1、4 4 框架结构设计框架结构设计4 4、1 1 框架结构的计算简图框架结构的计算简图4、1、1 计算单元的确定计算单元的确定 一般情况下，框架结构是一个空间受力体系。若要一般情况下，框架结构是一个空间受力体系。若要分析纵向框架和横向框架，为方便起见，常常忽略分析纵向框架和横向框架，为方便起见，常常忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的抗结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的抗扭作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进扭作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行计算。行计算。4、1、2 节点的简化节点的简化 框架节点可以简化为刚接节点、铰接节点和半铰节框架节点可以简化为刚接节点、
2、铰接节点和半铰节点，要根据施工方案和构造措施确定。点，要根据施工方案和构造措施确定。现浇现浇钢筋混凝土结构中，梁和柱内的纵向受力钢筋钢筋混凝土结构中，梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过节点或锚入节点区，简化为都将穿过节点或锚入节点区，简化为刚接节点刚接节点。装配式装配式，在梁和柱子的某些部位预埋钢板，安装就，在梁和柱子的某些部位预埋钢板，安装就位再焊接起来，由于钢板在其自身平面外的刚度很位再焊接起来，由于钢板在其自身平面外的刚度很小，同时焊接质量随机性很大，难以保证结构受力小，同时焊接质量随机性很大，难以保证结构受力后梁柱间没有相对转动，节点简化为后梁柱间没有相对转动，节点简化为铰接或半铰接铰接或
3、半铰接。装配整体式装配整体式，节点处梁底的钢筋可为焊接、搭接或，节点处梁底的钢筋可为焊接、搭接或预埋钢板焊接，梁顶钢筋必须为焊接或通常布置，预埋钢板焊接，梁顶钢筋必须为焊接或通常布置，并将现场浇筑部分混凝土。节点左右梁端均有效地并将现场浇筑部分混凝土。节点左右梁端均有效地传递弯矩，因此可认为是传递弯矩，因此可认为是刚接节点刚接节点。刚性不如现浇。刚性不如现浇式好，节点处梁端的实际负弯矩要小于计算值。式好，节点处梁端的实际负弯矩要小于计算值。4、1、3 跨度与层高的确定跨度与层高的确定 梁跨：柱子轴线之间的距离，当上下层柱截面尺寸梁跨：柱子轴线之间的距离，当上下层柱截面尺寸变化时，一般以最小截面
4、的形心线来确定。变化时，一般以最小截面的形心线来确定。层高（柱长）即为相应的建筑层高。层高（柱长）即为相应的建筑层高。底层柱的长度则应从基础顶面算起。底层柱的长度则应从基础顶面算起。对于倾斜的或折线形横梁，当其坡度小于对于倾斜的或折线形横梁，当其坡度小于1/8时，可时，可简化为水平直杆。简化为水平直杆。对于不等跨框架，当各跨跨度相差不大于对于不等跨框架，当各跨跨度相差不大于10%时，时，手算可简化为等跨，跨度取原框架各跨度的平均值。手算可简化为等跨，跨度取原框架各跨度的平均值。4、1、4 构件截面抗弯刚度的计算构件截面抗弯刚度的计算现浇楼盖，现浇楼盖，中框架取中框架取I=2I0；边框架取；边框
5、架取I=1.5I0装配整体式楼盖，装配整体式楼盖，中框架取中框架取I=1.5I0；边框架取；边框架取I=1.2I0装配式楼盖，装配式楼盖，I=I0Wk荷载分析荷载分析v竖向荷载竖向荷载恒载恒载Gk可变荷载（活载）可变荷载（活载）Qkv考虑负荷面积的折减问题考虑负荷面积的折减问题v最不利布置最不利布置v水平荷载水平荷载风载风载Wk地震作用（偶然作用）地震作用（偶然作用）EkGkQkQkEk平面框架结构内力和位移的简化计算方法平面框架结构内力和位移的简化计算方法v竖向荷载作用下的内力分析方法竖向荷载作用下的内力分析方法v水平荷载作用下的内力分析方法水平荷载作用下的内力分析方法backbackbac
6、k4.4.1 4.4.1 竖向荷载作用下的近似计算竖向荷载作用下的近似计算 竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定：定：（1）不考虑框架结构的侧移对其内力的影响；）不考虑框架结构的侧移对其内力的影响；（2）每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内）每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生影响，对其他各层梁、柱内力的影响可忽略力产生影响，对其他各层梁、柱内力的影响可忽略不计。不计。应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力，因为某层梁上的荷载对下部各层柱的轴力均有力，因为某层梁上的荷载对下部各层柱的
