高層第四章框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第四章第四章 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【本章教學(xué)目標(biāo)本章教學(xué)目標(biāo)】 通過本章學(xué)習(xí)，掌握高層框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖；通過本章學(xué)習(xí)，掌握高層框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖；掌握框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載下的分層計(jì)算法；掌握掌握框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載下的分層計(jì)算法；掌握框架結(jié)構(gòu)在水平荷載下的反彎點(diǎn)法和框架結(jié)構(gòu)在水平荷載下的反彎點(diǎn)法和D值法；掌值法；掌握框架結(jié)構(gòu)側(cè)移近似計(jì)算方法；熟悉高層框架構(gòu)握框架結(jié)構(gòu)側(cè)移近似計(jì)算方法；熟悉高層框架構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求和構(gòu)造要求。件的設(shè)計(jì)要求和構(gòu)造要求。第一節(jié)第一節(jié) 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算一、計(jì)算簡(jiǎn)圖的確定一、計(jì)算簡(jiǎn)圖的確定實(shí)際結(jié)構(gòu)往往為復(fù)雜空間體系，實(shí)際荷載也很復(fù)雜，鋼結(jié)構(gòu)也并

2、非均質(zhì)彈性結(jié)構(gòu)，故對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)作精確計(jì)算十分困難，在設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖是對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)抓住主要因素加以抽象簡(jiǎn)化使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況足夠接近而得到的力學(xué)模型。計(jì)算簡(jiǎn)圖選定后，還應(yīng)在設(shè)計(jì)中采取相適應(yīng)的構(gòu)造措施使實(shí)際結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)計(jì)算簡(jiǎn)圖的要求。1、結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)化、結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)化任何結(jié)構(gòu)都為一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，但是對(duì)于框架、剪力墻、框架剪力墻結(jié)構(gòu)而言，大多數(shù)可以簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)，使計(jì)算大大簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化時(shí)作了以下三個(gè)假定：簡(jiǎn)化時(shí)作了以下三個(gè)假定：（1）、平面結(jié)構(gòu)假定：一片框架或者墻可以抵抗本身平面內(nèi)的側(cè)向力，而在平面外剛度很小，可以忽略。故整個(gè)結(jié)構(gòu)可以劃分為若干個(gè)平面結(jié)構(gòu)，共同抵抗與平面結(jié)構(gòu)平行的荷載，

3、垂直該方向的結(jié)構(gòu)不參與受力。（2）、剛性樓板假定：連結(jié)各個(gè)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)間的樓板在自身平面內(nèi)很大，平面外很小，可不考慮。（3）、彈性假定：假定材料處于線彈性階段，規(guī)范按彈性方法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。2、結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡(jiǎn)化、結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡(jiǎn)化計(jì)算簡(jiǎn)圖中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件用其軸線表示，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接長(zhǎng)度用剛性節(jié)點(diǎn)表示，構(gòu)件長(zhǎng)度以節(jié)點(diǎn)間距離表示，荷載作用點(diǎn)轉(zhuǎn)移到軸線上。3、結(jié)構(gòu)荷載簡(jiǎn)化、結(jié)構(gòu)荷載簡(jiǎn)化可按內(nèi)力等效原則，將構(gòu)件上荷載改造為集中荷載、均布荷載等。實(shí)際風(fēng)荷載以及地震作用方向是隨意不定的，結(jié)構(gòu)計(jì)算常常假定水平作用在結(jié)構(gòu)主軸方向，對(duì)互相正交的主軸進(jìn)行內(nèi)力分析。要解決問題：要解決問題：(1)如何確定抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度，水平荷載分配與

4、各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，剛度越大結(jié)構(gòu)單元所分配的荷載就大。(2)如何確定每片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)所分配到的水平荷載下的內(nèi)力以及位移。下面幾章將進(jìn)行詳細(xì)討論。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用空間分析軟件進(jìn)行整體內(nèi)力位移計(jì)算，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)分析軟件的計(jì)算結(jié)果從力學(xué)概念和工程經(jīng)驗(yàn)等方面進(jìn)行分析判斷，確認(rèn)其合理、有效后方可作為工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。二、二、 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方法框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方法框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算方法一般分三類：精確法：力法和位移法。其計(jì)算假定少，較為接近實(shí)際情況，需利用計(jì)算機(jī)求解，如PKPM系列、ETABS等；漸進(jìn)法：彎矩分配法、迭代法和無(wú)剪力分配法等；近似法：分層法、反彎點(diǎn)法、D值法。其引入假定較多，計(jì)算簡(jiǎn)單，易于掌握

