框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二

第四章框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【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；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D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)件的設(shè)計(jì)要求和構(gòu)造要求。第一節(jié)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：（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，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：(1)如何確定抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度，水平荷載分配與各片抗側(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、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：①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；②漸進(jìn)法：彎矩分配法、迭代法和無剪力分配法等；③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(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4-1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：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)、無側(cè)移

上層各柱線剛度乘以0.9加以修正。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.水平荷載作用下的內(nèi)力近似計(jì)算A.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框架彎矩圖反彎點(diǎn)法為了方便地求出出各柱的剪力和和反彎點(diǎn)的位置置，根據(jù)框架結(jié)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)點(diǎn)，假定：梁的線剛度與柱柱的線剛度之比比為無窮大（大大于等于3），各柱上下兩兩端角位移θ為零。不考慮框架梁柱柱的軸向變形，，同一層各節(jié)點(diǎn)點(diǎn)水平位移相等等。底層柱反彎點(diǎn)在在距底端高度處處2h/3處，其余各層反反彎點(diǎn)均在h/2處。其其原因因在于于底層層柱下下端轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角為為零而而上端端不為為零。。由假定定(1)，根據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)角角位移移方程程：V1=可得側(cè)側(cè)移剛剛度系系數(shù)：：d=由假定定(2)，同層層各柱柱柱端端水平平位移移均為為Δ，則：：同層各各柱剪剪力：：Vj=由假定定(3)，柱端端彎矩矩：Mj下=Mj上=梁端彎彎矩根根據(jù)節(jié)節(jié)點(diǎn)平平衡求求出:圖4-10節(jié)點(diǎn)彎彎矩平平衡邊柱：：Mb=Mc上+Mc下Mb右=(Mc上+Mc下)中柱：：Mb左=(Mc上+Mc下)例4-1：作圖圖4-11所示框框架的彎矩矩圖，，圖中中括號(hào)號(hào)內(nèi)數(shù)數(shù)字為各各桿的的線剛剛度。。解：當(dāng)當(dāng)同層層各柱柱h相等時(shí)時(shí)，各柱抗抗側(cè)剛剛度d=12ic/h2，可直接接用ic計(jì)算它它們的的分配系數(shù)數(shù)。這這里只只有第第3層中柱與與同層層其他他柱高高不同同，做如下下變換換，即即可采采用折折算線剛剛度計(jì)計(jì)算分分配系系數(shù)。。