C.1 钢筋本构关系

    本附录的内容与原规范基本相同,仅在混凝土一维本构关系中引入了损伤概念,并新增了混凝土的二维本构关系以及钢筋-混凝土之间的粘结-滑移本构关系。
    本附录用于混凝土结构的弹塑性分析和结构的承载力验算。

C.1.1 钢筋强度的平均值主要用于弹塑性分析时的本构关系,宜实测确定。本条文给出了基于统计的建议值。在89规范和02规范,钢筋强度参数采用的都是20世纪80年代的统计数据,当时统计的主要对象是HPB235、HRB335钢筋,表1中为上述钢筋强度的变异系数。2008~2010年对全国HRB335、HRB400和HRB500钢筋强度参数进行了统计分析,与20世纪80年代的统计结果相比,钢筋强度的变异系数略有减小,但考虑新统计数据有限,且缺少HRBF,RRB和HRB-E、HRBF-E系列钢筋的统计数据,本规范可参考表1的数值确定。

C.1.3 新增了钢筋在反复荷载作用下的本构关系曲线,建议钢筋卸载曲线为直线,并给出了钢筋反向再加载曲线的表达式。

B.0.1 根据本规范第5.3.4条的规定,必要时,也可以采用本附录给出的增大系数法来考虑各类结构中的P-△效应。根据结构中二阶效应的基本规律,P-△效应只会增大由引起结构侧移的荷载或作用所产生的构件内力,而不增大由不引起结构侧移的荷载(例如较为对称结构上作用的对称竖向荷载)所产生的构件内力。因此,在计算P-△效应增大后的杆件弯矩时,公式(B.0.1-1)中的ηs应只乘Ms
    因P-△效应既增大竖向构件中引起结构侧移的弯矩,同时也增大水平构件中引起结构侧移的弯矩,因此公式(B.0.1-1)同样适用于梁端控制截面的弯矩计算。另外,根据本规范第11.4.1条的规定,抗震框架各节点处柱端弯矩之和∑Mc应根据同一节点处的梁端弯矩之和ΣMb进行增大,因此,按公式(B.0.1-1)用ηs增大梁端引起结构侧移的弯矩,也能使P-△效应的影响在ΣMb和增大后的ΣMc中保留下来。

B.0.2 本条对框架结构的ηs采用层增大系数法计算,各楼层计算出的ηs分别适用于该楼层的所有柱段。该方法直接引自《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002。当用ηs按公式(B.0.1-1)增大柱端及梁端弯矩时,公式(B.0.2)中的楼层侧向刚度D应按第B.0.5条给出的构件折减刚度计算。

B.0.3 剪力墙结构、框架-剪力墙结构和筒体结构中的ηs用整体增大系数法计算。用该方法算得的ηs适用于该结构全部的竖向构件。该方法直接引自《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002。当用ηs按公式(B.0.1-1)增大柱端、墙肢端部和梁端弯矩时,应采用按第B.0.5条给出的构件折减刚度计算公式(B.0.3)中的等效竖向悬臂受弯构件的弯曲刚度EcJd

B.0.4 排架结构,特别是工业厂房排架结构的荷载作用复杂,其二阶效应规律有待详细探讨。到目前为止国内已完成的分析研究工作尚不足以提出更为合理的考虑二阶效应的设计方法,故继续沿用02版规范中的η-l0法考虑排架结构的P-△效应。其中,就工业厂房排架结构而言,除屋盖重力荷载外的其他各项荷载都将使排架产生侧移,同时也为了计算方便,故在该方法中采用将增大系数ηs统乘排架柱各截面组合弯矩的近似做法,即取M=ηs(Mns+Ms)=ηsM0。另外,在排架结构所用的ηs计算公式中考虑到:(1)目前所用钢材的强度水平普遍有所提高;(2)引起排架柱各截面弯矩的各项荷载中,大部分均属短期作用,故不再考虑引起极限曲率增长的长期作用影响系数;故将02版规范η公式中的1/1400改为1/1500。基于与第6.2.4条相同的理由,取消了02版规范η公式中的系数ζ2

B.0.5 细长钢筋混凝土偏心压杆考虑二阶效应影响的受力状态大致对应于受拉钢筋屈服后不久的非弹性受力状态。因此,在考虑二阶效应的结构分析中,结构内各类构件的受力状态也应与此相呼应。钢筋混凝土结构在这类受力状态下由于受拉区开裂以及其他非弹性性能的发展,从而导致构件截面弯曲刚度降低。由于各类构件沿长度方向各截面所受弯矩的大小不同,非弹性性能的发展特征也各有不同,这导致了构件弯曲刚度的降低规律较为复杂。为了便于工程应用,通常是通过考虑非弹性性能的结构分析,并参考试验结果,按结构非弹性侧向位移相等的原则,给出按构件类型的统一当量刚度折减系数(弹性刚度中的截面惯性矩仍按不考虑钢筋的混凝土毛截面计算)。本条给出的刚度折减系数是以我国完成的结构及构件非弹性性能模拟分析结果和试验结果为依据的,与国外规范给出的相应数值相近。

