512特大地震后对框架结构的延性抗震设计的重新思考大学论文.doc

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1、 2008届土木工程专业毕业论文目 录1 概述42 强柱弱梁设计探讨52.1 粱铰机构方案讨论 62.2 梁柱铰机构方案讨论 63 强剪弱弯设计探讨103.1 讨论如何提高作用剪力 113.1.1 梁作用剪力113.1.2 柱作用剪力113.1.3 梁柱节点作用剪力113.2 讨论如何调整抗剪承载力 124 构造措施设计探讨134.1 讨论梁的构造措施 134.2 讨论柱的构造措施 144.3 讨论节点的构造措施 155 结论17参考文献18致 谢19512特大地震后对框架结构的延性抗震设计的重新思考 专业：土木工程教育 姓名：景正凤指导老师：莫 忧摘要：框架结构虽具有良好的抗震性能，但在51

2、2特大地震中，被破坏的框架结构房屋所占的比重和由此造成的损失仍相当大。为此，我们现应对框架结构的抗震设计作重新思考，保证框架结构在破坏前具有良好的延性，而结构抗震的本质就是延性,提高延性可以增加结构抗震潜力,增强结构抗倒塌能力。对于有较高延性要求的框架结构,必须使用能力设计法进行有关设计，保证结构的延性,以提高框架结构的抗震性能。关键词：框架结构; 延性; 地震; 抗震设计May 12 after the major earthquake on the framework of the Seismic Design of ductility rethinkProfessional：Civil

3、Engineering Education Name: Jing Zhengfeng Tutor: Mo YouAbstract: Although the frame structure has a good seismic performance, in the May 12 earthquake in the large, the destruction of the framework is still a considerable number of housing, and the enormous loss. To this end, we are now frame struc

4、ture deal with the seismic design for re-thinking to ensure that the destruction of pre-frame structure has a good ductility, However, the structure earthquake resistances essence is a ductility, improve the ductility can increase the potential for seismic structure, and enhance the ability of the c

5、ollapse of the structure. For a higher ductility requirements of the structural framework must be used to ability design law to carry on the related design to ensure that the structure of ductility, to enhance the structural framework of the seismic performance.Key words: Framed structure; Ductility

6、; Earthquake; Aseismatic design前 言2008年5月12日14时28分，四川汶川发生里氏8.0级特大地震。一时天崩地裂，路毁桥断，房屋垮塌，一条条鲜活的生命瞬间被无情吞噬，无数的家庭毁于一旦，而成千上万的受伤者，还在泥土和瓦砾中挣扎汶川特大地震牵动着全国人民的心。地震造成大量人员伤亡和财产巨大损失，主要是由建筑物破坏所引起。作为一名土木工程专业本科生，深感肩上责任重大。痛定思痛，需要我们深刻反思，吸取教训，重视抗震建筑，以最大限度的减少地震造成的损失。据统计，我国是世界上地震多发国家之一，大陆地震约占世界大陆地震的三分之一，需要考虑抗震设防的地域辽阔。历次强震经验

7、表明，地震是对建筑结构延性抗震能力的直接检验。地震造成的人员伤亡和经济损失，主要是因为房屋破坏和工程结构倒塌引起的。目前，应用得比较多的一种结构形式是框架结构，这种结构平面布置灵活、延性好,不足的是框架结构抗侧刚度较小，地震时结构将产生较大的侧向位移。国内外的震害也表明，由于框架结构地震时层间变形大，即使是遭遇不大的地震，它的非结构构件如填充墙、女儿墙等也很容易破坏。如图1所示：汶川某汽车修理厂，五层框架结构，其破坏的主要原因是：墙体受剪承载力低，变形能力小，墙体与框架缺乏有效的拉结，在往复变形时墙体很容易发生剪切破坏和散落。另外，由于框架结构填充墙的刚度大而承载力较低，会首先承受地震作用而遭

8、破坏。一般7度即出现裂缝，8度和8度以上地震作用下，裂缝明显增加，甚至部分倒塌。而512汶川地震为8.0级特大地震，震级相当大，这也是引起墙体倒塌的原因。因此，研究框架结构的延性抗震性能在我国具有充分的必要性，重视框架结构的延性抗震设计，提高其结构的延性抗震性能是减轻地震灾害的根本途径。1 概述地震是至今人类不能防御的天灾，但随着科技的发展，减少大地震造成的损失却完全可以做到。这其中最主要的是应高度重视发展抗震建筑，保证建筑物在受震破坏前，具有一定的延性。512特大地震后,我们应对框架结构的延性抗震设计作重新思考,这也主要是强调“延性结构”，增加结构的延性以在地震中获得较大的变形耗能。大量震害

