第十章粗架设计与构造 申奥电大王折 1.作为抗震设计的指标，为什么应是双控制条件？ 答：作为抗震设计的指标，应是双控制条件，使结构能同时满足极限强度和极限变 形。这是因为一救结构并不具备是以抵抗强烈地震的强度销各，而是利用结构的弹塑性 性能吸收地腰能量，以达到抗御强震的目的， 2,什么是延性结构？什么是质面曲率延性比？如何表示结构的延性？ 答：(1)如果结构在承载能力基本保持不变的情形下，仍能具有较大的塑性变形能 力，则称此精构为廷性结构。 《2)拿，表示截而屈服时的由率，9，表示截而极限由率。截而的数性变形能力常 常用廷性比来衡量，即 截面曲率延性比 H。■p/p, (3)当承载能力明显下降咸结构处于不稳定状态时，认为结构破坏，此时达到极 限位移△。·结构的延性通常用顶点位移延性比表示，即 H.=A./A 其中△，为结构开始透入里性状方时的顶点位移。 延性比“是结构抗震性能的一个重要指标。对于延性比大的结构，在地震作用 下结构进入弹塑性状态时，能吸收，耗散大量的地夏能量，此时结构虽然变形较大，但 不会出联超出抗震要求的建筑物严重酸坏或倒塌。相反，若结构廷性较差。在地震作用 下容易发生葡性酸坏，甚至倒烟， 3.结构延性的作用如何？ 容：结构延性的作用： 《1)防止脆性陵坏 由于解脑混凝土结构或构件的酸性破坏是突发性的，没有预兆，所以为了保障人门 生命财产安全，除了对构件发生粒性破环时的可靠指标有较高要求以外，还要保证结构 成构件在破坏前有足够的变形能力。 (2)承受某些偶然因素的作用
第十章 框架设计与构造 中央电大 王圻 1．作为抗震设计的指标，为什么应是双控制条件？ 答：作为抗震设计的指标，应是双控制条件，使结构能同时满足极限强度和极限变 形。这是因为一般结构并不具备足以抵抗强烈地震的强度储备，而是利用结构的弹塑性 性能吸收地震能量，以达到抗御强震的目的。 2．什么是延性结构？什么是截面曲率延性比？如何表示结构的延性？ 答：（1）如果结构在承载能力基本保持不变的情形下，仍能具有较大的塑性变形能 力，则称此结构为延性结构。 （2） y 表示截面屈服时的曲率， u 表示截面极限曲率。截面的塑性变形能力常 常用延性比来衡量，即 截面曲率延性比 = u y （3）当承载能力明显下降或结构处于不稳定状态时，认为结构破坏，此时达到极 限位移 u 。结构的延性通常用顶点位移延性比表示，即 = u y 其中Δy 为结构开始进入塑性状态时的顶点位移。 延性比μ是结构抗震性能的一个重要指标。对于延性比大的结构，在地震作用 下结构进入弹塑性状态时，能吸收、耗散大量的地震能量，此时结构虽然变形较大，但 不会出现超出抗震要求的建筑物严重破坏或倒塌。相反，若结构延性较差，在地震作用 下容易发生脆性破坏，甚至倒塌。 3．结构延性的作用如何？ 答：结构延性的作用： （1）防止脆性破坏 由于钢筋混凝土结构或构件的脆性破坏是突发性的，没有预兆，所以为了保障人们 生命财产安全，除了对构件发生脆性破坏时的可靠指标有较高要求以外，还要保证结构 或构件在破坏前有足够的变形能力。 （2）承受某些偶然因素的作用
结构在使用过程中可佳会承受设计中求考虑到的偶燃因素的作用，比如说，偶然的超载， 基础的不均匀沉库，温度变亿和收缩作用引起的体积变化等，这些偶然因素会在结构中产生 内力和变形，而延性结构的变形能力，则可作为发生意外情况时内力和变形的安全储备。 (3)实现型性内力重分 延性结构容许构件的某些格界截面有一定的转动旋力，形成型性较区域，产生内力重分 布，从而使钢酪混凝土超静定结构修够按显性方法进行设计，得到有利的弯矩分布，从而使 配筋合理，节约材料，而且便于施工 (4)有利于结构抗覆 在电震作用下，延性结构通过显性较区城的变形，能够有效地吸收和耗酸地是能量，同 时，这种变形降低了结构的刚度，致使结构在地震作用下的反应减小，也就是使地震对结构 的作用力减小，因此延性结构具有较盛的抗震能力： 4,提高结构延性的措施有哪些？ 容：根据景害以及近年来国内外试验研究资料，延性幅果设计时应注意以下几点： (1)“强柱弱梁”设计原则一挖制塑性较的位置 在地震作用下，框架中塑性饮可能出现在梁上，也可能出现在柱上，但是不允许在梁的 跨中出较。梁的跨中出较将导致局部酸坏（图3）。在梁端和柱端的里性较，都必须具有延 性，才能使结构在形成机构之前，结构可以抵抗外背载并具有延性。 不允 (强柱到梁型 (》梁离柱型 图3框架局部破坏 图4框架玻坏机构图 由图4可以看出，在框架结构中，型性饮出现的位置或顺序不同，将使框架结构产生不 同的破坏形式。图4()所示是一个强梁写柱型结构，所以跟性较首先出现在柱中，当某薄 弱层柱的上下璃均出现塑性较时，该层就成为儿何可变体系，而引起上部结构的倒爆。这种 结构破坏时只限最薄端层柱的强度和延性性能有关，而与其它各层果柱的承载能力和耗能能 力均没有发挥作用。图4（山是一个强柱写梁型结构，型性较首先出现在梁中，当部分梁端