折算線線剛度度=(42/4.52)i=(16/20.3)××2=1.6計(jì)算過過程見見圖3-10，最后彎彎矩圖圖見圖圖4-12圖4-11框架計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)簡(jiǎn)圖圖4-12框架反反彎點(diǎn)點(diǎn)法計(jì)計(jì)算過過程圖4-13框架計(jì)計(jì)算彎彎矩圖圖括號(hào)內(nèi)內(nèi)數(shù)字字為精精確解解。本本例表表時(shí)，，用反反彎點(diǎn)點(diǎn)法計(jì)計(jì)算的的結(jié)果果，除除個(gè)別別地方方外，，誤差差是不不大的的。誤誤差大大是因因?yàn)榱毫褐€線剛度度比不不夠大大，略略大于于3B.D值法（（修正正反彎彎點(diǎn)法法）：：反彎點(diǎn)點(diǎn)法：：梁、、柱線線剛度度比大大于3，認(rèn)為為結(jié)點(diǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)角角為0的一種種近似似算法法。實(shí)實(shí)際中中，當(dāng)當(dāng)梁、、柱線線剛度度比小小于3，結(jié)點(diǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)角角較大大時(shí)，，此方方法計(jì)計(jì)算的的內(nèi)力力誤差差較大大。D值法““由日日本武武藤清清教授授提出出來，，用修修正柱柱的抗抗側(cè)移移剛度度和調(diào)調(diào)整反反彎點(diǎn)點(diǎn)高度度的方方法計(jì)計(jì)算水水平荷荷載下下框架架的內(nèi)內(nèi)力，，修正正后的的抗側(cè)側(cè)剛度度用D表示，，稱為為D值法。。假定：：1、水平荷載載作用下，，框架結(jié)構(gòu)構(gòu)同層各節(jié)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角相等。2、不考慮框框架梁柱的的軸向變形形，同一層層各節(jié)點(diǎn)水平位移相相等。優(yōu)點(diǎn)：1、計(jì)算步驟驟與反彎點(diǎn)點(diǎn)法相同，，計(jì)算簡(jiǎn)便便實(shí)用。2、計(jì)算精度度比反彎點(diǎn)點(diǎn)法高。缺點(diǎn)：1、忽略柱的的軸向變形形，隨結(jié)構(gòu)構(gòu)高度增大大，誤差增大。2、非規(guī)則框框架中使用用效果不好好。計(jì)算步驟：：1、確定柱側(cè)側(cè)移剛度D值，按照反反彎點(diǎn)法計(jì)計(jì)算各柱剪剪力。2、確定柱反反彎點(diǎn)高度度，求出各各桿端彎矩矩。一、柱側(cè)移移剛度D值δ1=Δ1δ2=Δ2-Δ1δ3=Δ3-Δ2假定：1、各層層間間位移δ相等2、各層梁、、柱轉(zhuǎn)角θ相等3、上下層柱柱線剛度相相等4、上下層柱柱高相等1、2桿可看作有有δ2相對(duì)位移，，再加上1端和2端的轉(zhuǎn)角θ1和θ2M21=同理：M23=M24=M25=6θ1=θ2=θ3=θδδ1=δ2=δ3=δ+(6i1+6i2+8ic)θ2+2ic(θ1+θ3)=0ΣM2=0θ=再來看V21=D21=其中：——梁柱線剛度度比——柱剛度修正正系數(shù)，見表3-1梁柱剛度比比對(duì)柱剛度度的影響表4-1αα計(jì)算公式表表當(dāng)k→∞，→1，當(dāng)K較小時(shí)候，，<1有了D值后，按照照反彎點(diǎn)法法步驟進(jìn)行行計(jì)算，只只是將反彎彎點(diǎn)法中的的d=換成了：D=×二、柱反彎彎點(diǎn)高度比比的確定主要因素是是柱上、下下端的約束束條件：圖4-15反彎點(diǎn)位置置若θ1=θi-1，則Mi=Mi-1反彎點(diǎn)在中中點(diǎn)。若θ1≠θi-1，則M≠M(fèi)i-1反彎點(diǎn)移向向彎矩較小小的一端。。約束越小，，彎矩越小小，極端情情況下為鉸鉸接點(diǎn)，反反彎點(diǎn)與該端重合。。影響柱兩端端約束大小小的因素：：1.結(jié)構(gòu)總層數(shù)數(shù)以及該層層位置2.梁柱剛度比比3.荷載形式4.上層與下層層梁剛度比比5.