7、轴力均有较大影响，不能忽略。较大影响，不能忽略。竖向荷载作用下分层计算示意图竖向荷载作用下分层计算示意图（2）除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束。）除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束。为便于计算，均将其处理为固定端。这样将使柱的弯曲变形有为便于计算，均将其处理为固定端。这样将使柱的弯曲变形有所减小，为消除这种影响，可把除底层柱以外的其他各层柱的所减小，为消除这种影响，可把除底层柱以外的其他各层柱的线刚度乘以修正系数线刚度乘以修正系数0.9。分层法计算要点分层法计算要点（1）将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，）将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，每个敞口
8、框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱。梁上作用每个敞口框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱。梁上作用的荷载、各层柱高及梁跨度均与原结构相同。的荷载、各层柱高及梁跨度均与原结构相同。（3）用无侧移框架的计算方法（如弯矩分配法）计算各敞）用无侧移框架的计算方法（如弯矩分配法）计算各敞口框架的杆端弯矩，由此所得的梁端弯矩即为其最后的弯矩值；口框架的杆端弯矩，由此所得的梁端弯矩即为其最后的弯矩值；因每一柱属于上、下两层，所以每一柱端的最终弯矩值需将上、因每一柱属于上、下两层，所以每一柱端的最终弯矩值需将上、下层计算所得的弯矩值相加。在上、下层柱端弯矩值相加后，下层计算所得的弯矩值相加。在上、下层柱端弯
9、矩值相加后，将引起新的节点不平衡弯矩，如欲进一步修正，可对这些不平将引起新的节点不平衡弯矩，如欲进一步修正，可对这些不平衡弯矩再作一次弯矩分配。衡弯矩再作一次弯矩分配。如用弯矩分配法计算各敞口框架的杆端弯矩，在计算每个如用弯矩分配法计算各敞口框架的杆端弯矩，在计算每个节点周围各杆件的弯矩分配系数时，应采用修正后的柱线刚度节点周围各杆件的弯矩分配系数时，应采用修正后的柱线刚度计算；计算；并且底层柱和各层梁的传递系数均取并且底层柱和各层梁的传递系数均取1/2，其他各层柱的，其他各层柱的传递系数改用传递系数改用1/3。（4）在杆端弯矩求出后，可用静力平衡条件计算梁）在杆端弯矩求出后，可用静力平衡条件
10、计算梁端剪力及梁跨中弯矩；由逐层叠加柱上的竖向荷端剪力及梁跨中弯矩；由逐层叠加柱上的竖向荷载（包括节点集中力、柱自重等）和与之相连的载（包括节点集中力、柱自重等）和与之相连的梁端剪力，即得柱的轴力。梁端剪力，即得柱的轴力。v注意的问题注意的问题：v当框架梁柱线刚度当框架梁柱线刚度 ，或框架不规则时，或框架不规则时，分层法则不适用。此外，分层法的计算工作量较分层法则不适用。此外，分层法的计算工作量较大，当框架层数多时，更为明显。大，当框架层数多时，更为明显。平面框架水平荷载作用下的内力分析方法平面框架水平荷载作用下的内力分析方法v定性分析定性分析 反弯点法反弯点法 修正反弯点法修正反弯点法D值法
11、值法反弯点法反弯点法v基本假定基本假定梁柱线刚度比无穷大梁柱线刚度比无穷大(=3)v不考虑梁轴向变形，同层柱顶位移相等不考虑梁轴向变形，同层柱顶位移相等柱上下端转角相等柱上下端转角相等(底层除外底层除外)v中间层：反弯点居中中间层：反弯点居中v底底 层：反弯点层：反弯点2/3h梁端弯矩由节点平衡确定且按刚度分配梁端弯矩由节点平衡确定且按刚度分配backbackback 方法及步骤方法及步骤水平力平衡刚度分配柱剪力柱平衡求柱端弯矩节点平衡求梁端弯矩节点平衡柱轴力梁平衡求梁剪力Vi1 Vi2 Vi3u=1K=12i/h2Sum(Fi-n)=Sum(Vij)Vi1/Ki1=Vi2/Ki2=Vij=S
12、um(Fi-n)Kij/Sum(Kij)4.4.2 4.4.2 水平荷载作用下的反弯点法水平荷载作用下的反弯点法 风或地震对框架结构的水平作用，一般都可简化为风或地震对框架结构的水平作用，一般都可简化为 作用于框架节点上的水平力。作用于框架节点上的水平力。由于只有节点集中力，但无节间荷载，故各杆弯矩由于只有节点集中力，但无节间荷载，故各杆弯矩图均为斜直线，且存在反弯点。图均为斜直线，且存在反弯点。需解决的问题需解决的问题 求各柱剪力；求各柱剪力；求各柱反弯点位置。求各柱反弯点位置。图4-6 (弯矩单位为kNm)v假定条件假定条件 将水平荷载化为节点集中力；将水平荷载化为节点集中力；假定横梁为刚