结构在使用过程中可能会承受设计中未考虑到的偶然因素的作用，比如说，偶然的超载、 基础的不均匀沉降、温度变化和收缩作用引起的体积变化等。这些偶然因素会在结构中产生 内力和变形，而延性结构的变形能力，则可作为发生意外情况时内力和变形的安全储备。 （3）实现塑性内力重分布 延性结构容许构件的某些临界截面有一定的转动能力，形成塑性铰区域，产生内力重分 布，从而使钢筋混凝土超静定结构能够按塑性方法进行设计，得到有利的弯矩分布，从而使 配筋合理，节约材料，而且便于施工。 （4）有利于结构抗震 在地震作用下，延性结构通过塑性铰区域的变形，能够有效地吸收和耗散地震能量，同 时，这种变形降低了结构的刚度，致使结构在地震作用下的反应减小，也就是使地震对结构 的作用力减小，因此延性结构具有较强的抗震能力。 4．提高结构延性的措施有哪些？ 答：根据震害以及近年来国内外试验研究资料，延性框架设计时应注意以下几点： （1）“强柱弱梁”设计原则—控制塑性铰的位置 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（图 3）。在梁端和柱端的塑性铰，都必须具有延 性，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。 (a) 强柱弱梁型 (b) 强梁弱柱型 图 3 框架局部破坏 图 4 框架破坏机构图 由图 4 可以看出，在框架结构中，塑性铰出现的位置或顺序不同，将使框架结构产生不 同的破坏形式。图 4(b)所示是一个强梁弱柱型结构，所以塑性铰首先出现在柱中，当某薄 弱层柱的上下端均出现塑性铰时，该层就成为几何可变体系，而引起上部结构的倒塌。这种 结构破坏时只跟最薄弱层柱的强度和延性性能有关，而与其它各层梁柱的承载能力和耗能能 力均没有发挥作用。图 4(a)是一个强柱弱梁型结构，塑性铰首先出现在梁中，当部分梁端
蓝至全部梁端均出现塑性校时，结构仍修雅线承受外荷载，而只有当柱子底部也出现型 性较时，结构才达到破坏。由此可知，柱中出现塑性较，不易修复而且容易引起结构倒 据：而望性校出现在梁瑞，却可以使结构在破环前有较大的变形，吸收和耗散较多的地 震能量，因而具有较好的抗覆性能。震害调查发现：凡是具有现浇棱板的柜架。由于现 浇楼板大大加强了聚的强度和刚度，地震破坏都发生在柱中，破坏较严重：而设有棱板 的构架式框架。裂缝出在梁中，破坏较经，从而也证实强梁蜀柱引起的结构震害比较严 重。 此外，梁的运性远大于柱的延性。这是因为柱是压弯构件，较大的轴压比将使柱的 延性下降，而梁是受弯构件，比较容易实现高廷性比要求。 因此，较合理的根果破环机制应是聚比桂的塑性屈服尽可能早发生和多发生，底层 柱柱根的塑性较较晚形成，各层柱子的届服顺序应错开，不要集中在某一层。这种破坏 机制的框架，就是强柱翁梁型框， (2)梁柱的延性设计 要使结构具有廷性，就必需保迁框架梁柱有足够的延性，而梁柱的廷性是以其截面 型性较的转动能力米度量的。因此框架结构抗德设计的关键是梁柱塑性较设计，为此， 应避循： 1)“强剪嘴弯”设计原则一一控制构件的酸坏形态 适筋梁域大偏压柱，在截面破坏时可以达到较好的廷性，可以吸收和耗散地爱能量， 使内力重分布得以充分发展：而钢筋混凝土梁柱在受到较大算力时，往往呈现验性酸坏。 所以在进行框架梁、性设计时，应使构件的受剪承载力大于其受弯承载力。使构件发生 延性较好的弯曲酸坏，避免发生延性较差的阅切酸坏，而且保证构件在塑性较出现之后 也不过早舅坏，这就是“强剪弱弯”的设计冢测，它实际上是控制构件的破坏形态， 2)果、柱剪跨比限制 剪跨比反联了构件截面承受的弯矩与剪力的相对大小。它是影响梁、柱极限变形能 力的主要因素之一，对构件的酸坏彩态有很重要的影响。 比如，柱的剪跨比无=M以 h《k广分别是酸面承受的弯矩、剪力值，点为柱裁 面高度)。试验研究发现，剪跨比12的柱属于长柱，只要构造合理，通常发生延性 好的雪曲破坏：当阅跨比1.5≤人纪2的柱为短桂，桂子将发生以臀切为主的破坏，当提 高混凝土强度等级或配有是够的箍前时，也可能发生具有一定延性的剪压破坏：面当剪