5、和手算，適合于初步設(shè)計(jì)階段的估算或?qū)τ?jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證。1、 豎向荷載作用下的內(nèi)力近似計(jì)算豎向荷載作用下的內(nèi)力近似計(jì)算(分層計(jì)算法分層計(jì)算法)在一般豎向荷載下，框架側(cè)移比較小可以按照彎矩分配法進(jìn)行內(nèi)力分析兩層，6個(gè)角位移20層，60個(gè)角位移，分配一次計(jì)算量大，必須加以簡(jiǎn)化。圖圖4-1框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 (2) 、各層荷載對(duì)其他各層桿件內(nèi)力無(wú)影響計(jì)算時(shí)候，假定上下柱遠(yuǎn)端均為固定，實(shí)際上 除了底層柱外，其他均為彈性支撐，故 為了減小誤差，特意作如下修正：精確分析表明：精確分析表明：荷載只對(duì)同層桿件內(nèi)力影響很大，而對(duì)其他層影響很小。假定：(1) 、無(wú)側(cè)移 上層各柱線剛度乘以0.9加以

6、修正。 除底層柱外，各柱傳遞系數(shù)修正為1/3。圖4-2 頂層計(jì)算簡(jiǎn)圖圖4-3 底層計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算結(jié)果中結(jié)點(diǎn)上彎矩可能不平衡，但是誤差不會(huì)太大，可以不再計(jì)算，也可以為提高精度，再進(jìn)行一次彎矩分配。圖4-4 頂層節(jié)點(diǎn)彎矩分配圖4-5 底層節(jié)點(diǎn)彎矩分配圖4-6 整體計(jì)算彎矩圖圖4-6給出了本節(jié)分層計(jì)算法的解 圖4-7給出了精確解，帶括號(hào)為不考慮結(jié)點(diǎn)線位移彎矩，不帶括號(hào)為考慮結(jié)點(diǎn)線位移彎矩，梁上誤差不大，柱上彎矩誤差稍大。圖4-7計(jì)算彎矩圖與精確解的比較2. 2. 水平荷載作用下的內(nèi)力近似計(jì)算水平荷載作用下的內(nèi)力近似計(jì)算A. A. 反彎點(diǎn)法：反彎點(diǎn)法：框架所受水平荷載主要是風(fēng)荷載和地震作用將在每個(gè)樓層上

7、的總風(fēng)力和總地震力分配給各個(gè)框架，將結(jié)構(gòu)分析簡(jiǎn)化為平面框架分析。 平面分析時(shí)，可以采用反彎點(diǎn)法以及D值法，按柱的抗側(cè)剛度將總水平荷載直接分配到柱，再根據(jù)反彎點(diǎn)求出柱各端的彎矩M=Vy，然后由結(jié)點(diǎn)平衡求出梁端彎矩與剪力。反彎點(diǎn)定義：柱上彎矩為0的點(diǎn)，注意反彎點(diǎn)可能在柱上，也可能在柱外。圖4-8框架變形圖圖4-9框架彎矩圖1c12chi 6h2i1V2ch2i1jdPd反彎點(diǎn)法反彎點(diǎn)法為了方便地求出各柱的剪力和反彎點(diǎn)的位置，根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，假定： 梁的線剛度與柱的線剛度之比為無(wú)窮大（大于等于3），各柱上下兩端角位移為零。 不考慮框架梁柱的軸向變形，同一層各節(jié)點(diǎn)水平位移相等。 底層柱反彎點(diǎn)在

8、距底端高度處2h/3處，其余各層反彎點(diǎn)均在h/2處。其原因在于底層柱下端轉(zhuǎn)角為零而上端不為零。由假定(1)，根據(jù)轉(zhuǎn)角位移方程：V1=可得側(cè)移剛度系數(shù)：d=由假定(2)，同層各柱柱端水平位移均為，則：同層各柱剪力： Vj=jyjv)(vjjjyh 由假定(3)，柱端彎矩：Mj下=Mj上=梁端彎矩根據(jù)節(jié)點(diǎn)平衡求出:圖4-10 節(jié)點(diǎn)彎矩平衡右左左bbbiii右左右bbbiii邊柱： Mb=Mc上+Mc下 Mb右=( Mc上+Mc下)中柱：Mb左=( Mc上+Mc下)例4-1：作圖4-11所示框架的彎矩圖，圖中括號(hào)內(nèi)數(shù)字為各桿的線剛度。解：當(dāng)同層各柱h相等時(shí)，各柱抗側(cè)剛度d=12ic/h2，可直接用i