13、性梁，梁柱线刚度比很大，假定横梁为刚性梁，梁柱线刚度比很大，节点角位移节点角位移=0，各节点只有侧移；，各节点只有侧移；底层柱反弯点在柱高的下底层柱反弯点在柱高的下2/3处，楼层柱处，楼层柱反弯点在柱高反弯点在柱高1/2处。处。v计算方法计算方法v(1)计算层剪力计算层剪力v(2)求各层各柱反弯点处剪力求各层各柱反弯点处剪力 对于两端固定杆，当一端产生位移时，则支座剪力对于两端固定杆，当一端产生位移时，则支座剪力 故此，柱的抗侧刚度：故此，柱的抗侧刚度：v(3)求各柱内力求各柱内力 柱端弯矩等于反弯点处剪力与反弯点至柱端距离柱端弯矩等于反弯点处剪力与反弯点至柱端距离的乘积，柱端剪力等于反弯点处
14、剪力，但在反弯的乘积，柱端剪力等于反弯点处剪力，但在反弯点处要变号。点处要变号。v(4)求横梁内力求横梁内力 由于柱端弯矩已求出，故可根据节点平衡条件，由于柱端弯矩已求出，故可根据节点平衡条件，求得梁端弯矩。还可根据力的平衡条件，由梁两求得梁端弯矩。还可根据力的平衡条件，由梁两端的弯矩求出梁的剪力。端的弯矩求出梁的剪力。v需注意的问题需注意的问题 适用条件：适用条件：梁的线刚度与柱的线刚度之比大于梁的线刚度与柱的线刚度之比大于3时时，可用反弯点法计算。，可用反弯点法计算。对于层数不多的框架，误差不大。对于层数不多的框架，误差不大。对于层数较多的框架，由于柱截面加大，梁柱对于层数较多的框架，由于
15、柱截面加大，梁柱相对线刚度比减小，此时误差较大。相对线刚度比减小，此时误差较大。v例例 框架计算简图框架计算简图图4-7v1)求出各柱在反弯点处的剪力值求出各柱在反弯点处的剪力值v2)求出各柱柱端的弯矩求出各柱柱端的弯矩v3)求出各横梁梁端的弯矩求出各横梁梁端的弯矩v4)绘制各杆的弯矩图绘制各杆的弯矩图图4-8 (弯矩单位为kNm)4.4.3 4.4.3 水平荷载作用下的水平荷载作用下的D D值法值法v反弯点法的缺点反弯点法的缺点 柱的抗侧刚度只与柱的线刚度及层高有关。柱的抗侧刚度只与柱的线刚度及层高有关。柱的反弯点位置是个定值。柱的反弯点位置是个定值。v D值法需解决的问题值法需解决的问题
16、反弯点法之所以存在以上两个缺点，根本原因是未反弯点法之所以存在以上两个缺点，根本原因是未考虑框架的节点转动。日本考虑框架的节点转动。日本武藤清教授武藤清教授提出提出D值法，值法，针对以上问题，近似考虑节点转动的影响，解决以针对以上问题，近似考虑节点转动的影响，解决以下问题：下问题：(1)修正柱的侧移刚度修正柱的侧移刚度 (2)修正反弯点的高度修正反弯点的高度优点：优点：1、计算步骤与反弯点相同，计算简便实用。、计算步骤与反弯点相同，计算简便实用。2、计算精度比反弯点高。、计算精度比反弯点高。缺点：缺点：1、忽略了柱的轴向变形，随结构高度增大，误差增、忽略了柱的轴向变形，随结构高度增大，误差增大
17、。大。2、非规则框架中使用效果不好。、非规则框架中使用效果不好。计算步骤：计算步骤：1、确定柱的侧移刚度、确定柱的侧移刚度D值，按照反弯点法计算各柱值，按照反弯点法计算各柱剪力。剪力。2、确定柱的反弯点高度，求出各杆端弯矩。、确定柱的反弯点高度，求出各杆端弯矩。1 1、修正后的柱侧移刚度修正后的柱侧移刚度D D 取楼层某柱取楼层某柱AB加以研究，为简化计算，假定：加以研究，为简化计算，假定：柱柱AB及其上下左右相邻各杆两端的杆端转角均及其上下左右相邻各杆两端的杆端转角均为为。柱柱AB及其上下相邻的两个柱及其上下相邻的两个柱(BD柱、柱、AC柱柱)的弦的弦转角均为转角均为 。柱柱AB及上下相邻的
18、两个柱的线刚度均为及上下相邻的两个柱的线刚度均为ic。与柱与柱AB相交的横梁的线刚度分别为：相交的横梁的线刚度分别为：i1，i2，i3，i4，由节点，由节点A和节点和节点B的力矩平衡条件，分别有：的力矩平衡条件，分别有：以上两式相加，经化简后可有：以上两式相加，经化简后可有：柱柱AB所受剪力为所受剪力为令令 ，则有，则有 AB柱的侧侧移刚刚度DAB 底层柱的抗侧移刚度修正系数底层柱的抗侧移刚度修正系数 值计算公式见表值计算公式见表4-1。各柱剪力各柱剪力2 2、柱的反弯点高度柱的反弯点高度框架各柱的反弯点高度比框架各柱的反弯点高度比y可用下式表示：可用下式表示：式中：式中：yn表示标准反弯点高