上、下層層層高度變化化D值法：先求求得柱標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高高度比yn，再根據(jù)上上、下梁線線剛度比以以及上下層層高變化，，對(duì)yn進(jìn)行調(diào)整。。1、柱標(biāo)準(zhǔn)反反彎點(diǎn)高度度比ynyn根據(jù)各層等等高、等跨跨、各層梁梁、柱線剛剛度不變的的多層框架架在水平荷荷載作用下下的反彎點(diǎn)點(diǎn)位置求得得。均布水平荷荷載下的yn見書上表4-3倒三角分布布荷載下的的yn見書上表4-4可根據(jù)框架架總層數(shù)m以及該層樓樓層數(shù)以及及梁柱線剛剛度比K值查得。2、上下梁剛剛度變化時(shí)時(shí)反彎點(diǎn)高高度比修正正值y1某柱上下梁梁剛度不等等時(shí)，導(dǎo)致致柱上下結(jié)結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角不不同，修正正值為y1。當(dāng)(i1+i2)<(i3+i4)時(shí)令α1=(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)對(duì)剛度變化化時(shí)修正值值y1當(dāng)(i1+i2)<(i3+i4)時(shí)，α1=(i3+i4)/(i1+i2)從表4-2可以查出y1，但取負(fù)值值。當(dāng)上下梁的的剛度相等等時(shí)，α1=1，表中y1=0，也即無需需修正底層層，不考慮慮y1修正。3、上下層高高度變化時(shí)時(shí)，反彎點(diǎn)點(diǎn)高度比修修正值y2和y3。圖4-16層高對(duì)反彎彎點(diǎn)的影響響令h上/h=α2，從表4-3可以查出y2，最上層不不算。表4-3上下層柱高高度變化時(shí)時(shí)修正值y2和y3α2>1，y2>0，反彎點(diǎn)上上移，α2<1，y2<0，反彎點(diǎn)下下移。圖4-16令h下/h=α3，從表3-5可以查出y3，底層不算算。α3>1，y3<0，反彎點(diǎn)下下移，α3<1，y3>0，反彎點(diǎn)上上移。當(dāng)上、下層層層高沒有有變化時(shí)，，也即α2=α3=1，從表中可可以查出y2=y3=0，無需進(jìn)行行修正。最后，柱反反彎點(diǎn)高度度比：y=yn+y1+y2+y3例4-2：圖4-17為3層框架結(jié)構(gòu)構(gòu)給出了樓樓層高處的的總水平力力及各桿線線剛度相對(duì)對(duì)值，要求求用D值法分析內(nèi)內(nèi)力。解：圖4-17框架計(jì)算簡(jiǎn)簡(jiǎn)圖根據(jù)表4-1計(jì)算各層柱柱D值如表4-4。所有柱剛剛度之和為ΣD。由剛度計(jì)計(jì)算每根柱柱分配到的的剪力見下下表由表4-2、4-3查反彎點(diǎn)高高度比如下下表梁、柱彎矩矩圖見圖4-18圖4-18給出了柱反反彎點(diǎn)位置置和根據(jù)柱柱剪力及反反彎點(diǎn)位置置求出的柱柱端彎矩、、根據(jù)結(jié)點(diǎn)點(diǎn)平衡平衡衡求出的梁梁端彎矩。。彎矩單位位是kN·m。根據(jù)梁端端彎矩中進(jìn)進(jìn)一步求出出梁剪力(圖中未給出出)。圖4-18框架彎矩圖圖三、水平平荷載作用用下側(cè)移的的近似計(jì)算算圖4-19剪力和彎矩矩引起的側(cè)側(cè)移框架側(cè)移主主要由水平平荷載引起起，規(guī)范對(duì)對(duì)層間位移的大小框架總變形形由彎曲變變形和剪切切變形兩部部分組成，，層數(shù)不多的框架，，可以忽略略軸向變形形引起的彎彎曲變形，，高度較大大時(shí)候，兩兩者均要考考慮。有限制，故故需要計(jì)算算層間位移移以及頂點(diǎn)點(diǎn)位移?？蚣軅?cè)移主主要由兩部部分變形組組成：只考慮梁柱柱彎曲產(chǎn)生生的側(cè)移，，梁柱彎曲曲變形由VA、VB引起，為剪剪切型變形形曲線。只只考慮梁柱柱軸向變形形的側(cè)移，，柱軸向變變形由NA、NB合成的M引起，為彎彎曲型變形形曲線。一般而言，，總的側(cè)移移曲線仍以以剪切型為為主。圖4-20框架切面內(nèi)內(nèi)力圖1、梁、柱彎彎曲變形產(chǎn)產(chǎn)生的側(cè)移移D：?jiǎn)挝粚娱g間位移所需需要的剪力力j層：——j層層間位移移頂點(diǎn)位移：：j層位移：2、柱軸向變變形產(chǎn)生的的側(cè)移水平荷載下下，一般框框架只有兩兩根邊柱軸軸力較大，，一拉一壓壓，中柱因因?yàn)閮蛇吜毫杭袅ο嘟S力很很小，可不不計(jì)。