9、表明，能随地震一起摆动的建筑物一般不容易倒塌，其延性较好。如图2所示：汶川某工地旁民用楼房，五层框架结构，在512汶川8.0级特大地震作用下，楼房虽已严重变形倾斜，但生存空间仍在，如此高的烈度，也算是比较成功的抗震设计。其原因就在于：这幢房屋在地震中获得了较大的变形耗能，柔韧性比较好，能随地震一起摆动，具有一定的抗侧刚度。而有些建筑物的建筑结构虽未遭破坏，但却整幢房屋倒塌了，其原因就在于它们的延性不同。日本和美国在提高房屋建筑结构延性方面有一定的经验，它们是在高层建筑物的基础中采用“地基地震隔绝”技术，在建筑物的底部安装橡胶弹性垫或摩擦滑动承重座等抗震缓冲装置，以防止建筑物在地震中断裂，并增强

10、其柔韧性。我们知道，由于混凝土构件从材料上看是脆性的，或者说变形能力很小。因此，在进行框架结构抗震设计时，不仅应使框架结构具有足够的承载能力，还应有良好的塑性变形能力（结构延性）和合理的破坏机制。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。此外，在框架结构中还应重视塑性铰设计，由于每一个塑性铰的塑性转动都要吸收和耗散一部分地震能量,它是以塑性铰的出现来改善结构的延性，并保证结构不至形成破坏机构的。因而在框架结构延性抗震设计时应遵循“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点、强

11、锚固”的设计原则。在二十世纪70年代后期，新西兰知名学者T.Paulay和Park提出的框架结构在设计地震力取值偏低的情况下具有足够延性的一种结构延性抗震设计方法能力设计法（capacity design）。该方法是基于非弹性性能对结构抗震能力贡献的理解和超静定结构在地震作用下实现具有延性破坏机制的控制思想提出的，可有效保证和达到结构抗震设防目标，同时又使设计做到经济合理。其核心思想为：通过“强柱弱梁”引导结构形成“梁铰机构”或者“梁柱铰机构”；通过“强剪弱弯”避免结构在达到预计延性能力前发生剪切破坏；通过必要构造措施使可能形成塑性铰的部位具有必要的塑性转动能力和耗能能力。从以上三个方面保证使

12、结构具有必要的延性。框架结构作为常见的结构形式，当然其延性设计也主要是从这三个方面来体现的。要使框架结构具有良好延性，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。因此框架结构延性抗震设计的关键是梁柱塑性铰设计。为此，理应遵框架结构延性设计思想能力设计法（capacity design）核心思想：“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点和强锚固”。本文通过以512特大地震后对框架结构的延性抗震设计的重新思考为例，提出并阐述自己对框架结构的延性抗震设计的理解和认识，探讨了“强柱弱梁、强剪弱弯”以及构造措施的设计。 2 强柱弱梁设计探讨 如图3所示，为强柱弱梁型框架。由结构动

13、力反应分析表明，结构的变形能力和破坏机制有关。常见有三种典型的耗能机构，即“梁铰机构”、“柱铰机构”、“梁柱铰机构”。“梁铰机构” 和“梁柱铰机构”的梁先屈服，可使整个框架有较大的内力重分布和能量消耗能力，极限层间位移大，塑性铰数量多，不会因个别塑性铰失效而结构整体失效。因而抗震性能好，是框架结构理想的耗能机构。我国规范采用的是允许柱子出铰的梁柱铰方案，采取相对的“强柱弱梁”措施，推迟柱子的出铰时间。但这样不能完全排除出现薄弱层的柱铰机构的可能性，因而需要限制柱子的轴压比，必要时应通过时程分析法判断结构的薄弱层，防止出现柱铰机构。在地震作用下，框架结构中塑性铰出现的位置或顺序是不同的，这将使框

14、架结构产生不同的破坏形式。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。这就是“强柱弱梁”的设计原则，它实际上是控制塑性铰的位置。下面首先对出铰的合理部位进行讨论，各国大致的思路差不多，都偏向于使梁端先于柱端出铰的方案。归纳起来，这种出铰方案的优点有如下三个方面： （1）粱的延性易于控制，且一般情况下比柱的延性大；（2）梁铰比柱铰形成的整体塑性变形小；（3）梁铰机构形成的塑性变形比较稳定。2.1 粱铰机构方案讨论“梁铰机构”，其具体措施是人为地较大幅度增加柱端的抗弯能力，使除底层柱底以外的各柱端在较强地震作用下，原则上不进入屈服后状态，即不出现塑

