土木工程专业毕业设计指导

1、土木工程专业毕业设计指导一、基本概念高层建筑的结构体系与选择1不同结构体系房屋的适用高度多层和高层钢筋混凝土房屋在确定结构方案时，应根据建筑使用功能和抗震要求合理选 择结构体系。从抗震角度来说，结构的抗侧移刚度是选择结构体系时要考虑的重要因素，随 着多层和高层房屋高度的增加，结构在地震作用以及其他荷载作用下产生的水平位移迅速增 大，要求结构的抗侧刚度必须随之增大。而不同类型的钢筋混凝土结构体系，在抗侧刚度方 面有很大差别，它们具有各自不同的合理使用高度。例如，框架结构抗侧刚度较小，为控制 其水平位移，宜用于高度不大的建筑，而抗震墙结构和筒体结构抗侧移刚度大，在场地条件 和烈度要求相同的条件下，

2、就可以建造更高的建筑。因此，为了满足结构的抗侧刚度要求， 应对不同类型的钢筋混凝土结构体系的房屋总高度分别给予不同的限制。各类钢筋混凝土结 构体系适用的房屋最大高度见表1。表1现浇钢筋混凝土房屋的最大适用高度（m）注：1）房屋高度指室外地面至主要屋面高度，（不包括局部突出屋面的电梯机房，水箱，构架等高度）2）表中框架不含异形柱框架结构。3）部分框支抗震墙结构指地面以上有部分框支抗震墙的抗震墙结构。4）房屋高度超过本表数值时，结构设计应有可靠依据，井采取有效措施。2钢筋混凝土房屋适用的高宽比钢筋混凝土高层建筑还要考虑高宽比要求。高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力 和经济合理性的宏观控制。震害

3、调查表明，房屋高宽比大，地震作用产生的倾覆力矩会造成 基础转动，引起上部结构产生较大侧移，影响结构整体稳定。同时倾覆力矩还会在两侧柱中 引起较大轴力，使构件产生压屈破坏。为避免出现上述情况，房屋高宽比应满足表2限值。表2钢筋混凝土房屋适用的最大高宽比高层建筑的结构布置按照抗震概念设计的原则，应尽可能使其符合规则结构的要求，合理布置和设置防震缝， 不应采用严重不规则的布置。所谓建筑结构的规则性，包括了对建筑平、立面外形尺寸、抗 侧力构件布置、质量分布和承载力分布等多方面的要求。对于钢筋混凝土房屋，其结构平、 立面布置应考虑如下具体要求：1结构平面布置结构平面宜简单、规则、对称。在布置柱和抗震墙的

4、位置时，要使结构的质量中心与刚 度中心尽可能重合或接近，以减小水平地震作用引起的扭转反应，框架、抗震墙均应双向设 置。对于10层和10层以上或高度大于28m的高层钢筋混凝土建筑，平面长度L不宜过长， 平面局部突出部分的长度l不宜过大。图1中L、l的限值宜满足表3的要求。在实际工程 中，L/B在6度、7度时最好不大于4, 8度、9度时最好不大于3； l/b最好不大于1。图1建筑平面表3 L、，的限值设防理度L/B6度，了度6.08度，9度5.0L / Smixi f &0.35=2.00.30552结构竖向布置结构竖向体型应力求规则均匀，抗侧力构件宜上下连续贯通。当结构沿竖向需变化时， 应使其体

5、型、侧向刚度和强度均匀变化而不出现较大的突变。满足以下要求：侧向刚度沿竖向变化均匀，构件截面由下层至上层逐渐减小，当某些楼层的层间刚度小 于上层时，不宜小于其相邻上层的70%或其上面相邻三层刚度平均值的80% (图2)。尽可能避免薄弱层，楼层层间抗侧力结构屈服剪力不宜小于其上一层的80% (图3),且 对高层建筑不应小于其上一层的65%。避免过大的外挑和内收。如图4所示，当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与 房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B 的0.75倍；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部 楼层水平尺寸

6、B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于0.4m。图2侧向刚度沿竖向变化不均匀图3屈间屈服剪力变化不均匀图4竖向外挑和内收3防震缝的设置设置防震缝，可以将不规则的结构划分为若干简单、规整的结构。但防震缝会给建筑立 面处理、地下室防水处理等带来难度，应尽可能通过合理选择结构类型、调整结构布置，不 设防震缝，同时采用合理的计算方法和有效的构造措施，解决不设防震缝带来的不利影响。当建筑物严重不规则、平面过长、有较大错层、不同部分的结构体系有较大差异时，应 考虑设置防震缝。防震缝的最小宽度应符合下列要求：框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可取70mm；超过15m时，6度、7 度、8度和9度

