《高层建筑结构与抗震》辅导材料七Word格式.docx

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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

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；

塑性铰出现在梁端，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。

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1

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。

⑶梁、柱剪压比限制设计中应限制剪压比（Vfcbh0）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。

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，μN=NfcAc=Nfcbchc（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

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，防止斜裂缝的开展，从而可充分发挥塑性铰的变形和耗能能力，提高梁、柱的延性；

而且钢箍作为纵向钢筋的侧向支承，阻止纵筋压屈，使纵筋充分发挥抗压强度。

所以，在框架梁端、柱端塑性铰区，箍筋必须加密。

⑹纵筋配筋率

试验表明：

钢筋混凝土单筋梁的变形能力，随截面混凝土受压区相对高度x/h0的减小而增大，而x/h0随着配筋率的增大、钢筋屈服强度的提高和混凝土强度等级的降低而增大，延性性能降低。

为此，规范对

一、二、三级抗震等级框架梁的x/h0和ρmax作出了规定。

同时，框架梁还应满足最小配筋率的要求。

⒊“强节点弱构件”设计原则

由于节点区的受力状况非常复杂，所以在结构设计时只有保证各节点不出现脆性剪切破坏，才能使梁、柱充分发挥其承载能力和变形能力。

即在梁、柱塑性铰顺序出现完成之前，节点区不能过早破坏。

第二节框架梁的抗震设计

着重介绍在高层钢筋混凝土框架中，各构件截面设计及构件配筋构造的特殊要求，特别是在地震作用下抗震结构截面计算、构造设计方法及延性要求等。

深刻理解并掌握各项验算或措施的原因及具体内容。

比如抗震设计时框架梁的截面承载力为何除以承载力抗震调整系数γRE；

“强剪弱弯”的设计原则是如何体

现到框架梁的斜截面承载力设计中的。

一、正截面受弯承载力计算

抗震设计时框架梁的截面承载力应除以承载力抗震调整系数γRE，即S≤RRE。

式中：

S—荷载效应组合的设计值；

R—结构构件的抗震承载力设计值；

γRE一承载力抗震调整系数。

对强柱弱梁型框架，地震作用下将首先在框架梁的端部出现塑性铰。

由于梁的变形能力主要取决于梁端的塑性铰转动能力，从而需对梁端混凝土相对受压区高度及配筋率加以限制，以保证框架梁有足够的曲率延性。

此外，梁端底面和顶面纵向钢筋的比值，同样对梁的变形能力有较大影响。

因此，《建筑抗震设计规范》规定：

⒈有地震作用组合的梁端箍筋加密区：

一级抗震等级x≤0.25h0二、三级抗震等级x≤0.35h0

梁跨中：

x≤ξbh0⒉框架梁纵向受拉钢筋配筋率应满足ρmin<

ρAs≤2.5%

抗震设计框架梁纵向受拉钢筋的最小配筋百分率

ρ（%）表10-3⒊框架梁的两端箍筋加密区范围内，底面和顶面纵向受力钢筋的截面面积比值，应符合下列要求：

一级抗震等级As'

As≥0.5二、三级抗震等级As'

As≥0.3

非抗震设计时，只要求不出现超筋破坏现象，即x≤ξbh0

二、斜截面受剪承载力计算⒈剪力设计值Vb的取值

框架梁端的剪力设计值Vb应根据框架梁的梁端弯矩和重力荷载，由静力平衡条件确定（右图）。

但为了减少梁端塑性铰区发生

脆性剪切破坏的可能性，体现延性框架“强剪弱弯”的设计原则，要求框架梁端的受剪承载力高于其受弯承载力。

而梁端受剪承载力的提高，首先是在剪力设计值的确定中考虑了梁端弯矩的增大。

考虑上述因素后，框架梁端箍筋加密区的梁截面剪力设计值Vb应按下列公式计算：

lrlr

Mbua+MbuaMb+Mb

一级抗震等级：

Vb=1.1+VGb或Vb=1.3

+VGb

lnln

lr

Mb+Mb

二级抗震等级Vb=1.2+VGb

ln

lrMb+Mb

三级抗震等级Vb=1.1+VGb

四级抗震等级取地震作用组合下的剪力值。

上述公式中，框架梁两端弯矩值之和（Mbua+Mbua）或（Mb+Mb）均应分别按顺时针和逆时针两个方

l

r

向进行计算，并取各自较大值。

应该指出，上述公式只适用于梁端箍筋加密区的梁截面剪力设计值Vb的计算，而在塑性铰区范围以外，梁的设计剪力取内力组合得到的计算剪力。

⒉斜截面受剪承载力

⑴无地震作用组合的剪力，按下式验算：

对于均布荷载Vb≤0.7ftbh0+1.25fyvAsvh0S

对于集中荷载作用下的框架梁（包括有多种荷载、且其中集中荷载对节点边缘产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况），则按下式计算：