甚至全部梁端均出现塑性铰时，结构仍能继续承受外荷载，而只有当柱子底部也出现塑 性铰时，结构才达到破坏。由此可知，柱中出现塑性铰，不易修复而且容易引起结构倒 塌；而塑性铰出现在梁端，却可以使结构在破坏前有较大的变形，吸收和耗散较多的地 震能量，因而具有较好的抗震性能。震害调查发现：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，破坏较严重；而没有楼板 的构架式框架，裂缝出在梁中，破坏较轻,从而也证实强梁弱柱引起的结构震害比较严 重。 此外，梁的延性远大于柱的延性。这是因为柱是压弯构件，较大的轴压比将使柱的 延性下降，而梁是受弯构件，比较容易实现高延性比要求。 因此，较合理的框架破坏机制应是梁比柱的塑性屈服尽可能早发生和多发生，底层 柱柱根的塑性铰较晚形成，各层柱子的屈服顺序应错开，不要集中在某一层。这种破坏 机制的框架，就是强柱弱梁型框架。 （2）梁柱的延性设计 要使结构具有延性，就必需保证框架梁柱有足够的延性，而梁柱的延性是以其截面 塑性铰的转动能力来度量的。因此框架结构抗震设计的关键是梁柱塑性铰设计。为此， 应遵循： 1）“强剪弱弯”设计原则——控制构件的破坏形态 适筋梁或大偏压柱，在截面破坏时可以达到较好的延性，可以吸收和耗散地震能量， 使内力重分布得以充分发展；而钢筋混凝土梁柱在受到较大剪力时，往往呈现脆性破坏。 所以在进行框架梁、柱设计时，应使构件的受剪承载力大于其受弯承载力，使构件发生 延性较好的弯曲破坏，避免发生延性较差的剪切破坏，而且保证构件在塑性铰出现之后 也不过早剪坏，这就是“强剪弱弯”的设计原则，它实际上是控制构件的破坏形态。 2）梁、柱剪跨比限制 剪跨比反映了构件截面承受的弯矩与剪力的相对大小。它是影响梁、柱极限变形能 力的主要因素之一，对构件的破坏形态有很重要的影响。 比如，柱的剪跨比 Vhc = M （M、V 分别是截面承受的弯矩、剪力值，hc 为柱截 面高度）。试验研究发现，剪跨比λ≥2 的柱属于长柱，只要构造合理，通常发生延性 好的弯曲破坏；当剪跨比 1.5≤λ<2 的柱为短柱，柱子将发生以剪切为主的破坏，当提 高混凝土强度等级或配有足够的箍筋时，也可能发生具有一定延性的剪压破坏；而当剪
跨比A(1.5时为极短柱，柱的破坏形态是脆性的剪切斜拉破坏，儿平设有廷性，设计中应 当避免。 在一粮框架结构中，柱内弯矩以地震作用产生的弯矩为主，所以可近似假定反弯点在柱 商的中点，从而有柱端弯矩My.号，即兰-号（是柱的净高，代入2= 2 中，得元=}H.因此框架柱的分类又可用长细比表示为：L之4时为长柱：3≤L<4 2 时为短柱： H。<3时为版知柱， 因此，为保证柱子发生延性破坏，抗震设计时要求柱净高与截面长边尺寸之比宜大子4， 若不满足，应在柱全高范围内加密箍筋， 类似地，对糕架梁而言，则要求其净跨山与藏面高度么之比不宜小于4，当梁的两度较 小而梁的设计内力较大时，宜首先考虑加大果宽，这样虽然会增加梁的领筋用量，但对提高 梁的廷性却是十分有利的： 3)梁、柱尊压比限制 当构件的截面尺寸太小或混凝土强度太低时，按抗劈承载力公式计算的精箭数量会很 多，则装筋在充分发挥作用之前，构件将过早星现龍性斜压破坏，这时再增加箍脑用量已没 有意文。因此，设计中应限制剪压比(/厂，。)即梁截面的平均明应力，使笳前数量不 至于太多，同时，也可有效地防止斜爱结过早出现，减轻混凝土醉裂程度。这实质上也是对 构件最小载面尺寸的要求。 4)柱触压比限制及其它册览 轴压比，指柱有地爱作用组合的柱轴压力设计值V与柱的全截面面积A和混凝土蛙心 抗压强度设计值（乘积的比值，Hw=N/fA,=N/fbA(A、点分别为柱截面的宽度 和高度)。 试验研究表明，轴压比的大小，与柱的破环形老和变形能力是密切相关的。随着轴压比 不同，桂将产生两种酸坏形态：受拉钢筋首先屈服的大偏心受压破坏和破坏时受拉侧筋并不 屈服的小偏心受压破坏。而且，轴压比是影响柱的廷性的重要因素之一，柱的变形能力随轴 压比增大而急刚降低（图5），允其在高轴压比下，增加藤筋树改善柱麦形能力的作用并不 明显。所以，抗震设计中应限制柱的轴压比不能太大，其实顺设是希望框架桂在地震作用下， 仍能实现大偏心受压下的弯曲碳坏，使柱具有延性性质
跨比λ<1.5 时为极短柱，柱的破坏形态是脆性的剪切斜拉破坏，几乎没有延性，设计中应 当避免。 在一般框架结构中，柱内弯矩以地震作用产生的弯矩为主，所以可近似假定反弯点在柱 高的中点，从而有柱端弯矩 2 Hn M = V ，即 2 Hn V M = （Hn 是柱的净高），代入 Vhc = M 中，得 c n h H 2 1 = 。因此框架柱的分类又可用长细比表示为： 4 c n h H 时为长柱； 3 4 c n h H 时为短柱； 3 c n h H 时为极短柱。 因此，为保证柱子发生延性破坏，抗震设计时要求柱净高与截面长边尺寸之比宜大于 4， 若不满足，应在柱全高范围内加密箍筋。 类似地，对框架梁而言，则要求其净跨 ln 与截面高度 hb 之比不宜小于 4。当梁的跨度较 小而梁的设计内力较大时，宜首先考虑加大梁宽，这样虽然会增加梁的纵筋用量，但对提高 梁的延性却是十分有利的。 3）梁、柱剪压比限制 当构件的截面尺寸太小或混凝土强度太低时，按抗剪承载力公式计算的箍筋数量会很 多，则箍筋在充分发挥作用之前，构件将过早呈现脆性斜压破坏，这时再增加箍筋用量已没 有意义。因此，设计中应限制剪压比（ bh0 V f c ）即梁截面的平均剪应力，使箍筋数量不 至于太多，同时，也可有效地防止斜裂缝过早出现，减轻混凝土碎裂程度。