Vpj——j層層間剪力力Dij——j層第i根柱D值圖4-20框架側(cè)移計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)圖采用力法，，可以求出出側(cè)移的大大小——單位水平集集中力作用用在j層時(shí)邊柱軸軸力N——水平荷載引引起的柱內(nèi)內(nèi)力，N=±M(z)/BA——邊柱截面面面積，假設(shè)設(shè)邊柱截面面面積沿著著Z軸直線變化。。n=A頂/A底A(z)=[1-(1-n)z/H]A底V0——基底剪力=±(Hj-z)/B集中荷載情情況下：M(Z)=(H-z)RV0=RFN=其中：Rj=均布荷載：：M(z)=q(H-Z)2/2v0=qH｝FN=倒三角荷載載：M(δ)=V0=FN=｛｝用變量n以及Hj/H，F(xiàn)n可以由圖4-6查出，從而而可以利用用求出第j層頂點(diǎn)位移移軸力引起的的第j層層間位移移：第j層總位移：：第j層層間位移移：表4-6框架軸向變變形側(cè)移計(jì)計(jì)算圖表例4-3：求圖4-21所示三跨12層框架由桿桿件彎曲、、柱軸向變變形產(chǎn)生的的頂點(diǎn)側(cè)移移Δn及最大層間間側(cè)移δj，層高h(yuǎn)=400cm，總高H=400×12=4800cm，彈性模量量E=2.0×104MPa，各層梁截截面尺寸相相同，柱截截面尺寸有有四種，7層以上柱斷斷面尺寸減減小，內(nèi)柱柱、外柱尺尺寸不同，，詳見圖中中所注。圖4-21框架側(cè)移計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)圖解：1.由桿件彎彎曲產(chǎn)生生的頂點(diǎn)點(diǎn)側(cè)移以以及最大大層間側(cè)側(cè)移計(jì)算：各層ic、K、α、D、ΣDij及層間位位移δj，絕對(duì)側(cè)側(cè)移計(jì)算算如表4-72.由柱軸向向變形產(chǎn)產(chǎn)生的側(cè)側(cè)移計(jì)算算：A頂=40××40=1600cm2A底=50××50=2500cm2n=A頂/A底=1600/2500=0.64V0=12PH=4800cmE=2.0×104N/mmB=1850cm由公式計(jì)計(jì)算側(cè)移移變形，，F(xiàn)n及，列于表(1)，F(xiàn)n查表4-6(均布荷載載)表4-7頂點(diǎn)側(cè)移移及層間間位移表4-8柱軸向變變形產(chǎn)生生的側(cè)移移由計(jì)算結(jié)結(jié)果可見見，柱軸軸向變形形產(chǎn)生的的側(cè)移與與梁、柱柱彎曲變變形產(chǎn)生生的側(cè)移移相比，，前者占占的比例例較小，，在本例例中，總總頂點(diǎn)位位移為：：=(2.04+0.21)××10-3P=2.25××10-3Pmm=(0.272+0.004)×10-3P=0.276×10-3Pmm在總位移移中僅占占9.3%，柱軸向變變形產(chǎn)生生的側(cè)移移是彎曲曲型的，，頂層層層間變形形最大，，向下逐逐漸減小小，而梁梁、柱彎彎曲變形形產(chǎn)生的的側(cè)移則則是剪切切型的，，底層最最大，向向上逐漸漸減小。。由于后后者變形形是主要要成分，，二者綜綜合后仍仍以底層層的層間間變形最最大，故故仍表現(xiàn)現(xiàn)為剪切切型變形形特征。。軸向變形形位移：：彎曲型型、頂層層層間位位移最大大，向下下逐漸減減小。梁柱彎曲曲產(chǎn)生位位移：剪剪切型，，底層層層間位移移最大，，向上逐逐漸減小小，在總總變形總總占主要要成分。。二者綜合合后，仍仍然以底底層層間間位移最最大，表表現(xiàn)為剪剪切型變變形。Δ12=δmax=在δmax中所占比比例更小小。第二節(jié)框框架架結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)及構(gòu)構(gòu)造要求求一、延性性抗震框框架的設(shè)設(shè)計(jì)要求求延性框架架的概念念：在框架體體系、框框架——剪力墻體體系以及及框筒體體系中，，雖然內(nèi)內(nèi)力計(jì)算算方法不不同，但但是在求求出內(nèi)力力以后，，都要通通過內(nèi)力力組合求求出梁、、柱控制制截面的的最不利利內(nèi)力，，然后進(jìn)進(jìn)行截面面配筋計(jì)計(jì)算以及及構(gòu)造設(shè)設(shè)計(jì)。