    表A.0.1 普通钢筋和预应力螺纹钢筋的公称直径是指与其公称截面面积相等的圆的直径。光面钢筋的公称截面面积与承载受力面积相同;而带肋钢筋承载受力的截面面积小于按理论重量计算的截面面积,基圆面积率约为0.94。而预应力螺纹钢筋的有关数值也不完全对应,故在表中以括号及注另行表达。必要时,尚应考虑基圆面积率的影响。

    表A.0.2 本规范将钢绞线外接圆直径称作公称直径;而公称截面面积即现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》GB/T 5224中的“参考截面面积”。由于捻绞松紧程度的不同,其值可能有波动,工程应用时如果有必要,可以根据实测确定。

    表A.0.3 钢丝的公称直径、公称截面面积及理论重量之间的关系与普通钢筋相似,但基圆面积率较大,约为0.97。

11.9.2 关于柱帽可否在地震区应用,国外有试验及分析研究认为,若抵抗竖向冲切荷载设计的柱帽较小,在地震荷载作用下,较大的不平衡弯矩将在柱帽附近产生反向的冲切裂缝。因此,按竖向冲切荷载设计的小柱帽或平托板不宜在地震区采用。按柱纵向钢筋直径16倍控制板厚是为了保证板柱节点的抗弯刚度。本规范给出了平托板或柱帽按抗震设计的边长及板厚要求。

11.9.3、11.9.4 根据分析研究及工程实践经验,对一级、二级和三级抗震等级板柱节点,分别给出由地震作用组合所产生不平衡弯矩的增大系数,以及板柱节点配置抗冲切钢筋,如箍筋、抗剪栓钉等受冲切承载力计算方法。对板柱-剪力墙结构,除在板柱节点处的板中配置抗冲切钢筋外,也可采用增加板厚、增加结构侧向刚度来减小层间位移角等措施,以避免板柱节点发生冲切破坏。

11.9.5、11.9.6 强调在板柱的柱上板带中宜设置暗梁,并给出暗梁的配筋构造要求。为了有效地传递不平衡弯矩,板柱节点除满足受冲切承载力要求外,其连接构造亦十分重要,设计中应给予充分重视。
    公式(11.9.6)是为了防止在极限状态下楼板塑性变形充分发育时从柱上脱落,要求两个方向贯通柱截面的后张预应力筋及板底普通钢筋受拉承载力之和不小于该层柱承担的楼板重力荷载代表值作用下的柱轴压力设计值。对于边柱和角柱,贯通钢筋在柱截面对边弯折锚固时,在计算中应只取其截面面积的一半。

11.8.1 多年来的抗震性能研究以及震害调查证明,预应力混凝土结构只要设计得当,重视概念设计,采用预应力筋和普通钢筋混合配筋的方式、设计为在活荷载作用下允许出现裂缝的部分预应力混凝土,采取保证延性的措施,构造合理,仍可获得较好的抗震性能。考虑到9度设防烈度地区地震反应强烈,对预应力混凝土结构的使用应慎重对待。故当9度设防烈度地区需要采用预应力混凝土结构时,应专门进行试验或分析研究,采取保证结构具有必要延性的有效措施。

11.8.3 研究表明,预应力混凝土框架结构在弹性阶段阻尼比约为0.03,当出现裂缝后,在弹塑性阶段可取与钢筋混凝土相同的阻尼比0.05;在框架-剪力墙、框架-核心筒或板柱-剪力墙结构中,对仅采用预应力混凝土梁或平板的情况,其阻尼比仍应取0.05进行抗震设计。
    预应力混凝土结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合主要按照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定确定,并加入了预应力作用效应项,预应力作用分项系数是参考国内外有关规范作出规定的。
    由于预应力对节点的侧向约束作用,使节点混凝土处于双向受压状态,不仅可以提高节点的开裂荷载,也可提高节点的受剪承载力。国内试验资料表明,在考虑反复荷载使有效预应力降低后,可取预应力作用的承剪力Vp=0.4Npe,式中Npe为作用在节点核心区预应力筋的总有效预加力。

11.7.1 根据研究成果和地震震害经验,本条规定一级抗震等级剪力墙底部加强部位高度范围内各墙肢截面的弯矩设计值不再取用墙肢底部截面的组合弯矩设计值。由于从剪力墙底部截面向上的纵向受拉钢筋中高应力区向整个塑性铰区高度的扩展,也导致塑性铰区以上墙肢各截面的作用弯矩相应有所增大,故本条规定对底部加强部位以上墙肢各截面的组合弯矩设计值乘以1.2的增大系数。弯矩调整增大后,剪力设计值应相应提高。