9、c計(jì)算它們的分配系數(shù)。這里只有第3層中柱與同層其他柱高不同，做如下變換，即可采用折算線剛度計(jì)算分配系數(shù)。折算線剛度 =(42/4.52)i =(16/20.3)2=1.6計(jì)算過程見圖3-10，最后彎矩圖見圖4-12ci圖4-11框架計(jì)算簡(jiǎn)圖圖4-12 框架反彎點(diǎn)法計(jì)算過程圖4-13 框架計(jì)算彎矩圖括號(hào)內(nèi)數(shù)字為精確解。本例表時(shí)，用反彎點(diǎn)法計(jì)算的結(jié)果，除個(gè)別地方外，誤差是不大的。誤差大是因?yàn)榱褐€剛度比不夠大，略大于3B. D值法（修正反彎點(diǎn)法）：值法（修正反彎點(diǎn)法）：反彎點(diǎn)法：梁、柱線剛度比大于3，認(rèn)為結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角為0的一種近似算法。實(shí)際中，當(dāng)梁、柱線剛度比小于3，結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角較大時(shí)，此方法計(jì)算的內(nèi)力誤

10、差較大。D值法“由日本武藤清教授提出來(lái)，用修正柱的抗側(cè)移剛度和調(diào)整反彎點(diǎn)高度的方法計(jì)算水平荷載下框架的內(nèi)力，修正后的抗側(cè)剛度用D表示，稱為D值法。假定：1、水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)同層各節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角 相等。 2、不考慮框架梁柱的軸向變形，同一層各節(jié)點(diǎn) 水平位移相等。優(yōu)點(diǎn)：1、計(jì)算步驟與反彎點(diǎn)法相同，計(jì)算簡(jiǎn)便實(shí)用。 2、計(jì)算精度比反彎點(diǎn)法高。缺點(diǎn)：1、忽略柱的軸向變形，隨結(jié)構(gòu)高度增大，誤差 增大。 2、非規(guī)則框架中使用效果不好。計(jì)算步驟：1、確定柱側(cè)移剛度D值，按照反彎點(diǎn)法計(jì)算各柱剪力。2、確定柱反彎點(diǎn)高度，求出各桿端彎矩。一、柱側(cè)移剛度一、柱側(cè)移剛度D D值值 1=1 2=2-1 3=3-2假定：

11、1、各層層間位移相等 2、各層梁、柱轉(zhuǎn)角相等 3、上下層柱線剛度相等 4、上下層柱高相等1、2桿可看作有2相對(duì)位移，再加上1端和2端的轉(zhuǎn)角1和2 M21=1c2c22ci 2i 4hi 6 3c2c33ci 2i 4hi 6212121i 6i 2i 421i)hi 6hi 6(33c22cc21c12i)i(i6h2i1同理： M23= M24= M25=6 1=2=3= 1=2=3=+(6i1+6i2+8ic)2+2ic(1+3)=0 M2=0hiii22h)i(i6i12i12c2121cchk22c21iii K= 再來(lái)看 V21=)(hi 6h2i121c22c)h(h2i12cD2

12、1=21V)hk22h-(1h2i1)h-(1h2i12c2c h2i1k2kh2i12c2c 其中： k2k c21iii K梁柱線剛度比柱剛度修正系數(shù)，見表3-1梁柱剛度比對(duì)柱剛度的影響表4-1 計(jì)算公式表 當(dāng)k，1，當(dāng)K較小時(shí)候，1有了D值后，按照反彎點(diǎn)法步驟進(jìn)行計(jì)算，只是將反彎點(diǎn)法中的d=2ch2i1換成了：2ch2i1D=D=二、柱反彎點(diǎn)高度比的確定二、柱反彎點(diǎn)高度比的確定主要因素是柱上、下端的約束條件：圖4-15 反彎點(diǎn)位置若1=i-1，則Mi=Mi-1反彎點(diǎn)在中點(diǎn)。若1i-1，則MMi-1反彎點(diǎn)移向彎矩較小的一端。約束越小，彎矩越小，極端情況下為鉸接點(diǎn)，反彎點(diǎn)與 該端重合。 影響

13、柱兩端約束大小的因素： 1.結(jié)構(gòu)總層數(shù)以及該層位置 2.梁柱剛度比 3.荷載形式 4.上層與下層梁剛度比 5.上、下層層高度變化D值法：先求得柱標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比yn，再根據(jù)上、下梁線剛度比以及上下層高變化，對(duì)yn進(jìn)行調(diào)整。1、柱標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比yn yn根據(jù)各層等高、等跨、各層梁、柱線剛度不變的多層框架在水平荷載作用下的反彎點(diǎn)位置求得。 均布水平荷載下的yn見書上表4-3 倒三角分布荷載下的yn見書上表4-4 可根據(jù)框架總層數(shù)m以及該層樓層數(shù)以及梁柱線剛度比K值查得。2、上下梁剛度變化時(shí)反彎點(diǎn)高度比修正值y1 某柱上下梁剛度不等時(shí)，導(dǎo)致柱上下結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角不同，修正值為y1。 當(dāng)(i1+i2)(i3