雖然梁、、柱截面面的一般般配筋計(jì)計(jì)算以及及構(gòu)造在在一般的的鋼筋混混凝土教教材中已已有討論論，但是是在抗震震設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)，對(duì)鋼鋼筋混凝凝土構(gòu)件件有特殊殊要求，，本章重重點(diǎn)討論論框架梁梁、柱以以及節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的抗震震設(shè)計(jì)方方法，并并適當(dāng)補(bǔ)補(bǔ)充一些些非抗震震情況下下的設(shè)計(jì)計(jì)要求。。1、延性結(jié)結(jié)構(gòu)在罕遇地地震作用用下要求求結(jié)構(gòu)處處于彈性性狀態(tài)是是不必要要，也是是不經(jīng)濟(jì)濟(jì)的，通通常是在在中等烈烈度的地地震作用用下允許許結(jié)構(gòu)某某些構(gòu)件件屈服，，出現(xiàn)塑塑性鉸，，使結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度降降低，塑塑性變形形加大，，當(dāng)塑性性鉸達(dá)到到一定數(shù)數(shù)量后，，結(jié)構(gòu)會(huì)會(huì)出現(xiàn)屈屈服現(xiàn)象象，即隨著地震震作用力力不增加加或增加加很少，，而結(jié)構(gòu)構(gòu)變形迅迅速增加加。圖4-22延性結(jié)構(gòu)構(gòu)荷載位位移關(guān)系系上圖為延延性結(jié)構(gòu)構(gòu)的荷載載一位移移曲線，，延性結(jié)結(jié)構(gòu)即是是能維持持承載能能力而又又具有較較大塑性性變形能能力的的結(jié)構(gòu)。。結(jié)構(gòu)延性性能力通通常用頂頂點(diǎn)水平平位移延延性比來來衡量。。延性比定定義：μ=Δu/Δy其中：Δy——結(jié)構(gòu)屈服服時(shí)的頂頂點(diǎn)位移移；Δu——能維持承承載能力力的最大大頂點(diǎn)位位移延性結(jié)構(gòu)構(gòu)在結(jié)果果中等烈烈度的地地震作用用后，加加以修復(fù)復(fù)仍可以以重新使使用，在在罕遇地地震下也也不至于于倒塌，，符合抗抗震設(shè)計(jì)計(jì)的“三水準(zhǔn)”要求，因因此在地地震區(qū)都都應(yīng)該設(shè)設(shè)計(jì)延性性結(jié)構(gòu)，，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，混混凝土框框架可以以達(dá)到較較大的延延性，稱稱為延性性框架結(jié)結(jié)構(gòu)。框架頂點(diǎn)點(diǎn)水平位位移是由由各個(gè)桿桿件的變變形形成成的，當(dāng)當(dāng)各桿件件都處于于彈性階階段時(shí)，，結(jié)構(gòu)變變形是彈彈性的，，當(dāng)桿件件屈服后后，結(jié)構(gòu)構(gòu)就出現(xiàn)現(xiàn)塑性變變形。框框架中，，塑性鉸鉸可能出出現(xiàn)在梁梁上，也也可能出出現(xiàn)在柱柱上，因因此，梁梁、柱構(gòu)構(gòu)件都應(yīng)應(yīng)由良好好的延性性，構(gòu)件件的延性性以構(gòu)件件的變形形或塑性性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能力來來衡量，，稱為構(gòu)構(gòu)件位移移延性比比μf=fu/fy或截面曲曲率延性性比2、延性結(jié)結(jié)構(gòu)的要要求和分分析（1）、要保保證框架架結(jié)構(gòu)有有一定的的延性，，梁、柱柱構(gòu)件需需要具有有足夠的的延性，，鋼筋混混凝土構(gòu)構(gòu)件的剪剪切破壞壞是脆性性的，或或者延性性很小，，因此，，構(gòu)件不不能過早早剪壞。。（2）、框架架結(jié)構(gòu)中中，塑性性鉸出現(xiàn)現(xiàn)在梁上上比較有有利，見見下圖圖4-23框架塑性性鉸出現(xiàn)現(xiàn)狀況梁端的塑塑性鉸可可以很多多而結(jié)構(gòu)構(gòu)不致形形成機(jī)構(gòu)構(gòu)，每一一個(gè)塑性性鉸都可可以吸收收和耗散散一部分分地震能能量，故故對(duì)每一一個(gè)塑性性鉸要求求可以放放低，比比較容易易實(shí)現(xiàn)。。