7、高度每增加5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。框架一抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用上述对框架结构房屋规定数值的70%，但不 宜小于70mm。防震缝两侧结构类型不同时，防震缝宽度按需要较宽防震缝的结构类型考虑，按较低房 屋高度确定缝宽。相邻结构的基础有较大沉降差时，宜增大防震缝宽度。防震缝应沿房屋上部结构的全高设置，并尽可能与伸缩缝、沉降缝合并考虑。可以结合 沉降缝要求贯通到地基，当无沉降问题时也可只从基础或地下室以上贯通，基础或地下室可 不设防震缝，但应加强构造和连接。按8度、9度设防的框架结构房屋防震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，可在 缝两侧房屋的尽端沿全高设置垂直于防震缝的抗

8、撞墙(图5)，以减少防震缝两侧结构在地震时碰撞的破坏。每一侧抗撞墙的数量不应少于两道，宜分别对称布置，墙肢长度可不大于一 个柱距。框架和抗撞墙的内力应按考虑和不考虑抗撞墙两种情况分别进行分析，并按不利情 况取值。图5抗撞墙示意结构布置的一般要求对楼盖的刚度要求楼盖的刚度和整体性在抗震设计中具有重要作用。楼层水平地震作用是通过楼盖传递和 分配到结构各抗侧力构件的。楼盖在其自身平面内的刚度应足够大，才能满足水平地震作用 传递和分配的要求，才能符合计算模型采用的楼盖水平刚度无穷大的假定。为此，要求在框 架一抗震墙结构中，抗震墙之间无大洞口的楼盖的最大长度，即抗震墙的最大间距，不宜超 过表4中规定的限

9、值，对有较大洞口的楼盖，其限值应适当减小，超过表中限值时需考虑楼 盖平面内变形对水平地震作用分配的影响。2）高层建筑要同时满足表中括号内外两个限值的要求。3）装配式、装配整体式楼盖的现浇层应符合有关规范规程的抗震构造规定。为保证楼盖的刚度，宜优先采用现浇楼盖结构，其次是装配整体式楼盖，最后才是装配 式楼盖。当采用装配整体式和装配式楼盖时，应采取措施保证其整体性及其与抗震墙的可靠 连接。对框架结构的布置要求为使结构在横向和纵向均具有较好的抗震能力，框架结构应设计为双向抗侧力体系，主 体结构在两个方向上均不应采用铰接，不宜采用单跨框架。框架梁和柱的中线应尽可能重合 在同一平面内，二者间的偏心距不超

10、过柱宽的1/4以避免或减小对柱不利的扭转效应，超过 此限值时，应进行具体分析并采取有效措施。非承重墙体的材料、选型和布置，应根据地震烈度、房屋高度、建筑体型、结构层间变 形，墙体自身抗侧性能的利用等因素，综合分析后确定。非承重墙体应优先选用轻质墙体材 料。墙体与主体结构应有可靠的拉结。砌体填充墙的设置应采取措施减少对主体结构的不利 影响，避免使主体结构形成薄弱层或短柱。框架结构体系不应采用部分由砌体墙承重的混合形式。如楼、电梯间及局部突出屋顶的 部分不应采用砌体承重，应采用框架承重。框架一抗震墙结构的布置要求框架一抗震墙结构中的抗震墙应沿结构平面各主轴方向设置，使各方向侧向刚度接近， 且纵、横

11、向抗震墙宜连成L形、T形和n形等型式，互为翼缘；抗震墙和柱的中线应尽可 能重合，二者间的偏心距不宜超过柱宽的1/4。布置抗震墙的位置时，除应遵循均匀对称的原则外，还宜尽量沿建筑平面的周边布置， 以提高结构抗扭能力；宜在楼、电梯间和平面变化较大处布置，以加强薄弱和应力集中部位； 宜在竖向荷载较大处布置，以尽可能避免在水平地震作用时墙体出现轴向拉力；宜适当增多 抗震墙的片数，每片墙的刚度不要太大，单片墙在底部承担的水平地震剪力不宜超过结构底 部总剪力的40%，不要使少数一两片墙承担大部分地震作用。基础结构的设计要求基础设计应根据上部结构和地质状况进行，选择与之相适应的基础形式，使其具有足够 的承载