11.7.2 对于剪力墙肢底部截面同样需要考虑“强剪弱弯”的要求,即对其作用剪力设计值通过增强系数予以增大。对于9度设防烈度的剪力墙肢要求按底部截面纵向钢筋实际配置情况确定作用剪力的增大幅度,具体做法是用底部截面的“实配弯矩”Mwua与该截面的组合弯矩设计值的比值与一个增强系数的乘积来增大作用剪力设计值。其中Mwua按材料强度的标准值及底部截面纵向钢筋实际布置的位置和数量计算。

11.7.3 国内外剪力墙的受剪承载力试验结果表明,剪跨比λ大于2.5时,大部分墙的受剪承载力上限接近于0.25fcbh0;在反复荷载作用下,其受剪承载力上限下降约20%。据此给出了抗震剪力墙肢的受剪承载力上限值。

11.7.4 剪力墙的反复和单调加载受剪承载力对比试验表明,反复加载时的受剪承载力比单调加载时降低约15%~20%。因此,将非抗震受剪承载力计算公式中各个组成项均乘以降低系数0.8,作为抗震偏心受压剪力墙肢的斜截面受剪承载力计算公式。鉴于对高轴压力作用下的受剪承载力尚缺乏试验研究,公式中对轴压力的有利作用给予了必要的限制,即不超过0.2fcbh。

11.7.5 对偏心受拉剪力墙的受剪承载力未做过试验研究。本条根据其受力特征,参照一般偏心受拉构件的受剪性能规律及偏心受压剪力墙的受剪承载力计算公式,给出了偏心受拉剪力墙的受剪承载力计算公式。

11.7.6 水平施工缝处的竖向钢筋配置数量需满足受剪要求。根据剪力墙水平缝剪摩擦理论以及对剪力墙施工缝滑移问题的试验研究,并参照国外有关规范的规定提出本条的要求。

11.7.7 剪力墙及筒体的洞口连梁因跨度通常不大,竖向荷载相对偏小,主要承受水平地震作用产生的弯矩和剪力。其中,弯矩作用的反弯点位于跨中,各截面所受的剪力基本相等。在地震反复作用下,连梁通常采用上、下纵向钢筋用量基本相等的配筋方式,在受弯承载力极限状态下,梁截面的受压区高度很小,如忽略截面中纵向构造钢筋的作用,正截面受弯承载力计算时截面的内力臂可近似取为截面有效高度h0与  的差值。在设置有斜筋的连梁中,受弯承载力中应考虑穿过连梁端截面顶部和底部的斜向钢筋在梁端截面中的水平分量的抗弯作用。

11.7.8 为了实现强剪弱弯,使连梁具有一定的延性,对于普通配筋连梁给出了连梁剪力设计值的增大系数。对于配置斜筋的连梁,由于斜筋的水平分量会提高梁的抗弯能力,而竖向分量会提高梁的抗剪能力,因此对配置斜筋的连梁,不能通过增加斜筋数量单纯提高梁的抗剪能力,形成强剪弱弯。考虑到满足本规范第11.7.10条规定的连梁已具有必要的延性,故对这几种配置斜筋连梁的剪力增大系数。可取为1.0。

11.7.9~11.7.11 02版规范缺少对跨高比小于2.5的剪力墙连梁抗震受剪承载力设计的具体规定。目前在进行小跨高比剪力墙连梁的抗震设计中,为防止连梁过早发生剪切破坏,通常在进行结构内力分析时,采用较大幅度地折减连梁的刚度以降低连梁的作用剪力。近年来对混凝土剪力墙结构的非线性动力反应分析以及对小跨高比连梁的抗震受剪性能试验表明,较大幅度人为折减连梁刚度的做法将导致地震作用下连梁过早屈服,延性需求增大,并且仍不能避免发生延性不足的剪切破坏。国内外进行的连梁抗震受剪性能试验表明,通过改变小跨高比连梁的配筋方式,可在不降低或有限降低连梁相对作用剪力(即不折减或有限折减连梁刚度)的条件下提高连梁的延性,使该类连梁发生剪切破坏时,其延性能力能够达到地震作用时剪力墙对连梁的延性需求。在对试验结果及相关成果进行分析研究的基础上,本次规范修订补充了跨高比小于2.5的连梁的抗震受剪设计规定。
    跨高比小于2.5时的连梁抗震受剪试验结果表明,采取不同的配筋方式,连梁达到所需延性时能承受的最大剪压比是不同的。本次修订增加了跨高比小于2.5适用于两个剪压比水平的3种不同配筋形式连梁各自的配筋计算公式和构造措施。其中配置普通箍筋连梁的设计规定是参考我国现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3的相关规定和国内外的试验结果得出的;交叉斜筋配筋连梁的设计规定是根据近年来国内外试验结果及分析得出的;集中对角斜筋配筋连梁和对角暗撑配筋连梁是参考美国ACI 318-08规范的相关规定和国内外进行的试验结果给出的。国内外各种配筋形式连梁的试验结果表明,发生破坏时连梁位移延性指标,能够达到非线性地震反应分析时结构对连梁的延性需求,设计时可根据连梁的适应条件以及连梁宽度等要求选择相应的配筋形式和设计方法。

