高层框架结构设计.ppt

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第六章第六章框架结构设计与构造框架结构设计与构造本章主要内容本章主要内容框架结构的框架结构的控制截面及内力组合控制截面及内力组合框架结构的框架结构的延性延性设计设计框架框架梁梁的设计与构造的设计与构造框架框架柱柱的设计与构造的设计与构造框架框架节点节点的设计与构造的设计与构造框架结构的控制截面及内力组合框架结构的控制截面及内力组合1控制截面控制截面内力组合和荷载组合内力组合和荷载组合两端弯矩塑性调幅两端弯矩塑性调幅水平荷载的作用方向水平荷载的作用方向框框-剪结构中框架内力的调整剪结构中框架内力的调整控制截面内力组合控制截面内力组合框架结构在恒载、楼（屋）面活载、风载和地震作用单独作用下的内力计算，已经作了讨论。

要对框架进行结构设计，需要对控制截面进行内力组合。

一、控制截面一、控制截面控制截面一个构件中受力最为不利的截面。

框架梁框架梁端部截面端部截面跨中截面跨中截面框架柱框架柱上、下端截面上、下端截面需要注意的是，这里的梁端、柱端截面，是指柱边缘、梁顶（底）截面。

而前面内力计算给出的是梁、柱轴线处截面内力，如图所示。

控制截面控制截面需要对内力进行调整。

需要对内力进行调整。

二、内力组合与荷载组合二、内力组合与荷载组合内力组合内力组合截面内力之间的相关性截面内力之间的相关性荷载组合荷载组合多种荷载的共同作用多种荷载的共同作用弯矩和剪力之间，不考虑相关性。

故对框架梁来讲，只需计算到最大弯矩和最大剪力即可；弯矩和轴力之间，存在相关性，故框架柱弯矩、轴力要“相应”。

荷载组合按第三章的要求。

内力计算时，一般采用荷载的标准值，荷载组合时，再乘以相应的分项系数。

三、梁端弯矩塑性调幅三、梁端弯矩塑性调幅按照框架模型，在竖向荷载下计算的框架梁端负弯矩值一般较大，相应负筋配筋量也较高，施工不便。

根据框架设计原则，梁端容许出现塑性铰。

在框架梁的设计中，可以利用塑性内力重分布，降低梁端弯矩，减少负筋配筋量。

梁端调幅系数梁端调幅系数现浇框架现浇框架0.80.80.90.9装配整体式装配整体式0.70.70.80.8调幅应满足下列要求：

梁端弯矩调小以后，跨中弯矩相应增大。

一般可将跨中弯矩乘以1.11.2的调幅系数。

按简支计算的梁跨中弯矩按简支计算的梁跨中弯矩必须注意：

必须注意：

塑性调幅仅对竖向荷载下内力进行恒载、活载；塑性调幅必须在内力组合之前进行先调幅后组合。

四、水平荷载的作用方向四、水平荷载的作用方向风荷载、水平地震作用等水平荷载，有多种方向的作用可能，一般按结构主轴方向考虑。

沿主轴方向作用时，有正反两种可能。

组合时针对要组合的内力，选取不同的方向参与组合。

当结构对称时，同一荷载正反方向作用时，构件截面内力仅符号变化。

组合时仅把内力符号取正或取负即可。

五、框五、框剪结构中框架内力的调整剪结构中框架内力的调整抗震设计时，框架剪力墙结构在水平地震作用下，框架部分计算所得的剪力一般较小。

为保证作为第二道防线的框架具有一定的抗侧力能力，需要对框架承担的剪力予以适当的调整。

框架剪力分布图11、框架层剪力调整，如图所示：

、框架层剪力调整，如图所示：

框架柱数量上下基本不变时框架柱数量上下基本不变时结构底部总剪力；结构底部总剪力；框架最大层剪力。

框架最大层剪力。

当当时，该层剪力不需时，该层剪力不需调整。

调整。

框架柱数量上下分段变化结构框架柱数量上下分段变化结构否则，层剪力按下式取值：

否则，层剪力按下式取值：

结构段结构段底部总剪力；底部总剪力；结构段结构段框架最大层剪力。

框架最大层剪力。

当当时，该层剪力不需调整。

时，该层剪力不需调整。

否则，层剪力按下式取值：

否则，层剪力按下式取值：

22、框架结构内力调整、框架结构内力调整按上述原则调整水平地震作用下的框架层剪力后，应按调整前、后层剪力的比值，调整每根框架柱和与之相连的框架梁的剪力及端部弯矩标准值。

