JGJ 140-2004(条文说明) 预应力混凝土结构抗震设计规程.pdf
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1、中华人民共和国行业标准预应力混凝土结构抗震设计规程JGJ 140-2004 条文说明前预应力混凝土结构抗震设计规程JGJ 140-24,经建设部24年1月29日以公告206号批准,业已发布。为便于广大设计、施工、科研、学校等单位的有关人员在使用本规程时能正确理解和执行条文规定,规程编制组按章、节、条的顺序,编制了本规程的条文说明,供使用者参考。在使用过程中,如发现本规程条文说明有不妥之处,请将意见函寄中国建筑科学研究院预应力混凝土结构抗震设计规程管理组(邮政编码:1013,地址:北京市北三环东路30号)。30 目次1 ,总贝。322 术语、符号.333 抗震设计的一般规定M3.1 地震作用及结
2、构抗震验算343.2 设计的一般规定353.3 材料及锚具374 预应力混凝士框架和门架4.1 一般规定394.2 预应力混凝土框架梁 39 4.3 预应力混凝土框架柱 42 4.4 预应力混凝士框架节点434.5 预应力混凝士门架结构445 预应力混凝士板柱结构455.1 设计的一般规定455.2 计算要求4531 1总则1.0.1 本条是制定本规程的目的、指导思想和条件。制定本规程的目的,是为了减轻预应力混凝土结构的地震破坏程度,保障人员安全和生产安全。鉴于预应力混凝土结构的抗震设计问题,研究的起步比一般钢筋棍凝土结构晚,震害经验较少,技术难度也较大;本规程的科学依据,只能是现有的震害防治
3、经验、研究成果和设计经验,随着预应力?昆凝土抗震科学水平的不断提高,本规程的内容将会得到完善和提高。1.0.2本条规定现提后张预应力棍凝土结构适用的设防烈度范围为6、7、8度地区。考虑到抗震设防烈度为9度地区,地震反应强烈,尚需进步积累工程经验,故要求在设计中需针对不同的现混后张预应力混凝士结构类型,对其抗震性能及措施,进行必要的试验或分析等研究,并经过有关专家审查认可,在有充分依据,并采取可靠的抗震措施后,也可以采用预应力混凝土结构。此外,震害表明出预制预应力混凝土构件拼装而成的装配式建筑,在地震中结构倒塌的主要原因是节点设计不足,几乎未见因预应力混凝土构件本身承载力不够,而引起结构总体破坏
4、的现象。装配整体单层钢筋混凝土柱厂房及其节点设计应按现行国家标准建筑抗震设计规范GB 511有关规定执行。预制装配式框架结构的抗震设计应符合有关专门规程的规定。32 2 术语、符号本章根据现行国家标准建筑结构设计术语和符号标准GB/T 583规定了预应力混凝土结构抗震设计中的有关术语、符号及其意义。33 3 抗震设计的一般规定3.1 地震作用及结构抗震验算3.1.1町3.1.4预应力混凝土框架结构系指在所有框架梁中采用预应力混凝土梁,有时也在上层柱采用预应力?昆凝土柱的框架结构。预应力混凝土板柱结构系指由水平构件为预应力混凝土板和竖向构件为柱所组成的预应力混凝士结构。由预应力混凝土板柱结构与框
5、架或剪力墙可组合为预应力混凝土板柱-框架结构或板柱,剪力墙结构。本规程列入预应力混凝士板柱框架结构是为了满足我国低抗震设防烈度区在多层建筑中采用板柱结构的需要。中国建筑科学研究院的研究表明,预应力混凝土框架结构和板柱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。预应力混凝土构件滞回曲线的环带宽度比钢筋混凝土构件的窄,能量消散能力较小,但其有较高的弹性性能,屈服后恢复能力较强,残余变形较小。采用时程分析法进行地震反应分析的结果表明,上述预应力混凝土结构的地震位移反应大约为钢筋混凝土结构的1.1-1.3倍;预应力混凝土结构抗震设计反应谱的研究表明