12、能力承受上部结构的重力荷载和地震作用，并与地基一起保证上部结构的良好嵌固、 抗倾覆能力和整体工作性能。高层建筑宜采用筏形基础，必要时可采用箱形基础以增强结构 的整体性与稳定性；当地质条件好、荷载较小且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用 交叉梁基础或其他基础形式，地基承载力或变形不能满足要求时，可采用桩基，桩基承台之 间设基础系梁。单独柱基适用于地基土质较好、层数不多的框架结构，单独柱基之间有时也 需要按规范要求设置基础系粱。框架一抗震墙结构的抗震墙基础，应有良好的整体性和抗转 动能力。基础埋深应根据地基土质、地震烈度及建筑物的体型和高度等条件来确定。根据具体情 况，基础埋深可采用地面以上的

13、房屋总高度的1/181/15。为了保证在地震作用下基础的抗倾覆能力，高宽比大于4的高层建筑基础底面不宜出现 零应力区，高宽比不大于4的高层建筑基础底面的零应力区面积不宜超过基础底面面积的 15%。地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室层数不宜少于两层，地下室顶板不宜有较 大洞口，地下室结构应能承受上部结构屈服超强及地下室本身的地震作用。框架结构可采用柱下单独基础；当有下列情况时，宜沿两个主轴方向设置基础系梁：抗 震等级一级框架和IV类场地的二级框架；各柱基承受的重力荷载代表值较大；基础埋置较 深，或各基础埋置深度差别较大；地基主要受力层范围内存在软弱粘土层、液化土层和严重 不均匀土层；柱基承

14、台之间。水平地震作用计算钢筋混凝土结构抗震设计时，其地震作用的确定应按下列原则考虑：一般情况下，应在 结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用主要由 该方向的抗侧力构件承担。除质量和刚度分布明显不对称的结构应考虑双向水平地震作用下 的扭转影响外，其它情况宜采用调整作用效应的方向考虑扭转影响。框架结构在水平地震作用下，应根据结构的规则程度、房屋高度、变形特征等因素，选 取不同的计算方法。对于高度不超过40m的以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较 均匀的结构，可采用底部剪力法等简化方法计算；否则宜采用振型分解反应谱法，必要时应 采用时程分析法进行补充计算。结构

15、自振周期采用底部剪力法时，需求出结构的基本自振周期；采用振型分解反应谱法时，应根据需 要求出若干个自振周期和振型（一般为23个）。在工程设计中，对质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，常采用顶点位移法计算 基本自振周期，计算公式如下：T = 1.7a（1）10式中T1结构的基本自振周期（s）；u假设将集中在各层楼板标高处的重力荷载代表值G.视作水平荷载，在其作用下I按弹性方法求得的结构顶点位移（m），可用D值法求得；a0考虑填充墙对结构刚度影响的自振周期的修正系数，可在0.60.8范围内取值。水平地震作用计算框架结构的水平地震作用一般采用底部剪力法计算。理论分析表明，在满足前述条件的前提下，

16、多层结构在地震作用下的振动以基本振型为 主，基本振型接近一条斜直线。这样就可以仅考虑基本振型先算出作用于结构的总水平地震 作用，即作用于结构底部的剪力，然后将此总水平地震作用按某一规律分配给各个质点。（1）结构底部剪力七小。化（2）式中fek结构总水平地震作用标准值，即结构底部剪力标准值；气相应于结构基本周期的水平地震影响系数。Geq结构等效总重力荷载代表值，Qq=& Ge；Ge结构总重力荷载代表值，Ge =芫G，Gj为质点i的重力荷载代表值；i =1&一等效总重力荷载换算系数，根据底部剪力相等原则，把多质点体系用一个与其基 本周期相同的单质点体系来代替。对于单质点体系&=1 ；对于无穷多质点

17、体系& =0.75； 对于一般多质点体系，建筑抗震规范取& =0.85。（2）质点的地震作用F = GiHi F咒 G H EKj=1式（2）仅适用于基本周期TW1.4Tg的结构，当T1.4Tg时，由于高振型的影响，按上式 计算出的结构顶部地震作用偏小，需要调整。建筑抗震规范给出的方法是将结构总地震 作用中的一部分作为集中力作用于结构顶部，再将余下部分按倒三角形规律分配给各质点。 附加集中水平地震作用可表示为：Wk式中AFn一顶部附加水平地震作用；5n-一顶部附加水平地震作用系数，对于多层钢筋混凝土和钢结构房屋，可按特征周 期Tg及结构基本周期T1由表5确定，多层内框架砖房可取=0.2，其他房