14、+i4)時(shí) 令1=(i1+i2)/(i3+i4)從表4-2可以查出y1，取正值表4-2 上下梁相對(duì)剛度變化時(shí)修正值y1 當(dāng)(i1+i2)1，y20，反彎點(diǎn)上移，21，y21，y30，反彎點(diǎn)下移，30，反彎點(diǎn)上移。 當(dāng)上、下層層高沒有變化時(shí)，也即2=3=1，從表中可以查出y2 =y3=0，無(wú)需進(jìn)行修正。 最后，柱反彎點(diǎn)高度比：y=yn+y1+y2+y3例4-2：圖4-17為3層框架結(jié)構(gòu)給出了樓層高處的總水平力及各桿線剛度相對(duì)值，要求用D值法分析內(nèi)力。解：圖4-17 框架計(jì)算簡(jiǎn)圖根據(jù)表4-1計(jì)算各層柱D值如表4-4。所有柱剛度之和為D。由剛度計(jì)算每根柱分配到的剪力見下表由表4-2、4-3查反彎點(diǎn)高

15、度比如下表梁、柱彎矩圖見圖4-18圖4-18給出了柱反彎點(diǎn)位置和根據(jù)柱剪力及反彎點(diǎn)位置求出的柱端彎矩、根據(jù)結(jié)點(diǎn)平衡平衡求出的梁端彎矩。彎矩單位是kNm。根據(jù)梁端彎矩中進(jìn)一步求出梁剪力(圖中未給出)。圖4-18 框架彎矩圖三、三、 水平荷載作用下側(cè)移的近似計(jì)算水平荷載作用下側(cè)移的近似計(jì)算 圖4-19 剪力和彎矩引起的側(cè)移框架側(cè)移主要由水平荷載引起，規(guī)范對(duì)層間位移的大小框架總變形由彎曲變形和剪切變形兩部分組成，層數(shù)不多的框架，可以忽略軸向變形引起的彎曲變形，高度較大時(shí)候，兩者均要考慮。有限制，故需要計(jì)算層間位移以及頂點(diǎn)位移。 框架側(cè)移主要由兩部分變形組成：只考慮梁柱彎曲產(chǎn)生的側(cè)移，梁柱彎曲變形由V

16、A、VB引起，為剪切型變形曲線。只考慮梁柱軸向變形的側(cè)移，柱軸向變形由NA 、NB合成的M引起，為彎曲型變形曲線。一般而言，總的側(cè)移曲線仍以剪切型為主。圖4-20 框架切面內(nèi)力圖MjiijpjD/VMjj1iMiMjn1iMiMn1、梁、柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移 D：?jiǎn)挝粚娱g位移所需要的剪力 j層：j層層間位移頂點(diǎn)位移：j層位移：2、柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移水平荷載下，一般框架只有兩根邊柱軸力較大，一拉一壓，中柱因?yàn)閮蛇吜杭袅ο嘟?，軸力很小，可不計(jì)。 Vpjj層層間剪力 Dijj層第i根柱D值圖4-20 框架側(cè)移計(jì)算簡(jiǎn)圖采用力法，可以求出側(cè)移的大小dzN/EA)N(2H0NjjNNNjn230FAEB

17、HV底單位水平集中力作用在j層時(shí)邊柱軸力N水平荷載引起的柱內(nèi)力，N=M(z)/BA邊柱截面面積，假設(shè)邊柱截面面積沿著Z軸 直線變化。n=A頂/A底A(z)=1-(1-n)z/HA底 V0基底剪力=(Hj-z)/B集中荷載情況下：M(Z)=(H-z)R V0=RdzHznzMzHAEBjjHoNj/)1 (1)()(22jjj2j2jjjj2j3)1nRHH-n(1HHnR22R23-)HHHH2n-HH)(nHH1 (n)-(12)HH-n(1HHnjjjjj2j311nR)HH1)(2-(n)HH21 (1)-(nHH1)-(n1)-(R212HH-)2HHn(11)-(R31)HH21 (

