《高层建筑结构和抗震》辅导材料七.docVIP

专业资料 PAGE  专业 专心 专注 《高层建筑结构与抗震》辅导材料七 框架设计与构造 主要内容：提高框架结构延性的措施；框架梁的抗震设计——正截面及斜截面受弯承载力计算; 框架柱的抗震设计——正截面及斜截面受弯承载力计算；梁柱节点的抗震设计。 框架结构的延性 当结构反应进入非线性阶段后，强度不再是控制设计的唯一指标，变形能力变得与强度同等重要。因为一般结构并不具备足以抵抗强烈地震的强度储备，而是利用结构的弹塑性性能吸收地震能量，以达到抗御强震的目的。因此，深刻理解并熟练掌握提高框架结构延性的各项措施，尤其是强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的设计原则是非常重要的。 一、结构的延性指标 截面的塑性变形能力常常用延性比来衡量，即，其中表示截面屈服时的曲率，表示截面极限曲率。 结构的延性通常用顶点位移延性比表示，即。其中Δy为结构进入塑性状态时的顶点位移。是结构抗震性能的一个重要指标。对于延性比大的结构，在地震作用下结构进入弹塑性状态时，能吸收、耗散大量的地震能量，此时结构虽然变形较大，但不会出现超出抗震要求的建筑物严重破坏或倒塌。相反，若结构延性较差，在地震作用下容易发生脆性破坏，甚至倒塌。 二、结构延性的作用 （1）防止脆性破坏；（2）承受某些偶然因素的作用；（3）实现塑性内力重分布；（4）有利于结构抗震。 三、提高结构延性的措施  = 1 \* GB1 ⒈“强柱弱梁”设计原则—控制塑性铰的位置 在地震作用下，框架结构中塑性铰出现的位置或顺序不同，将使框架结构产生不同的破坏形式。但是不允许在梁的跨中出铰。梁的跨中出铰将导致局部破坏。强梁弱柱型结构的塑性铰首先出现在柱中，破坏时只跟最薄弱层柱的强度和延性性能有关，而与其他各层梁柱的承载能力和耗能能力均没有发挥作用。而强柱弱梁型结构的塑性铰首先出现在梁中，当部分梁端甚至全部梁端均出现塑性铰时，结构仍能继续承受外荷载，而只有当柱子底部也出现塑性铰时，结构才达到破坏。由于柱中出现塑性铰，不易修复而且容易引起结构倒塌；???性铰出现在梁端，却可以使结构在破坏前有较大的变形，吸收和耗散较多的地震能量，具有较好的抗震性能，而且梁的延性远大于柱的延性。所以，较合理的框架破坏机制应是梁比柱的塑性屈服尽可能早发生和多发生，底层柱柱根的塑性铰较晚形成，各层柱子的屈服顺序应错开，不要集中在某一层。这种破坏机制的框架，就是强柱弱梁型框架。震害调查也证实强梁弱柱引起的结构震害比较严重。  = 2 \* GB1 ⒉梁柱的延性设计 框架结构抗震设计的关键是梁柱塑性铰设计。为此，应遵循： （1）“强剪弱弯”设计原则—控制构件的破坏形态 在进行框架梁、柱设计时，应使构件的受剪承载力大于其受弯承载力，使构件发生延性较好的弯曲破坏，避免发生延性较差的剪切破坏，而且保证构件在塑性铰出现之后也不过早剪坏，这就是“强剪弱弯”的设计原则，它实际上是控制构件的破坏形态。 （2）梁、柱剪跨比限制 剪跨比反映了构件截面承受的弯矩与剪力的相对大小。它是影响梁、柱极限变形能力的主要因素之一，对构件的破坏形态有很重要的影响。因此，为保证柱子发生延性破坏，抗震设计时要求柱净高与截面长边尺寸之比宜大于4，若不满足，应在柱全高范围内加密箍筋。类似地，对框架梁而言，则要求其净跨ln与截面高度hb之比不宜小于4。当梁的跨度较小而梁的设计内力较大时，宜首先考虑加大梁宽，这样虽然会增加梁的纵筋用量，但对提高梁的延性却是十分有利的。  = 3 \* GB2 ⑶梁、柱剪压比限制 设计中应限制剪压比（）即梁截面的平均剪应力，使箍筋数量不至于太多，同时，也可有效地防止斜裂缝过早出现，减轻混凝土碎裂程度。这实质上也是对构件最小截面尺寸的要求。  = 4 \* GB2 ⑷柱轴压比限制及其他措施 轴压比μN指柱有地震作用组合的柱轴压力设计值N与柱的全截面面积Ac和混凝土轴心抗压强度设计值fc乘积的比值，（bc、hc分别为柱截面的宽度和高度）。 试验研究表明，轴压比的大小，与柱的破坏形态和变形能力是密切相关的。所以，抗震设计中应限制柱的轴压比不能太大，宜满足表10—1的规定。其实质就是希望框架柱在地震作用下，仍能实现大偏心受压下的弯曲破坏，使柱具有延性性质。 柱轴压比限值 表10-1 抗震等级一二三轴压比限值0.70.80.9 = 5 \* GB2 ⑸箍筋 震害表明，梁端、柱端震害严重，是框架梁、柱的薄弱部位。所以按照强剪弱弯原则设计的箍筋主要配置在梁端、柱端塑性铰区，称为箍筋加密区。 在塑性铰区配置足够的箍筋，可约束核心混凝土，显著提高塑性铰区混凝土的极限应变值，提高抗压强度，防止斜裂缝