这实质上也是对 构件最小截面尺寸的要求。 4）柱轴压比限制及其它措施 轴压比μN指柱有地震作用组合的柱轴压力设计值 N 与柱的全截面面积 Ac 和混凝土轴心 抗压强度设计值 fc 乘积的比值， N c c cbchc = N f A = N f （bc、hc 分别为柱截面的宽度 和高度）。 试验研究表明，轴压比的大小，与柱的破坏形态和变形能力是密切相关的。随着轴压比 不同，柱将产生两种破坏形态：受拉钢筋首先屈服的大偏心受压破坏和破坏时受拉钢筋并不 屈服的小偏心受压破坏。而且，轴压比是影响柱的延性的重要因素之一，柱的变形能力随轴 压比增大而急剧降低（图 5），尤其在高轴压比下，增加箍筋对改善柱变形能力的作用并不 明显。所以，抗震设计中应限制柱的轴压比不能太大，其实质就是希望框架柱在地震作用下， 仍能实现大偏心受压下的弯曲破坏，使柱具有延性性质
图5轴压比与延性比关系图 图6芯柱尺寸示意图 图7连续复合螺旋输 框架柱在竖向荷载与地震作用下的触压比宜满足表】的规定。若不裤足，可加大截 面尺寸成提高混凝土强度等级。 表】桂轴压比限值 抗震等级 轴压比限值 0 .8 .9 在高层建筑中，底层柱往往承受很大的轴力，很难将轴压比限制在较低水平。为此 置年案，国内外对改速桂的廷性性能做了大量试的研究。试验表明，在矩形柱或形桂 内设置矩形核心柱（图6），不目可以提高柱的受压承载力，还可以提高柱的变形能力。 在压，弯、剪作用下，当柱出现零、剪裂缝，在大变形情况下芯柱可以有效地减小柱的 压缩，保持桂的外形和截面承载力，特别对于承受高轴压的短桂，更有利于提高变形能 力，廷缓倒塌。 5)箍蓝 爱害表明，梁璃、柱端爱害严重。是属果梁、柱的薄露部位。所以按照强明蜀驾原 则设计的抗前主要配置在粱端、柱端塑性较区，称为箍前加密区。 在塑性较区配置足够的藏筋，可钓熏核心混凝土，显著提高型性牧区混凝土的极限 应变值。是高抗压强度，防止斜裂绮的开展，从而可充分发挥盟性较的变形和耗能能力， 提高梁，柱的延性！而且钢薇作为飙向钢筋的侧向支承，阻止纵哥压屈。使纵筋充分发 挥抗压强度。所以线范规定，在框架架端、柱端塑性较区，箍筋必筑加密
图 5 轴压比与延性比关系图 图 6 芯柱尺寸示意图 图 7 连续复合螺旋箍 框架柱在竖向荷载与地震作用下的轴压比宜满足表 1 的规定。若不满足，可加大截 面尺寸或提高混凝土强度等级。 表 1 柱轴压比限值 抗震等级 一 二 三 轴压比限值 0. 7 0 .8 0 .9 在高层建筑中，底层柱往往承受很大的轴力，很难将轴压比限制在较低水平。为此， 近年来，国内外对改进柱的延性性能做了大量试验研究。试验表明，在矩形柱或圆形柱 内设置矩形核心柱（图 6），不但可以提高柱的受压承载力，还可以提高柱的变形能力。 在压、弯、剪作用下，当柱出现弯、剪裂缝，在大变形情况下芯柱可以有效地减小柱的 压缩，保持柱的外形和截面承载力，特别对于承受高轴压的短柱，更有利于提高变形能 力，延缓倒塌。 5）箍筋 震害表明，梁端、柱端震害严重，是框架梁、柱的薄弱部位。所以按照强剪弱弯原 则设计的箍筋主要配置在梁端、柱端塑性铰区，称为箍筋加密区。 在塑性铰区配置足够的箍筋，可约束核心混凝土，显著提高塑性铰区混凝土的极限 应变值，提高抗压强度，防止斜裂缝的开展，从而可充分发挥塑性铰的变形和耗能能力， 提高梁、柱的延性；而且钢箍作为纵向钢筋的侧向支承，阻止纵筋压屈，使纵筋充分发 挥抗压强度。所以规范规定，在框架梁端、柱端塑性铰区，箍筋必须加密
此外，框架结构构件的延性与箍筋形式有关。例如，西安建筑科技大学和日本川铁株式 会社的研究表明，在其它条件相同的情况下，采用连续矩形复合螺旋装比一般复合装筋可提 高柱的极限变形角2阵，所以矩形截面柱采用连续矩形复合爆旋箍（图了），可大大提高其延 性。 6)纵脑配筋率 试验表明：钢蓝混凝士单筋梁的变形能力，随藏面混凝土受压区相对高度/么的减小 而增大。而/A面着配简率的增大，钢筋屈鼠强度的提高和混覆土强度等级的降低而增大， 延性性能降低。为此，规范对一、二、三级抗覆等级框架梁的A和P作出了规定。同 时，框架梁还应满足最小配筋率的要求。 面为了避免地震作用下框架柱过早地透入屈旺阶段，增大屈服时柱的变形能力，提高柱 的延性和耗脆能力，全部纵向钢前的配前率不应过小。 (3)“强节点爵构件”设计原则 由于节点区的受力状况非常复染，所以在结构设计时只有保证各节点不出现脆性剪切酸 坏，才能使粱、柱充分爱挥其承载能力和变形能力。即在梁、柱塑性较顺序出现完成之前， 节点区不能过早酸坏， 实际设计中，为了保证框架结构的廷性，《扰震设计规范》是依据抗震等级对构件本身 不同性质的承载力或构作阿的相对的承载力进行内力调整，并依据规定的构透要求米达到延 性要求。内力调整系数。