18、HH1)-(n-2jjj3jjj31)-1)(R-H2H-)HH2n(2-jjjFN=其中：Rj=均布荷載：M(z)=q(H-Z)2/2 v0=qHFN=)6z3H(Hz)-(H22H倒三角荷載：M()= V0=322)1nRH3H() 1(n1HH2)H3H(-1nRH2H1n1jj2jjjjFN=4n)-(11nR211)-4(R-1)-(R) 12(n3jj2j3nR11)-(R31)-(R23-1)-(R31HH) 1(n1jj2j3jj4nR11)-(R41)-(R31)-(R34-1)-(R41) 1(n1jj2j3j4j5n230NjFAEBHV底Nj用變量n以及Hj/H，F(xiàn)n可

19、以由圖4-6查出，從而可以利用求出第j層頂點(diǎn)位移N1 - jNjNjNjMjjNjMjj軸力引起的第j層層間位移：第j層總位移：第j層層間位移：表4-6 框架軸向變形側(cè)移計(jì)算圖表例4-3：求圖4-21所示三跨12層框架由桿件彎曲、柱軸向變形產(chǎn)生的頂點(diǎn)側(cè)移n及最大層間側(cè)移j，層高h(yuǎn)=400cm，總高H=40012=4800cm，彈性模量E=2.0104MPa，各層梁截面尺寸相同，柱截面尺寸有四種，7層以上柱斷面尺寸減小，內(nèi)柱、外柱尺寸不同，詳見圖中所注。圖4-21 框架側(cè)移計(jì)算簡(jiǎn)圖NjNj解：1.由桿件彎曲產(chǎn)生的頂點(diǎn)側(cè)移以及最大層間側(cè)移計(jì) 算：各層ic、K、D、Dij及層間位移j，絕對(duì)側(cè)移計(jì)算如

20、表4-7 2.由柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移計(jì)算： A頂=4040=1600cm2 A底=5050=2500cm2 n=A頂/A底=1600/2500=0.64 V0=12P H=4800cm E=2.0104N/mm B=1850cm由公式計(jì)算側(cè)移變形，F(xiàn)n及 ，列于表(1)，F(xiàn)n查表4-6(均布荷載)P10755. 72500001850010248000P12AEBHV4243230底表4-7 頂點(diǎn)側(cè)移及層間位移表4-8 柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移N12M12N1M1N12N1由計(jì)算結(jié)果可見，柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移與梁、柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移相比，前者占的比例較小，在本例中，總頂點(diǎn)位移為：=(2.04+0

21、.21)10-3P=2.2510-3Pmm=(0.272+0.004)10-3P=0.27610-3Pmm在總位移中僅占9.3%，柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移是彎曲型的，頂層層間變形最大，向下逐漸減小，而梁、柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移則是剪切型的，底層最大，向上逐漸減小。由于后者變形是主要成分，二者綜合后仍以底層的層間變形最大，故仍表現(xiàn)為剪切型變形特征。軸向變形位移：彎曲型、頂層層間位移最大，向下逐漸減小。梁柱彎曲產(chǎn)生位移：剪切型，底層層間位移最大，向上逐漸減小，在總變形總占主要成分。二者綜合后，仍然以底層層間位移最大，表現(xiàn)為剪切型變形。12= max= 在max中所占比例更小。第二節(jié)第二節(jié) 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及

22、構(gòu)造要求框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求一、延性抗震框架的設(shè)計(jì)要求一、延性抗震框架的設(shè)計(jì)要求延性框架的概念：在框架體系、框架剪力墻體系以及框筒體系中，雖然內(nèi)力計(jì)算方法不同，但是在求出內(nèi)力以后，都要通過內(nèi)力組合求出梁、柱控制截面的最不利內(nèi)力，然后進(jìn)行截面配筋計(jì)算以及構(gòu)造設(shè)計(jì)。雖然梁、柱截面的一般配筋計(jì)算以及構(gòu)造在一般的鋼筋混凝土教材中已有討論，但是在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件有特殊要求，本章重點(diǎn)討論框架梁、柱以及節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)方法，并適當(dāng)補(bǔ)充一些非抗震情況下的設(shè)計(jì)要求。1、延性結(jié)構(gòu)、延性結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下要求結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)是不必要，也是不經(jīng)濟(jì)的，通常是在中等烈度的地震作用下允許結(jié)構(gòu)某些構(gòu)件屈服，出現(xiàn)

