框架结构设计与构造

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1、第八章框架设计与构造1第八章框架设计与构造框架是框架结构体系、框剪结构体系及框筒结构中的基本结构单元。各种体系的内力计算方法行所不同，仅在求出内力以后，都要通过内力组合求出梁、柱控制截面的最不利内力，然后进行截面配筋计算及构造设计。框架梁按照受弯构件设计，框架柱按照压弯构件设计。梁、柱截面的一般配筋计算及构造在《钢筋混凝土基本构件》中已有详细讨论，这里不再重复。但是抗震设计时，对钢筋混凝土构件有特殊的要求，要进行专门的抗震设计。本章重点讨论框架梁、柱及其节点的抗震设计方法，适当补充一些非抗震情况下的设计要求。通过本章学习，了解框架

2、抗震设计方法、概念和要点。掌握框架梁、框架柱的剪力、弯矩大小的计算方法以及构造要求。掌握框架梁、柱节点的剪力、弯矩大小的计算方法以及构造要求。框架抗震设计方法——延性框架的概念框架梁抗震设计框架柱抗震设计梁柱节点区抗震设计2框架抗震设计方法——延性框架的概念在框架体系、框架－剪力墙体系以及框筒体系中，虽然内力计算方法不同，但是在求出内力以后，都要通过内力组合求出梁、柱控制截面的最不利内力，然后进行截面配筋计算以及构造设计。虽然梁、柱截面的一般配筋计算以及构造在一般的钢筋混凝土教材中已有讨论，但在抗震设计时，对钢筋混凝土构件有特殊要

3、求。本章重点讨论框架梁、柱以及节点的抗震设计方法，并适当补充一些非抗震情况下的设计要求。一、延性框架的概念二、延性结构的设计原则——“三强三弱”三、合适的结构材料3在罕遇地震作用下要求结构处于弹性状态是不必要，也是不经济的。通常是在中等烈度的地震作用下允许结构某些构件屈服，出现塑性铰，使结构刚度降低，塑性变形加大。当塑性铰达到一定数量后，结构会出现屈服现象，即承受的地震作用力不增加或增加很少，而结构变形迅速增加。延性结构的荷载－位移曲线一、延性框架的概念左图为延性结构的荷载－位移曲线，延性结构即是能维持承载能力而又具有较大塑性变形

4、能力的结构。结构延性能力通常用顶点水平位移延性比来衡量。延性比定义：μ＝Δu/Δy其中：Δy——结构屈服时的顶点位移；Δu——能维持承载能力的最大顶点位移。4延性结构在结果中等烈度的地震作用后，加以修复任可以重新使用，在罕遇地震下也不至于倒塌。符合抗震设计的“三水准”要求，因此在地震区都应该设计延性结构。结果合理设计，钢筋混凝土框架可以达到较大的延性，称为延性框架结构。框架顶点水平位移是由各个杆件的变形形成的。当各杆件都处于弹性阶段时，结构变形是弹性的。当杆件屈服后，结构就出现塑性变形。框架中，塑性铰可能出现在梁上，也可能出现在柱

5、上，因此，梁、柱构件都应由良好的延性。构件的延性以构件的变形或塑性铰转动能力来衡量，称为构件位移延性比μf＝fu/fy或截面曲率延性比μφ＝φu/φy。延性结构的要求和分析1．要保证框架结构有一定的延性，梁、柱构件需要具有足够的延性，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；2．框架结构中，塑性铰出现在梁上比较有利，如图所示：3．塑性铰出现在柱中的时候，很容易形成破坏机构，如图所示：4．延性框架，不仅要保证梁、柱构件必须具有延性外，还必须保证各构件的连接部分—节点区不出现脆性剪切破坏，同时还要保

6、证支座连接和锚固不发生破坏。5延性结构的设计原则1．强柱弱梁要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免和减少柱子中的塑性铰；2．强剪弱弯对于梁、柱构件，要保证构件出现塑性铰而不过早剪坏，因此，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；3．强节点、强锚固、弱构件要保证节点区和钢筋锚固不过早破坏，不在梁、柱塑性铰充分发挥作用前破坏。注意：上述抗震措施要点，不仅适用于延性框架，也适用于其它钢筋混凝土延性结构。下面几节将主要介绍在延性框架中实现这些要点的措施。6框架梁抗震设计强柱弱梁结构中，主要由梁

7、构件的延性来提供框架结构的延性。因此，要求设计具有良好延性的框架梁。一、梁的破坏形态与延性钢筋混凝土梁有两种破坏可能：弯曲破坏与剪切破坏。弯曲破坏时，由于纵筋配筋率的影响，可能出现三种破坏形态：1．少筋破坏：2．超筋破坏：3．适筋破坏：PP受拉钢筋配置过少，钢筋屈服后立即被拉断而发生断裂破坏，脆性破坏；受拉钢筋配置过多，钢筋没屈服前混凝土就被压碎而丧失承载能力，脆性破坏；受拉钢筋配置合理，钢筋屈服后，由于钢筋流幅形成塑性铰，中和轴上升，直到压区混凝土被压碎而破坏，延性破坏。剪切破坏是脆性的，或者延性很小。要防止梁在屈服以前出现剪切

8、破坏，即要求强剪弱弯。7梁的钢筋配置8二、梁最小截面尺寸框架主梁的截面高度可按（1/10～1/18）l确定，l为主梁计算跨度，满足此要求时，一般荷载作用下，可不验算挠度。在地震作用下，梁端塑性铰区混凝土保护层容易剥落。如果梁截面宽度过小则截面损失比