Vb≤A1.75ftbh0+fyvsvh0λ+1S

⑵在反复荷载作用下，规范根据试验给出了考虑地震作用的框架梁斜截面受剪承载力的计算公式：

均布荷载Vb≤1

γRE

1（0.42ftbh0+1.25fyvAsvh0）S集中荷载Vb≤

应该指出的是：

γRE（A1.05ftbh0+fyvsvh0）λ+1S

第一，一级、二级、三级和四级抗震等级的框架梁沿梁全长箍筋的面积配筋率ρsv分别不应小于0.30ft/fyv、0.28ft/fyv、0.26ft/fyv和0.26ft/fyv。

第二，在塑性铰区，不仅有竖向裂缝，也有斜裂缝。

在地震作用下，反复受弯，会产生交叉斜裂缝，竖向裂缝可能贯通，混凝土骨料的咬合作用会渐渐丧失，而主要依靠箍筋和纵筋的销键作用传递剪力，这是十分危险的。

因此加密区配筋设计时还应遵循如下构造措施：

①箍筋加密区长度不得小于2倍梁高（一级抗震）或1.5倍梁高（二～四级抗震），且不应小于500mm；

②不能用弯起钢筋抗剪；

③加密区箍筋除按受剪承载力计算外，尚应满足表10-4的要求；

④第一个箍筋应设置在距离节点边缘50mm或以内；

⑤非加密区的箍筋最大间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍；

否则破坏可能转移到加密区之外。

⑥在箍筋加密区范围内，箍筋肢距一级抗震等级不宜大于200mm及20倍箍筋直径较大值；

二、三级不宜大于250mm及20倍箍筋直径较大值；

四级不宜大于300mm。

梁端加密区箍筋构造要求表10-4

注：

表中hb为梁高；

d为纵筋直径

⒊截面限制条件

对于非抗震设计和四级抗震等级的框架梁的受剪截面应符合：

Vb≤0.25βcfcbh0

对于一、二、三级抗震等级的框架梁的受剪截面应符合要求：

Vb≤

当上式不满足时，可加宽梁的截面或提高混凝土强度等级。

1γRE（0.20βcfcbh0）

第三节框架柱的抗震设计

比如“强柱弱梁”的设计原则是如何体现到框架柱的抗震设计中的；

为何角柱的纵筋最小配筋率比中柱大。

理解各项验算或措施的原因有利于掌握其具体内容。

一、正截面承载力计算

抗震设计时框架应符合“强柱弱梁”的设计原则，有目的增大柱端弯矩设计值，以延缓柱的屈服。

为此，框架柱节点上、下端截面考虑抗震等级的内力设计值应按下列规定采用：

⒈⑴节点上、下柱端的弯矩设计值

9度设防烈度的各类框架和一级抗震等级的框架结构

∑Mc≥1.2∑Mbua且不应小于按下式求得的∑Mc值。

c一级抗震等级：

二级抗震等级：

三级抗震等级：

∑M∑M∑M≥1.4∑Mb≥1.2∑Mb≥1.1∑Mbcc

四级抗震等级，柱端弯矩设计值取地震作用组合下的弯矩设计值。

当反弯点不在柱的层高范围内时，对一、二、三级抗震等级柱端弯矩组合设计值应乘以1.4、1.2、1.1系数；

框架顶层和轴压比小于0.15的柱以及四级抗震等级时，考虑地震作用组合的柱端弯矩设计值可直接取地震作用组合下的弯矩设计值。

⑵节点上、下柱端的轴向压力设计值，取地震作用组合下各自的轴向力设计值。

⒉地震时，框架结构底层柱的下端若过早出现塑性铰，将会影响整个结构的变形能力，因此，《建筑抗震设计规范》规定一、二、三级框架此部位的地震作用组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数1.50、1.25和

1.15，以加强底层柱下端的实际受压承载力。

⒊对一、二、三级抗震等级的框架结构，