依据抗震等级不同面异：一级抗震等级以实际配脑为基健进行内力 调整：二，三级抗震等级是在设计内力的基础上进行调整。而构造要求。则根据不同的抗震 等级，规定出截面形式、尺寸限制、材料规格、配筋率以及构造形式等。 5,正候面受弯承载力计算为什么结构构件的抗震承载力设计值要除以承载力抗受调整 系数？ 容：考虑到地震作川的时间银短，快速加载时，材料度会有所提高，因此。抗震设计 时框架梁的酸面承载力应除以承载力抗覆调整系数y燃·即： SS R/Yw 式中：S一荷载效应组合的设计值： 食一结构构件的流震承我力设计值。 Y如一承载力抗震调整系数，按教材表2采用。 6.为什么（建筑抗覆设计规范）对梁璃混凝土相对受压区高度及配筋率与梁端底面和 顶面额向钢高的比值加以限制：
此外，框架结构构件的延性与箍筋形式有关。例如，西安建筑科技大学和日本川铁株式 会社的研究表明，在其它条件相同的情况下，采用连续矩形复合螺旋箍比一般复合箍筋可提 高柱的极限变形角 25%。所以矩形截面柱采用连续矩形复合螺旋箍（图 7），可大大提高其延 性。 6）纵筋配筋率 试验表明：钢筋混凝土单筋梁的变形能力，随截面混凝土受压区相对高度 x/h0 的减小 而增大，而 x/h0 随着配筋率的增大、钢筋屈服强度的提高和混凝土强度等级的降低而增大， 延性性能降低。为此，规范对一、二、三级抗震等级框架梁的 x/h0 和 ρmax 作出了规定。同 时，框架梁还应满足最小配筋率的要求。 而为了避免地震作用下框架柱过早地进入屈服阶段，增大屈服时柱的变形能力，提高柱 的延性和耗能能力，全部纵向钢筋的配筋率不应过小。 （3）“强节点弱构件”设计原则 由于节点区的受力状况非常复杂，所以在结构设计时只有保证各节点不出现脆性剪切破 坏，才能使梁、柱充分发挥其承载能力和变形能力。即在梁、柱塑性铰顺序出现完成之前， 节点区不能过早破坏。 实际设计中，为了保证框架结构的延性，《抗震设计规范》是依据抗震等级对构件本身 不同性质的承载力或构件间的相对的承载力进行内力调整，并依据规定的构造要求来达到延 性要求。内力调整系数，依据抗震等级不同而异：一级抗震等级以实际配筋为基础进行内力 调整；二、三级抗震等级是在设计内力的基础上进行调整。而构造要求，则根据不同的抗震 等级，规定出截面形式、尺寸限制、材料规格、配筋率以及构造形式等。 5．正截面受弯承载力计算为什么结构构件的抗震承载力设计值要除以承载力抗震调整 系数？ 答：考虑到地震作用的时间很短，快速加载时，材料强度会有所提高，因此，抗震设计 时框架梁的截面承载力应除以承载力抗震调整系数 RE ，即 ： S R RE 式中： S—荷载效应组合的设计值； R—结构构件的抗震承载力设计值； RE 一承载力抗震调整系数，按教材表 2 采用。 6．为什么《建筑抗震设计规范》对梁端混凝土相对受压区高度及配筋率与梁端底面和 顶面纵向钢筋的比值加以限制？
答：对强柱弱梁型框果，地震作用下将首先在框架梁的璃部出现塑性蚊。由于梁的 变形能力主要取决于梁端的塑性较转动陵力，从而雷对梁端混覆上相对受压区高度及配 筋率加以限制，以保证框架粱有足够的曲半话性。此外，梁端底面和顶面城向钢脑的比 值，同样对梁的变形能力有较大影响。柔度而的钢筋可增加负弯矩时的塑性转动能力， 还能防止在地震中晏底出现正弯矩时过早屈服或破坏过重，影响承载力和变形能力的正 常发挥。因此，（建筑抗震授计规范）对梁端混凝土相对受压区高度及配筋半与梁端底 面和暖面纵向钢筋的比值加以限制， 7,如何体现延性概梁“强算露弯”的设计原则 答：为了减少梁端塑性较区发生脆性剪切碳坏的可能性，体现廷性框果“强剪钢弯” 的设计原则，要求框架果端的受剪承载力高于其受弯承载力，而梁璃受剪承载力的提高， 首先是在剪力设计值的确定中考虑了梁端弯矩的增大，对于一级抗爱等级，因抗震要求 高，并考虑工程设计中梁端级向受拉钢简有可陵出现超配筋等情况，在计算K时，委 求框架梁的左璃和右端均取用考虑承载力抗震调整系数”：后的抗弯承载力： 其次，在里性较区，不仅有竖向裂缝，也有斜裂缝。在地震作用下，反复受弯，会 产生交叉斜裂缝，整向裂缝可能贯通。混漫土骨料的咬合作用会渐渐丧失，而主要依靠 箍筋和纵筋的销键作用传递剪力《图9)，这是十分危险的。因此如密区配筋设计时还 应进循： 性委重 图9反复荷载作用下塑性较区 ①籀箭加密区长度不得小于2倍梁高（一级抗震）或1.5倍梁高（二一四级抗震）， 且不应小于5001 ②不能用弯起钢筋抗明： 圆如密区箍筋除按曼剪承载力计算外。尚应满足表4的要求： ④第一个箍箭应设置在距离节点边缘0■咸以内： 回非加密区的赣筋最大间距不直大于加密区精筋阿距的2倍：否则破坏可能转移 到如密区之外
