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1、,框架构件设计和构造,抗震设计的延性要求 设计要求 梁、柱截面设计和配筋构造 框架节点核心区截面设计,设计框架结构的构件时，必须求出各构件的最不利内力。 例如，为了计算框架横梁某截面的下部配筋，就必须找出此截面的最大正弯矩（下边缘受拉）。确定框架横梁某截面上部配筋时，必须找出该截面的最大负弯矩（上边缘受拉）。 一般说来，并不是所有荷载同时作用时截面的弯矩为最大值，而是在某些荷载作用下得到此截面的最大正弯矩，在另一些荷载作用下得到此截面的最大负弯矩。对于框架柱也是这样，在某些荷载作用下，截面可能属于大偏心受压；而在另一些荷载作用下，截面可能属于小偏心受压。因此，在进行构件设计前，应先做到： （1
2、）确定梁或柱截面的最不利内力的种类。 （2）选择控制构件配筋的截面，即控制截面。 （3）确定活荷载的最不利位置。 （4）找出最不利内力，即最不利内力组合。,在恒、活、风及地震作用分别计算内力后，必须进行荷载效应组合，才能求得框架梁、柱各控制截面的最不利内力。 一般来说，对于构件某个截面的某种内力，并不一定是所有荷载同时作用时其内力最为不利，而是在某些荷载作用下才能得到最不利内力。因此，必须对构件的控制截面进行最不利内力组合。 目的：求出控制截面的最不利内力,内力组合及最不利内力,上下两端截面 柱弯矩大。,1、3截面负弯矩及剪力大； 2截面正弯矩大。,支座处弯矩取值,1. 控制截面,一、控制截面
3、及最不利内力 构件截面设计是以控制截面上的最不利内力为依据,最不利内力组合系指对控制截面的配筋起控制作用的内力组合。对于某一控制截面，可能有多组最不利内力组合。 例如，对于梁端，需求得最大负弯矩以确定梁端顶部的配筋，需求得最大正弯矩以确定梁端底部的配筋，还需求得最大剪力以计算梁端受剪承载力。柱是偏压构件，柱有可能出现大偏压破坏，此时，M越大越不利，有可能出现小偏压破坏，此时，N越大越不利。 此外，由于柱多采用对称配筋，因此还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。由以上分析可知，框架梁、柱的最不利内力组合有：,梁跨中,1.最不利内力,梁端,这四组内力组合的前三组用来计算柱正截面受压
4、承载力，以确定纵向受力钢筋数量；第四组用以计算斜截面受剪承载力，以确定箍筋数量。,2、竖向活荷载的最不利布置,一般应按活载最不利方式计算内力，以求得截面最不利内力。但是对于高层建筑而言，计算活载的不利布置及内力组合工作量太大，考虑到一般公共民用建筑中竖向活载不大，与恒载及水平荷载产生的内力相比较小。因此，多数情况下可不考虑活载的不利布置，只按满布活载计算内力，这样可以大大减少计算工作量。但在竖向荷载很大时（如图书馆、仓库），应考虑活载的不利布置。,2.1 结构设计步骤,（1）结构分析所得内力是构件轴线处的内力值，而梁支座截面的最不利位置是柱边缘处，如图所示。 因此，内力组合前应将各种荷载作用下
5、柱轴线处梁的弯矩值换算到柱边缘处的弯矩值，然后进行内力组合。 当梁柱截面高度较小时，此项调整可略去（偏安全）,梁端控制界面,二、组合前的内力调整,（2）竖向荷载（只限于竖向荷载）可考虑梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布。通常是降低支座负弯矩，以减少支座处上部配筋，方便施工。 支座负弯矩调整系数，对于现浇梁可取0.8-0.9，对于装配整体式梁取0.6-0.8,注意： 弯矩调幅只对竖向荷载作用下的内力进行，水平荷载作用下产生的弯矩不参加调幅。 两端弯矩调幅应在内力组合前进行，调幅后再和水平荷载下的内力组合。,支座弯矩确定后，为了安全，跨中弯矩必须满足两个要求,按简支梁计算时跨中弯矩 经内力调整并组合