19、度比；表示标准反弯点高度比；y1表示上、下层横梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值；表示上、下层横梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值；y2、y3表示上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值。表示上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值。反弯点高度示意图反弯点高度示意图y=yn+y1+y2+y3（1）标准反弯点高度比）标准反弯点高度比yn。yn是指规则框架的反弯点高度比。是指规则框架的反弯点高度比。标准反弯点位置简化求解标准反弯点位置简化求解梁刚度变化时反弯点的修正梁刚度变化时反弯点的修正修正反弯点法修正反弯点法D D值法值法vD值值backbackback 反弯点高度反弯点高度212hiKD3210
20、yyyyy与梁柱刚度比有关的系数与梁柱刚度比有关的系数标准反弯点高度（梁柱线标准反弯点高度（梁柱线刚度比、总层数、侧向刚度比、总层数、侧向荷载形式）荷载形式）上、下层梁柱线刚度不同上、下层梁柱线刚度不同时的反弯点高度修正值时的反弯点高度修正值上层层高与本层不同时的上层层高与本层不同时的反弯点高度修正值反弯点高度修正值下层层高与本层不同时的下层层高与本层不同时的反弯点高度修正值反弯点高度修正值4.4.3 4.4.3 水平荷载作用下位移的近似计算水平荷载作用下位移的近似计算 v水平荷载作用下框架结构的侧移如图所示，它可以看作由梁、水平荷载作用下框架结构的侧移如图所示，它可以看作由梁、柱弯曲变形（柱
21、弯曲变形（flexural deformation）引起的侧移和由柱轴向）引起的侧移和由柱轴向变形（变形（axial deformation）引起的侧移的叠加。前者是由水）引起的侧移的叠加。前者是由水平荷载产生的层间剪力引起的，后者主要是由水平荷载产生平荷载产生的层间剪力引起的，后者主要是由水平荷载产生的倾覆力矩引起的。的倾覆力矩引起的。框架剪切变形框架剪切变形（1）梁、柱弯曲变形引起的侧移）梁、柱弯曲变形引起的侧移 （2）柱轴向变形引起的侧移）柱轴向变形引起的侧移框架弯曲变形框架弯曲变形框架结构的水平位移控制框架结构的水平位移控制框架结构的侧向刚度过小，水平位移过大，将影响正常使用；侧向刚框
22、架结构的侧向刚度过小，水平位移过大，将影响正常使用；侧向刚度过大，水平位移过小，虽满足使用要求，但不满足经济性要求。因此，度过大，水平位移过小，虽满足使用要求，但不满足经济性要求。因此，框架结构的侧向刚度宜合适，一般以使结构满足层间位移限值为宜。框架结构的侧向刚度宜合适，一般以使结构满足层间位移限值为宜。我国我国高层规程高层规程规定，按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高规定，按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比之比u/h宜小于其限值宜小于其限值u/h，即：，即：u/h表示层间位移角限值，对框架结构取表示层间位移角限值，对框架结构取1/550；h为层高。为层高。由于变形验算属正常使用极限
23、状态的验算，所以计算由于变形验算属正常使用极限状态的验算，所以计算u时，各作用时，各作用分项系数均应采用分项系数均应采用1.0，混凝土结构构件的截面刚度可采用弹性刚度。另，混凝土结构构件的截面刚度可采用弹性刚度。另外，楼层层间最大位移外，楼层层间最大位移u以楼层最大的水平位移差计算，不扣除整体弯以楼层最大的水平位移差计算，不扣除整体弯曲变形。曲变形。u/h u/h 4 4、5 5 框架结构构件设计框架结构构件设计 4、5、1 控制截面控制截面 控制截面通常是内力最大的截面，但是不同的内力控制截面通常是内力最大的截面，但是不同的内力(如弯矩、剪力如弯矩、剪力)并不一定在同一截面达到最大值，因此一
24、并不一定在同一截面达到最大值，因此一个构件可能同时有几个控制截面。个构件可能同时有几个控制截面。(1)梁的控制截面梁的控制截面 框架横梁两端支座截面常常是最大负弯矩及最大剪力框架横梁两端支座截面常常是最大负弯矩及最大剪力作用处，在水平荷载作用处，端截面还有正弯矩。而跨中作用处，在水平荷载作用处，端截面还有正弯矩。而跨中控制截面常常是最大正弯矩作用处。由于内力分析结果都控制截面常常是最大正弯矩作用处。由于内力分析结果都是轴线位置处的梁的弯矩及剪力，因而在组合前应经过换是轴线位置处的梁的弯矩及剪力，因而在组合前应经过换算求得柱边截面的弯矩和剪力。算求得柱边截面的弯矩和剪力。(2)柱的控制截面柱的控