答：对强柱弱梁型框架，地震作用下将首先在框架梁的端部出现塑性铰。由于梁的 变形能力主要取决于梁端的塑性铰转动能力，从而需对梁端混凝土相对受压区高度及配 筋率加以限制，以保证框架梁有足够的曲率延性。此外，梁端底面和顶面纵向钢筋的比 值，同样对梁的变形能力有较大影响。梁底面的钢筋可增加负弯矩时的塑性转动能力， 还能防止在地震中梁底出现正弯矩时过早屈服或破坏过重，影响承载力和变形能力的正 常发挥。因此，《建筑抗震设计规范》对梁端混凝土相对受压区高度及配筋率与梁端底 面和顶面纵向钢筋的比值加以限制。 7．如何体现延性框架“强剪弱弯”的设计原则？ 答：为了减少梁端塑性铰区发生脆性剪切破坏的可能性，体现延性框架“强剪弱弯” 的设计原则，要求框架梁端的受剪承载力高于其受弯承载力。而梁端受剪承载力的提高， 首先是在剪力设计值的确定中考虑了梁端弯矩的增大。对于一级抗震等级，因抗震要求 高，并考虑工程设计中梁端纵向受拉钢筋有可能出现超配筋等情况，在计算 Vb 时，要 求框架梁的左端和右端均取用考虑承载力抗震调整系数γRE 后的抗弯承载力。 其次，在塑性铰区，不仅有竖向裂缝，也有斜裂缝。在地震作用下，反复受弯，会 产生交叉斜裂缝，竖向裂缝可能贯通，混凝土骨料的咬合作用会渐渐丧失，而主要依靠 箍筋和纵筋的销键作用传递剪力（图 9），这是十分危险的。因此加密区配筋设计时还 应遵循： 图 9 反复荷载作用下塑性铰区 ① 箍筋加密区长度不得小于 2 倍梁高（一级抗震）或 1.5 倍梁高（二～四级抗震）， 且不应小于 500mm； ② 不能用弯起钢筋抗剪； ③ 加密区箍筋除按受剪承载力计算外，尚应满足表 4 的要求； ④ 第一个箍筋应设置在距离节点边缘 50 mm 或以内； ⑤ 非加密区的箍筋最大间距不宜大于加密区箍筋间距的 2 倍；否则破坏可能转移 到加密区之外
@在箍筋加密区范围内，蔽筋肢距一级抗震等级不宜大于200■及0倍蔽筋直径较大 值：二、三级不宜大于250■及20倍箍脑直径较大值：四领不宜大于300■ 表4梁瑞加密区籀略构造要求 抗震等缓 箍蓝最大间距（取最小植） 箍筋最小直径 A,/4,6d,100m ◆10 二 中8 4/4,8d,100mm 本8 四 A/48d.150mm 中6 九，/48d,150mm 注：表中h,为果高：d为纵筋直径 8.什么是强柱弱梁？是不是当柱子的截面大于梁的截面或柱子线刚度大于梁的线刚度 就是强柱翁梁？什么是强剪端弯？设计中如何实现强剪瑞弯？ 答：控制梁、柱的相对承我力，使塑性较首先在梁端出现，尽量避免或减少柱子中的厘 性较，底层柱柱根的塑性较较晚形成，各层柱子的屈服顺序应错开，不要集中在某一层。这 就是强柱周梁。 当柱子的截面大于梁的截面或柱子线刚度大于梁的线刚度均不是强柱膏梁。 在进行框架梁、柱设计时，应使构件的受剪承载力大于其受弯承载力，使构件发生延性 较好的弯曲破坏，道免发生延性较差的剪切破坏，而且保证构件在塑性较出现之后也不过早 剪坏，这就是“强剪弱弯”的设计原则，它实际上是控制构件的破坏形态。 设计中，将剪力设计值乘以增大系数，实现强剪弱弯，推迟剪切破坏。 9.抗覆设计时，粗架梁璃截面、梁跨中截面的漫减土受压区高度应满足什么要求？沿 起架景全长项面和底面的抓向钢岛配置有事些规定和要求？为什么了 容：(1)抗震设计时，框架梁端截面的混凝士受压区高度应满足下列要求： 一级抗震等领 x≤025h 二，三级抗震等级 x≤035h 梁跨中截面： xS5角 (2)框架梁的两璃箍筋如密区范围内，底面和项面纵向受力钢筋的截面面积比值，应 符合下列要求：
⑥ 在箍筋加密区范围内，箍筋肢距一级抗震等级不宜大于 200mm 及 20 倍箍筋直径较大 值；二、三级不宜大于 250mm 及 20 倍箍筋直径较大值；四级不宜大于 300mm。 表 4 梁端加密区箍筋构造要求 抗震等级 箍筋最大间距(取最小值) 箍筋最小直径 一 二 三 四 hb 4,6d,100mm hb 4,8d,100mm hb 4,8d,150mm hb 4,8d,150mm φ10 φ8 φ8 φ6 注：表中 b h 为梁高； d 为纵筋直径 8．什么是强柱弱梁？是不是当柱子的截面大于梁的截面或柱子线刚度大于梁的线刚度 就是强柱弱梁？什么是强剪弱弯？设计中如何实现强剪弱弯？ 答：控制梁、柱的相对承载力，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱子中的塑 性铰，底层柱柱根的塑性铰较晚形成，各层柱子的屈服顺序应错开，不要集中在某一层。这 就是强柱弱梁。 当柱子的截面大于梁的截面或柱子线刚度大于梁的线刚度均不是强柱弱梁。 在进行框架梁、柱设计时，应使构件的受剪承载力大于其受弯承载力，使构件发生延性 较好的弯曲破坏，避免发生延性较差的剪切破坏，而且保证构件在塑性铰出现之后也不过早 剪坏，这就是“强剪弱弯”的设计原则，它实际上是控制构件的破坏形态。 设计中，将剪力设计值乘以增大系数，实现强剪弱弯，推迟剪切破坏。 9．抗震设计时，框架梁端截面、梁跨中截面的混凝土受压区高度应满足什么要求？沿 框架梁全长顶面和底面的纵向钢筋配置有哪些规定和要求？为什么？ 答：（1）抗震设计时，框架梁端截面的混凝土受压区高度应满足下列要求： 一级抗震等级 25 0 x 0. h 二、三级抗震等级 35 0 x 0. h 梁跨中截面： h0 x b （2）框架梁的两端箍筋加密区范围内，底面和顶面纵向受力钢筋的截面面积比值，应 符合下列要求：
