CN111910834B - 一种长纵筋弯起的框架结构梁端配筋构造的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长纵筋弯起的框架结构梁端配筋构造的设计方法，包括梁顶长纵筋、梁底长纵筋、短纵筋和若干组横向箍筋，相邻所述梁顶长纵筋在相同长度的塑性铰区设置一个开口向上的上弯曲，相邻所述梁底长纵筋在相同长度的塑性铰区设置一个开口向下的下弯曲，所述上弯曲的上端和下弯曲的下端均连接有短纵筋，本发明在纵筋弯曲处附加短纵筋，使结构在小震作用下保持弹性状态，实现小震不坏的目标，并给出了纵筋布置位置和的配筋设的计具体方法。另外本发明构造简单，与现有规范紧密结合，方便设计与施工人员在实际工程中推广应用。

Description

一种长纵筋弯起的框架结构梁端配筋构造的设计方法
本发明是分案申请，母案专利申请号为：201810200342.6，申请日为：2018年03月12日，专利名称为：一种新型框架结构梁端配筋构造及其设计方法。
技术领域
本发明属于框架梁配筋结构技术领域，具体涉及一种长纵筋弯起的框架结构梁端配筋构造的设计方法。
背景技术
钢筋混凝土结构框架结构一般由梁、板、柱所组成。由于其结构布置灵活，具有较大的室内空间，使用比较方便，在世界范围内成为最为广泛使用的一种建筑结构形式。地震中建筑结构的损伤倒塌会造成严重的人员伤亡和经济损失。近年来国内外的历次震害调查钢筋混凝土框架结构损伤情况严重，与设计时期望出现的“强柱弱梁”不同，钢筋混凝土框架结构在地震中往往发生“强梁弱柱”的破坏形式。因为“强梁弱柱”的破坏形式是一种脆性破坏，会大大降低结构的延性和耗能能力，所以结构遭遇低于抗震设防标准的地震作用时，结构可能因为发生“强梁弱柱”形式的失效方式而发生倒塌。
关于如何实现钢筋混凝土框架结构“强梁弱柱”失效模式方面，近年来进行了许多的研究，提出了相应的技术和构造措施，但现有的这些方法一部分由于构造复杂对施工人员技术要求高，很难在实际工程中推广应用；另一部分主要在保证结构在大震作用下实现“强梁弱柱”的破坏形式的同时，很难保证结构“小震不坏”。因此，设计一种构造简洁方便广大工程人员设计与施工，同时可满足“小震不坏”的梁配筋构造措施，对于减轻地震作用下钢筋混凝土结构失效破坏造成的人员伤亡和经济损失具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种框架结构梁端配筋构造及其设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种框架结构梁端配筋构造，包括梁顶长纵筋、梁底长纵筋、短纵筋和若干组横向箍筋，相邻所述梁顶长纵筋为平行且等距设置，相邻所述梁底长纵筋为平行且等距设置，相邻所述梁顶长纵筋在相同长度的塑性铰区设置一个开口向上的上弯曲，相邻所述梁底长纵筋在相同长度的塑性铰区设置一个开口向下的下弯曲，所述上弯曲的上端和下弯曲的下端均连接有短纵筋，所述梁顶长纵筋和梁底长纵筋分别位于横向箍筋内的顶部和底部。
优选的，所述上弯曲和下弯曲的形状一致。
优选的，相邻所述横向箍筋之间的距离相等。
本发明还提供了一种框架结构梁端配筋构造的设计方法，具体包括以下步骤：
S1、梁端塑性铰区长度可按照箍筋加密区长度取值，加密范围从柱边开始，一级抗震等级的框架梁箍筋加密长度为2倍的梁高，二、三、四级抗震等级的框架梁箍筋加密长度为1.5倍的梁高，且均要满足大于500mm，如果不满足大于500mm，按500mm长度进行加密。梁顶长纵筋弯曲处建议取距柱端1/3塑性铰长度L塑。梁底长纵筋弯曲处建议取距柱端2/3塑性铰长度L塑；
S2、短纵筋锚固长度La，按照公式取值
Figure GDA0003190206830000021
La为受拉钢筋锚固长度；ζa为锚固长度修正系数，Lab为受拉钢筋基本锚固长度。纵向受拉普通钢筋的锚固长度修正系数ζa和基本锚固长度和La的具体取值可参考混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)；