15、性铰。由于柱端原则上不进入屈服，曲率较小，因此对除底层柱底的其它各层柱端不必提出严格的轴压比控制条件，即不必一定要把柱端的受力状态控制在离大、小偏心受压界限状态尚有一定距离的延性较好的大偏心受压状态。这种机构主要靠梁端出铰来耗散地震能量。在承认优先形成梁铰的前提下，国外还有两种不同的设计方法：一种是由新西兰为代表的，倾向于形成理想的粱铰机构，就是保证梁端出现塑性铰，而柱子除底层外，均不出现塑性铰。此时对除底层柱外给柱子相对于梁比较大的超强系数 (大概2.0)，好处是这时柱子 (除底层外)不需要进行复杂的配箍，因为采用这样的系数能保证出铰很明确。但正是由于这种设计方法追求理想的粱铰机构导致底层柱

16、子相比较弱，就有出铰的可能，相应就必须采用构造措施保证这个部位的塑性变形性能。同时，若底层柱出铰对结构的影响就会较大，一旦压溃可能会导致结构的整体倒塌，这就必须从构造上给予保障，增加了构造的难度。另一种方案是以美国为代表的，这种方案引导结构柱铰晚于梁铰出现，同时可不限制铰的出现，但要求结构不形成侧移结构，这时对柱子的超配系数比起新西兰要求的要小 (大概1.4)，同时对柱子采用配箍筋加以约束的方案。其实对柱子采用超配系数的确定问题比较复杂，要受很多因素的影响。如梁端构造的超配的影响；梁柱端塑性铰出现内力重分布的影响；屈服前的非弹性特征可能使柱子的实际弯矩大于弹性分析得到的弯矩；材料差异所带来的不

17、确定因素；结构非弹性特征的发育导致结构动力特性变化所带来的影响等等。2.2 梁柱铰机构方案讨论“梁柱铰机构”实质上就是在一定程度上人为增大柱的抗弯能力，因此，从总体上说，柱端虽然与梁端相比相对较强，但在强震或特大地震作用下，柱端仍有可能进入屈服，只不过梁端出现塑性铰的机会较多、较早，塑性转动较大；柱端塑性铰则出现相对较迟，塑性转动相对较小。只要对柱的轴压比控制较严，使柱端不出现小偏心受压和离大、小偏心受压分界状态过近的大偏心受压情况，再通过加强对柱端塑性铰区的约束，就可以使柱端具有所需的塑性转动能力且不致压溃。这种机构主要靠梁柱共同出铰来耗散地震能量。我国规范选择的是第二种方案，即“梁柱铰机构

18、”。这即是我们通常所说的“强柱弱梁”。为了实现能力设计方法（capacity design）中的强柱弱梁机构，通常的做法是对柱截面的组合弯矩乘以增大系数；也可以对由梁端实际配筋反算出梁端可抵抗弯矩，即实配弯矩乘以增大系数的方法来实现，并用增大后的弯矩值进行柱端控制截面的承载力设计。对比以上两种机构，由理论分析表明，前者实际上是提高了柱的强度，加强了柱的弹性变形能力。在实际配筋当中，纵筋用量相对较多，箍筋用量相对较少；后者实际上是提高了柱的塑性变形能力（延性），在实际配筋当中，纵筋用量相对较少，箍筋用量相对较多。应当注意的是，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

19、以抵抗外荷载并具有延性。而强梁弱柱型结构的塑性铰首先出现在柱中，破坏时只跟最薄弱层柱的强度和延性性能有关，与其他各层梁柱的承载能力和耗能能力均没有发挥作用。如图4所示：北川县第一中学，五层框架结构教学楼，在512汶川8.0级特大地震作用下，只剩下了上三层。其主要原因是：结构破坏时一、二层梁的延性远大于柱的延性，柱抗弯能力较小，导致梁的强度和延性还没有充分发挥，柱就已被压碎，由于柱中首先出现塑性铰，形成几何可变体系，在地震力的往复作用下，不能继续承受外荷载，而发挥整体抗震能力，最终引起这两薄弱层结构垮塌。而强柱弱梁型结构的塑性铰首先出现在梁中，当部分梁端甚至全部梁端均出现塑性铰时，结构仍能继续承

20、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。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。如图5所示：红白镇街道旅馆，四层框架结构，从图中可以看出，端墙中的钢筋混凝土柱作用十分明显，在512汶川8.0级特大地震作用下，部分梁端虽出现塑性铰，已破坏，但这时结构仍能继续承受外荷载而不至倒塌。其主要原因是：柱的线刚度与梁的线刚度相比相对较大，柱的塑性转动相对较小，因而柱子受弯承载力较大，在强震或特大地震作用下，框架的塑性铰会首先出现在梁端，这可以使结构在破