6、后的支座弯矩,三、水平作用方向 构风和地震作用可能来自正方向，也可能是负方向，两者的内力大小相等符号相反，所以只需计算其中一个方向的内力，另一方向的内力冠以相反符合即可.,四、内力组合,荷载分项系数的取值 （位移计算取1.0）,（恒荷载起控制，无风） （活荷载起控制，有风） （风荷载起控制，有风） （地震荷载起控制，有风）,5、梁跨间最大正弯矩组合的设计值,抗震设计和非抗震设计时，梁跨间最大正弯矩的确定方法相同，故仅以抗震设计为例予以说明。 抗震设计时，梁跨间最大弯矩应是水平地震作用产生的跨间弯矩与相应的重力荷载代表值产生的跨间弯矩的组合。由于水平地震作用可能来自左、右两个方向，因而应考虑两种
7、可能性，分别求出跨间弯矩，然后取较大者进行截面配筋计算，如图所示。,一、延性的概念 延性是指结构或构件能维持承载能力而又具有较大的塑性变形能力的性能，一般用延性比表示延性的大小 延性比定义：,3.8框架抗震设计的延性要求,结构或构件屈服时的位移 承载力降低（降低1020）时的极限位移,在“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则下，地震区的结构都应该设计成延性结构。即在中等地震下，允许结构某些部位出现塑性铰。只要进行合理的延性结构设计，结构可以通过塑性变形消耗地震能量，做到“大震不倒”（而不是靠承载力抵抗大震）,二、框架抗震设计的延性要求,结构的耗能能力用往复荷载作用下构件或结构的力-变形
8、滞回曲线包含的面积度量。在相同的变形情况下，滞回曲线包含的面积越大，则耗能能力越大，对抗震有利。,三、延性对结构抗震性能的影响,不允许情况,由图可知：梁的耗能能力大于柱的耗能能力，构件弯曲破坏的耗能能力大于剪切破坏的耗能能力。,滞回曲线呈“梭形”或捏拢不严重的，构件的耗能能力大，为延性破坏； 滞回曲线捏拢严重的，构件的耗能能力差，为脆性破坏。,四、延性框架设计的一般原则 1、强柱弱梁 从抗弯角度来讲，要求柱端截面的屈服弯矩要大于梁端截面的屈服弯矩，使塑性铰尽可能出现在梁的端部，从而形成强柱弱梁。 在梁端出现塑性铰，一方面框架结构不会变成倒塌机制，而且塑性铰的数目多，消耗地震能的能力强；另一方面
9、，受弯构件具有较高的延性，结构的延性有保障。,四、延性框架设计的一般原则 2、强剪弱弯 要求构件的抗剪能力要比其抗弯承载能力对应的剪力强，从而推迟或避免梁、柱构件过早发生剪切破坏。 3、强节点（核芯区）、强锚固 节点区域受力复杂，容易发生破坏。节点的可靠与否是关系梁、柱能否可靠工作的前提，必须做到强节点。钢筋锚固的好坏是构件能否发挥承载力的关键。,五、保证延性的抗震措施 （1）先划分抗震等级（分四个等级） （2）根据抗震等级，按延性设计原则控制 计算：内力调整 构造：截面尺寸、主筋、箍筋、锚固等要求。,结构设计除应满足刚度、强度、整体稳定性要求外，地震区的结构尚应满足延性和薄弱层弹塑性变形限制
10、的要求 1、弹性（正常使用条件下）侧移变形验算（刚度要求） 在结构体系、结构布置、构件截面尺寸等初步确定，以及荷载计算完毕之后，即可进行风荷载及水平地震作用下的弹性侧移变形验算，验算如不满足要求，就要改变构件截面尺寸，甚至改变结构体系和结构布置。,3.9 设计要求,弹性侧移验算表达式为,结构的顶点水平位移及层间相对变形 结构的总高度及层高,2、稳定和抗倾覆验算 对高宽比H/B满足要求的高层结构，整体稳定和抗倾覆 一般可以满足要求，很少进行验算 3、截面承载力验算（强度要求） 框架在四种荷载下的内力求出之后进行截面承载力验算 无地震作用组合： 有地震作用组合： 4、罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算,
