塑性铰法分析现浇楼板钢筋混凝土框架结构抗震性能
孙威;黄炎生
【摘要】为提高建模和分析效率,提出通过修改梁端塑性铰属性来模拟楼板效应的方法.塑性铰法采用杆系单元建模,由梁与楼板的共同受力特性推导出梁端转角和弯矩承载力的关系,并以塑性铰属性的方式赋予整体杆系分析模型.应用该方法对1个典型的2层钢筋混凝土框架结构进行抗震性能分析,将计算结果与直接建立楼板的分析模型计算结果进行比较.研究结果表明:本文提出的塑性铰法能够有效的对楼板的作用效应进行模拟.%In the seismic performance of reinforced concrete (RC) frame structure,the slab effect has a strong influence on the analysis results.The traditional solution method is to use the solid element to build the integral model,which needs a complicated model and costs a lot of computational time.For improving the efficiency of modeling and analysis,plastic hinge method was proposed.Plastic hinge method used the frame element to build the model and simulate the slab effect by modifying the plastic hinge property.The modified plastic hinge property data were calculated from the combined models of beam components and slab components.Plastic hinge method was applied to estimate the seismic performance of a two-story typical RC frame.The results show that compared with the traditional method,plastic hinge method is an effective method of the slab effect simulation.
【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2017(048)008
【总页数】8页(P2187-2194)
【关键词】钢筋混凝土框架结构;抗震性能;楼板效应;塑性铰属性
【作者】孙威;黄炎生
【作者单位】华南理工大学土木与交通学院,广东广州,510640;华南理工大学土木与交通学院,广东广州,510640
【正文语种】中文
【中图分类】TU375.4
进行钢筋混凝土框架结构的抗震性能分析是保证结构在地震作用下安全可靠的重要依据，分析结果的准确性直接关系到结构的安全性能。国内外学者早在20世纪七八十年代就已经发现现浇楼板对框架梁端的抗弯能力具有不可忽视的增强作用，并进行了大量的研究。王素裹等[1−4]使用有限元软件ABAQUS研究了现浇楼板对RC框架结构破坏形式的影响，并得出了采用建议的现浇楼板有效翼缘宽度考虑楼板效应的等代方法。林旭川等[5]对考虑楼板效应的RC框架结构进行了震害仿真分析。PANTAZOPOULOU等[6−11]通过实验以及数值分析证明了框架梁因楼板的参与，在一定程度上改变了其抗弯刚度和承载力。此外，刘源等[12−16]从“强柱弱梁”的角度研究现浇楼板的作用。上述研究表明：忽略楼板的作用效应，仅采用梁柱杆件模型来分析结构的抗震性能，将导致分析结果产生较大误差。目前主流的结构分析软件多数采用杆系有限元模型，同时通过板壳单元来考虑楼板效应，由于板壳单元本身复杂性以及与杆单元位移协调等问题，分析结果并不理想。采用实体单元分析可以保证较高的精度，但实体单元法同时存在建模复杂，计算耗时等诸多缺陷。如何有效的在抗震性能分析中考虑楼板作用是本文的研究重点。本文作者通过研究梁端处梁和楼板的共同受力特性，推导出考虑楼板效应时梁端转角和弯矩
承载力曲线，将该曲线以塑性铰属性的方式赋予整体杆系分析模型，用以计算结构整体的抗震性能。以2层典型钢筋混凝土框架结构为例，进行Pushover抗震性能分析，结果表明，该方法能够有效地模拟出地震作用下楼板的作用效应，求得的Pushover曲线与实体单元建模分析所得的Pushover曲线吻合良好。