此外，，梁是受受彎構(gòu)件件，具有有較好的的延性。。（3）、塑性性鉸出現(xiàn)現(xiàn)在柱中中的時(shí)候候（圖4-23），很容容易形成成破壞機(jī)機(jī)構(gòu)。如如果在同同一層柱柱上、下下都出現(xiàn)現(xiàn)了塑性性鉸，該該層結(jié)構(gòu)構(gòu)變形將將迅速增增大，成成為不穩(wěn)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)構(gòu)而倒塌塌，在抗抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)中應(yīng)絕絕對(duì)避免免出現(xiàn)這這種被稱稱為軟弱弱層的情情況，同同時(shí)，柱柱在壓彎彎構(gòu)件，，受到很很大的軸軸力作用用，導(dǎo)致致柱的延延性較小小，而且且作為結(jié)結(jié)構(gòu)的主主要承載載部分，，柱子破破壞將引引起嚴(yán)重重后果，，不易修修復(fù)甚至至引起結(jié)結(jié)構(gòu)倒塌塌，因此此，柱子子中出現(xiàn)現(xiàn)塑性鉸鉸是不利利的。（4）、延性性框架，，不僅要要保證梁梁、柱構(gòu)構(gòu)件必須須具有延延性外，，還必須須保證各各構(gòu)件的的連接部部分—節(jié)點(diǎn)區(qū)不不出現(xiàn)脆脆性剪切切破壞，，同時(shí)還還要保證證支座連連接和錨錨固不發(fā)發(fā)生破壞壞。3、延性框框架結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)原原則（1）、強(qiáng)柱柱弱梁要控制梁梁、柱的的相對(duì)強(qiáng)強(qiáng)度，使使塑性鉸鉸首先在在梁端出出現(xiàn)，盡盡量避免免和減少少柱子中中的塑性性鉸；（2）、強(qiáng)剪剪弱彎對(duì)于梁、、柱構(gòu)件件，要保保證構(gòu)件件現(xiàn)現(xiàn)塑塑性鉸而而不過早早剪壞，，因此，，要使構(gòu)構(gòu)件抗剪剪承載力力大于塑塑性鉸抗抗彎承載載力，為為此要提提高構(gòu)件件的抗剪剪承載力力；（3）、強(qiáng)節(jié)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)強(qiáng)錨固、、弱構(gòu)件件要保證節(jié)節(jié)點(diǎn)區(qū)和和鋼筋錨錨固不過過早破壞壞，不在在梁、柱柱塑性鉸鉸充分發(fā)發(fā)揮作用用前破壞壞。（4）、強(qiáng)拉拉區(qū)弱壓壓區(qū)設(shè)計(jì)中應(yīng)應(yīng)使拉區(qū)區(qū)鋼筋的的屈服先先于壓區(qū)區(qū)混凝土土的破壞壞。注意：上述抗震震措施要要點(diǎn)，不不僅適用用于延性性框架，，也適用用于其它它鋼筋混混凝土延延性結(jié)構(gòu)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)構(gòu)計(jì)算和和構(gòu)造要要求基本本是圍繞繞上述原原則執(zhí)行行的。二、延性性抗震框框架的計(jì)計(jì)算要點(diǎn)點(diǎn)1、強(qiáng)柱弱弱梁框架架設(shè)計(jì)（1）無地震震組合和和有地震震組合而而抗震等等級(jí)為四四級(jí)的框框架柱，，柱端彎彎矩值取取豎向荷荷載、風(fēng)風(fēng)荷載或或水平地地震作用用下組合合所得的的最不利利設(shè)計(jì)值值。（2）抗震設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)，，一、二二、三級(jí)級(jí)框架的的梁、柱柱節(jié)點(diǎn)處處，除頂頂層和柱柱軸壓比比小于0.15者外，柱柱端考慮慮地震作作用的組組合彎矩矩值應(yīng)按按下列規(guī)規(guī)定予以以調(diào)整：：一級(jí)抗震震等級(jí)二級(jí)抗震震等級(jí)三級(jí)抗震震等級(jí)9度和一級(jí)級(jí)抗震框框架尚應(yīng)應(yīng)符合式中：—節(jié)點(diǎn)上、、下柱端端截面順順時(shí)針或或逆時(shí)針針方向組組合彎矩矩設(shè)計(jì)值值之和。。