21、坏前有较大的变形，吸收和耗散较多的地震能量，具有较好的抗震性能。当然，柱端也有可能进入屈服状态，出现塑性铰，但它会较梁端出现塑性铰的机会较少或较迟，这样就避免柱中出现塑性铰而形成柱铰型破坏机构。比如：我们的邻国日本是一个地震多发的国家，据统计，每年发生有感地震约1000多次，全球10%的地震均发生在日本及其周边地区。近年来，日本不断加大房屋抗震的新技术开发，探索房屋结构延性抗震的新思路。日本政府也十分重视发展抗震建筑。如图6所示：为日本的一幢抗震建筑。从图中可以看出，日本的这幢框架结构建筑设置了多道抗震防线，3层的人字支撑，在结构中就是多余约束，提供多道防线，在地震作用下，首先破坏的应该是这种

22、赘余约束。通过这种赘余构件的变形、破坏吸收和耗散地震能量，达到保护主体结构不被破坏的目的,也起到“大震不倒”的目的。我们常见的“强柱弱梁”的调整措施实质上就是要人为增大柱子的抗弯能力，诱导框架在梁端先出现塑性铰。这是考虑到柱中实际弯矩在地震作用下可能增大，在结构出现塑性铰之前，结构构件因受拉区混凝土开裂和受压区混凝土的非弹性性质，钢筋与混凝土之间的粘结退化，使得各构件刚度降低。此外，梁刚度降低较受压的柱子相对严重，结构会由最初的剪切型变形向剪弯型变形过渡，柱内的弯矩较梁端的弯矩比例增大；同时结构的周期加长，影响到结构各振型的参与系数的大小；地震力系数发生变化，导致部分柱子弯矩增大，由于构造原因

23、及设计中钢筋的人为增大，使得梁的实际屈服强度提高，从而使得梁出现塑性铰时柱内弯矩增大。结构出现塑性铰之后，同样有上述原因的存在，而且结构屈服后的非弹性过程就是地震力进一步增大的过程，柱弯矩随地震力的增大而增大。这时地震力引起的倾覆力矩改变了柱内的实际轴力。我国建筑抗震设计规范GB 500112001和高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32002中规定的轴压比限值一般能保证柱子在大偏心受压的范围内，让构件成弯曲延性破坏。此外，由轴压比公式可知，轴压比越大，构件的延性越差，对于层高不大的楼层柱其效果更为明显，因此，轴力的减小也能导致柱子屈服能力的降低。同时建筑抗震设计规范GB 500112001中

24、6.2对柱内力的调整作了相关规定：除框架顶层和柱轴压比小于0.15者外，柱端考虑地震作用组合的弯矩设计值应按公式：予以调整，柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取1.4、1.2和1.1。9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合，节点左、右梁端逆时针或顺时针方向实配的正截面受弯承载力所对应的弯矩值之和，可根据实配钢筋面积（计入受压钢筋）及材料强度标准值并考虑承载力抗震调整系数计算确定。另外，由于底层柱轴力大，塑性转动能力差，为避免柱脚出铰后压溃，在抗震设计时，高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32002中6.2.2和混凝土结构设计规范GB 50010-2002中11.4.3都规定：考虑地震作用组合

25、的框架结构底层柱下端截面的弯矩设计值，对一、二、三级抗震等级应按考虑地震作用组合的弯矩设计值分别乘以系数1.5、1.25和1.15确定。以保证框架底层柱柱底不过早出现塑性铰，影响整个结构的变形能力，也利于结构持续变形，提高柱根的承载能力，以便吸收和耗散地震能量。如图7所示：映秀镇某商住楼，六层框架结构柱脚破坏图，其破坏的主要原因是：在512汶川8.0级特大地震作用下，底层柱柱底由于塑性转动能力差，轴力又较其余楼层柱大，若随着梁端塑性铰的出现，结构还将发生塑性内力重分布，底层柱反弯点的位置也将发生改变，有可能不在柱的层高范围内(说明框架梁相对较弱)，这必将会引起底层柱下端截面弯矩增大。在竖向荷载