25、制截面 根据弯矩图可知，弯矩最大值在柱两端，剪力和轴力值根据弯矩图可知，弯矩最大值在柱两端，剪力和轴力值在同一楼层内变化很小。因此，柱的设计控制截面为上、下在同一楼层内变化很小。因此，柱的设计控制截面为上、下两个端截面。注意，在轴线处的计算内力也要换算为梁上、两个端截面。注意，在轴线处的计算内力也要换算为梁上、下边缘处的柱截面内力。应选择正弯矩或负弯矩中绝对值最下边缘处的柱截面内力。应选择正弯矩或负弯矩中绝对值最大的弯矩进行截面配筋，因为柱子多数都设计成对称配筋。大的弯矩进行截面配筋，因为柱子多数都设计成对称配筋。最不利组合内力一般有最不利组合内力一般有:Mmax及相应的及相应的N、V Nma
26、x及相应的及相应的M Nmin及相应的及相应的M图图1 梁、柱端控制截面及内力梁、柱端控制截面及内力4、5、2 荷载效应组合荷载效应组合v非震区多高层建筑荷载效应组合的表达式非震区多高层建筑荷载效应组合的表达式v震区荷载效应组合式：震区荷载效应组合式：v按极限状态设计的要求，承载力验算的一般表达式按极限状态设计的要求，承载力验算的一般表达式v无地震作用组合时无地震作用组合时v有地震作用组合时有地震作用组合时4、5、3 最不利内力组合，见下表最不利内力组合，见下表4、5、4 竖向荷载最不利布置竖向荷载最不利布置恒载恒载活载活载图图2 恒载布置恒载布置图图3 梁的活载不利布置梁的活载不利布置4、5
27、、5 梁端弯矩调幅梁端弯矩调幅 按照框架结构的合理破坏形式，在梁端出现塑性铰是按照框架结构的合理破坏形式，在梁端出现塑性铰是允许的；为了便于浇捣混凝土，也往往希望节点处梁的负允许的；为了便于浇捣混凝土，也往往希望节点处梁的负弯筋放得少些；而对于装配式或装配整体式框架，节点并弯筋放得少些；而对于装配式或装配整体式框架，节点并非绝对刚性，梁端实际弯矩将小于其弹性计算值。因此，非绝对刚性，梁端实际弯矩将小于其弹性计算值。因此，对梁端弯矩进行调幅，即人为地减小梁端负弯矩，减少节对梁端弯矩进行调幅，即人为地减小梁端负弯矩，减少节点附近梁顶面的配筋量。点附近梁顶面的配筋量。图图4 框架梁塑性调幅框架梁塑性
28、调幅 设某框架设某框架AB在竖向荷载作用下，梁端最大负弯矩分别为在竖向荷载作用下，梁端最大负弯矩分别为MAO、MBO，梁跨中最大正弯矩为，梁跨中最大正弯矩为MCO，则调幅后梁端弯矩可取：则调幅后梁端弯矩可取：式中式中现浇框架，现浇框架，装配整体式框架装配整体式框架AOAMMBOBMM弯矩调幅系数9.08.08.07.0 梁端弯矩调幅后，在相应荷载作用下的跨中弯矩必将增加，梁端弯矩调幅后，在相应荷载作用下的跨中弯矩必将增加，这时应校核梁的静力平衡条件，这时应校核梁的静力平衡条件，截面设计时，框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖截面设计时，框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计
29、算的跨中截面弯矩设计值的向荷载作用下按简支梁计算的跨中截面弯矩设计值的50%。oCOBAMMMM24 4、6 6 延性框架延性框架4、6、1 强柱弱梁强柱弱梁 在地震作用下，框架中塑性铰可能出现在梁上，也在地震作用下，框架中塑性铰可能出现在梁上，也可能出现在柱上，但是可能出现在柱上，但是不允许在梁的跨中出铰不允许在梁的跨中出铰。梁的跨中。梁的跨中出铰将导致局部破坏。在梁端和柱端的塑性铰都必须具有出铰将导致局部破坏。在梁端和柱端的塑性铰都必须具有延性。这样才能使结构在形成机构之前，结构可以抵抗外延性。这样才能使结构在形成机构之前，结构可以抵抗外荷载并具有延性。荷载并具有延性。图图6 框架塑性铰框
30、架塑性铰 在随机的地震作用下，对某个构件的延性比要求很在随机的地震作用下，对某个构件的延性比要求很难定量，但是，根据大量计算及试验分析研究，可难定量，但是，根据大量计算及试验分析研究，可找到某些规律：找到某些规律：（1）当梁相对较弱、柱相对较强时，大部分铰出在）当梁相对较弱、柱相对较强时，大部分铰出在梁端，柱内塑性铰数量减少。而且，柱相对较强时，梁端，柱内塑性铰数量减少。而且，柱相对较强时，对梁的延性比要求增加，对柱的延性比要求降低。对梁的延性比要求增加，对柱的延性比要求降低。（2）当柱相对较弱时，柱中塑性铰数量增加，对其）当柱相对较弱时，柱中塑性铰数量增加，对其延性要求也会增至较高数值。延性