23、塑性鉸，使結(jié)構(gòu)剛度降低，塑性變形加大，當(dāng)塑性鉸達(dá)到一定數(shù)量后，結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，即隨著地震作用力不增加或增加很少，而結(jié)構(gòu)變形迅速增加。圖4-22 延性結(jié)構(gòu)荷載位移關(guān)系上圖為延性結(jié)構(gòu)的荷載一位移曲線，延性結(jié)構(gòu)即是能維持承載能力而又具有較大塑性變形能力 的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)延性能力通常用頂點(diǎn)水平位移延性比來(lái)衡量。延性比定義： =u/y 其中：y結(jié)構(gòu)屈服時(shí)的頂點(diǎn)位移； u能維持承載能力的最大頂點(diǎn)位移延性結(jié)構(gòu)在結(jié)果中等烈度的地震作用后，加以修復(fù)仍可以重新使用，在罕遇地震下也不至于倒塌，符合抗震設(shè)計(jì)的“三水準(zhǔn)”要求，因此在地震區(qū)都應(yīng)該設(shè)計(jì)延性結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，混凝土框架可以達(dá)到較大的延性，稱為延性框架結(jié)構(gòu)。

24、框架頂點(diǎn)水平位移是由各個(gè)桿件的變形形成的，當(dāng)各桿件都處于彈性階段時(shí)，結(jié)構(gòu)變形是彈性的，當(dāng)桿件屈服后，結(jié)構(gòu)就出現(xiàn)塑性變形?？蚣苤?，塑性鉸可能出現(xiàn)在梁上，也可能出現(xiàn)在柱上，因此，梁、柱構(gòu)件都應(yīng)由良好的延性，構(gòu)件的延性以構(gòu)件的變形或塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能力來(lái)衡量，稱為構(gòu)件位移延性比f(wàn)=fu/fy或截面曲率延性比yu/2、延性結(jié)構(gòu)的要求和分析、延性結(jié)構(gòu)的要求和分析（1）、要保證框架結(jié)構(gòu)有一定的延性，梁、柱構(gòu)件需要具有足夠的延性，鋼筋混凝土構(gòu)件的剪切破壞是脆性的，或者延性很小，因此，構(gòu)件不能過早剪壞。（2）、框架結(jié)構(gòu)中，塑性鉸出現(xiàn)在梁上比較有利，見下圖圖4-23 框架塑性鉸出現(xiàn)狀況梁端的塑性鉸可以很多而結(jié)構(gòu)不致形

25、成機(jī)構(gòu)，每一個(gè)塑性鉸都可以吸收和耗散一部分地震能量，故對(duì)每一個(gè)塑性鉸要求可以放低，比較容易實(shí)現(xiàn)。此外，梁是受彎構(gòu)件，具有較好的延性。（3）、塑性鉸出現(xiàn)在柱中的時(shí)候（圖4-23），很容易形成破壞機(jī)構(gòu)。如果在同一層柱上、下都出現(xiàn)了塑性鉸，該層結(jié)構(gòu)變形將迅速增大，成為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)而倒塌，在抗震結(jié)構(gòu)中應(yīng)絕對(duì)避免出現(xiàn)這種被稱為軟弱層的情況，同時(shí)，柱在壓彎構(gòu)件，受到很大的軸力作用，導(dǎo)致柱的延性較小，而且作為結(jié)構(gòu)的主要承載部分，柱子破壞將引起嚴(yán)重后果，不易修復(fù)甚至引起結(jié)構(gòu)倒塌，因此，柱子中出現(xiàn)塑性鉸是不利的。（4）、延性框架，不僅要保證梁、柱構(gòu)件必須具有延性外，還必須保證各構(gòu)件的連接部分節(jié)點(diǎn)區(qū)不出現(xiàn)脆性剪切破

26、壞，同時(shí)還要保證支座連接和錨固不發(fā)生破壞。 3、延性框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、延性框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則（1）、強(qiáng)柱弱梁要控制梁、柱的相對(duì)強(qiáng)度，使塑性鉸首先在梁端出現(xiàn)，盡量避免和減少柱子中的塑性鉸；（2）、強(qiáng)剪弱彎 對(duì)于梁、柱構(gòu)件，要保證構(gòu)件現(xiàn)現(xiàn)塑性鉸而不過早剪壞，因此，要使構(gòu)件抗剪承載力大于塑性鉸抗彎承載力，為此要提高構(gòu)件的抗剪承載力；（3）、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固、弱構(gòu)件 要保證節(jié)點(diǎn)區(qū)和鋼筋錨固不過早破壞，不在梁、柱塑性鉸充分發(fā)揮作用前破壞。（4）、強(qiáng)拉區(qū)弱壓區(qū) 設(shè)計(jì)中應(yīng)使拉區(qū)鋼筋的屈服先于壓區(qū)混凝土的破壞。 注意：注意：上述抗震措施要點(diǎn)，不僅適用于延性框架，也適用于其它鋼筋混凝土延性結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)造要