11.7.12 为保证剪力墙的承载力和侧向(平面外)稳定要求,给出了各种结构体系剪力墙肢截面厚度的规定。与02版规范相比,本次修订根据近年来的工程经验对各类结构中剪力墙的最小厚度规定作了进一步的细化和局部调整。
    因端部无端柱或翼墙的剪力墙与端部有端柱或翼墙的剪力墙相比,其正截面受力性能、变形能力以及端部侧向稳定性能均有一定降低。试验表明,极限位移将减小一半左右,耗能能力将降低20%左右。故适当加大了一、二级抗震等级墙端无端柱或翼墙的剪力墙的最小墙厚。
    本次修订,对剪力墙最小厚度除具体尺寸要求外,还给出了用层高或无支长度的分数表示的厚度要求。其中,无支长度是指墙肢沿水平方向上无支撑约束的最大长度。

11.7.13 为了提高剪力墙侧向稳定和受弯承载力,规定了剪力墙厚度大于140mm时,应配置双排或多排钢筋。

11.7.14 根据试验研究和设计经验,并参考国外有关规范的规定,按不同的结构体系和不同的抗震等级规定了水平和竖向分布钢筋的最小配筋率的限值。
    美国ACI 318规定,当抗震结构墙的设计剪力小于  为腹板截面面积,  为混凝土的规定抗压强度,该设计剪力对应的剪压比小于0.02)时,腹板的竖向分布钢筋允许降到同非抗震的要求。因此,本次修订,四级抗震墙的剪压比低于上述数值时,竖向分布筋允许按不小于0.15%控制。

11.7.15 给出了剪力墙分布钢筋最大间距、最大直径和最小直径的规定。

11.7.16~11.7.19 剪力墙肢和筒壁墙肢的底部在罕遇地震作用下有可能进入屈服后变形状态。该部位也是防止剪力墙结构、框架-剪力墙结构和筒体结构在罕遇地震作用下发生倒塌的关键部位。为了保证该部位的抗震延性能力和塑性耗能能力,通常采用的抗震构造措施包括:(1)对一、二、三级抗震等级的剪力墙肢和筒壁墙肢的轴压比进行限制;(2)对一、二、三级抗震等级的剪力墙肢和筒壁墙肢,当底部轴压比超过一定限值后,在墙肢或筒壁墙肢两侧设置约束边缘构件,同时对约束边缘构件中纵向钢筋的最低配置数量以及约束边缘构件范围内箍筋的最低配置数量作出限制。
    设计中应注意,表11.7.16中的轴压比限值是一、二、三级抗震等级的剪力墙肢和筒壁墙肢应满足的基本要求。而表11.7.17中的“最大轴压比”则是在剪力墙肢和筒壁墙肢底部设置约束边缘构件的必要条件。
    对剪力墙肢和筒壁墙肢底部约束边缘构件中纵向钢筋最低数量作出规定,除为了保证剪力墙肢和筒壁墙肢底部所需的延性和塑性耗能能力之外,也是为了对剪力墙肢和筒壁墙肢底部的抗弯能力作必要的加强,以便在联肢剪力墙和联肢筒壁墙肢中使塑性铰首先在各层洞口连梁中形成,而使剪力墙肢和筒壁墙肢底部的塑性铰推迟形成。
    本次修订提高了三级抗震等级剪力墙的设计要求。

11.6.1、11.6.2 02版规范规定对三、四级抗震等级的框架节点可不进行受剪承载力验算,仅需满足抗震构造措施的要求。根据近几年进行的框架结构的非线性动力反应分析结果以及对框架结构的震害调查表明,对于三级抗震等级的框架节点,仅满足抗震构造措施的要求略显不足。因此,本次修订增加了对三级抗震等级框架节点受剪承载力的验算要求,同时要求满足相应抗震构造措施。 
    对节点剪力增大系数作了部分调整,即将二级抗震等级的1.2调整为1.25,三级抗震等级节点需要进行抗震受剪承载力计算后,增大系数取为1.1。