18、屋可采用0.0。 余下部分按下式分配给各质点：此时，结构顶部的水平地震作用为按式(5)计算的Fn与AFn两项之和。表5顶部附加地震作用系数Tg(s)T 1.4T 1gT 1.4T 1g0.350.08T+0.070.00.550.08T1-0.02突出屋面地震作用放大历次震害表明，地震作用下突出建筑物屋面的附属小建筑物，如电梯间、女儿墙、附墙 烟囱等，都将遭到严重破坏。这类小建筑物由于重量和刚度突然变小，高振型影响较大，会 产生鞭端效应。结构按底部剪力法计算时，只考虑了第一振型的影响，突出屋面的小建筑物在地震中相 当于受到从屋面传来的放大了的地面加速度。根据顶部与底部不同质量比，不同刚度比的结

19、 构分析表明，采用基底剪力法计算这类小建筑的地震作用效应时应乘以放大系数3。所规定的放大系数是针对突出屋面的小建筑物强度验算采用的，在验算建筑本身的抗震 强度时仍采用底部剪力法的结果进行计算，也就是说屋面突出物的局部放大作用不往下传。层间剪力计算 TOC o 1-5 h z 按照底部剪力法求出各质点水平地震作用F之后，第i层层间剪力匕，等于第i层及其 以上各质点水平地震作用之和，即：=Xf(6)i=1式中Fi第i层质点所受到的地震作用。抗震验算时，结构各楼层的最小水平地震剪力标准值应符合下式要求：=xg(7)i =1式中G.第i层重力荷载代表值；X剪力系数。水平地震作用下内力计算（1）计算各柱

20、的侧移刚度D(8)12i D a 1h 2式中ic柱的线刚度；h柱的高度；a一梁柱节点转动影响系数，应根据柱的位置、柱上下端梁约束情况按表8计算。表8节点转动影响系数a楼层边柱中柱a一般层ic . K = 34 2icil 1如底层心昭a =2十宜表8中，/ i为梁的线刚度，其值为E/JL，其中L为梁的计算跨度，匕为梁的截面惯 16bb性矩。计算时应考虑楼板对梁的截面惯性矩影响，在现浇混凝土结构中，当梁两侧均有楼板 约束时（如中框架）可取I =21，当梁一侧有楼板约束时（如边框架）可取/ =1.5/，I为框 ，_.= c，b 0b 00架梁矩形截面惯性矩。（2）计算各柱分配到的地震剪力V,ik

21、(9)在确定各楼层水平地震剪力分配时，应考虑楼板刚度大小。对于现浇和装配整体式钢筋 混凝土楼、屋盖等刚性楼盖建筑，宜按抗侧力构件等效刚度的比例分配，此时各柱分配到的 剪力Vik为：/ j1式中Vik第i层第k根柱分配到的剪力；D：一第i层第k根柱的侧移刚度；D.第i层第j根柱的侧移刚度，设该层共有m根柱。（3）确定各柱的反弯点位置反弯点的位置可由附表查得，按下式确定：J =七+七+七+七（10）式中J柱的反弯点高度比；柱的标准反弯点高度比；考虑柱上、下端横梁线刚度变化时柱反弯点的修正系数； 考虑上层层高与本层层高不同时柱反弯点修正系数； 考虑下层层高与本层层高不同时柱反弯点的修正系数。计算各柱

22、的柱端弯矩第，层第k根柱上下端弯矩按下式计算：上端Mik上Vjk x(-y)hk(11)下端Mg% Xyl(12)式中hik 第i层第k根柱柱高。计算各梁的梁端弯矩由节点平衡条件，节点处上、下柱端弯矩之和等于左、右梁端弯矩之和，节点左、右梁 端弯矩的大小按梁的线刚度大小分配。左端 M = ,左.E M(13)左 右右端 M =.右.EM(14)左右式中Mb左节点左侧梁端弯矩；Mb右一节点右侧梁端弯矩；E Mc节点处上下柱端弯矩之和;i左节点左侧梁线刚度；i右节点右侧梁线刚度。计算各梁的梁端剪力根据杆件平衡条件，梁端剪力可按下式计算:(15)式中V左梁左侧剪力；V 右梁右侧剪力；Mb梁左、右端弯