6、,预应力混凝土结构的设计地震剪力应作适当提高。本规程第3.1.2条关于预应力混凝土框架结构、板柱.框架结构水平地震影响系数曲线的取值规定,是按现行国家标准建筑抗震设计规范GB 511 有关规定取阻尼比为0.03确定的。设计地震分组应按建筑抗震设计规范GB 511附录A确定。本规程第3.1.2条所述的以预应力混凝土框架结构,或预应力1昆凝土板柱框架结构作为主要抗侧力体系,系指在基本振型地震作用下,其承受的地震倾覆力矩超过结构总地震倾覆力矩的50%;或在预应力提凝土框架结构或预应力棍凝土板柱-框架结34 构中仅设置有楼、电梯井及边梁,也应按本条取阻尼比为0.03的地震影响系数曲线,确定水平地震力。
7、当仅在框架结构中采用几根预应力混凝土梁,以满足构件的挠度和裂缝要求;或在框架-剪力墙、框架,核心筒或板柱-剪力墙结构中,采用预应力混凝土平板或框架的情况,该建筑结构仍应按阻尼比取0.05进行抗震设计。8度时对跨度大于24m屋架,长悬臂和其他大跨度预应力混凝土结构,其竖向地震作用标准值主要采用了现行国家标准建筑抗震设计规范GB 511对大跨钢筋混凝土屋架的取值规定。对长悬臂和其他大跨度预应力混凝土结构,在场地类别为E类以上的情况下,竖向地震作用系数提高约25%-30%。3.1.5 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 511的有关规定
8、确定,并加入了预应力作用效应项,预应力作用效应也包括预加力产生的次弯矩、次剪力。当预应力作用效应对构件承载能力有利时,预应力分项系数应取1.0,不利时应取1.2,是参考国内外有关规范做出规定的。预应力i昆凝土结构的承载力抗震调整系数、层间位移角限值,仍采用现行国家标准建筑抗震设计规范GB511有关对钢筋混凝土相同的规定。控制层间位移角以防止非结构构件的损坏和限制重力P-!J.效应。3.1.7 预应力混凝土框架梁、柱的受剪承载力,按现行国家标准棍凝土结构设计规范GB 510第11章有关条款进行计算时,其未计及预应力对提高构件受剪承载力的有利作用,即取预应力分项系数为0,是偏于安全的。3.2 设计
9、的一般规定3.2.1- 3.2.4 对采用预应力泪凝土建造的多层及高层建筑,从安全和经济等方面考虑,对其适用高度应有限制;并应根据抗震设防烈度,不同结构体系及不同高度,划分抗震等级,采取相应35 的抗震构造措施。由于在高层建筑中主要在楼盖结构中采用顶应力混凝土,故对建筑最大适用高度限值及抗震等级的划分仍采用现行国家标准建筑抗震设计规范GB 511有关条款的规定。表中的框架和框架结构有不同的含意,框架结构指纯框架结构,而框架则泛指框架结构和框架,剪力墙等结构体系中的框架。框架-剪力墙结构-般指在基本振型地震作用下,框架承受的地震倾覆力矩小于结构总地震倾覆力矩的50%。其框架部分的抗震等级可按框架
10、剪力墙结构的规定划分。由于板柱节点存在不利于抗震的弱点,本规程除允许将板柱.框架结构用于抗震设防低烈度区的多层建筑外,规定在多、高层建筑中采用板柱结构时,应用范围原则上限于板柱-剪力墙结构。对框架-核心筒结构,按照国家现行标准高层建筑温凝土结构技术规程JGJ 3的规定,在该结构的周边柱间必须设置框架梁,故在这种结构体系中,带有一部分仅承受坚向荷载的板柱结构时,不作为板柱剪力墙结构。当预应力混凝土结构的房屋高度超过最大适用高度或在抗震设防烈度为9度地区采用预应力混凝土结构时,应进行专门研究和论证,采取有效的加强措施。3.2.5-3.2.7 国内外大量工程实践表明,元粘结预应力筋适用于采用分散配筋
