框架结构构件设计

第七章 框架结构构件设计
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
内力组合 延性框架 框架梁抗震设计 框架柱抗震设计 节点设计
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第一节 内力组合
一 控制截面 二 荷载布置 三 弯矩调幅 四 最不利内力组合
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第一节 内力组合
一 控制截面
1. 梁的控制截面
对于横梁，其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 下，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。
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第二节 延性框架
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第二节 延性框架
钢筋混凝土结构的“塑性铰控制”理论 在抗震结构设计中发挥着愈来愈重要的作用。
控制塑性铰出现部位； 有利于抗震； 有较大的变形能力。
一 强柱弱梁 二 强剪弱弯 三 强节弱杆 四 强压弱拉
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第二节 延性框架
一 强柱弱梁
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，但是不允许在 梁的跨中出铰。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延性， 这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。
调幅以后的各弯矩必须满足如下要求：
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第一节 内力组合
三 弯矩调幅
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第一节 内力组合
四 最不利内力组合
作用在结构上的各类荷载可能同时出现，
但出现的概率不同。按照概率统计和可靠度 理论把各种荷载效应按一定规律加以组合。 如下表所示：
手工计算时，一般通过表格进行。内力 组合步骤是：
1. 恒载、活载、风载及地震等效荷载都分 别按各自规律布置，进行内力分析；
在竖向荷载作用下，梁端截面往往有较 大负弯矩，为保证梁端的延性及便于施工， 设计时允许进行弯矩调幅，降低负弯矩，以 减少配筋面积。
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第一节 内力组合
三 弯矩调幅
▲ 对于现浇框架，支座弯矩调幅系数为 0.8～0.9。
▲ 对于装配整体式框架，支座弯矩调幅系 数为0.7～0.8。
▲ 支座弯矩降低以后，经过塑性内力重分 配，跨中弯矩将增大，跨中弯矩可乘以 1.1～1.2增大系数。
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第一节 内力组合
四 最不利内力组合
-31.4-10.14*0.5-34.9＝-71.37
0.5 -71.37
-1.57
48.06 -96.51
-71.20
13.44
57.85
-66.01
51.96
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第一节 内力组合
四 最不利内力组合
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第一节 内力组合
四 最不利内力组合
15.02+7.33*0.5+15.47＝34.15127.63
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算求 得柱边截面的弯矩和剪力。
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第一节 内力组合
一 控制截面
可按内插法计算
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第一节 内力组合
一 控制截面
2. 柱的控制截面 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到梁上、 下边缘处的柱截面内力。 柱可能出现偏压破坏： ▲可能出现大偏压破坏时，M越大越不利； ▲可能出现小偏压破坏时，N越大越不利；
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第一节 内力组合
一 控制截面
▲ 一般柱都设计成对称配筋，应选择绝对 值最大的弯矩进行截面配筋。
因此，应考虑以下四种可能情况：
①
②
③
④
，但N比较小或比较大。
为了验算斜截面承载力，柱子还要组合 最大剪力Vmax
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第一节 内力组合
二 荷载布置
1. 恒载：长期作用在结构上，按实际情况 计算结构内力；
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第一节 内力组合
四 最不利内力组合
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第一节 内力组合
四 最不利内力组合
例7—1：某三跨六层框架如图所示。在竖 向荷载下采用分层法计算内力，在水平荷载 作用下用D值法计算内力，内力计算过程从 略。此处给出三层梁内力及二层柱内力组合 过程及结果。
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第一节 内力组合
四 最不利内力组合
－26.19*1.2＝－31.43
2. 竖向活载：暂时作用的竖向荷载，按最 不利方式布置荷载计算构件内力，使计算比 较复杂。因活载比较小，一般可将活载按满 跨布置计算，而将框架梁的跨中弯矩乘以 1.1～1.2的放大系数。
当使用活载较大时，各截面的内力仍按 不同的不利布置荷载计算。
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第一节 内力组合
二 荷载布置
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第一节 内力组合
2. 当柱相对较弱时，柱中塑性铰数量增加， 对其延性比要求也会增至较高数值。
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第二节 延性框架
一 强柱弱梁
3. 当梁较强时，柱中轴力增大，会减小柱 的廷性。
二 荷载布置
3.风载及地震作用：可能沿某方向的正、 反两个方向作用。在对称结构中，只需进行 一次内力计算，内力冠以正负符号即可。
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第一节 内力组合
三 弯矩调幅
混凝土结构中塑性铰出现后，会导致塑 性内力重分布，提高其承载能力。而框架采 用弹性理论计算，为有效利用这一作用，可 对某些计算内力进行局部调整，然后再进行 内力组合。
2. 取出各个构件的控制截面内力，经过内
力调整后填入表内；
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第一节 内力组合
四 最不利内力组合
3. 根据本建筑物的具体情况由组合效应表 中选出本结构可能出现的若干组组合。将各 内力分别乘以相应的荷裁分项系数γ及组合 系数ψ ； 4. 按照不利内力的要求分组叠加内力；
5. 在若干组不利内力中选取最不利内力作 为构件截面的设计内力。有时要通过试算才 能找到哪组内力得到的配筋最大。
34.15 30.65
-18.16 -17.4 124.3
①×1.2+ （②+③）×0.5×1.2 +④ ×1.3
112.53 34.15 30.65
-18.16
109.2
-17.4
21.56
返回 11.94
第二节 延性框架
当钢筋混凝土构件中某个截面的钢筋达 到屈服强度时，称为出现塑性铰。塑性铰出 现后，截面转角及构件变形迅速增加，截面 抵抗弯矩能力继续略有提高，直至压区混凝 土压碎，构件丧失承载能力。截面和构件的 塑性变形能力常常用延性比来衡量，延性比 定义为：
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第二节 延性框架
一 强柱弱梁
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第二节 延性框架
一 强柱弱梁
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，根据震害实例以 及其他大量计算及实验分析，可找到某些规 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。