27、求基本是圍繞上述原則執(zhí)行的。二、延性抗震框架的計(jì)算要點(diǎn)二、延性抗震框架的計(jì)算要點(diǎn)1、強(qiáng)柱弱梁框架設(shè)計(jì)、強(qiáng)柱弱梁框架設(shè)計(jì)（1）無(wú)地震組合和有地震組合而抗震等級(jí)為四級(jí)的框架柱，柱端彎矩值取豎向荷載、風(fēng)荷載或水平地震作用下組合所得的最不利設(shè)計(jì)值。（2）抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一、二、三級(jí)框架的梁、柱節(jié)點(diǎn)處，除頂層和柱軸壓比小于0.15者外，柱端考慮地震作用的組合彎矩值應(yīng)按下列規(guī)定予以調(diào)整：一級(jí)抗震等級(jí)bcMM4 . 1二級(jí)抗震等級(jí)三級(jí)抗震等級(jí)bcMM2 . 1bcMM1 . 19度和一級(jí)抗震框架尚應(yīng)符合buacMM2 . 1式中： 節(jié)點(diǎn)上、下柱端截面順時(shí)針或逆時(shí)針方向組合彎矩設(shè)計(jì)值之和。上、下柱端的彎矩，可按彈

28、性分析的彎矩比例進(jìn)行分配； 節(jié)點(diǎn)左、右梁端面逆時(shí)針或順時(shí)針方向組合彎矩設(shè)計(jì)值之和。節(jié)點(diǎn)左、右梁端均為負(fù)彎矩時(shí)絕對(duì)值較小一端的彎矩應(yīng)取零；cMbM 節(jié)點(diǎn)左、右梁端逆時(shí)針或順時(shí)針方向?qū)嵟涞恼孛婵拐鹗軓澇休d力所對(duì)應(yīng)的彎距值之和，可根據(jù)實(shí)際配筋面積和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定。 當(dāng)反彎點(diǎn)不在柱高范圍內(nèi)時(shí)，柱端彎矩設(shè)計(jì)值可直接乘以強(qiáng)柱系數(shù)，一級(jí)取1.4，二級(jí)取1.2，三級(jí)取1.1。 核心筒與外框筒或外框架之間的梁外端負(fù)彎矩設(shè)計(jì)值，應(yīng)小于與該端相連的柱在考慮強(qiáng)柱系數(shù)后，上、下柱端彎矩設(shè)計(jì)值之和。buaM（3）一、二、三級(jí)框架底層柱底彎矩設(shè)計(jì)值為地震作用組合彎矩值乘1.5、1.25、1.15。（3）角柱應(yīng)按雙向偏

29、心構(gòu)件進(jìn)行正截面承載力設(shè)計(jì)。一、二、三級(jí)經(jīng)按第（2）、（3）條調(diào)整后的彎矩、剪力設(shè)計(jì)值宜乘1.1系數(shù)。2、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)剪弱彎（1）框架柱端部截面組合的剪力設(shè)計(jì)值，一、二、三級(jí)應(yīng)按下式調(diào)整；四級(jí)時(shí)可直接取考慮地震作用組合的剪力計(jì)算值。一級(jí)抗震等級(jí)nbctccHMMV)(4 . 1二級(jí)抗震等級(jí)三級(jí)抗震等級(jí)nbctccHMMV)(2 . 1nbctccHMMV)(1 . 19度設(shè)防烈度和一級(jí)抗震等級(jí)的框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合 nbcuatcuacHMMV)(2 . 1式中： 柱的凈高； 、 分別為柱上、下端順時(shí)針或逆時(shí)針方向截面組合的彎矩設(shè)計(jì)值，應(yīng)符合以上第4、5條的要求； 、 分別為柱上下端順時(shí)針或逆

30、時(shí)針方向?qū)嵟涞恼孛婵拐鹗軓澇休d力所對(duì)應(yīng)的彎矩值，可根據(jù)實(shí)配受壓鋼筋面積，材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和軸向壓力等確定；nHtcMbcMtcuaMbcuaM（2）框架梁剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算：無(wú)地震組合時(shí)，取考慮風(fēng)荷載組合的剪力設(shè)計(jì)值。有地震組合時(shí)，按抗震等級(jí)分為：一級(jí)抗震等級(jí)GbnrblbbVlMMV)(3 . 1二級(jí)抗震等級(jí)三級(jí)抗震等級(jí)GbnrblbbVlMMV)(2 . 1GbnrblbbVlMMV)(1 . 1四級(jí)抗震取地震作用組合下的剪力設(shè)計(jì)值。9度和一級(jí)抗震的框架尚應(yīng)符合：GbnrbualbuabVlMMV)(1 . 1式中 ： 框架梁左、右端考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)的正截面受彎承載力值；rb