上、下下柱端的的彎矩，，可按彈彈性分析析的彎矩矩比例進(jìn)進(jìn)行分配配；—節(jié)點(diǎn)左、、右梁端端面逆時(shí)時(shí)針或順順時(shí)針方方向組合合彎矩設(shè)設(shè)計(jì)值之之和。節(jié)節(jié)點(diǎn)左、、右梁端端均為負(fù)負(fù)彎矩時(shí)時(shí)絕對(duì)值值較小一一端的彎彎矩應(yīng)取取零；—節(jié)點(diǎn)左、、右梁端端逆時(shí)針針或順時(shí)時(shí)針方向向?qū)嵟涞牡恼孛婷婵拐鹗苁軓澇休d載力所對(duì)對(duì)應(yīng)的彎彎距值之之和，可可根據(jù)實(shí)實(shí)際配筋筋面積和和材料強(qiáng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值確定定。當(dāng)反彎點(diǎn)點(diǎn)不在柱柱高范圍圍內(nèi)時(shí)，，柱端彎彎矩設(shè)計(jì)計(jì)值可直直接乘以以強(qiáng)柱系系數(shù)，一一級(jí)取1.4，二級(jí)取取1.2，三級(jí)取取1.1。核心筒與與外框筒筒或外框框架之間間的梁外外端負(fù)彎彎矩設(shè)計(jì)計(jì)值，應(yīng)應(yīng)小于與與該端相相連的柱柱在考慮慮強(qiáng)柱系系數(shù)后，，上、下下柱端彎彎矩設(shè)計(jì)計(jì)值之和和。（3）一、二二、三級(jí)級(jí)框架底底層柱底底彎矩設(shè)設(shè)計(jì)值為為地震作作用組合合彎矩值值乘1.5、1.25、1.15。（3）角柱應(yīng)應(yīng)按雙向向偏心構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行行正截面面承載力力設(shè)計(jì)。。一、二二、三級(jí)級(jí)經(jīng)按第第（2）、（3）條調(diào)整整后的彎彎矩、剪剪力設(shè)計(jì)計(jì)值宜乘乘≥1.1系數(shù)。2、強(qiáng)剪弱弱彎（1）框架柱柱端部截截面組合合的剪力力設(shè)計(jì)值值，一、、二、三三級(jí)應(yīng)按按下式調(diào)調(diào)整；四四級(jí)時(shí)可可直接取取考慮地地震作用用組合的的剪力計(jì)計(jì)算值。。一級(jí)抗震震等級(jí)二級(jí)抗震震等級(jí)三級(jí)抗震震等級(jí)9度設(shè)防烈烈度和一一級(jí)抗震震等級(jí)的的框架結(jié)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)構(gòu)尚應(yīng)符符合式中：—柱的凈高高；、—分別為柱柱上、下下端順時(shí)時(shí)針或逆逆時(shí)針方方向截面面組合的的彎矩設(shè)設(shè)計(jì)值，，應(yīng)符合合以上第第4、5條的要求求；、—分別為柱柱上下端端順時(shí)針針或逆時(shí)時(shí)針方向向?qū)嵟涞牡恼孛婷婵拐鹗苁軓澇休d載力所對(duì)對(duì)應(yīng)的彎彎矩值，，可根據(jù)據(jù)實(shí)配受受壓鋼筋筋面積，，材料強(qiáng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值和軸軸向壓力力等確定定；（2）框架梁梁剪力設(shè)設(shè)計(jì)值應(yīng)應(yīng)按下列列規(guī)定計(jì)計(jì)算：無地震組組合時(shí)，，取考慮慮風(fēng)荷載載組合的的剪力設(shè)設(shè)計(jì)值。。有地震組組合時(shí)，，按抗震震等級(jí)分分為：一級(jí)抗震震等級(jí)二級(jí)抗震震等級(jí)三級(jí)抗震震等級(jí)四級(jí)抗震震取地震震作用組組合下的的剪力設(shè)設(shè)計(jì)值。。9度和一級(jí)級(jí)抗震的的框架尚尚應(yīng)符合合：式中：：—框架梁左左、右端端考慮承承載力抗抗震調(diào)整整系數(shù)的正正截面受受彎承載載力值；；—考慮地震震作用組組合的框框架梁左左、右端端彎矩設(shè)計(jì)值；；應(yīng)分別別按順時(shí)時(shí)針和逆逆時(shí)針方方向計(jì)算算，取較較大值。?！紤]地震震作用組組合時(shí)的的重力荷荷載代表表值產(chǎn)生生的剪力力設(shè)計(jì)值值(9時(shí)高層建建筑還應(yīng)應(yīng)包括豎豎向地震震作用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值)，可按簡(jiǎn)簡(jiǎn)支梁計(jì)計(jì)算確定定：—梁的凈跨跨。