11.3 框 架 梁

11.3.1

试验资料表明,在低周反复荷载作用下,框架梁的正截面受弯承载力与一次加载的正截面受弯承载力相近,因此,地震作用组合的正截面受弯承载力可按静力公式除以相应的承载力抗震调整系数计算。

设计框架梁时,控制混凝土受压区高度的目的是控制梁端塑性铰区有较大的塑性转动能,以保证框架梁有足够的曲率延性。根据国内的试验结果和参考国外经验,当相对受压区高度控制在 0.25 至 0.35 时,梁的位移延性系数可达到 3~4 。在确定混凝土受压区高度时,可把截面内的受压钢筋计算在内。

 

11.3.2

框架结构设计中,应力求做到在罕遇地震作用下的框架中形成以梁端塑性铰为主的塑性耗能机构。这就需要尽可能避免梁端塑性铰区在充分塑性转动之前发生脆性剪切破坏。为此,对框架梁提出了”r;强剪弱弯”的设计概念。

为了实现以上要求,首先是在剪力设计值的确定中,考虑了梁端弯矩的增大。同时,对 9 度设防烈度的各类框架和一级抗震等级的框架结构,还考虑了工程设计中梁端纵向受拉钢筋有超配的可能,要求梁左、右端取用实配钢筋截面面积和强度标准值。考虑承载力抗震调整系数的受弯承载力值所对应的弯矩值 Mbua则可按下式计算:

其他抗震等级框架梁剪力设计值的确定,则直接取用梁端考虑地震作用组合的弯矩设计值的平衡剪力值,并乘以不同的增大系数。

 

11.3.3

矩形、T 形和 I 形截面框架梁,其受剪要求的截面控制条件是在静力受剪要求的基础上,考虑反复荷载作用的不利影响确定的。在截面控制条件中还对较高强度的混凝土考虑了混凝土强度影响系数。

 

11.3.4

国内外低周反复荷载作用下钢筋混凝土连续梁和悬臂梁受剪承载力试验表明,低周反复荷载作用使梁的斜截面受剪承载力降低,其主要原因是混凝土剪压区剪切强度降低,以及斜裂缝间混凝土咬合力及纵向钢筋暗销力的降低。箍筋项承载力降低不明显。为此,仍以截面总受剪承载力试验值的下包线作为计算公式的取值标准,其中将混凝土项取为非抗震情况下混凝土受剪承载力的 60%,而箍筋项则不考虑反复荷载作用的降低。同时,为便于设计应用,对各抗震等级均取用相同的抗震受剪承载力计算公式。

 

11.3.5

为了保证框架梁对框架节点的约束作用,框架梁的截面宽度不宜过小。为了减少在非线性反应时,框架梁发生侧向失稳的危险,对梁的截面高宽比作了限制。

考虑到净跨与梁高的比值小于 4 的梁,适应较大塑性变形的能力较差,因此,对框架梁的跨高比作了限制。

 

11.3.6

本次规范修订,对非抗震设计的受弯构件提高了纵向受拉钢筋最小配筋率的取值,并引入了与混凝土抗拉强度设计值和钢筋抗拉强度设计值相关的特征值参数 (ft/fy) 。由此,抗震设计按纵向受拉钢筋在梁中的不同位置和不同抗震等级,给出了相对于非抗震设计留有不同裕度的纵向受拉钢筋最小配筋率的规定。

在梁端箍筋加密区内,下部纵向钢筋不宜过少,下部和上部钢筋的截面面应符合一定的比例。这是考虑由于地震作用的随机性,在较强地震下梁端可能出现较大的正弯矩,该正弯矩有可能明显大于考虑常遇地震作用的梁端组合正弯矩。若梁端下部纵向钢筋配置过少,将可能发生下部钢筋的过早屈服甚至拉断。提高梁端下部纵向钢筋的数量,也有助于改善梁端塑性铰区在负弯矩作用下的延性性能。本条规定的梁端下部钢筋的最小配置比例是根据我国试验结果及设计经验并参考国外规范规定确定的。

框架梁的抗震设计除应满足计算要求外,梁端塑性铰区箍筋的构造要求极其重要。本规范对梁端箍筋加密区长度、箍筋最大间距和箍筋最小直径的要求作了规定,其目的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,防止它在保护层混凝土剥落后过早压屈,以保证梁端具有足够的塑性铰转动能力。

 

11.3.7~11.3.9

沿梁全长需配置一定数量的通长钢筋是考虑框架梁在地震作用过程中反弯点位置可能变化。这里”r;通长”的含义是保证梁各个部位的这部分钢筋都能发挥其受拉承载力。

考虑到梁端箍筋过密,难于施工,本次规范修订对梁箍筋加密区长度内的箍筋肢距规定作了适当放松,且考虑了箍筋直径与肢距的相关性。

沿梁全长箍筋的配筋率ρsv,在原规范 1993 年局部修订中解释为”r;承受地震作用为主的框架梁,应满足配筋率ρsv的规定”。考虑到此规定在概念上不太明确,本次规范修订规定沿梁全长箍筋的配筋率ρsv应符合规范要求,其值在非抗震设计要求基础上适当增加。