框架柱的轴力标准值可以不作调整。

原则：

原则：

先调整、后组合先调整、后组合。

框架结构的延性设计框架结构的延性设计2延性的概念延性的概念结构抗震结构抗震-延性与弹性比较延性与弹性比较决定结构延性的因素决定结构延性的因素延性框架的设计原则延性框架的设计原则框架设计的延性控制框架设计的延性控制结构抗震性能设计结构抗震性能设计一、延性的概念一、延性的概念对于构件和构件截面来讲，延性是指保持承载力情况下的塑性变形能力。

利用延性吸收地震能利用延性吸收地震能框架结构的延性设计框架结构的延性设计二、结构抗震二、结构抗震延性与弹性的比较延性与弹性的比较延性抗震结构延性抗震结构发生小震时发生小震时结构弹性变形结构弹性变形发生中震时发生中震时结构出现塑性变形结构出现塑性变形发生大震时发生大震时用塑性耗能但不倒塌用塑性耗能但不倒塌弹性抗震结构弹性抗震结构大、中、小震大、中、小震结构保持弹性变形结构保持弹性变形大量结构弹塑性分析结论：

大量结构弹塑性分析结论：

同一地震波同一地震波对于低频结构对于低频结构两种结构位移反应接近两种结构位移反应接近弹性结构弹性结构延性结构延性结构对于中频结构对于中频结构两种结构吸收能量相近两种结构吸收能量相近弹性结构弹性结构延性结构延性结构由于地震作用的偶然性，在地震发生时要求结构完全处于弹性状态是不现实的。

相反，完全可以利用构件发生塑性变形后的延性，在结构保持一定承载力的情况下，利用塑性变形耗散地震能。

当然，结构发生塑性变形后，刚度明显降低，自振周期变长，地震作用也相应减小。

这对持续时间较长的地震波或震后余震来讲，有利于结构的安全、稳定。

需要注意的是，利用结构的塑性性能抗震，要求结构（构件截面）应具备足够的变形能力。

通过上述分析，可以看出：

通过上述分析，可以看出：

三、决定结构延性的因素三、决定结构延性的因素决定结构延性的关键，在于构件的破坏形式。

适筋梁适筋梁1、适筋梁单调弯曲弯曲破坏滞回曲线弯曲破坏滞回曲线压弯破坏滞回曲线压弯破坏滞回曲线剪切破坏滞回曲线剪切破坏滞回曲线2、反复荷载作用可见，弯曲破坏或弯压破坏具有较好的延性，而剪切破坏属脆性破坏。

当梁端或柱端受拉钢筋屈服以后，截面具有了一定的转动变形能力，一般称作出现塑性铰。

但是，塑性铰出现在梁端或柱端，是有很大区别的。

四、延性框架的设计原则四、延性框架的设计原则试验和震害调查发现，框架的延性主要取决于框架梁的延性。

而框架梁的延性，则取决于梁上塑性铰的数目和塑性铰的转动能力。

因此框架的抗震设计原则为：

强柱弱梁强柱弱梁梁端早于柱端出铰梁端早于柱端出铰梁端出铰不影梁端出铰不影响结构的稳定响结构的稳定梁端出铰数目多梁端出铰数目多耗能能力强耗能能力强梁端铰延性好梁端铰延性好震后修复容易震后修复容易强剪弱弯强剪弱弯塑性铰转动过程中不发生剪切破坏塑性铰转动过程中不发生剪切破坏弯曲破坏延性好弯曲破坏延性好剪切破坏是脆性破坏剪切破坏是脆性破坏弯曲破坏延性可控制弯曲破坏延性可控制强节点、强锚固强节点、强锚固节点破坏晚于构件破坏节点破坏晚于构件破坏节点可靠节点可靠构件组成结构的关键构件组成结构的关键锚固可靠锚固可靠钢筋发挥能力的关键钢筋发挥能力的关键调整调整、应该注意应该注意上述设计原则，虽然是针对框架结构给出的，但是对其他结构形式来讲，也是应该遵循的。

大致可归纳为：

多道设防多道设防强柱弱梁、强墙弱梁等强柱弱梁、强墙弱梁等塑性耗能塑性耗能利用延性、防止脆性破坏利用延性、防止脆性破坏连接锚固连接锚固可靠的连接、锚固措施可靠的连接、锚固措施五、框架设计的延性控制五、框架设计的延性控制延性有好的一面，也有不利的一面：

延性性能的提高需要材料的用量加大，经济投入加大。

因此，对不同设计要求的框架应有不同的延性要求抗震等级。

六、结构六、结构抗震性能设计抗震性能设计以结构抗震性能目标为基准的结构抗震设计。

综合考虑抗震设防类别、烈度、场地、结构、建造费用、震后损失和修复难易程度等因素，选定抗震性能目标，有A、B、C、D四个等级，每个性能目标均与一组在指定地震地面运动下的结构抗震性能水准相对应：

