高層建筑結(jié)構(gòu)和抗震常見問題解答第10章框架設(shè)計和構(gòu)造-文庫吧
2024-12-30 11:56 本頁面
【正文】 發(fā)生在柱中，破壞較嚴(yán)重；而沒有樓板的構(gòu)架式框架，裂縫出在梁中，破壞較輕,從而也證實強梁弱柱引起的結(jié)構(gòu)震害比較嚴(yán)重。此外，梁的延性遠(yuǎn)大于柱的延性。這是因為柱是壓彎構(gòu)件，較大的軸壓比將使柱的延性下降，而梁是受彎構(gòu)件，比較容易實現(xiàn)高延性比要求。因此，較合理的框架破壞機制應(yīng)是梁比柱的塑性屈服盡可能早發(fā)生和多發(fā)生，底層柱柱根的塑性鉸較晚形成，各層柱子的屈服順序應(yīng)錯開，不要集中在某一層。這種破壞機制的框架，就是強柱弱梁型框架。（2）梁柱的延性設(shè)計要使結(jié)構(gòu)具有延性，就必需保證框架梁柱有足夠的延性，而梁柱的延性是以其截面塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力來度量的。因此框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的關(guān)鍵是梁柱塑性鉸設(shè)計。為此，應(yīng)遵循：1）“強剪弱彎”設(shè)計原則——控制構(gòu)件的破壞形態(tài)適筋梁或大偏壓柱，在截面破壞時可以達到較好的延性，可以吸收和耗散地震能量，使內(nèi)力重分布得以充分發(fā)展；而鋼筋混凝土梁柱在受到較大剪力時，往往呈現(xiàn)脆性破壞。所以在進行框架梁、柱設(shè)計時，應(yīng)使構(gòu)件的受剪承載力大于其受彎承載力，使構(gòu)件發(fā)生延性較好的彎曲破壞，避免發(fā)生延性較差的剪切破壞，而且保證構(gòu)件在塑性鉸出現(xiàn)之后也不過早剪壞，這就是“強剪弱彎”的設(shè)計原則，它實際上是控制構(gòu)件的破壞形態(tài)。2）梁、柱剪跨比限制剪跨比反映了構(gòu)件截面承受的彎矩與剪力的相對大小。它是影響梁、柱極限變形能力的主要因素之一，對構(gòu)件的破壞形態(tài)有很重要的影響。比如，柱的剪跨比（M、V分別是截面承受的彎矩、剪力值，hc為柱截面高度）。試驗研究發(fā)現(xiàn)，剪跨比λ≥2的柱屬于長柱，只要構(gòu)造合理，通常發(fā)生延性好的彎曲破壞；≤λ2的柱為短柱，柱子將發(fā)生以剪切為主的破壞，當(dāng)提高混凝土強度等級或配有足夠的箍筋時，也可能發(fā)生具有一定延性的剪壓破壞；而當(dāng)剪跨比λ，柱的破壞形態(tài)是脆性的剪切斜拉破壞，幾乎沒有延性，設(shè)計中應(yīng)當(dāng)避免。在一般框架結(jié)構(gòu)中，柱內(nèi)彎矩以地震作用產(chǎn)生的彎矩為主，所以可近似假定反彎點在柱高的中點，從而有柱端彎矩，即（Hn是柱的凈高），代入中，得。因此框架柱的分類又可用長細(xì)比表示為：時為長柱；時為短柱；時為極短柱。因此，為保證柱子發(fā)生延性破壞，抗震設(shè)計時要求柱凈高與截面長邊尺寸之比宜大于4，若不滿足，應(yīng)在柱全高范圍內(nèi)加密箍筋。類似地，對框架梁而言，則要求其凈跨ln與截面高度hb之比不宜小于4。當(dāng)梁的跨度較小而梁的設(shè)計內(nèi)力較大時，宜首先考慮加大梁寬，這樣雖然會增加梁的縱筋用量，但對提高梁的延性卻是十分有利的。3）梁、柱剪壓比限制當(dāng)構(gòu)件的截面尺寸太小或混凝土強度太低時，按抗剪承載力公式計算的箍筋數(shù)量會很多，則箍筋在充分發(fā)揮作用之前，構(gòu)件將過早呈現(xiàn)脆性斜壓破壞，這時再增加箍筋用量已沒有意義。因此，設(shè)計中應(yīng)限制剪壓比（）即梁截面的平均剪應(yīng)力，使箍筋數(shù)量不至于太多，同時，也可有效地防止斜裂縫過早出現(xiàn)，減輕混凝土碎裂程度。這實質(zhì)上也是對構(gòu)件最小截面尺寸的要求。4）柱軸壓比限制及其它措施軸壓比μN指柱有地震作用組合的柱軸壓力設(shè)計值N與柱的全截面面積Ac和混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值fc乘積的比值，（bc、hc分別為柱截面的寬度和高度）。試驗研究表明，軸壓比的大小，與柱的破壞形態(tài)和變形能力是密切相關(guān)的。隨著軸壓比不同，柱將產(chǎn)生兩種破壞形態(tài)：受拉鋼筋首先屈服的大偏心受壓破壞和破壞時受拉鋼筋并不屈服的小偏心受壓破壞。而且，軸壓比是影響柱的延性的重要因素之一，柱的變形能力隨軸壓比增大而急劇降低（圖5），尤其在高軸壓比下，增加箍筋對改善柱變形能力的作用并不明顯。所以，抗震設(shè)計中應(yīng)限制柱的軸壓比不能太大，其實質(zhì)就是希望框架柱在地震作用下，仍能實現(xiàn)大偏心受壓下的彎曲破壞，使柱具有延性性質(zhì)。 圖5 軸壓比與延性比關(guān)系圖 圖6芯柱尺寸示意圖 圖7 連續(xù)復(fù)合螺旋箍框架柱在豎向荷載與地震作用
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