在公式中中，與與之之和，，應(yīng)分別別按順時(shí)時(shí)針和逆逆時(shí)針方方向進(jìn)行行計(jì)算，，取較大大值。每每端的考考慮承載載能力抗抗震調(diào)整整系數(shù)的的正截面面受彎承承載力值值可可按按有關(guān)公公式計(jì)算算，但在在計(jì)算中中應(yīng)將縱縱向受拉拉鋼筋的的強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值以以強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值代表，取取實(shí)配的縱縱向鋼筋筋截面面積積，不等等式改為為等式，，并在等等式右邊邊除以梁梁的正截截面承載載力抗震震調(diào)整系系數(shù)?？蚣芰褐魤罕缺认拗禑o地震作作用組合合時(shí)：有地震作作用組合合時(shí)：跨高比大大于2.5的框架梁梁、剪跨跨比大于于2的柱跨高比不不大于2.5的框架梁梁、剪跨跨比不大大于2的柱框架柱剪剪跨比及及限值框架柱剪剪跨比：：—框架柱的的剪跨比比。反彎彎點(diǎn)位于于柱高中中部的框框架柱，，可取柱柱凈高與與2倍柱截面面有效高高度之比比值；M—柱端截面面組合彎彎矩計(jì)算算值，可可取上、、下端的的較大值值；V—柱端截面面與組合合彎矩計(jì)計(jì)算值對(duì)對(duì)應(yīng)的組組合剪力力計(jì)算值值；—計(jì)算方向向上截面面有效高高度。柱的剪跨跨比宜大大于2，以避免免產(chǎn)生剪剪切破壞壞，為此此，柱凈凈高與截截面最大大邊長(zhǎng)之之比不宜宜小于4，梁凈跨跨與截面面高度之之比也不不宜小于于4。在設(shè)計(jì)中中，樓梯梯間、設(shè)設(shè)備層等等部位難以避免免短柱時(shí)時(shí)，除應(yīng)驗(yàn)驗(yàn)算柱的的受剪承載力以外，還還應(yīng)采取取措施提提高其延性和抗抗剪能力力。柱剪跨比比=1/2長(zhǎng)細(xì)比3、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)弱構(gòu)件件一、二級(jí)級(jí)框架梁梁柱節(jié)點(diǎn)點(diǎn)核心區(qū)區(qū)組合的的剪力設(shè)設(shè)計(jì)值，，應(yīng)按下下列公式式計(jì)算：：設(shè)防烈度度為9度的結(jié)構(gòu)構(gòu)以及一一級(jí)抗震震等級(jí)的的框架結(jié)結(jié)構(gòu)：其他情況況：式中：—梁柱核心心區(qū)組合合的剪力力設(shè)計(jì)值值；—梁截面的的有效高高度，節(jié)節(jié)點(diǎn)兩側(cè)側(cè)梁截面面高度不不等等時(shí)可可采用平平均值；；—梁受壓鋼鋼筋合力力點(diǎn)至受受壓邊緣緣的距離離；—柱的計(jì)算算高度，，可采用用節(jié)點(diǎn)上上、下柱柱反彎點(diǎn)點(diǎn)之間的的距離；；—梁的截面面高度，，節(jié)點(diǎn)兩兩側(cè)梁截截面高度度不等時(shí)時(shí)可采用用平均值值；—節(jié)點(diǎn)剪力力增大系系數(shù)，一一級(jí)取1.35，二級(jí)取取1.2。—節(jié)點(diǎn)左、、右梁端端反時(shí)針針或順時(shí)時(shí)針方向向組合的的彎矩設(shè)設(shè)計(jì)值之之和。一一級(jí)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)左、右右梁端彎彎矩均為為負(fù)值時(shí)時(shí)，絕對(duì)對(duì)值較小小的彎矩矩應(yīng)取零零；—節(jié)點(diǎn)左、、右梁端端反時(shí)針針或順時(shí)時(shí)針方向向按實(shí)配配鋼筋面面積(計(jì)入受壓壓鋼筋)和材料強(qiáng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值計(jì)算算的受彎彎承載力所對(duì)應(yīng)應(yīng)的彎矩矩設(shè)計(jì)值值之和。。節(jié)點(diǎn)核心心區(qū)截面面受剪承承載力，，應(yīng)