力设计值；hb0为梁截面的有效高度，节点两侧梁截面高度不等时可采用平均值；a's 为梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离；Hc 为柱的计算高度，可采用节点上、下柱反弯点之间的距离；hb 为梁的截面高度，节点两侧梁截面高度不等时可采用平均值；ηjb为节点剪力增大系数，一级取1.35，二级取1.2；ΣMb 为节点左右梁端反时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和，一级时节点左右梁端均为负弯矩，绝对值较小的弯矩应取零；ΣMbua为节点左右梁端反时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值之和，根据实配钢筋面积（计入受压筋）和材料强度标准值确定。

2.核芯区截面有效验算宽度

核芯区截面有效验算宽度，应按下列规定采用：

1）核芯区截面有效验算宽度，当验算方向的梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2时，可采用该侧柱截面宽度，当小于柱截面宽度的1/2 时，可采用下列二者中的较小值：

式中：bj 为节点核芯区的截面有效验算宽度；bb为梁截面宽度；hc 为验算方向的柱截面高度；bc 为验算方向的柱截面宽度。

2）当梁、柱的中线不重合且偏心距不大于柱宽的1/4 时，核芯区的截面有效验算宽度可采用式（3-5-9）和式（3-5-10）中计算结果的较小值：

式中：e 为梁与柱中线偏心距。

3.节点核芯区组合的剪力设计值

节点核芯区组合的剪力设计值，应符合式（3-5-11）要求：

式中：ηj 为正交梁的约束影响系数，当楼板为现浇、梁柱中线重合、四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2、且正交方向梁高度不小于框架梁高度的3/4 时可采用1.5，9 度时宜采用1.25，其他情况下均采用1.0；hj 为节点核芯区的截面高度，可采用验算方向的柱截面高度；γRE为承载力抗震调整系数，可采用0.85。

4.节点核芯区截面抗震受剪承载力

节点核芯区截面抗震受剪承载力，应采用式（3-5-12）验算：

9 度时应符合式（3-5-13）：

式中：N 为对应于组合剪力设计值的上柱组合轴向压力较小值，其取值不应大于柱的截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值的乘积的50%，当N为拉力时，取N=0；fyv为箍筋的抗拉强度设计值；ft 为混凝土轴心抗拉强度设计值；Asvj为核芯区有效验算宽度范围内同一截面验算方向箍筋的总截面面积；s 为箍筋间距。

5.节点核芯区抗震构造要求

（1）节点配箍：对节点配箍的构造要求是为节点提供必要的承载力和延性储备。

节点核芯区是施工的难点，通常要求柱箍筋自底到顶全高配置，梁箍筋可以只配置到柱边。核芯区内柱箍筋的数量和间距，按加密区考虑。箍筋末端的构造要求是保证箍筋对混凝土抗压能起到有效的约束作用，当采用拉筋组合箍时，拉筋宜紧靠纵向钢筋并钩住封闭箍。宜采用焊接封闭箍筋。

（2）节点配筋：梁、柱纵筋只允许贯穿节点核芯区，不允许在核芯区内作接头，如果框架梁连接悬臂梁，则悬臂梁的主筋应由框架梁的主筋向外延伸。

为确保纵向受拉钢筋有可靠的锚固，框架端节点的上部钢筋应伸过柱中心线，并尽量伸至柱节点外边再向下弯折。弯折前的水平投影长度不应小于0.45laE，垂直投影长度不应小于15d，以保证必要的锚固储备。框架角节点的梁端负筋，向下弯折进入梁底以下的柱段后方可计算锚固长度；顶层柱端纵筋的上端应水平弯折进入梁体或屋面板后方可计算锚固长度。

（三）抗震构造措施

除以上涉及的构造要求外，框架结构抗震构造措施主要如下。

1.梁的钢筋配置

（1）梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%；梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5%，二、三级不应小于0.3%。

（2）沿梁全长顶面和底面的配筋，一、二级不应少于2φ14，且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4，三、四级不应少于2φ12；

（3）一、二级框架梁内贯通中柱的每根纵向钢筋直径，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。

（4）梁端加密区的箍筋肢距，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。

2.柱的钢筋配置

（1）截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm；柱总配筋率不应大于5% ；一级且剪跨比不大于2 的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%；边柱、角柱及剪力墙端柱在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%；

（2）柱箍筋加密区的体积配箍率，应符合：ρv≥λvfc/fyv；ρv 为柱箍筋加密区的体积配箍率，一级不应小于0.8%，二级不应小于0.6%，三、四级不应小于0.4% ；计算复合箍的体积配箍率时，应扣除重叠部分的箍筋体积；fc 当混凝土强度等级低于C35 时，应按C35计算；fyv当超过360N/mm2 时，应取360N/mm2 计算；λv 为最小配箍特征值，按柱轴压比和箍筋形式查表确定。

3.框架节点核芯区钢筋配置

一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6%、0.5%、0.4%；柱剪跨比不大于2的框架节点核芯区配箍特征值不宜小于核芯区上、下柱端的较大配箍特征值。