S3、柱端塑性铰区梁顶短纵筋和梁底面积S短可按照小震作用下的地震力进行计算，
Figure GDA0003190206830000031
其中
Figure GDA0003190206830000032
为小震作用下梁端或梁底钢筋承受的拉力，F”为长纵筋弯曲处拉直所需要的拉力，fy'为短纵筋受拉屈服强度设计值；
S4、长纵筋配筋面积，按照混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)计算出大震作用下梁顶或梁底钢筋所承受的拉力
Figure GDA0003190206830000033
Figure GDA0003190206830000034
其中S长为长纵筋的面积，fy”为长纵筋受拉屈服强度设计值。
本发明提供的一种框架结构梁端配筋构造及其设计方法,通过在梁端塑性铰区设置弯曲纵筋将梁端截面削弱以实现强柱弱梁的失效机制，与其他的梁端纵筋弯曲的构造措施相比，本发明在纵筋弯曲处附加短纵筋，使结构在小震作用下保持弹性状态，实现小震不坏的目标，并给出了纵筋布置位置和的配筋设的计具体方法。另外本发明构造简单，与现有规范紧密结合，方便设计与施工人员在实际工程中推广应用。
附图说明
图1为本发明的梁顶长纵筋和梁底长纵筋结构示意图；
图2为本发明短纵筋的位置结构示意图；
图3为本发明整体结构示意图；
图4为本发明长纵筋弯曲处的拉直力为F”结构示意图；
图5为本发明整体侧剖结构示意图。
图中：1梁顶长纵筋、2上弯曲、3横向箍筋、4梁底长纵筋、5下弯曲、6短纵筋。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1-5的一种框架结构梁端配筋构造，包括梁顶长纵筋1、梁底长纵筋4、短纵筋6和若干组横向箍筋3，相邻所述梁顶长纵筋1为平行且等距设置，相邻所述梁底长纵筋4为平行且等距设置，相邻所述梁顶长纵筋1在相同长度的塑性铰区设置一个开口向上的上弯曲2，相邻所述梁底长纵筋4在相同长度的塑性铰区设置一个开口向下的下弯曲5，所述上弯曲2的上端和下弯曲5的下端均连接有短纵筋6，所述梁顶长纵筋1和梁底长纵筋4分别位于横向箍筋3内的顶部和底部。
所述上弯曲2和下弯曲5的形状一致。
相邻所述横向箍筋3之间的距离相等。
本发明还提供了一种框架结构梁端配筋构造的设计方法，具体包括以下步骤：
S1、梁端塑性铰区长度可按照箍筋加密区长度取值，加密范围从柱边开始，一级抗震等级的框架梁箍筋加密长度为2倍的梁高，二、三、四级抗震等级的框架梁箍筋加密长度为1.5倍的梁高，且均要满足大于500mm，如果不满足大于500mm，按500mm长度进行加密。梁顶长纵筋弯曲处建议取距柱端1/3塑性铰长度L塑。梁底长纵筋弯曲处建议取距柱端2/3塑性铰长度L塑；
S2、短纵筋锚固长度La，按照公式取值
Figure GDA0003190206830000041
La为受拉钢筋锚固长度；ζa为锚固长度修正系数，Lab为受拉钢筋基本锚固长度。纵向受拉普通钢筋的锚固长度修正系数ζa和基本锚固长度和La的具体取值可参考混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)；
S3、柱端塑性铰区梁顶短纵筋和梁底面积S短可按照小震作用下的地震力进行计算，
Figure GDA0003190206830000051
其中
Figure GDA0003190206830000052
为小震作用下梁端或梁底钢筋承受的拉力，F”为长纵筋弯曲处拉直所需要的拉力，fy'为短纵筋受拉屈服强度设计值；
S4、长纵筋配筋面积，按照混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)计算出大震作用下梁顶或梁底钢筋所承受的拉力
Figure GDA0003190206830000053