31、要求也会增至较高数值。（3）当梁较强时，柱中轴力增加，会减小柱的延性。）当梁较强时，柱中轴力增加，会减小柱的延性。通过分析，并考虑到以下一些原因，延性框架要求通过分析，并考虑到以下一些原因，延性框架要求设计成强柱弱梁型。设计成强柱弱梁型。（1）塑性铰出现在梁端，不易形成破坏结构，可能）塑性铰出现在梁端，不易形成破坏结构，可能出现的塑性铰数量多，耗能部位分散。下图出现的塑性铰数量多，耗能部位分散。下图a是所是所有梁端都有塑性铰的理想情况，只要柱脚处不出现有梁端都有塑性铰的理想情况，只要柱脚处不出现铰，结构不会形成机构。铰，结构不会形成机构。（2）塑性铰出现在柱上，结构很容易形成机构。例）塑性铰出
32、现在柱上，结构很容易形成机构。例如，图如，图b是典型的出现软弱层的情况。此时，塑性是典型的出现软弱层的情况。此时，塑性铰数量虽少，但该层已形成机构，楼层可能倒塌。铰数量虽少，但该层已形成机构，楼层可能倒塌。图图7 框架柱中塑性铰部位框架柱中塑性铰部位（3）柱通常都承受较大轴力，在高轴压下，钢筋混）柱通常都承受较大轴力，在高轴压下，钢筋混凝土柱很难具有高延性性能。而梁是受弯构件，比凝土柱很难具有高延性性能。而梁是受弯构件，比较容易实现高延性比要求。较容易实现高延性比要求。（4）柱是主要承重构件，出现较大的塑性变形后难）柱是主要承重构件，出现较大的塑性变形后难以修复，柱子破坏可能引起整个结构倒塌。
33、以修复，柱子破坏可能引起整个结构倒塌。在震害调查中，也发现了由于强梁弱柱引起的在震害调查中，也发现了由于强梁弱柱引起的结构震害比较严重这一规律。结构震害比较严重这一规律。1976年唐山地震后，年唐山地震后，石油规划设计院对石油规划设计院对48幢框架结构作了调查统计，发幢框架结构作了调查统计，发现凡是具有现浇楼板的框架，由于现浇楼板大大加现凡是具有现浇楼板的框架，由于现浇楼板大大加强了梁的强度和刚度，地震破坏都发生在柱中，破强了梁的强度和刚度，地震破坏都发生在柱中，破坏较严重；凡是没有楼板的构架式框架，裂缝出在坏较严重；凡是没有楼板的构架式框架，裂缝出在梁中，破坏较轻。梁中，破坏较轻。要使梁端塑
34、性铰先于柱端铰出现，则应适当提要使梁端塑性铰先于柱端铰出现，则应适当提高柱端截面配筋，使柱的相对强度大于梁的相高柱端截面配筋，使柱的相对强度大于梁的相对强度，要求在同一节点周围的梁柱满足对强度，要求在同一节点周围的梁柱满足bbuccuMMMMMc、Mb为在外荷载作用下的柱端和梁端弯矩。为在外荷载作用下的柱端和梁端弯矩。Mcu、Mbu为柱、梁配筋后的抵抗弯矩。为柱、梁配筋后的抵抗弯矩。4、6、2 强剪弱弯强剪弱弯 钢筋混凝土构件的剪切破坏是脆性的，或者钢筋混凝土构件的剪切破坏是脆性的，或者延性很小，因此，构件不能过早剪坏。对于延性很小，因此，构件不能过早剪坏。对于梁、柱构件，要保证构件出现塑性铰
35、而不过梁、柱构件，要保证构件出现塑性铰而不过早剪坏，就要使构件抗剪承载力大于塑性铰早剪坏，就要使构件抗剪承载力大于塑性铰抗弯承载力，为此要提高构件的抗剪承载力，抗弯承载力，为此要提高构件的抗剪承载力，即要求强剪弱弯。即要求强剪弱弯。4、6、3 强节弱杆强节弱杆v强节弱杆是要保证节点区不过早破坏，不强节弱杆是要保证节点区不过早破坏，不在梁、柱塑性铰充分发挥作用前破坏。在梁、柱塑性铰充分发挥作用前破坏。4、6、4 强压弱拉强压弱拉v设计中应使拉区钢筋的屈服先于压区混凝设计中应使拉区钢筋的屈服先于压区混凝土的破坏，土的破坏，“强压弱拉强压弱拉”可通过以下措施可通过以下措施实现：实现：1)控制轴压比控
36、制轴压比 2)限制受拉配筋率限制受拉配筋率4 4、6 6 框架梁抗震设计框架梁抗震设计4、6、1 梁的抗弯配筋梁的抗弯配筋v名义压区高度名义压区高度v不考虑地震作用时不考虑地震作用时v考虑地震作用时考虑地震作用时图图8 配筋率对梁曲率延性的影响配筋率对梁曲率延性的影响v为避免设计超筋梁，不考虑地震作用时要为避免设计超筋梁，不考虑地震作用时要求求v控制名义压区高度控制名义压区高度v一级抗震一级抗震v二、三级抗震二、三级抗震4、6、2 梁的抗剪配筋梁的抗剪配筋v抗剪承载力验算公式抗剪承载力验算公式v无地震作用组合时无地震作用组合时v有地震作用组合时有地震作用组合时v一级抗震一级抗震图图9 梁设计剪
37、力梁设计剪力v二级抗震二级抗震v三级抗震三级抗震v梁上部钢筋重心与梁下部配筋重心之间距离梁上部钢筋重心与梁下部配筋重心之间距离4、8、3 梁最小截面尺寸及构造要求梁最小截面尺寸及构造要求v无地震作用组合时无地震作用组合时v有地震作用组合时有地震作用组合时 在延性框架要求强柱弱梁和强剪弱弯的情况下，不在延性框架要求强柱弱梁和强剪弱弯的情况下，不宜采用加大梁高度的做法。宜采用加大梁高度的做法。按照强剪弱弯原则设计的箍筋主要配置在梁端塑性按照强剪弱弯原则设计的箍筋主要配置在梁端塑性铰区，称为箍筋加密区。长度不得小于铰区，称为箍筋加密区。长度不得小于2hb、1.5hb、同时不得小于同时不得小于500m
