12.4.2框架柱-地震设计要求

1.保证强柱弱梁的要求

震害表明，底层柱和薄弱层柱不仅可能提前出现塑性铰，而且会伴随着产生较大的层间位移，这不仅可能引起不稳定的问题，而且危及结构承受垂直荷载的能力，引起整体结构体系破坏，如果房屋高宽比过大甚至引起倾覆倒塌。因此各国规范对于延性框架设计都制定了“强柱弱梁”的要求。

考虑地震作用组合的框架柱，其节点上、下端和框支柱的中间层节点上、下端的截面内力设计值应按下列公式计算：

（1）节点上、下端的弯矩设计值

1）9度设防烈度的一级框架和一级抗震等级的框架结构

∑M_c=1.2∑M_bua （12-33）

2）其他情况

∑M_c=η_c∑M_b （12-34）

式中 ∑M_c——考虑地震作用组合的节点上、下柱端截面顺时针和逆时针方向组合的弯矩设计值之和；柱端弯矩设计值的确定，在一般情况下，可将式（12-33）或式（12-34）计算的弯矩之和，按上、下柱端弹性分析所得的考虑地震作用组合的弯矩比进行分配；

∑M_bua——同一节点左、右梁端按顺时针和逆时针方向采用实配钢筋截面面积（计入梁受压钢筋和相关楼板钢筋）和材料强度标准值，且考虑承载力抗震调整系数计算的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值之和的较大值；其中梁端的M_bua应按上节框架梁的有关规定计算；

∑M_b——同一节点左、右梁端，按顺时针和逆时针方向计算的两端考虑地震作用组合的弯矩设计值之和的较大值；一级抗震等级，当两端弯矩均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩值应取零；

η_c——柱端弯矩增大系数；对框架结构，二、三、四级抗震等级η_c分别为1.5、1.3、1.2；其他结构类型中的框架，一级可取1.4，二级可取1.2，三、四级可取1.1。

当反弯点不在柱的层高范围内时，框架柱端弯矩设计值可按考虑地震作用组合的弯矩设计值直接乘以上述柱端弯矩增大系数；框架顶层柱、轴压比小于0.15的柱，柱端弯矩设计值可取地震作用组合的弯矩设计值。

（2）节点上、下柱端的轴向力设计值，应取地震作用组合下各自的轴向力设计值。

考虑地震作用组合的框架结构底层（底层指无地下室的基础以上或地下室以上的首层）柱下端截面的弯矩设计值，对一、二、三、四级抗震等级应按考虑地震作用组合的弯矩设计值分别乘以系数1.7、1.5、1.3、1.2确定。底层柱纵向钢筋宜按柱上、下端的不利情况配置。

2.剪力设计值V_c的计算

由于按我国设计规范规定的柱弯矩增大措施，只能适度推迟柱端塑性铰的出现，而不能避免出现柱端塑性铰，因此，对柱端也应提出“强剪弱弯”要求，以保证在柱端塑性铰达到预期的塑性转动之前，柱端塑性铰区不出现剪切破坏。因此，考虑地震作用组合的框架柱、框支柱的剪力设计值V_c应按下列公式计算：

（1）9度设防烈度的一级抗震等级框架和一级抗震等级的框架结构

（2）其他情况

式中 M^t_cua、M^b_cua——框架柱上、下端按实配钢筋截面面积和材料强度标准值，且考虑承载力抗震调整系数计算的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值；(www.xing528.com)

η_vc——柱剪力增大系数；对框架结构，二、三、四级抗震等级，η_vc分别为1.3、1.2和1.1；对其他类型的结构，一、二级可分别取1.4、1.2，三、四级可取1.1；

M^t_c、M^b_c——考虑地震作用组合，且经调整后的框架柱上、下端弯矩设计值；

H_n——柱的净高。

在式（12-35）中，M^t_cua与M^b_cua之和应分别按顺时针和逆时针方向进行计算，并取其较大值。M^t_cua和M^b_cua的值可按第4章有关的规定进行计算，但在计算中应将材料的强度设计值以强度标准值代替，并取实配的纵向钢筋截面面积，不等式改为等式，并在等式右边除以相应的承载力抗震调整系数；此时，N可取重力荷载代表值产生的轴向压力设计值；

在式（12-36）中，M^t_c与M^b_c之和应分别按顺时针和逆时针方向进行计算，并取其较大值。M^t_c、M^b_c的取值应符合前面的规定。

框支柱中线宜与框支梁重合，当框支柱的数目不少于10根时，框支柱承受的地震剪力之和不应小于结构底层总地震剪力的20%；当少于10根时，每根柱承受的地震剪力不应小于结构底层总地震剪力的2%，框支柱的地震弯矩应相应调整。

一、二级抗震等级的框支柱，由地震作用引起的附加轴力应分别乘以增大系数1.5、1.2；计算轴压比时，可不考虑增大系数。

一、二、三四级抗震等级的框架角柱，其弯矩、剪力设计值应按经上述调整后的弯矩、剪力设计值乘以不小于1.1的增大系数。

3.斜截面限制条件

为防止斜压破坏，限制裂缝宽度，考虑地震作用组合的框架柱和框支柱的受剪截面应符合下列条件：

剪跨比λ>2的框架柱

框支柱和剪跨比λ≤2的框架柱

4.斜截面抗震受剪承载力计算

国内有关反复荷载作用下偏压柱塑性铰区的受剪承载力试验表明，反复加载使构件的受剪承载力比单调加载降低约10%～30%，这主要是由于混凝土受剪承载力降低所致。为此，按框架梁相同的处理原则，取混凝土项抗震受剪承载力相当于非抗震情况下混凝土受剪承载力的60%，从而得到考虑地震作用组合的框架柱和框支柱的斜截面抗震受剪承载力为：

式中 λ——框架柱和框支柱的计算剪跨比，取λ=M/（Vh₀）；此处，M宜取柱上、下端考虑地震作用组合的弯矩设计值的较大值，V取与M对应的剪力设计值，h₀为柱截面有效高度；当框架结构中的框架柱的反弯点在柱层高范围内时，可取λ=H_n/（2h₀），此处，H_n为柱净高；当λ<1.0时，取λ=1.0；当λ>3.0时，取λ=3.0；

N——考虑地震作用组合的框架柱和框支柱轴向压力设计值，当N>0.3f_cA时，取N=0.3f_cA。

当考虑地震作用组合的框架柱和框支柱出现拉力时，其斜截面抗震受剪承载力应符合下列规定：

式中 N——考虑地震作用组合的框架柱轴向拉力设计值。

当上式右边括号内的计算值小于时，取等于，且值不应小于0.36f_tbh₀。