Figure GDA0003190206830000054
其中S长为长纵筋的面积，fy”为长纵筋受拉屈服强度设计值。
梁顶长纵筋1、梁底长纵筋4在塑性铰区设置一个弯曲构造形式，长纵筋弯起角度建议取30、25、60度，弯曲区长度L1建议取4-8倍长纵筋直径，同时在该处布置短纵筋6，当结构受到小震作用时，只有短纵筋6受力，当地震作用超过小震(中震、大震)时，梁端长纵筋被拉直的同时混凝土开裂以实现该处截面的削弱，进而形成强柱弱梁的破坏机制，中震、大震下短纵筋6与梁顶长纵筋1和梁底长纵筋4同时受力，防止结构在大震作用下发生倒塌。
综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种框架结构梁端配筋构造及其设计方法,通过在梁端塑性铰区设置弯曲纵筋将梁端截面削弱以实现强柱弱梁的失效机制，与其他的梁端纵筋弯曲的构造措施相比，本发明在纵筋弯曲处附加短纵筋，使结构在小震作用下保持弹性状态，实现小震不坏的目标，并给出了纵筋布置位置和的配筋设的计具体方法。另外本发明构造简单，与现有规范紧密结合，方便设计与施工人员在实际工程中推广应用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种长纵筋弯起的框架结构梁端配筋构造的设计方法，其特征在于：
长纵筋弯起的框架结构梁端配筋构造，包括梁顶长纵筋(1)、梁底长纵筋(4)、短纵筋(6)和若干组横向箍筋(3)，其特征在于：相邻所述梁顶长纵筋(1)为平行且等距设置，相邻所述梁底长纵筋(4)为平行且等距设置，相邻所述梁顶长纵筋(1)在相同长度的塑性铰区设置一个开口向上的上弯曲(2)，相邻所述梁底长纵筋(4)在相同长度的塑性铰区设置一个开口向下的下弯曲(5)，所述上弯曲(2)的上端和下弯曲(5)的下端均连接有短纵筋(6)，所述梁顶长纵筋(1)和梁底长纵筋(4)分别位于横向箍筋(3)内的顶部和底部；所述上弯曲(2)和下弯曲(5)的形状一致；相邻所述横向箍筋(3)之间的距离相等；
所述长纵筋弯起角度为30或25或60度；
设计方法具体包括以下步骤：
S1、梁端塑性铰区长度可按照箍筋加密区长度取值，加密范围从柱边开始，一级抗震等级的框架梁箍筋加密长度为2倍的梁高，二、三、四级抗震等级的框架梁箍筋加密长度为1.5倍的梁高，且均要满足大于500mm，如果不满足大于500mm，按500mm长度进行加密；梁顶长纵筋弯曲处建议取距柱端1/3塑性铰长度L塑，梁底长纵筋弯曲处建议取距柱端2/3塑性铰长度L塑；
S2、短纵筋锚固长度La，按照公式取值
Figure FDA0003190206820000011
La为受拉钢筋锚固长度；ζa为锚固长度修正系数，Lab为受拉钢筋基本锚固长度；纵向受拉普通钢筋的锚固长度修正系数ζa和基本锚固长度和La的具体取值可参考混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)，长纵筋和短纵筋可通过细铁丝绑扎或者焊接固定在一起，防止施工过程中发生相对移动；
S3、柱端塑性铰区梁顶短纵筋和梁底面积S短可按照小震作用下的地震力进行计算，
Figure FDA0003190206820000021
其中
Figure FDA0003190206820000022
为小震作用下梁端或梁底钢筋承受的拉力，F”为长纵筋弯曲处拉直所需要的拉力，fy'为短纵筋受拉屈服强度设计值；
S4、长纵筋配筋面积，按照混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)计算出大震作用下梁顶或梁底钢筋所承受的拉力
Figure FDA0003190206820000023
Figure FDA0003190206820000024
其中S长为长纵筋的面积，fy”为长纵筋受拉屈服强度设计值。
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