38、m。在塑性铰区，不仅有竖向裂缝，也有斜裂缝。在地在塑性铰区，不仅有竖向裂缝，也有斜裂缝。在地震作用下，弯矩及剪力作用方向会改变，因而产生震作用下，弯矩及剪力作用方向会改变，因而产生交叉斜裂缝，竖向弯曲裂缝也会贯通全截面，混凝交叉斜裂缝，竖向弯曲裂缝也会贯通全截面，混凝土保护层可能脱落，咬合作用会渐渐丧失，而主要土保护层可能脱落，咬合作用会渐渐丧失，而主要依靠箍筋和纵向钢筋的来传递剪力。见图。这是十依靠箍筋和纵向钢筋的来传递剪力。见图。这是十分不利的。分不利的。图图10 反复荷载作用下塑性铰区裂缝反复荷载作用下塑性铰区裂缝 图图11 箍筋弯钩箍筋弯钩在箍筋加密区必须采取下列措施：在箍筋加密区必须
39、采取下列措施：1、不能用弯起钢筋抗剪。、不能用弯起钢筋抗剪。2、钢箍数量除满足承载力计算要求外，钢箍最小直、钢箍数量除满足承载力计算要求外，钢箍最小直径和最大间距应满足表的要求。径和最大间距应满足表的要求。3、钢箍必须做成封闭箍，加、钢箍必须做成封闭箍，加135度弯钩长度，见图。度弯钩长度，见图。4、保证施工质量，使钢箍与纵筋贴紧，混凝土浇注、保证施工质量，使钢箍与纵筋贴紧，混凝土浇注应当密实。应当密实。4 4、6 6 框架柱抗震设计框架柱抗震设计4、6、1 轴压比、剪跨比轴压比、剪跨比v(1)轴压比轴压比v(2)剪跨比剪跨比4、6、2 抗弯计算抗弯计算v无地震作用组合时无地震作用组合时v有地
40、震作用组合时有地震作用组合时v式中：式中：v柱的设计弯矩至少应为柱的设计弯矩至少应为图图12 梁、柱节点弯矩梁、柱节点弯矩4、6、3 抗剪计算，箍筋配置及构造抗剪计算，箍筋配置及构造v(1)抗剪计算抗剪计算v抗剪计算分别按下列公式进行：抗剪计算分别按下列公式进行：v无地震作用组合无地震作用组合v有地震作用组合有地震作用组合v设计时只考虑箍筋抗剪，计算时要求设计时只考虑箍筋抗剪，计算时要求 为了抗剪安全，柱截面也不能太小，因此，为了抗剪安全，柱截面也不能太小，因此，用下式保证柱截面面积：用下式保证柱截面面积：v无地震作用组合无地震作用组合v有地震作用组合有地震作用组合 柱设计剪力取柱设计剪力取v
41、一级抗震一级抗震v二级抗震二级抗震v三级抗震三级抗震(2)箍筋配置箍筋配置v体积配箍率体积配箍率图图13 钢箍形式钢箍形式图图14 箍筋侧压力示意箍筋侧压力示意 (3)钢筋配置构造要求钢筋配置构造要求v箍筋加密区范围箍筋加密区范围v加密箍筋数量加密箍筋数量v箍筋构造及无支长度要求箍筋构造及无支长度要求图图15 箍筋加密区箍筋加密区图图16 箍筋构造箍筋构造4 4、6 6 节点设计节点设计4、6、1 节点区箍筋计算节点区箍筋计算v节点设计剪力节点设计剪力v用两侧梁端的计算弯矩计算节点设计剪力用两侧梁端的计算弯矩计算节点设计剪力v节点区的抗剪承载力公式由试验得到，设节点区的抗剪承载力公式由试验得到
42、，设计时要求计时要求图图17 节点设计剪力节点设计剪力图图18 节点区截面节点区截面v为了使柱节点区的平均剪应力不过高，不为了使柱节点区的平均剪应力不过高，不过早出现斜裂缝，也不宜过多配置箍筋，过早出现斜裂缝，也不宜过多配置箍筋，应按下式限制节点区平均剪应力：应按下式限制节点区平均剪应力：4、6、2 节点区钢筋锚固与搭接节点区钢筋锚固与搭接 抗震时锚固长度要求为：抗震时锚固长度要求为：v(1)纵筋搭接要求纵筋搭接要求v(2)节点区钢筋锚固节点区钢筋锚固图图19 梁柱节点连接构造梁柱节点连接构造图图20 顶层边梁柱连接构造顶层边梁柱连接构造4.7 框架结构梁柱平法表示4.7.1柱平法施工图的表示
43、方法1、列表注写方式 列表注写方式，系在柱平面布置图上（一般只需采用适当比例绘制一张柱平面布置图，包括框架柱、框支柱、梁上柱和剪力墙上柱），分别在同一编号的柱中选择一个（或根据需要选择几个）截面标准几何参数代号；在柱表中注写柱号、柱段起止标高、几何尺寸（含柱截面对轴线的偏心情况）与配筋的具体数值，并配以各种柱截面形状及其箍筋类型图的方式，来表示柱平法施工图。表表4-18 4-18 柱编号柱编号柱柱 类类 型型代代 号号序序 号号柱柱 类类 型型代代 号号序序 号号框框 架架 柱柱框框 支支 柱柱芯芯 柱柱KZKZZXZXXXXXX梁梁 上上 柱柱剪力墙上剪力墙上柱柱LZQZXXXX注：编号时，