23、矩之和；L一梁的计算跨度。计算各柱的轴力柱上端轴力等于该柱上端节点两侧梁端剪力与该柱所对应的上层柱下端轴力的代数和; 即七上=下 +E Vb(16)式中第i层第k根柱上端轴力；ik,上N，卞第i+1层与第i层第k根柱对应的柱下端轴力； i+1,k,下匕第i层第k根柱上端节点处左右梁端剪力代数和。应该指出，上述柱轴力仅为该方向地震作用所产生的柱轴力。竖向荷载下的框架内力计算竖向荷载下的框架内力可采用分层法或二次弯矩分配法进行近似计算。(1)分层法分层计算法的计算假定是：忽略竖向荷载作用下的框架侧移，忽略作用于每一层框架梁 的竖向荷载对其他各层梁的影响。其计算步骤是：先将n层框架拆成n个计算单元，

24、每个计 算单元仅由一层梁和与之相邻的上下柱组成，且只承受该层梁的竖向荷载，上下柱的远端均 近似按固定端考虑。然后采用弯矩分配法计算各单元的弯矩图。由于除底层柱的下端外，其 余各层柱的柱端都不是固定端，而是弹性支承，为减小误差，在计算中，将除底层柱外其余 各层柱的线刚度均乘以折减系数0.9,并将柱的弯矩传递系数由1/2改为1/3,底层柱不作此 修正。最后将求出的各单元弯矩图叠加成框架弯矩图，对叠加后各节点处的不平衡弯矩，可 再分配一次，但不再传递。一旦求出弯矩，即可用结构力学的方法确定框架结构的其他内力.(2)二次弯矩分配法二次弯矩分配法是对无侧移框架的弯矩分配法一种简化，其具体步骤如下：根据梁

25、柱线 刚度，求各节点杆件弯矩分配系数；然后计算各跨梁在竖向荷载作用下的固端弯矩；再将各 节点的不平衡弯矩同时进行分配和传递，均按传递系数1/2进行传递；传递后对各节点作一 次弯矩分配。在竖向荷载下，可以考虑塑性内力重分布，进行弯矩调幅，降低梁端负弯矩.对于现浇 框架，调幅系数可取0.80.9，装配整体式框架，可取0.70.8。梁端负弯矩降低后，跨中 弯矩要相应增加，即：将调幅后的梁端弯矩与简支梁弯矩图叠加，可得到梁的跨中弯矩。为 保证跨中下部钢筋不至于过少，跨中弯矩不应小于简支梁跨中弯矩的50%。关于竖向活荷载的布置，对于活荷载不太大的情况，由于活荷载的不利布置对结构内力 影响不大，可只按满布

26、活荷载进行内力分析，以利简化计算，此时，梁的跨中弯矩可根据具 体情况，乘以1.11.2的放大系数。内力组合通过框架内力分析，可获得不同荷载作用下结构构件的荷载作用效应。进行进行结构构 件截面设计时，应根据可能出现的最不利情况进行荷载效应组合。在框架抗震设计时，一般 应考虑两种基本组合。(1)地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合框架结构考虑地震作用时，除高层建筑须考虑风荷载以外，一般不考虑风荷载与地震作 用的组合，框架结构一般也不考虑竖向地震作用。当只考虑水平地震作用与重力荷载代表值 的组合时，取久=1.2, YEhT3，可有：S HSGE+USEhkWR/YRE(17)(2)竖向永久荷载与可

27、变荷载的荷载效应组合无地震作用时，结构受到全部永久荷载和可变荷载的作用，考虑全部竖向荷载作用的荷 载效应组合，取Yg=1.2，YqT.3，可有：S = 1.2CGGk+1.4CQQkWA(18)一般情况下，有地震时的荷载效应组合值S大于无地震时竖向荷载作用下的荷载效应组 合值S,但考虑了承载力抗震调整系数丁典之后，谁起控制作用则难以区别，必须将两组内 力组合后确定。1.框架梁的内力组合设计值框架梁端一般是在考虑地震作用的组合时出现最不利的内力，而跨间正弯矩则是在考虑 和不考虑地震作用的组合时均有可能发生最不利的内力。梁端负弯矩设计值： TOC o 1-5 h z 一M =-(1.2MGE+1.