11.6.3~11.6.6 节点截面的限制条件相当于其抗震受剪承载力的上限。这意味着当考虑了增大系数后的节点作用剪力超过其截面限制条件时,再增大箍筋已无法进一步有效提高节点的受剪承载力。 
    框架节点的受剪承载力由混凝土斜压杆和水平箍筋两部分受剪承载力组成,其中水平箍筋是通过其对节点区混凝土斜压杆的约束效应来增强节点受剪承载力的。
    依据试验结果,节点核心区内混凝土斜压杆截面面积虽然可随柱端轴力的增加而稍有增加,使得在作用剪力较小时,柱轴压力的增大对防止节点的开裂和提高节点的抗震受剪承载力起一定的有利作用;但当节点作用剪力较大时,因核心区混凝土斜向压应力已经较高,轴压力的增大反而会使节点更早发生混凝土斜压型剪切破坏,从而削弱节点的抗震受剪承载力。02版规范考虑这一因素后已在9度设防烈度节点受剪承载力计算公式中取消了轴压力的有利影响。但为了不致使节点中箍筋用量增加过多,在除9度设防烈度以外的其他节点受剪承载力计算公式中,保留了轴力项的有利影响。这一做法与试验结果不符,只是一种权宜性的做法。
    试验证明,当节点在两个正交方向有梁且在周边有现浇板时,梁和现浇板增加了对节点区混凝土的约束,从而可以在一定程度上提高节点的受剪承载力。但若两个方向的梁截面较小,或不是沿四周均有现浇板,则其约束作用就不明显。因此,规定在两个正交方向有梁,梁的宽度、高度都能满足一定要求,且有现浇板时,才可考虑梁与现浇板对节点的约束系数。对于梁截面较小或只沿一个方向有梁的中节点,或周边未被现浇板充分围绕的中节点,以及边节点、角节点等情况均不考虑梁对节点约束的有利影响。
    根据国内试验结果,参考圆柱斜截面受剪承载力计算公式的建立模型,对圆柱截面框架节点提出了受剪承载力计算方法。

11.6.7 在本条规定中,对各类有抗震要求节点的构造措施作了以下调整:
    1 对贯穿中间层中间节点梁筋直径与长度比值(相对直径)的限制条件,02规范主要是根据梁、柱配置335MPa级纵向钢筋的节点试验结果并参考国外规范的相关规定从不致给设计中选用梁筋直径造成过大限制的偏松角度制定的。为方便应用,原规定没有体现钢筋强度及混凝土强度对梁筋粘结性能的影响,仅限制了贯穿节点梁筋的相对直径。当梁柱纵筋采用400MPa级和500MPa级钢筋后,反复荷载作用下的节点试验表明,梁筋的粘结退化将明显提前、加重。为保证高烈度区罕遇地震作用下使用高强钢筋的节点中梁筋粘结性能不致过度退化,本次修订将9度设防烈度的各类框架和一级抗震等级框架结构中的梁柱节点中梁筋相对直径的限制条件作了略偏严格的调整。
    2 近几年进行的框架结构非线性动力反应分析表明,顶层节点的延性需求通常比中间层节点偏小。框架震害结果也显示出顶层的震害一般比其他楼层的震害偏轻。为便于施工,在本次修订中,取消了原规范第11.6.7条第2款图11.6.7e中顶层端节点梁柱负弯矩钢筋在节点外侧搭接时柱筋在节点顶部向内水平弯折12d的要求,改为梁柱负弯矩钢筋在节点外侧直线搭接。

11.6.8 本条对节点核心区的箍筋最大间距和最小直径作了规定。本次修订增加了对节点箍筋肢距的规定。同时,通过箍筋最小配箍特征值及最小体积配箍率以双控方式控制节点中的最低箍筋用量,以保证箍筋对核心区混凝土的最低约束作用和节点的基本抗震受剪承载力。

11.5.1、11.5.2 国内地震震害调查表明,单层厂房屋架或屋面梁与柱连接的柱顶和高低跨厂房交接处支承低跨屋盖的柱牛腿损坏较多,阶形柱上柱的震害往往发生在上下柱变截面处(上柱根部)和与吊车梁上翼缘连接的部位。为了避免排架柱在上述区段内产生剪切破坏并使排架柱在形成塑性铰后有足够的延性,这些区段内的箍筋应加密。按此构造配箍后,铰接排架柱在一般情况下可不进行受剪承载力计算。
    根据排架结构的受力特点,对排架结构柱不需要考虑“强柱弱梁”措施和“强剪弱弯”措施。在设有工作平台等特殊情况下,斜截面受剪承载力可能对剪跨比较小的铰接排架柱起控制作用。此时,可按本规范公式(11.4.7)进行抗震受剪承载力计算。

11.5.3 震害调查表明,排架柱柱头损坏最多的是侧向变形受到限制的柱,如靠近生活间或披屋的柱、或有横隔墙的柱。这种情况改变了柱的侧移刚度,使柱头处于短柱的受力状态。由于该柱的侧移刚度大于相邻各柱,当受水平地震作用的屋盖发生整体侧移时,该柱实际上承受了比相邻各柱大得多的水平剪力,使柱顶产生剪切破坏。对屋架与柱顶连接节点进行的抗震性能的试验结果表明,不同的柱顶连接形式仅对节点的延性产生影响,不影响柱头本身的受剪承载力;柱顶预埋钢板的大小和其在柱顶的位置对柱头的水平承载力有一定影响。当预埋钢板长度与柱截面高度相等时,水平受剪承载力大约是柱顶预埋钢板长度为柱截面高度一半时的1.65倍。故在条文中规定了柱顶预埋钢板长度和直锚筋的要求。试验结果还表明,沿水平剪力方向的轴向力偏心距对受剪承载力亦有影响,要求不得大于h/4。当h/6≤e0≤h/4时,一般要求柱头配置四肢箍,并按不同的抗震等级,规定不同的体积配箍率,以此来满足受剪承载力要求。