11、的板类结构及楼盖的次梁,不得用于屋架下弦拉杆等主要受拉的承重构件,后张预应力混凝土框架结构亦不宜采用无粘结预应力筋。这是由于元粘结预应力筋的应力沿筋全长几乎保持等同,这样预应力钢材的非弹性性能亦即构件的能量消散不能得到充足发挥。当发生大的非弹性变形时,可能导致仅产生几条宽裂缝,从而削弱了构件的延性性能;此外,在反复荷载下难以准确预测配置无粘结预应力筋截面的极限受弯承载力。当采用非预应力钢筋为主的棍合配筋时,可消除上述疑虑。Hawkins和Ishizuka对无粘结后张延性抗弯框架的研究认为,适量预应力对延性抗弯框架的抗震性能无不良影响。由于在混凝土中存在预压应力,减轻了节点刚度退化效应;预应力抑
12、制了梁筋从36 节点拔出,减少了梁筋失稳破坏的可能性。所提建议为:基于梁的矩形截面面积,其平均预压应力不宜超过2.5N/mm2;非预应力钢筋拉力至少应达到非预应力钢筋及预应力筋总拉力的65%;此外,框架梁端截面需配置足够数量的底筋。对于无粘结预应力筋在地震区应用的条款是参考了上述理论及试验研究,以及国外相关预应力混凝土设计规定而制定的。并规定抗震等级为一级的框架不得应用无粘结预应力筋;当设有剪力墙或筒体时,对抗震等级为二、三级的框架,其在基本振型地震作用下,所承担的地震倾覆力矩小于总地震倾覆力姬的35%时,允许采用无粘结预应力筋,这比通常小于50%更为严格。3.2.8 根据国内外的工程设计经验
13、,对高层建筑常用结构类型楼盖中采用预应力混凝土平板的抗震设计,从确保其传递剪力的横隔板作用等抗震性能方面做出了规定。3.2.9 在强烈地震产生的荷载作用下,若使无粘结预应力混凝土连续板或梁一跨破坏,可能引起多跨结构中其他各跨连续破坏。为避免发生这种连续破坏现象,根据国内外规范及工程经验做出本条设计规定。3.2.10 将锚具布置在梁柱节点核心区域以外,可避免该区域在剪力作用所产生较大对角拉应力的情况下,再承受锚具引起的劈裂应力。在外节点,锚具宜设置在节点核心区之外的伸出凸端上。仅当有试验依据,或其他可靠的工程经验时,才可将锚具设置在节点区,此时,应在保持箍筋总量的前提下,处理好箍筋的布置问题。3
14、.3材料及锚具3.3.1 随着高强度低松弛预应力钢绞线及钢丝在我国的推广应用,必须采用较高强度等级的混凝土,则可充分发挥两者的作用,承载力可大幅度提高,或截面高度可以有效地减小。但是,对C60以上强度等级混凝土用于预应力混凝土结构构件,其裂缝控制及延性要求等国内外研究还不够多,故应用中应注意采取必37 耍的措施。3.3.2 用于地震区预应力混凝土结构的锚具,其预应力筋,锚具组装件的静载锚固性能、抗地震的周期荷载性能的试验要求,是根据现行国家标准预应力筋用锚具、夹具和连接器GB/T 14370中对锚具锚固性能要求制定的。38 4 预应力混凝土框架和门架4.1一般规定4. 1.1 在我国预应力混凝
15、土框架、排架及门架等已得到较多应用,积累了丰富的工程经验,在这方面所做的研究工作也较多,已具备编制规程的条件。预应力混凝土的其他结构型式,如巨型结构,带转换层结构等工程的应用和理论研究尚处于积累阶段,故本规程未包括这方面的内容。4.1.2 在大跨度预应力混凝土框架梁中,预应力筋的面积是由裂缝控制等级确定的,为了增加梁端截面延性,则需要配置一定数量的非预应力钢筋,采用混合配筋方式,这在某种程度上增加了梁的强度储备。国内外研究表明,在罕遇地震作用下,要求预应力棍凝土框架梁端临界截面的屈服先于柱截面产生塑性镜,呈现梁镜侧移机制是难以实现的;若确保在边节点处的梁端出现镜、柱端不出现钱,呈现混合侧移机制
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