28、3MEhk)(19)梁端正弯矩设计值(重力荷载效应往往有利，Yge=1.0)：M T.3MEhkT.0MGE(20)梁端剪力设计值：V =叫+1临(21)跨间正弯矩设计值，应比较：+ M = MGk+Q MQk(22)+M = Mege(23)式中Mge、Vge重力荷载代表值作用下的梁端弯矩和剪力；MEhk、yEhk水平地震作用下的梁端弯矩和剪力标准值；MGk、MQk 永久荷载、可变荷载作用下梁跨间最大正弯矩标准值，mege水平地震作用和重力荷载代表值共同作用下梁跨间最大正弯矩组合设计值。Mege的计算可采用图6所示意的方法。在框架梁隔离体图中，梁上重力荷载为均布荷 载g,地震作用方向自左向右

29、，梁端在水平地震作用和重力荷载代表值作用下的弯矩设计值 分别为Mea、Mga和Meb、Mgb，A支座处的支反力为Ra。由此可写出距离A支座为X处的 梁截面正弯矩Mx为：M = Rax- q22 -MA + MEA根据极值条件dMx / dx =0,可求出跨间最大正弯矩的位置与左支座的距离应为x=Ra / q。 将其代入上式即可得到到R 2Mege = 2q - MgA + Mea图6框架梁地震作用组合跨间最大正弯矩计算示意2.框架柱的内力组合设计值。当框架柱在竖向荷载作用下仅沿结构某一主轴方向偏心受压，且所考虑的水平地震作用 方向也与此方向平行时，框架柱沿此方向单向偏心受压。应考虑的内力组合设

30、计值为（设此 方向为x方向）： 无地震作用的组合：吃 Tfk+L4 吃 QkN =1.2NGk+1.4NQk（24）有地震作用的组合：二技孔+顷同N =L2NGE+1.3NEhk（25）式中Nge、NEhk重力荷载代表值作用下、水平地震作用下的柱轴力标准值；NGk、NQk永久荷载、可变荷载作用下的柱轴力标准值。当框架柱在竖向荷载作用下沿结构两个主轴方向均为偏心受压，或仅沿某一主轴方向偏 心受压、但所考虑的水平地震作用沿另一主轴方向时，则框架柱处于双向偏心受压，应考虑 的内力组合设计值为（设水平地震作用方向为x方向）： 无地震作用的组合：M =1-2MxGk+1-4MxQkMy T.2”1.4吃

31、QkN =1-2NGk+1-4NQk（26）有地震作用的组合M =1-2MxGE+1-3MxEhkMy T.2MyGEN =1-2NGE+1-3NEhk（27）框架结构构件截面抗震验算为达到“三水准设防二阶段设计”的要求，在进行框架结构抗震设计时，应使框架结构 具有足够的承载能力、良好的变形能力、合理的破坏机制。实现上述要求的框架结构，可称 为延性框架结构。要设计延性框架结构，就必须合理地设计梁、柱构件及其节点区，防止构 件过早发生脆性破坏，控制构件破坏先后顺序，形成合理的破坏机制。因此，在抗震设计时 应遵循“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点、强锚固”的设计原则。下面分别结合梁、柱和 梁柱节

32、点具体讨论实现这些要求的措施。1.框架梁截面抗震验算框架梁设计时，应遵循“强柱弱梁V “强剪弱弯”的设计原则。其一，使梁端先于柱端 产生塑性铰，并使塑性铰具有足够的变形能力；其二，应防止梁端截面先发生脆性的剪切破 坏。具体方法和步骤如下。（1）正截面承载力验算考虑地震作用效应组合时，梁正截面应满足：W /职（28）式中S一验算截面考虑地震效应的弯矩组合值；R结构构件承载力设计值，应按GB50010-2002混凝土结构设计规范中的相关 公式计算；施一一承载力抗震调整系数。（2）斜截面承载力验算1）计算梁端剪力设计值为实现“强剪弱弯”，保证框架梁先发生延性的弯曲破坏，避免发生脆性的剪切破坏， 应使

33、构件的受剪承载力大于构件弯曲屈服时实际达到的剪力值。因此，梁端截面考虑地震作 用的组合剪力设计值，需根据不同的抗震等级，按“强剪弱弯”原则予以调整。一、二、三 级的框架梁，其梁端截面组合的剪力设计值应按下式调整：K（29）式中V一梁端截面的组合剪力设计值；梁的净跨；龄梁在重力荷载代表值（9度时高层建筑还应包括竖向地震作用标准值）作用下， 按简支梁分析的梁端截面剪力设计值；拔、蚂分别为梁左右端反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值，一级框架当两 端弯矩均为负弯矩时，绝对值较小一端的弯矩取零；腿一一梁端剪力增大系数，一级为1.3,二级为1.2，三级为1.1。一级框架结构及9度时尚应符合下式要求：JI