44、当柱的总高、分段截面尺寸和配筋均对应相同，仅分段注：编号时，当柱的总高、分段截面尺寸和配筋均对应相同，仅分段截面与轴线的关系不同时，仍可将其编为同一柱号。截面与轴线的关系不同时，仍可将其编为同一柱号。（2）注写各段柱的起止标高。自柱根部往上以变截面位置或截面未变但配筋改变处为界分段注写。（4）注写柱纵筋。当柱纵筋直径相同，各边根数也相同时（包括矩形柱、圆柱和芯柱），将纵筋注写在“全部纵筋”一栏中；除此之外，柱纵筋分角筋、截面边中部钢筋和边中部筋三项分别注写（对于采用对称配筋的矩形截面柱，可仅注写一侧中部筋，对称边省略不注）。（5）注写箍筋类型号及箍筋肢数，在箍筋类型栏内注写按下面箍筋规定绘制柱
45、截面形状及其箍筋类型号。（6）注写柱箍筋，包括钢筋级别、直径与间距。例：12100/200，表示箍筋为HPB300级钢筋，直径12mm，加密区间距为100mm，非加密区间距为200mm。10100/20012100，表示箍筋为HPB300级钢筋，直径10mm，加密区间距为100mm，非加密区间距为200mm。框架节点核芯区箍筋为HPB300级钢筋，直径12mm。当箍筋沿柱全高为一种间距时，不适用“/”线。例：12100，表示箍筋为HPB300级钢筋，直径12mm，间距100mm，沿柱全高加密。当圆柱采用螺旋箍筋时，需在箍筋前加“L”。例：L12100/200，表示采用螺旋箍筋，HPB300级钢
46、筋，直径12mm，加密区间距为100mm，非加密区间距为200mm。2、截面注写方式截面注写方式，系在柱平面布置图的柱截面上，分别在同一编号的柱中选择一个截面，以直接注写截面尺寸和配筋具体数值的方式来表达柱平法施工图（如图4-34所示）。对除芯柱外的所有柱截面按表4-18规定进行编号，从相同编号的柱中选择一个截面，按另一种比例原位放大绘制柱截面配筋图，并在各配筋图上继其编号后再注写截面尺寸bh、角筋或全部纵筋（当纵筋采用一种直径且能够图示清楚时）、箍筋的具体数值（箍筋的注写方式及对柱纵筋搭接长度范围的箍筋间距要求同1中第条），以及在柱截面配筋图上标注柱截面与轴线关系的具体数值。4.7.2梁平法
47、施工图的表示方法v平面注写包括集中标注与原位标注，集中标注表达梁的通用数值，原位标注表达梁的特殊数值。当集中标注中的某项数值不适用于梁的某部位时，则将该项数值原位标注，施工时，原位标注取值优先。（1）梁编号由梁类型代号、序号、跨数及有无悬挑代号几项组成，应符合表4-19的规定。（2）梁集中标注的内容，有五项必注值及一项选注值（集中标注可以从梁的任意一跨引出），规定如下：梁编号，见表4-19，该项为必注值。梁截面尺寸，该项为必注值。当为等截面梁时 当有悬挑梁且根部和端部的高度不同时 梁箍筋，包括钢筋级别、直径、加密区与非加密区间距及肢数，该项为必注值。箍筋加密区与非加密区的不同间距及肢数需用斜线
48、“/”分隔；当梁箍筋为同一种间距及肢数时，则不需用斜线；当加密区与非加密区的箍筋肢数相同时，则将肢数注写一次；箍筋肢数应写在括号内。当抗震结构中的非框架梁、悬挑梁、井字梁，及非抗震结构中的各类梁采用不同的箍筋间距及肢数时，也用斜线“/”将其分隔开来。注写时，先注写梁支座端部的箍筋（包括箍筋的箍数、钢筋级别、直径、间距及肢数），在斜线后注写梁跨中部分的箍筋间距及肢数。梁上部通长筋或架立筋配置，该项为必注值。所注规格与根数应根据结构受力要求及箍筋肢数等构造要求而定。当同排纵筋中既有通长筋又有架立筋时，应用加号“+”将通长筋和架立筋相联。注写时须将角部纵筋写在加号的前面，架立筋写在加号后面的括号内，
49、以示不同直径及与通长筋的区别。当全部采用架立筋时，则将其写入括号内。当梁的上部纵筋和下部纵筋均为通长筋，且多数跨配筋相同时，此项可加注下部纵筋的配筋值，用分号将上部与下部纵筋的配筋值分隔开来，少数跨不同者，按前述规定处理。例：例：10100/200(4)，表示箍筋为，表示箍筋为HPB300级钢级钢筋，直径筋，直径10mm，加密区间距为，加密区间距为100mm，非加密区，非加密区间距为间距为200mm，均为四肢箍。，均为四肢箍。8100(4)/150(2)，表示箍筋为，表示箍筋为HPB300级钢筋，级钢筋，直径直径8mm，加密区间距为，加密区间距为100mm，四肢箍，非加密，四肢箍，非加密区间距
50、为区间距为150mm，两肢箍。，两肢箍。例：例：1310150/200(4)，表示箍筋为，表示箍筋为HPB300级级钢筋，直径钢筋，直径10mm，梁的两端各有，梁的两端各有13个四肢箍，间个四肢箍，间距为距为150mm；梁跨中部分间距为；梁跨中部分间距为200mm，四肢箍。，四肢箍。v1812150(4)/200(2)，表示箍筋为HPB300级钢筋，直径12mm，梁的两端各有18个四肢箍，间距为150mm；梁跨中部分，间距为200mm，双肢箍。v例：222 用于双肢箍；220+（412）用于六肢箍，其中220为通长筋，412为架立筋。v例：322；318 表示梁的上部配置322的通长筋，梁的下