26、和地震共同作用下也会引起内力集中或压屈失稳，从而导致柱脚过早出现塑性铰被压溃，影响整个结构的变形能力，这不利于结构延性的充分发挥和整个结构吸收、耗散地震能量。为此，混凝土结构设计规范GB 50010-2002中11.4.2规定：当反弯点不在柱的层高范围内时，一、二、三级抗震等级的框架柱端弯矩设计值应按考虑地震作用组合的弯矩设计值分别直接乘以系数1.4、1.2、1.1确定。此外，当分别按两个主轴方向考虑地震作用时，由地震引起的建筑结构扭转会使角柱地震作用效应明显增大，当这种作用效应增大到一定程度时，会使结构破坏，甚至引起房屋倒塌。如图8所示：绵竹某机械厂，三层框架结构，角柱破坏严重，这主要是由于

27、角柱在组合荷载作用下双向受弯、双向偏心受压、受剪，加上在侧向力作用下，结构难免会发生整体扭转，这时角柱所受的剪力最大，而设计时往往考虑不周到。因而角柱震害比内柱重。尤其是在512汶川8.0级这样的特大地震作用下，即使在完全对称的结构中，亦不可避免会受到扭转作用，然而，扭转常常又会使结构遭受严重破坏。为此，在框架结构延性抗震设计时，应特别重视角柱的扭转问题，这要着重从设计方案、抗侧力结构布置或配筋构造、连接构造上妥善考虑：一方面尽可能减少扭转，另一方面尽可能加强结构的抗扭能力。同时高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32002中6.2.4和建筑抗震设计规范GB 500112001中6.2.6等都规

28、定：抗震设计时，框架角柱应按双向偏心受力构件进行正截面承载力设计。一、二、三级框架角柱用计算调整后的弯矩、剪力设计值应乘以不小于1.10的增大系数。这样基本上能保证角柱在地震作用效应明显增大时不被破坏。以上“强柱弱梁”的设计方案和调整措施，经过理论分析和大量震害实事表明，基本满足抗震设防目标：即“小震不坏、中震可修、大震不倒”的要求。3 强剪弱弯设计探讨“强剪弱弯”就是为了保证塑性铰截面在达到预期非弹性变形之前不发生剪切破坏。实质上就是要通过人为增大各类构件的抗剪能力，使其不致在强烈地震作用下，在结构延性未发挥出来之前出现非延性的剪切破坏。大量震害实事表明，对适筋梁或大偏心受压柱，在截面破坏时

29、可以达到较好的延性，同时吸收和耗散较多的地震能量，使内力重分布得以充分发展；而当框架梁柱在受到较大剪力时，往往又是呈现脆性破坏。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。就框架结构而言，主要表现在梁端、柱端、梁柱节点核心区，其做法是用剪力增大系数增大梁端、柱端、以及梁柱节点处的组合剪力值，并用增大后的剪力设计值进行受剪控制截面控制条件，进行验算和设计。具体方法如下：（1）直接对一跨梁左、右端逆时针或顺时针方向截面

30、的组合弯矩设计值乘以梁剪力增大系数，再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力。（2）沿逆时针或顺时针方向求得一跨梁两端截面按实际配筋能够抵抗的弯矩，对其乘以增大系数，再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力。与非延性抗震结构相比，框架结构延性抗震设计的“强剪弱弯”主要表现在提高作用剪力和调整抗剪承载力两个方面：3.1 讨论如何提高作用剪力作用剪力的提高，与多方面的因素有关（如抗震等级、设防烈度等），这在我国相关规范里都有明确的规定。3.1.1 梁作用剪力为保证框架梁在地震力作用下呈梁铰型延性机构，减少梁端塑性铰区发生脆性剪切破坏的可能性，梁端的斜截面受剪

31、承载力应高于正截面受弯承载力，即应将框架梁设计成“强剪弱弯”构件。高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32002中6.2.5规定：四级抗震等级的框架梁可直接取考虑地震作用组合的剪力计算值，不作提高要求。但对于一、二、三级抗震等级框架梁的剪力设计值，应按“强剪弱弯”的抗震设计目标, 根据梁端弯矩调整梁端剪力设计值，由下式计算：。对于9度抗震设计的结构和一级抗震的框架结构尚应符合：。其中，梁剪力增大系数，一、二、三级分别取1.3、1.2和1.1，考虑地震作用组合的重力荷载代表值（9度时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。我国规范规定的框架梁作用剪力的提高方法，基本上

32、能保证“强剪弱弯”的延性抗震设计要求。3.1.2 柱作用剪力为提高柱的延性，对于一、二、三级抗震等级的框架结构，框架柱的设计除了应满足“强柱弱梁”的要求外，还应满足“强剪弱弯”的要求，即柱的斜截面受剪承载力应大于正截面受弯承载力，抗震设计框架柱的剪力设计值，在高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32002中6.2.3有明确规定：一、二、三级时应按下列公式计算：， 9度抗震设计的结构和一级抗震的框架结构尚应符合：，其中，柱端剪力增大系数，一、二、三级分别取1.4、1.2和1.1，四级抗震设计的框架柱，取相应的内力组合所得的最大剪力作为剪力设计值。3.1.3 梁柱节点作用剪力而梁柱节点，抗震设计时，