34、1性些+2（30）式中皿临分别为梁左右端反时针或顺时针方向根据实配钢筋面积（考虑受压筋） 和材料强度标准值计算的抗震受弯承载力所对应的弯矩值；2）梁截面尺寸限制当梁端截面剪压比 wm 较大时，可能在梁腹产生过大的主压应力，导致混凝土 过早开裂，产生脆性的斜压破坏，此时即使多配腹筋对梁的抗剪承载力提高也不大，因此应 限制梁端截面剪压比。考虑地震作用属反复荷载作用的不利情况。建筑抗震规范要求其 截面组合的剪力设计值应符合下列要求：跨高比大于2.5时： 瓜（31）跨高比不大于2.5时： /部（32）式中V一梁端截面的组合剪力设计值；fc混凝土轴心抗压强度设计值；b一梁截面宽度；ho梁截面有效高度。3

35、）斜截面承载力验算试验表明，在反复荷载作用下，混凝土的抗剪承载力有所下降。抗震设计时梁斜截面承 载力计算，应考虑上述不利影响，按下式计算：矩形、T形和I字型截面框架梁3时，取 =3；当 1.5时，取 =1.5；混凝土轴心抗拉强度设计值；箍筋间距；箍筋的抗拉强度设计值;么配置在同一截面内箍筋各肢面积之和。延性框架柱设计时，也应遵循“强柱弱梁”、“强剪弱弯”的原则，避免或推迟柱端产 生塑性铰以形成合理的破坏机制，防止过早发生脆性的剪切破坏。此外，为保证柱的延性要 求，尚应控制柱的轴压比。（1）柱弯矩设计值的调整(35)式中 节点上、下柱端截面顺时针或反时针方向组合的弯矩设计值之和，上下端截 面的弯

36、矩设计值，可按弹性分析分配;叫节点左、右梁端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和，一级框架 节点左右梁端均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩应取零;柱端弯矩增大系数，一级取1.4,二级取1.2,三级取1.1。一级框架结构及9级时尚应符合下式要求:（36）式中%节点左、右梁端截面反时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所 对应的弯矩之和，根据实际配筋面积（计入受压钢筋）和材料强度标准值确定。柱内力调整时，应注意以下几点：1）当框架柱反弯点不在柱层高范围内时，柱端截面组合的弯矩设计值可直接乘以柱端 弯矩增大系数。因为，当框架底部若干层的柱反弯点不在该楼层时，说明这些层的框架梁相 对较弱，为了避

37、免在竖向荷载和地震共同作用下引起变形集中和压屈失稳，可对柱端的弯矩 设计值直接乘以柱端弯矩增大系数;2）对框架顶层和轴压比小于0.15的柱，以及四级抗震等级时，柱端截面组合的弯矩设 计值可直接取地震作用组合下的弯矩设计值;3）对一、二、三级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值应分别乘以增大系 数1.5、1.25和1.15。这是因为框架底层柱柱底若过早出现塑性铰，将影响整个结构的变形 能力，不利于结构持续变形、吸收和耗散地震能量；另外，随着梁端塑性铰的出现，结构将 发生塑性内力重分布，底层柱反弯点的位置将发生改变，会引起底层柱下端截面弯矩增大；4）当分别按两个主轴方向考虑地震作用时，对一、

38、二、三级框架结构的角柱，按上述 方法调整后的组合弯矩、剪力设计值尚应乘以增大系数1.10，并应不小于建筑抗震规范 中按考虑水平地震扭转影响后的作用效应。（2）柱端剪力设计值调整二、三级的框架柱，其柱端截面组合的剪力值应按下式调为防止柱在弯压破坏前不发生脆性的剪切破坏，应使柱子受剪承载力大于柱屈服时实际 达到的剪力，因此，柱端截面考虑地震作用的组合剪力设计值，需根据不同的抗震等级，按 “强剪弱弯”原则予以调整。整：（37）式中 柱端截面组合的剪力设计值;%柱的净高;柱的上、下端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值，应符合前述弯矩调整要求;屁柱端剪力增大系数，一级取1.4，二级取1.2，三级取1