11.5.4 不等高厂房支承低跨屋盖的柱牛腿(柱肩梁)亦是震害较重的部位之一,最常见的是支承低跨的牛腿(肩梁)被拉裂。试验结果与工程实践均证明,为了改善牛腿和肩梁抵抗水平地震作用的能力,可在其顶面钢垫板下设水平锚筋,直接承受并传递水平力。承受竖向力所需的纵向受拉钢筋和承受水平拉力的水平锚筋的截面面积,仍按公式(9.3.11)计算。其锚固长度及锚固构造仍按本规范第9.3节的规定取用,但其中应以受拉钢筋的抗震锚固长度laE代替la

11.5.5 为加强柱牛腿预埋板的锚固,要把相当于承受水平拉力的纵向钢筋与预埋板焊连。

11.4.1 由于框架柱中存在轴压力,即使在采取必要的抗震构造措施后,其延性能力通常仍比框架梁偏小;加之框架柱是结构中的重要竖向承重构件,对防止结构在罕遇地震下的整体或局部倒塌起关键作用,故在抗震设计中通常均需采取“强柱弱梁”措施,即人为增大柱截面的抗弯能力,以减小柱端形成塑性铰的可能性。
    在总结2008年汶川地震震害经验的基础上,认为有必要对02版规范的柱抗弯能力增强措施作相应加强。具体做法是:对9度设防烈度的一级抗震等级框架和9度以外一级抗震等级的框架结构,要求仅按左、右梁端实际配筋(考虑梁截面受压钢筋及有效板宽范围内与梁平行的板内配筋)和材料强度标准值求得的梁端抗弯能力及相应的增强系数增大柱端弯矩;对于二、三、四级抗震等级的框架结构以及一、二、三、四级抗震等级的其他框架均分别提高了从左、右梁端考虑地震作用的组合弯矩设计值计算柱端弯矩时的增强系数。其中有必要强调的是,在按实际配筋确定梁端抗弯能力时,有效板宽范围与本规范第11.3.2条处相同,建议取用每侧6倍板厚。

11.4.2 为了减小框架结构底层柱下端截面和框支柱顶层柱上端和底层柱下端截面出现塑性铰的可能性,对此部位柱的弯矩设计值采用直接乘以增强系数的方法,以增大其正截面受弯承载力。本次修订对这些部位使用的增强系数作了与第11.4.1条处相呼应的调整。

11.4.3 对于框架柱同样需要通过设计措施防止其在达到罕遇地震对应的变形状态之前过早出现非延性的剪切破坏。为此,一方面应使其抗震受剪承载能力计算公式具有保持抗剪能力达到该变形状态的能力;另一方面应通过对柱截面作用剪力的增强措施考虑柱端截面纵向钢筋数量偏多以及强度偏高有可能带来的作用剪力增大效应。这后一方面的因素也就是柱的“强剪弱弯”措施所要考虑的因素。
    本次修订根据与“强柱弱梁”措施处相同的理由,相应适度增大了框架结构柱剪力的增大系数。
    在按柱端实际配筋计算柱增强后的作用剪力时,对称配筋矩形截面大偏心受压柱按柱端实际配筋考虑承载力抗震调整系数的正截面受弯承载力Mcua,可按下列公式计算:

    对其他配筋形式或截面形状的框架柱,其Mcua值可仿照上述方法确定。

11.4.4 对一、二级抗震等级的框支柱,规定由地震作用引起的附加轴力应乘以增大系数,以使框支柱的轴向承载能力适应因地震作用而可能出现的较大轴力作用情况。

11.4.5 对一、二、三、四级抗震等级的框架角柱,考虑到以往震害中角柱震害相对较重,且受扭转、双向剪切等不利作用,其受力复杂,当其内力计算按两个主轴方向分别考虑地震作用时,其弯矩、剪力设计值应取经调整后的弯矩、剪力设计值再乘以不小于1.1的增大系数。

11.4.6 本条规定了框架柱、框支柱的受剪承载力上限值,也就是按受剪要求提出的截面尺寸限制条件,它是在非抗震限制条件基础上考虑反复荷载影响后给出的。

11.4.7 抗震钢筋混凝土框架柱的受剪承载力计算公式需保证柱在框架达到其罕遇地震变形状态时仍不致发生剪切破坏,从而防止在以往多次地震中发现的柱剪切破坏。具体方法仍是将非抗震受剪承载力计算公式中的混凝土项乘以0.6,箍筋项则保持不变。该公式经试验验证能够达到使柱在强震非弹性变形过程中不形成过早剪切破坏的控制目标。

11.4.8 本条给出了偏心受拉抗震框架柱和框支柱的受剪承载力计算公式。该公式是在非抗震偏心受拉构件受剪承载力计算公式的基础上,通过对混凝土项乘以0.6后得出的。由于轴向拉力对抗剪能力起不利作用,故对公式中的轴向拉力项不作折减。