31、ualbua、MMrblb、MM 考慮地震作用組合的框架梁左、右端彎矩設(shè)計(jì)值；應(yīng)分別按順時(shí)針和逆時(shí)針方向計(jì)算，取較大值。 考慮地震作用組合時(shí)的重力荷載代表值產(chǎn)生的剪力設(shè)計(jì)值(9時(shí)高層建筑還應(yīng)包括豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值)，可按簡(jiǎn)支梁計(jì)算確定：GbVnl梁的凈跨。在公式中， 與 之和，應(yīng)分別按順時(shí)針和逆時(shí)針方向進(jìn)行計(jì)算，取較大值。每端的考慮承載能力抗震調(diào)整系數(shù)的正截面受彎承載力值 可按有關(guān)公式計(jì)算，但在計(jì)算中應(yīng)將縱向受拉鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值以強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值代表，取實(shí)配的縱向鋼筋截面面積，不等式改為等式，并在等式右邊除以梁的正截面承載力抗震調(diào)整系數(shù)。lbuaMrbuaMbuaM框架梁柱剪壓比限值無(wú)地震作用組合時(shí)

32、：025. 0bhfVcc有地震作用組合時(shí)： 跨高比大于2.5的框架梁、剪跨比大于2的柱)2 . 0(10bhfVccRE跨高比不大于2.5的框架梁、剪跨比不大于2的柱)15. 0(10bhfVccRE框架柱剪跨比及限值框架柱剪跨比：)/(0VhM 框架柱的剪跨比。反彎點(diǎn)位于柱高中部的框架柱，可取柱凈高與2倍柱截面有效高度之比值；M柱端截面組合彎矩計(jì)算值，可取上、下端的較大值；V柱端截面與組合彎矩計(jì)算值對(duì)應(yīng)的組合剪力計(jì)算值； 計(jì)算方向上截面有效高度。0h柱的剪跨比宜大于2，以避免產(chǎn)生剪切破壞，為此，柱凈高與截面最大邊長(zhǎng)之比不宜小于4，梁凈跨與截面高度之比也不宜小于4。在設(shè)計(jì)中，樓梯間、設(shè)備層等

33、部位難以避免短柱時(shí)，除應(yīng)驗(yàn)算柱的受剪承載力以外，還應(yīng)采取措施提高其延性和抗剪能力。柱剪跨比=1/2長(zhǎng)細(xì)比3、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件一、二級(jí)框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)組合的剪力設(shè)計(jì)值，應(yīng)按下列公式計(jì)算：設(shè)防烈度為9度的結(jié)構(gòu)以及一級(jí)抗震等級(jí)的框架結(jié)構(gòu)：)1 (15. 100bcsbsbbuajhHahahMV其他情況：)1 (00bcsbsbbjbjhHahahMV式中： 梁柱核心區(qū)組合的剪力設(shè)計(jì)值； 梁截面的有效高度，節(jié)點(diǎn)兩側(cè)梁截面高度不 等時(shí)可采用平均值； 梁受壓鋼筋合力點(diǎn)至受壓邊緣的距離； 柱的計(jì)算高度，可采用節(jié)點(diǎn)上、下柱反彎點(diǎn)之間的距離； 梁的截面高度，節(jié)點(diǎn)兩側(cè)梁截面高度不等時(shí)可采用平均值；

34、節(jié)點(diǎn)剪力增大系數(shù)，一級(jí)取1.35，二級(jí)取1.2。jV0bhsacHbhjb 節(jié)點(diǎn)左、右梁端反時(shí)針或順時(shí)針方向組合的彎矩設(shè)計(jì)值之和。一級(jí)節(jié)點(diǎn)左、右梁端彎矩均為負(fù)值時(shí)，絕對(duì)值較小的彎矩應(yīng)取零； 節(jié)點(diǎn)左、右梁端反時(shí)針或順時(shí)針方向按實(shí)配鋼筋面積(計(jì)入受壓鋼筋)和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的受彎承載bMbuaM力所對(duì)應(yīng)的彎矩設(shè)計(jì)值之和。節(jié)點(diǎn)核心區(qū)截面受剪承載力，應(yīng)按下列公式驗(yàn)算：設(shè)防烈度為9度時(shí)：)9 . 0(10sahAfhbfVsbsvjyvjjtjREj其他情況：)05. 01 . 1 (1;0sahAfbbNhbfVsbsvjyvcjjjjtjREj式中 ： N對(duì)應(yīng)于組合剪力設(shè)計(jì)值的上柱組合軸向力設(shè)計(jì)值。 當(dāng)N為軸向壓力時(shí)，不應(yīng)大于柱的截面面積和混凝土軸心抭壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積的50%; 當(dāng)N為拉力時(shí)，應(yīng)取為零 箍筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度