33、一、二级框架的节点核心区应按高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32002中附录C进行抗震验算；三、四级框架节点以及各抗震等级的顶层端节点核心区，可不进行抗震验算。此外，各级抗震等级的框架节点还应符合相应的构造措施要求。对于9度抗震设计及一级抗震等级的框架结构，考虑到梁端已出现塑性铰，节点的剪力完全由梁端实际屈服弯矩决定，应按梁端实配钢筋面积和材料强度标准值计算，同时应乘以1.15的增大系数。其它按梁端弯矩设计值计算，节点剪力增大系数，一、二级分别为1.35和1.2。大量震害表明，我国规范规定的梁柱节点作用剪力提高方法，基本能保证“强剪弱弯”的延性抗震设计目标。3.2 讨论如何调整抗剪承载力抗剪

34、承载力的调整，主要针对框架梁、柱在地震作用组合时，保证构件不至于发生剪切破坏。对于一般框架梁（如矩形、T形、工字形截面梁等），在地震作用组合时，由于地震的反复作用，将使梁的受剪承载力降低，其中主要是使混凝土剪压区的剪切强度降低，以及斜裂缝间混凝土咬合力及纵向钢筋暗销力的降低。因此，我国规范对混凝土的受剪承载力降为非抗震的60，而箍筋项则不考虑反复荷载作用下的降低。同样，对框架柱在地震作用组合时，由反复荷载作用下偏压柱塑性铰区的受剪承载力试验表明，构件反复加载的受剪承载力比单调加载的要降低1030%，这主要由于混凝土受剪承载力降低所致，设计中可采取与框架梁相同的处理原则，即混凝土项抗震受剪承载力

35、相当于非抗震情况下混凝土项受剪承载力的60，而箍筋项受剪承载力不变。另外，试验研究表明，轴向压力对构件的受剪承载力起有利作用，这主要是轴向压力能阻滞斜裂缝的出现和开展，增加了混凝土剪压区高度，从而提高混凝土所承担的剪力。在轴压比的限制内，斜截面水平投影长度与相同参数的无轴压力梁相比基本不变，故轴压力对箍筋所承担的剪力没有明显的影响。需要注意的是，轴向压力对受剪承载力的有利作用也是有限的，当轴压比时，受剪承载力达到最大值；若再增加轴向压力，将导致受剪承载力的降低，并转变为带有斜裂缝的正截面小偏心受压破坏，因此，应对轴向压力的受剪承载力提高范围予以控制。通过非弹性动力反应分析表明，以上措施基本满足

36、“强剪弱弯”的要求。在此，需要说明的是，梁柱节点受力非常复杂，要保证梁柱钢筋在节点中的可靠锚固，同时在梁柱端发生抗弯破坏前，节点不发生剪切破坏，其实质应属于“强剪弱弯”的范畴。而且，节点仅对一、二级抗震等级的剪力进行调整，其增大系数比柱的要小，构造措施也比柱端弱些。因而，“更强节点”的说法，不值得提倡。4 构造措施设计探讨构造措施是梁、柱塑性铰区要达到实际需要的塑性转动能力和耗能能力的保证。它与“强柱弱梁”、“强剪弱弯”相互关联，一起保证结构的延性。“强柱弱梁”的严格程度，影响相应的构造措施，若实行严格的“强柱弱梁”，保证柱子除底部外不出现塑性铰，相应的轴压比等构造措施就要松些。我国采取相对的

37、“强柱弱梁”，延缓柱子出铰的时间，所以需要采取较严的构造措施。而“强剪弱弯”是保证塑性铰转动能力和耗能能力的前提。通过相应构造措施保证可能出现塑性铰的部位具有所需足够的延性，具体来说就是塑性转动能力和塑性耗能能力。对于梁、柱等构件，延性的影响因素最终可归纳为最根本的两点：混凝土极限压应变和破坏时的受压区高度。影响延性的其他因素实质都是这两个根本因素的延伸。下面具体讨论梁、柱及梁柱节点的在框架结构抗震设计中为保证延性的充分发挥，而需要满足的构造措施。4.1 讨论梁的构造措施对于梁而言，无论是对不允许柱出现塑性铰（底层柱除外），还是允许柱出现塑性铰但控制其出铰时间，梁端始终都是引导出现塑性铰的主要