一级抗蜀等级 A/A205 二，三级抗震等级 A/420.3 (3)之所以作上述规定，是因为对强柱弱梁型框果，地震作用下将首先在框架梁 的端部出现塑性较。由干梁的变形能力主要取决于梁端的是性较转动能力，从面需对粱 璃温凝土相对受压区高度及配筋率加以限制，以保证框架梁有足够的由率延性。此外， 梁端成面和顶面纵向钢简的比植，同样对梁的变形能力有较大影响。梁依面的钢筋可增 如负弯矩时的塑性转动能力，还能防止在地震中梁底出现正弯矩时过早屈服或破坏过 重，影响承载力和变形能力的正常发挥。因此，规范中作出了上迷规定。 10.哪些截面是框架梁、柱的内力控制截面？ 答：框架在恒载、棱面活荷载、屈面活荷载、风荷载作用下的内力求出以后，要计 算各主要截面可能发生的最不利内力，这种计算各主要截面可能发生的最不利内力的工 作，称之为内力组合。 框架每一根杆件都有许许多多藏面，内力组合只需在每根杆件的几个主要蓝面进 行。这儿个主要餐面的内力求出后，核此内力速行杆件的配筋便可以保证此杆件有足够 的可掌度。这些主要截面称之为杆件的控制截面。 每一根梁一般有三个控制截面：左端支座载面、跨中截面和右瑞支座截面。而每一 根桂一般只有两个控制裁面：桂顶截面和桂底餐面。 1山.影响柱延性的因素有哪些？如何设计延性柱？ 容：(1)限制桂剪跨比一一柱的剪跨比无■M以 ，《K「分别是授面承受的弯矩、 尊力值。么为柱硅面高度)。试验研究发现，剪跨比A≥2的柱属于长柱，只要构造合 理，通常发生菇性好的弯曲破坏：当剪跨比1.5≤12的柱为短柱，柱子将发生以剪切 为主的破坏，当提高混藏士土强度等领减配有足够的箍筋时，也可能发生具有一定廷性的 剪医破坏：面当剪跨比入《1.5时为极短柱，柱的破坏形态是龍性的剪切解拉破坏，几 乎没有延性，设计中应当递免。 (2)柱剪压比限制一一当构件的截面尺寸太小或混凝士强度太低时，按抗剪承载 力公式计算的筋数量会很多，则箍筋在充分发挥作用之前，构件将过早星现跪性斜压 酸坏，这时再增如裤筋用量已授有意义。因此，设计中应限制劈压比（以从）即 截面的平均剪应力，使抗脑数量不至于太多，同时，也可有效地防止斜餐缝过早出现
一级抗震等级 0.5 ' As As 二、三级抗震等级 0.3 ' As As （3）之所以作上述规定，是因为对强柱弱梁型框架，地震作用下将首先在框架梁 的端部出现塑性铰。由于梁的变形能力主要取决于梁端的塑性铰转动能力，从而需对梁 端混凝土相对受压区高度及配筋率加以限制，以保证框架梁有足够的曲率延性。此外， 梁端底面和顶面纵向钢筋的比值，同样对梁的变形能力有较大影响。梁底面的钢筋可增 加负弯矩时的塑性转动能力，还能防止在地震中梁底出现正弯矩时过早屈服或破坏过 重，影响承载力和变形能力的正常发挥。因此，规范中作出了上述规定。 10．哪些截面是框架梁、柱的内力控制截面？ 答：框架在恒载、楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载作用下的内力求出以后，要计 算各主要截面可能发生的最不利内力。这种计算各主要截面可能发生的最不利内力的工 作，称之为内力组合。 框架每一根杆件都有许许多多截面，内力组合只需在每根杆件的几个主要截面进 行。这几个主要截面的内力求出后，按此内力进行杆件的配筋便可以保证此杆件有足够 的可靠度。这些主要截面称之为杆件的控制截面。 每一根梁一般有三个控制截面：左端支座截面、跨中截面和右端支座截面。而每一 根柱一般只有两个控制截面：柱顶截面和柱底截面。 11．影响柱延性的因素有哪些？如何设计延性柱？ 答：（1）限制柱剪跨比——柱的剪跨比 Vhc = M （M、V 分别是截面承受的弯矩、 剪力值，hc 为柱截面高度）。试验研究发现，剪跨比λ≥2 的柱属于长柱，只要构造合 理，通常发生延性好的弯曲破坏；当剪跨比 1.5≤λ<2 的柱为短柱，柱子将发生以剪切 为主的破坏，当提高混凝土强度等级或配有足够的箍筋时，也可能发生具有一定延性的 剪压破坏；而当剪跨比λ<1.5 时为极短柱，柱的破坏形态是脆性的剪切斜拉破坏，几 乎没有延性，设计中应当避免。 （2）柱剪压比限制——当构件的截面尺寸太小或混凝土强度太低时，按抗剪承载 力公式计算的箍筋数量会很多，则箍筋在充分发挥作用之前，构件将过早呈现脆性斜压 破坏，这时再增加箍筋用量已没有意义。因此，设计中应限制剪压比（ bh0 V f c ）即 截面的平均剪应力，使箍筋数量不至于太多，同时，也可有效地防止斜裂缝过早出现