39、.1。一级框架结构及9度时，尚应符合下式要求:(38)式中赋她和竣比一偏心受压柱的上、下端顺时针或反时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值，根据实配钢筋面积、材料强度标准值和轴压力等确定。（3）柱截面尺寸限制与梁端截面设计相同，当剪压比w冽较大时，将降低箍筋的抗剪效果，因此， 应限制柱端截面剪压比。考虑到地震作用属反复荷载作用的不利情况，柱截面组合的剪力设 计值应符合下列要求：剪跨比大于2时：?是州邛胡（39）剪跨比不大于2时：（40）卫=虹剪跨比按下式计算：*%（41）式中 一一柱端截面组合的剪力设计值；剪跨比，框架结构的中间层可按柱净高与2倍柱截面有效高度之比计算;M柱端截面组合

40、的弯矩计算值，取上、下端弯矩较大值；一一与航。相对应的柱端截面组合的剪力计算值;一一柱截面宽度；柱截面有效高度。（4）正截面承载力验算在反复荷载作用下，柱正截面承载力按混凝土结构设计规范GB50010-2002中相关 公式计算，计算时承载力设计值应除以相应的承载力抗震调整系数，荷载效应设计值应按上 述内力调整原则予以调整。（5）斜截面承载力验算试验研究表明，在反复荷载作用下，框架柱斜截面破坏机理和主要影响因素与单调一次 加载时相似，但轴向压力的有利影响和混凝土的抗剪承载力有所下降。所以，抗震设计时， 柱斜截面承载力计算，考虑了上述不利影响，按下式计算：/爻上（咎*用+&虫岛+口硕的服卫+ 1S

41、（42）式中V一柱端截面组合的剪力设计值；N与剪力设计值相应的轴向压（拉）力设计值；当N为压力且N0.3fAc时，取 N=0.3fAc，Ac为柱截面面积；当N为拉力时，式（4.38）右边括号内的计算值小于时，取等于fXA，且了村“值不小于口景人泌口框架柱的计算剪跨比，按式（4.37）计算；当框架柱的反弯点在柱层高范围内时，可取=Hn/2h0；当3时;取=3；当1时，取=1s箍筋间距；fyv箍筋的屈服强度设计值；A：配置在同一截面内箍筋各肢面积和。3框架节点核心区抗震验算震害表明，框架节点核心区在弯矩、剪力和轴力的共同作用下，其破坏形式主要有：节 点核心区斜向发生剪压破坏，混凝土产生交叉斜裂缝甚

42、至挤压剥落，柱纵向钢筋压屈外鼓； 梁纵向钢筋发生粘结失效；梁柱交接处混凝土局部破坏。由于节点核心区受力复杂，破损后易导致结构失效或产生较大变形，且节点核心区的损 伤难以修复加固，因此，应尽可以地保证节点核心区的强度，达到“强节点、强锚固”设计 原则的要求，为设计延性框架结构提供必要条件。同时，震害调查表明，框架节点核心区的 震害程度与地震烈度大小呈正相关。因此，对不同抗震等级的框架节点核心区，应采取不同 的承载力要求和延性要求。建筑抗震规范要求框架节点核心区的抗震验算遵循下列原则：核心区混凝土强度等 级与柱混凝土强度等级相同时，一、二级框架节点核心区，应进行抗震验算；三、四级框架 节点核心区，

43、可不进行抗震验算，但应符合构造措施要求。三级框架的房屋高度接近二级框 架的房屋的高度下限时，节点核心区宜进行抗震验算，以避免三级到二级之间承载力的突然 变化。一般框架梁柱节点核心区的抗震验算方法如下。图7节点核心区组合剪力值计算示意图（1）节点核心区组合剪力值计算如图7所示，取节点核心区上半部为隔离体，由平衡条件可得:5(43)由左、右梁端截面平衡条件得:(44)由上、下柱对反弯点处弯矩平衡得:(45)由节点平衡条件得:将式（44）至式（46）代入式（43），经简化后，可得节点核心区组合剪力值:（47）考虑“强节点”要求，建筑抗震规范规定：一级、二级框架梁柱节点核心区组合的剪 力值，应按下式计算：膈顼 瓦一境 （48）9度时和一级框架结构尚应符合:1.1。_ 板I.顷顼 魁一膈 （49） 式中vc梁柱节点核心区组合的剪力设计值；Hc一柱的计算高度，可取节点上、下柱反弯点之间的距离;hb一梁截面的有效高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值;hb截面高度，节点两侧梁截面高度不等时取平均值；梁受压钢筋合力点至受压边