38、部位，所以我们希望梁端的塑性变形有良好的延性（即不丧失基本抗弯能力前提下的塑性变形转动能力）和良好的塑性耗能能力。因此除计算上应满足一定的要求外，还要通过一系列严格的构造措施来满足梁的这种延性，如：（1）、 控制受拉钢筋的配筋率。配筋率包括最大配筋率和最小配筋率，前者是为了使受拉钢筋屈服时的混凝土受压区压应变与梁最终破坏时的极限压应变还有一定的差距（梁的最终破坏一般都以受压区混凝土达到极限压应变，混凝土被压碎为标志的）；后者是保证梁不会在混凝土受拉区刚开裂时钢筋就屈服甚至被拉断。（2）、 保证梁有一定的受压钢筋。受压钢筋可以分担部分剪力，减小受压区高度，另外，在大震下，梁端可能出现正弯距，下部

39、钢筋有可能受拉，保证梁有一定数量的受压钢筋是十分必要的。（3）、保证箍筋用量、用法。对梁而言，箍筋用量在我国相关规范里已有明确的规定，设计和施工阶段必须严格遵守。但还需强调的是，在抗震设计中，箍筋的弯钩角度应为135，且弯折后平直部分长度不应小于10d和75mm的较大值。如图9所示：箍筋弯钩形式和要求。箍筋的作用一般有三个：A、抗剪，值得注意的是，抗震设计时，框架梁不宜采用弯起钢筋抗剪；B、规定箍筋的最小直径，保证纵筋在受压下不会过早的局部失稳；C、通过箍筋约束受压混凝土，提高其极限压应变和抗压强度。（4）、对截面尺寸有一定的要求。建筑抗震设计规范GB 500112001和高层建筑混凝土结构技

40、术规程JGJ 32002等规范对框架梁截面尺寸都作了如下要求：A、梁截面宽度不宜小于200mm，在工程设计中，梁宽一般不应小于柱宽的一半；B、梁截面高度与宽度的比值不宜大于4，以保证梁平面外的稳定性；C、梁净跨与截面高度的比值不宜大于4。 此外，框架梁为受弯构件，其塑性铰截面的延性与很多因素有关。截面延性随受拉钢筋配筋率及屈服强度的提高而降低；随受压钢筋配筋率和混凝土强度提高而提高，随截面宽度增大而增大；而在塑性铰区配置足够的封闭式箍筋，对提高塑性铰的转动能力也是十分有效的，可以防止梁受压纵筋的过早压曲、提高塑性铰区内混凝土的极限压应变、阻止斜裂缝的开展、抵抗剪力，这些都有利于充分发挥塑性铰的

41、变形和耗能能力。因此工程设计中，在框架梁端塑性铰区范围内，箍筋必须加密。另外，梁的高跨比越小，剪切变形的比例就越大，这样易发生斜裂缝破坏，使延性降低。同时，若梁纵筋配箍率过低，梁开裂后钢筋可能产生屈服甚至被拉断。因而，建筑抗震设计规范GB 500112001和高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32002等规范都对梁纵筋最大配筋率和最小配筋率、箍筋加密区长度、最大间距、最小直径、最大肢距、体积配箍率有严格规定。此外，为了抵抗梁端可能出现的正弯矩，保证截面延性，对梁端拉压钢筋面积比还作出了限制。同时，还对梁的最小宽度、跨高比、高宽比做了规定。在设计、施工阶段，必须严格按照规范执行。4.2 讨论柱的

42、构造措施柱的构造措施也和梁差不多，但是柱除了受弯距和剪力以外，还要承受轴力（梁的轴力一般都很小，在设计中都不予以考虑），尤其是高层建筑，轴力就更大了，所以柱还有对轴压比的限制，其中又对不同烈度下有着不同延性要求的结构，也有不同的轴压比限值，轴压比对延性及耗能性影响较大。由理论分析表明，轴压比小时，柱子发生大偏心受压破坏，构件变形大，延性好，但耗能性降低；随轴压比的增大，耗能性增大，但是延性急剧下降，而且箍筋对延性的帮助逐渐减小，柱子将发生小偏心受压破坏。对于采用低地震力设计的柱子，主要应保证其延性，而耗能性放到第二位。建筑抗震设计规范GB 500112001和高层建筑混凝土结构技术规程JGJ