减轻混凝土辞裂程度。这实质上也是对构件最小截面尺寸的要求。 (3)桂轴压比限制一一轴压比的大小，与柱的酸坏形态和变形使力是密切相关的。而 且，轴压比是影响柱的话性的重要因素之一，柱的变形能力随轴压比增大面急侧降低，尤其 在高轴压比下，增加赣筋对改善柱变彩能力的作用并不明显。所以，抗震授计中应限制柱的 轴压比不能太大，其实顺瓷是希望框架柱在地震作用下，仍能实现大偏心受压下的弯由破坏， 使柱具有延性性质， 《4)配置足量辕筋一一在柱端塑性较区配置足够的械筋，可约束核心混凝土，曼著提 高塑性软区混凝士的极限应变植，提高抗压强度，防止斜裂缝的开展，从而可充分发挥壁性 较的变形和耗能能力，提高梁、柱的瑶性：面且解推作为纵向钢简的侧向支承，阻止纵筋压 屈，使纵筋充分发挥抗压强度。所以规范规定，在粗架柱蝴型性较区，箍筒您须加密， 此外，框黑结构构件的廷性与薇筋形式有关。矩形载面柱采用连续矩形复合螺炭箍，可 大大提高其廷性。 (5)控制纵筋配筋率一为了道免地膜作用下框架柱过早地进入屈服阶段，增大屈服 时柱的变形橙力，提高柱的延性和耗能隆力，全部纵向钢筋的配筋率不应过小。 12.在延性医架的设计中，为何采用“强节点弱构件”的设计原则？高层框架一剪力墙 结构中。为何在建筑物的周边附近、棱梯何、电梯间、平雨形状变化及恒载较大的部位宜布 置剪力墙？ 答：由于节点区的受力状况非常复杂，所以在结构设计时只有保证各节点不出现脆性剪 切破坏，才能使梁、柱充分发挥其承载能力和变形能力，实现延性框架。因此设计时尽量保 正梁，柱塑性较顺序出现完成之前，节点区不能过早破坏。 将剪力培布置在棱梯饲、电梯阿、平面形状变化处是因为，楼板的例度在这些位置受到 削写，地震时会由于应力集中而发生较严重的震害。所以布置剪力墙予以加强。 13.在抗震设计的框架柱中，加密区拾前的体积配拾半是根据理些因素确定的？非加密 区的藤筋用量有何要求？为什么？ 容：震设计的框架柱，其加密区藤筋的体积配糖率根据抗震等级，箱蓝形式和抽压比确 定。 丰如密区的箍脑不宜少于加密区箍脑的50%，且箍前何距，一、二缓框架柱不应大于 10倍纵筋直径小三，四缓框架柱不应大于154 这是考感到桂子在层高范围内臂力不变及可能的扭转影响，为避免桂子非加密区的受聊 能力实然降低根多，适成柱子中段破坏，规范作了上述线定
减轻混凝土碎裂程度。这实质上也是对构件最小截面尺寸的要求。 （3）柱轴压比限制——轴压比的大小，与柱的破坏形态和变形能力是密切相关的。而 且，轴压比是影响柱的延性的重要因素之一，柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低，尤其 在高轴压比下，增加箍筋对改善柱变形能力的作用并不明显。所以，抗震设计中应限制柱的 轴压比不能太大，其实质就是希望框架柱在地震作用下，仍能实现大偏心受压下的弯曲破坏， 使柱具有延性性质。 （4）配置足量箍筋——在柱端塑性铰区配置足够的箍筋，可约束核心混凝土，显著提 高塑性铰区混凝土的极限应变值，提高抗压强度，防止斜裂缝的开展，从而可充分发挥塑性 铰的变形和耗能能力，提高梁、柱的延性；而且钢箍作为纵向钢筋的侧向支承，阻止纵筋压 屈，使纵筋充分发挥抗压强度。所以规范规定，在框架柱端塑性铰区，箍筋必须加密。 此外，框架结构构件的延性与箍筋形式有关。矩形截面柱采用连续矩形复合螺旋箍，可 大大提高其延性。 （5）控制纵筋配筋率——为了避免地震作用下框架柱过早地进入屈服阶段，增大屈服 时柱的变形能力，提高柱的延性和耗能能力，全部纵向钢筋的配筋率不应过小。 12．在延性框架的设计中，为何采用“强节点弱构件”的设计原则？高层框架—剪力墙 结构中，为何在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位宜布 置剪力墙？ 答：由于节点区的受力状况非常复杂，所以在结构设计时只有保证各节点不出现脆性剪 切破坏，才能使梁、柱充分发挥其承载能力和变形能力，实现延性框架。因此设计时尽量保 证梁、柱塑性铰顺序出现完成之前，节点区不能过早破坏。 将剪力墙布置在楼梯间、电梯间、平面形状变化处是因为，楼板的刚度在这些位置受到 削弱，地震时会由于应力集中而发生较严重的震害，所以布置剪力墙予以加强。 13．在抗震设计的框架柱中，加密区箍筋的体积配箍率是根据哪些因素确定的？非加密 区的箍筋用量有何要求？为什么？ 答：震设计的框架柱，其加密区箍筋的体积配箍率根据抗震等级、箍筋形式和轴压比确 定。 非加密区的箍筋不宜少于加密区箍筋的 50％，且箍筋间距，一、二级框架柱不应大于 10 倍纵筋直径 d，三、四级框架柱不应大于 15d。 这是考虑到柱子在层高范围内剪力不变及可能的扭转影响，为避免柱子非加密区的受剪 能力突然降低很多，造成柱子中段破坏，规范作了上述规定