相对于现行抗规2010的三水准，结构抗震性能分为15五个水准，可按下表进行宏观控制：

框架梁的设计与构造框架梁的设计与构造3概述概述影响框架梁延性的因素影响框架梁延性的因素框架梁的抗弯配筋框架梁的抗弯配筋框架梁的抗剪配筋框架梁的抗剪配筋框架梁的构造要求框架梁的构造要求框架梁的设计与构造框架梁的设计与构造一、概述一、概述结构设计存在抗震设计与非抗震设计、无地震作用组合与有地震作用组合之分。

1、抗震设计我国建筑抗震设计规范（GB500112010）规定，抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。

这里的“抗震设计”，既有设计时需要考虑地震作用的情况，也有设计时不需考虑地震作用、构造措施应满足抗震要求的情况。

2、非抗震设计非抗震设计，指设防烈度为6度以下地区的建筑，设计时不需考虑地震作用和抗震构造的情况。

结构仅需具备必要的承载力即可。

抗震设计，不仅要求结构（或构件）应具备必要的承载力，而且要保证有足够的延性。

3、无地震作用组合有以下两种情况：

对于控制截面的最不利内力来说，有时考虑地震作用组合到的内力，反而不如不考虑地震作用时组合到的内力不利。

此时，选取不考虑地震作用的组合方式无地震作用组合。

4、有地震作用组合如建筑抗震设计规范（GB500112010）规定，抗震设防烈度为6度时，除本规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。

在结构计算时，不需要考虑地震作用。

荷载组合项中考虑了地震作用荷载组合项中考虑了地震作用有地震组合有地震组合。

在承载力公式中，此时应考虑构件承载力抗震调整系在承载力公式中，此时应考虑构件承载力抗震调整系数数。

承载力调整系数承载力调整系数构件构件类别类别梁梁轴压轴压比小比小于于0.150.15的柱的柱轴压比轴压比不小于不小于0.150.15的的柱柱剪力墙剪力墙各类构件各类构件节点节点受力受力状态状态受弯受弯偏压偏压偏压偏压偏压偏压局部局部承压承压受剪、偏拉受剪、偏拉受剪受剪0.750.750.750.750.800.800.850.851.01.00.850.850.850.85SSddRRdd/ggRERE二、影响框架梁延性的因素二、影响框架梁延性的因素框架梁延性的好坏，直接决定着框架的延性性能。

因此，要求设计具有良好延性的框架梁。

11、框架梁的破坏形态与延性、框架梁的破坏形态与延性框架梁的框架梁的破坏形态破坏形态剪切破坏剪切破坏发生在梁端发生在梁端脆性脆性弯曲破坏弯曲破坏发生在梁端、跨中发生在梁端、跨中适筋梁延性破坏适筋梁延性破坏22、框架梁的延性、框架梁的延性取决于取决于、少筋梁少筋梁超筋梁超筋梁适筋梁适筋梁塑性铰转动能力塑性铰转动能力单筋截面的延性单筋截面的延性双筋截面的延性双筋截面的延性我国我国抗震规范抗震规范规定规定梁端纵向梁端纵向受拉受拉钢筋钢筋不宜大于不宜大于2.5%2.5%梁端截面相对压区高度梁端截面相对压区高度应考虑受压钢筋应考虑受压钢筋一级框架一级框架二、三级二、三级四级框架四级框架三、框架梁的抗弯配筋三、框架梁的抗弯配筋11、基本公式、基本公式非抗震设计非抗震设计适用条件适用条件同基本构件同基本构件适用条件适用条件抗震设计抗震设计一级抗震一级抗震二、三级抗震二、三级抗震四级抗震四级抗震22、抗震设计纵向受拉钢筋的最小配筋百分率表：

、抗震设计纵向受拉钢筋的最小配筋百分率表：

抗震等级抗震等级位位置置支座（取大值）支座（取大值）跨中（取大值）跨中（取大值）一级一级二级二级三、四级三、四级同时，从延性角度考虑，抗震规范规定：

抗震设计时，梁端截面的底面和顶面纵向钢筋截面面积的比值，除按计算确定外，尚应满足：

一级抗震一级抗震二、三级抗震二、三级抗震其目的是：

受压钢筋的存在，可以有效地降低混凝土的压区高度，这对保证塑性铰的转动能力是有利的；可防止在地震中梁底出现正弯矩时过早屈服或破坏过重，从而影响梁端截面承载力和变形能力的正常发挥。

四、框架梁的抗剪配筋四、框架梁的抗剪配筋11、设计剪力、设计剪力要做到强剪弱弯，即在塑性铰出现前、塑性铰转动过程中不发生剪切破坏，必须使框架梁的极限抗剪能力大于相应的抗弯能力。

即抗剪对应的极