43、32002等都对轴压比作出了限制，一般能保证在大偏压的范围内。框架柱为压弯型受力构件。其破坏除因压弯强度不足引起的柱端水平裂缝外，较为常见的震害是，由于箍筋配置不足或构造不合理，柱身出现斜裂缝，柱端混凝土被压碎，节点裂缝或纵筋弹出。理论分析表明，箍筋同样也对延性起到很大的作用，约束纵筋、提高混凝土压应变、阻止斜裂缝发展。柱中的箍筋对核芯区混凝土起着有效的约束作用，可显著地提高受压混凝土的极限应变值，阻止柱身斜裂缝的开展，从而大大的提高柱的延性。如图10所示：安县某电子设备生产厂五层框架结构办公楼柱破坏图，其破坏的根本原因就在于框架柱内箍筋用量很少或直径很小，导致在512汶川8.0级特大地震的往

44、复作用下，柱身出现斜裂缝，将混凝土剪碎剥落，柱内箍筋被迫拉断后，使得柱纵向钢筋压曲外鼓成灯笼状。这样柱中的箍筋对核芯区混凝土并没有起到有效的约束作用，从而降低了受压混凝土的极限应变值，加速了柱身斜裂缝的开展，使得框架柱的延性大大的降低。因此，箍筋在框架结构延性抗震设计中占有举足轻重的地位。另外，柱端箍筋用量的控制条件不是简单的用体积配箍率，而是用配箍特征值，它同时考虑了箍筋强度等级和混凝土强度等级对配箍量的影响。为此，对柱的各个部位合理的配置箍筋是十分必要的。例如，在柱端塑性铰区适当的配置箍筋，对提高柱的延性是十分有利的。但试验结果表明，加密箍筋对提高柱延性的作用会随着轴压比的增大而减小。与此

45、同时，为避免地震作用下柱子过早进入屈服阶段，提高柱的延性和耗能能力，框架柱内纵向受力钢筋宜对称配置，其全部纵向钢筋的配筋率不应过小，纵筋配筋率越大，柱子屈服时变形越大，延性就越好。此外，建筑抗震设计规范GB 500112001和高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32002等规范对框架柱子的纵筋最小配筋率、箍筋加密区长度、最大间距、最小直径、最大肢距、体积配箍率都做出了严格规定。同时，对柱子的高宽比、剪跨比、截面最小高度、宽度做出了规定，以提高延性抗震性能。4.3 讨论节点的构造措施梁柱节点是保证框架结构整体性的关键部位，应具有足够的强度和必要的延性，以防止节点过早的出现剪切和压缩的脆性破坏，即

46、使在强烈地震的作用下，也不应发生破坏。这样框架梁、柱的延性设计才有意义。因此，对框架梁柱节点应遵循“强节点、强锚固”的设计原则进行抗震设计，以保证它具有足够的受剪承载力。框架节点作为梁柱钢筋的锚固区，对结构性能影响很大。为此，在框架结构延性抗震设计时，要求梁柱节点的承载力应高于相邻构件的承载力。在竖向荷载和地震作用下，框架梁柱节点区主要承受柱子传来的轴向力、弯矩、剪力和梁传来的弯矩、剪力的作用，受力比较复杂，而在轴压力和剪力的作用下，节点区发生由于剪切及主拉应力所造成的脆性破坏。经大量震害表明，梁柱节点是框架的薄弱部位，由于框架节点破坏而引起房屋倒塌的事件时有发生，梁柱节点的破坏大都是由于梁柱

47、节点区未设箍筋或箍筋过少、抗剪能力不足，导致节点区出现多条交叉斜裂缝，斜裂缝间混凝土被压酥，柱内纵向钢筋压屈，此外，由于梁内纵筋和柱内纵筋在节点区交汇，且梁顶面钢筋一般数量较多，造成节点区钢筋过密，振捣器难以插入，从而影响混凝土浇捣质量，节点强度难以保证，也有可能是梁、柱内纵筋伸入节点的锚固长度不足，纵筋被拔出，以致梁柱端部塑性铰难以发挥作用。如图11所示：汉旺镇某医院住院楼框架结构梁柱节点受震破坏图，其破坏的主要原因是：由于框架梁柱节点联系着上下柱，起着传递、分配内力和保证整体性的作用，它是框架传力的枢纽。在512汶川8.0级特大地震作用下，节点核心区会经受着很大的水平剪力，由理论分析表明，一般约为柱子剪力的46倍，会很容易产生剪切脆性破坏，加上梁柱节点箍筋配置不足，影响抗剪能力，导致混凝土被剪碎剥落，同时，梁、柱内纵筋伸入节点的锚固长度不足，在地震的反复作用，导致节点钢筋粘结退化，发生钢筋锚固破坏，从而