11.4.9、11.4.10 这两条是本次修订新增条文,是在非抗震偏心受压构件双向受剪承载力限制条件和计算公式的基础上,考虑反复荷载影响后得出的。
    根据国内在低周反复荷载作用下双向受剪钢筋混凝土柱的试验结果,对双向受剪承载力计算公式仍采用在非抗震公式的基础上只对混凝土项进行折减,箍筋项则不予折减的做法。这意味着与非抗震情况下的方法相同,考虑到计算方法的简洁,对于两向相关的影响,在双向受剪承载力计算公式中仍采用椭圆模式表达。

11.4.11 2008年汶川地震震害经验表明,当柱截面选用过小但仍符合02版规范要求时,即使按要求完成了抗震设计,由于多种偶然因素影响,结构中的框架柱仍有可能震害偏重。为此,对02版规范中框架柱截面尺寸的限制条件从偏安全的角度作了适当调整。

11.4.12 框架柱纵向钢筋最小配筋率是抗震设计中的一项较重要的构造措施。其主要作用是:考虑到实际地震作用在大小及作用方式上的随机性,经计算确定的配筋数量仍可能在结构中造成某些估计不到的薄弱构件或薄弱截面;通过纵向钢筋最小配筋率规定可以对这些薄弱部位进行补救,以提高结构整体地震反应能力的可靠性;此外,与非抗震情况相同,纵向钢筋最小配筋率同样可以保证柱截面开裂后抗弯刚度不致削弱过多;另外,最小配筋率还可以使设防烈度不高地区一部分框架柱的抗弯能力在“强柱弱梁”措施基础上有进一步提高,这也相当于对“强柱弱梁”措施的某种补充。考虑到推广应用高强钢筋以及适当提高安全度的需要,表11.4.12-1中的纵向钢筋最小配筋率值与02版规范相比有所提高,但采用335MPa级钢筋仍保留了02版规范的控制水平未变。
    本次修订根据工程经验对柱箍筋间距的规定作了局部调整,以利于保证混凝土的施工质量。

11.4.13 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。
    为了避免纵筋配置过多,施工不便,对框架柱的全部纵向受力钢筋配筋率作了限制。
    柱净高与截面高度的比值为3~4的短柱试验表明,此类框架柱易发生粘结型剪切破坏和对角斜拉型剪切破坏。为减少这种破坏,这类柱纵向钢筋配筋率不宜过大。为此,对一级抗震等级且剪跨比不大于2的框架柱,规定每侧纵向受拉钢筋配筋率不宜大于1.2%,并应沿柱全长采用复合箍筋。对其他抗震等级虽未作此规定,但也宜适当控制。

11.4.14、11.4.15 框架柱端箍筋加密区长度的规定是根据试验结果及震害经验作出的。该长度相当于柱端潜在塑性铰区的范围再加一定的安全余量。对箍筋肢距作出的限制是为了保证塑性铰区内箍筋对混凝土和受压纵筋的有效约束。

11.4.16 试验研究表明,受压构件的位移延性随轴压比增加而减小,因此对设计轴压比上限进行控制就成为保证框架柱和框支柱具有必要延性的重要措施之一。为满足不同结构类型框架柱、框支柱在地震作用组合下的位移延性要求,本条规定了不同结构体系中框架柱设计轴压比的上限值。此次修订对设计轴压比上限值的规定作了以下调整: 
    1 将设计轴压比上限值的规定扩展到四级抗震等级;
    2 根据2008年汶川地震的震害经验,适度加严了框架结构的设计轴压比限值;
    3 框架-剪力墙结构和筒体结构主要依靠剪力墙和内筒承受水平地震作用,其中框架部分,特别是中、下层框架,受水平地震作用的影响相对较轻。本次修订在保持02版规范对其设计轴压比给出比框架结构柱偏松的控制条件的同时,对其中个别取值作了调整。
    近年来,国内外试验研究结果表明,采用螺旋箍筋、连续复合矩形螺旋箍筋等配筋方式,能在一般复合箍筋的基础上进一步提高对核心混凝土的约束效应,改善柱的位移延性性能,故规定当配置复合箍筋、螺旋箍筋或连续复合矩形螺旋箍筋,且配箍量达到一定程度时,允许适当放宽柱设计轴压比的上限控制条件。同时,国内研究表明,在钢筋混凝土柱中设置矩形核芯柱不仅能提高柱的受压承载力,也可提高柱的位移延性,且有利于在大变形情况下防止倒塌,类似于型钢混凝土结构中型钢的作用。因此,在设置矩形核芯柱,且核芯柱的纵向钢筋配置数量达到一定要求的情况下,也适当放宽了设计轴压比的上限控制条件。在放宽轴压比上限控制条件后,箍筋加密区的最小体积配筋率应按放松后的设计轴压比确定。

11.4.17 在柱端箍筋加密区内配置一定数量的箍筋(用体积配箍率衡量)是使柱具有必要的延性和塑性耗能能力的另一项重要措施。因抗震等级越高,抗震性能要求相应提高;加之轴压比越高,混凝土强度越高,也需要更高的配箍率,方能达到相同的延性;而箍筋强度越高,配箍率则可相应降低。为此,先根据抗震等级及轴压比给出所需的柱端配箍特征值,再经配箍特征值及混凝土与钢筋的强度设计值算得所需的体积配箍率。02版规范给出的配箍特征值是根据日本及我国完成的钢筋混凝土柱抗震延性性能系列试验按位移延性系数不低于3.0的标准给出的。
    虽然2008年汶川地震中柱端破坏情况多有发现,但规范修订组经研究,拟主要通过适度的柱抗弯能力增强措施(“强柱弱梁”措施)和适度降低框架结构柱轴压比上限条件来进一步改善框架结构柱的抗震性能。对02版规范柱端体积配箍率的规定则不作变动。
    需要说明的是,因《建筑抗震设计规范》GB 50011规定,对6度设防烈度的一般建筑可不进行考虑地震作用的结构分析和截面抗震验算,在按第11.4.16条及本条确定其轴压比时,轴压力可取为无地震作用组合的轴力设计值,对于6度设防烈度,建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑,因已需进行考虑地震作用的结构分析,故应采用考虑地震作用组合的轴向力设计值。
    另外,当计算箍筋的体积配箍率时,各强度等级箍筋应分别采用其强度设计值,根据本规范第4.2.3条表述,其抗拉强度设计值不受360MPa的限制。

11.4.18 本条规定了考虑地震作用框架柱箍筋非加密区的箍筋配置要求。

11.3.1 由于梁端区域能通过采取相对简单的抗震构造措施而具有相对较高的延性,故常通过“强柱弱梁”措施引导框架中的塑性铰首先在梁端形成。设计框架梁时,控制梁端截面混凝土受压区高度(主要是控制负弯矩下截面下部的混凝土受压区高度)的目的是控制梁端塑性铰区具有较大的塑性转动能力,以保证框架梁端截面具有足够的曲率延性。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0.25~0.35时,梁的位移延性可达到4.0~3.0左右。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。

11.3.3 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βc

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,其主要原因是起控制作用的梁端下部混凝土剪压区因表层混凝土在上部纵向钢筋屈服后的大变形状态下剥落而导致的剪压区抗剪强度的降低,以及交叉斜裂缝的开展所导致的沿斜裂缝混凝土咬合力及纵向钢筋暗销力的降低。试验表明,在抗震受剪承载力中,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,将混凝土项取为非抗震情况下的60%,箍筋项则不予折减。同时,对各抗震等级均近似取用相同的抗震受剪承载力计算公式,这在抗震设防烈度偏低时略偏安全。

11.3.5 为了保证框架梁对框架节点的约束作用,以及减小框架梁塑性铰区段在反复受力下侧屈的风险,框架梁的截面宽度和梁的宽高比不宜过小。
    考虑到净跨与梁高的比值小于4的梁,作用剪力与作用弯矩的比值偏高,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 本规范在非抗震和抗震框架梁纵向受拉钢筋最小配筋率的取值上统一取用双控方案,即一方面规定具体数值,另一方面使用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进行控制。本条规定的数值是在非抗震受弯构件规定数值的基础上,参考国外经验制定的,并按纵向受拉钢筋在梁中的不同位置和不同抗震等级分别给出了最小配筋率的相应控制值。这些取值高于非抗震受弯构件的取值。
    本条还给出了梁端箍筋加密区内底部纵向钢筋和顶部纵向钢筋的面积比最小取值。通过这一规定对底部纵向钢筋的最低用量进行控制,一方面是考虑到地震作用的随机性,在按计算梁端不出现正弯矩或出现较小正弯矩的情况下,有可能在较强地震下出现偏大的正弯矩。故需在底部正弯矩受拉钢筋用量上给以一定储备,以免下部钢筋的过早屈服甚至拉断。另一方面,提高梁端底部纵向钢筋的数量,也有助于改善梁端塑性铰区在负弯矩作用下的延性性能。本条梁底部钢筋限值的规定是根据我国的试验结果及设计经验并参考国外规范确定的。
    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,它是保证该塑性铰区延性能力的基本构造措施。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,及其后受压区混凝土的随即压溃。
    本次修订将梁端纵筋最大配筋率限制不再作为强制性规定,相关规定移至本规范第11.3.7条。

11.3.7~11.3.9 沿梁全长配置一定数量的通长钢筋,是考虑到框架梁在地震作用过程中反弯点位置可能出现的移动。这里“通长”的含义是保证梁各个部位都配置有这部分钢筋,并不意味着不允许这部分钢筋在适当部位设置接头。
    此次修订时考虑到梁端箍筋过密,难于施工,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合理搭配,此次修订维持02版规范的规定不变。
    沿梁全长箍筋的配筋率ρsv是在非抗震设计要求的基础上适当增大后给出的。