通过梁端的力学表现来模拟楼板的作用效应，首先需要了解钢筋混凝土框架结构梁端本身的力学性能，以及考虑楼板作用效应后梁端力学性能发生的相应变化规律。图1所示为梁端截面示意图。不考虑楼板效应，当梁端上部拉筋为2排放置时(图1)，梁端弯矩承载力可由下式计算求得：
框架梁因楼板的协同作用，在一定程度上改变了梁端的弯矩承载力。由于板筋的参与，框架结构梁端参与承受弯矩作用的受拉钢筋面积增加，此时，考虑梁端和楼板作用的截面弯矩承载力计算公式如下：
式中：为梁端第1排拉筋应力；为梁端第2排拉筋应力；为板面钢筋应力；为板底钢筋应力；A1i和A2i分别为梁端第1排拉筋和梁端第2排拉筋面积；A3i和A4i分别为板面钢筋和板底钢筋的面积；y1和y2分别为梁端第1排拉筋和梁端第2排拉筋到梁端受压钢筋中心垂直距离；y3和y4分别为板面钢筋和板底钢筋到梁端受压钢筋中心的垂直距离；为混凝土受压区域内的应力分布；D为混凝土受压区域；y为混凝土受压区积分点到梁端受压钢筋中心垂直距离。
钢筋应力和混凝土应力符号统一表述为，拉应力为正，压应力为负。
钢筋混凝土框架结构梁端承受弯矩作用时，随着荷载增加，钢筋屈服之后，截面的承载能力提高幅度有限，而其相应的曲率增大迅速，此时，该截面相当于一个能转动的塑性铰。塑性区域转角示意图如图2所示。由图2可知：梁端转角
θ=θ1+θ2(其中：θ1为梁端塑性区域自身转角；θ2为框架梁弹性区域相对于塑性区域的转角)。同时在塑性区域尺寸详图中，θ3对应于θ1，θ4对应于θ2，由简单的几何关系可推导，θ3=θ1，θ4=θ2。由于梁端转动角度一般较小，因此，可
近似认为tanθ= tanθ1+ tanθ2= tanθ3+ tanθ4。再由塑性区域的几何尺寸，以及塑性区域内钢筋的拉、压应变，梁端转角的计算公式可表示为
式中：θ为梁端塑性区域转角；为塑性区域内梁顶端最外层钢筋的拉应变；为塑性区域内梁底部最外层钢筋的压应变；l0为塑性区域初始长度；h0为梁顶端最外层拉筋与底部最外层压筋之间的距离。从式(3)可知：对于梁端转角，考虑与不考虑
楼板效应，塑性区域屈服初始转角大致相同。
塑性铰法计算的核心是准确的模拟出考虑楼板效应时梁端的力学性能。选用合适的模型进行分析是达到该要求的必要条件。钢筋混凝土框架结构中，由于所处位置的不同，框架梁可分为2种：边梁和中梁(后文未加说明时，边梁和中梁均表示考虑
楼板效应后的梁模型)。图3所示为塑性铰法计算模型。独立梁、边梁和中梁的分
析模型均取梁跨度的一半进行建模，同时固结柱的底端作为边界条件(图3)。图3
中L为柱纵向间距，B为柱横向间距。独立梁模型为基础计算模型，与杆件单元模型相对应。边梁和中梁模型均为实体单元分析模型。
梁端塑性铰属性曲线如图4所示。独立梁、边梁以及中梁的梁端转角和弯矩曲线
分别对应于图4中OA1B1C1区段、OA2B2C2区段和OA3B3C3区段。由于梁
端配筋设计时，一般很少出现对称配筋的情况，因此，图4中所示曲线为非原点
对称曲线。其中：OAi和OAi′区段为塑性铰发展阶段(i=1,2,3)；和区段为塑性铰
强化阶段，和区段为塑性铰退化阶段。Ai点对应正弯矩塑性铰初始转角，记为θ1。Bi点对应正弯矩塑性铰破坏转角，记为θ2。点对应负弯矩塑性铰初始转角，记为。点对应负弯矩塑性铰破坏转角，记为。从图4可以看出：考虑与不考虑楼板效应，其梁端力学特性有明显的区别。
塑性铰法的计算原理为：将实际配筋情况下实体建模的中梁(或边梁)模型所求得的梁端转角和弯矩承载力曲线，采用塑性铰属性方式赋予到整体杆系分析模型中对应的杆件单元，以达到考虑楼板效应的目的。为了清楚描述塑性铰法的计算原理，首
先介绍下杆系模型中杆件单元截面特性以及其塑性铰默认计算原则。一般有限元分析软件中的杆件单元，其截面通常为规则矩形，在杆件端部定义的塑性铰，其属性曲线中的A1点和A1′点(图4中独立梁塑性铰初始转角对应点)将通过已定义的杆件截面属性(截面尺寸和配筋情况等)自动计算生成，B1点和B1′点(图4中独立梁塑性铰破坏转角对应点)的弯矩值默认取为其对应A1点和A1′点的1.1倍。如何以规则截面形式的独立梁杆件等效模拟出中梁(或边梁)模型计算得到的梁端塑性铰的力学性能，是塑性铰法计算需解决的首要问题。据图4，该问题可简化表述为在杆件单元中，如何将按实际配筋的梁端塑性铰属性曲线OA1B1C1转变为实体模型计算得到的边梁(或中梁)塑性铰属性曲线OA2B2C2 (或OA3B3C3)。
本文提出梁端有效拉筋面积修正系数、梁端弯曲刚度增大系数和塑性铰强化系数的概念，用以阐述杆件单元中塑性铰属性的转换问题。
1) 梁端有效拉筋面积修正系数。实际配筋情况下，梁端的计算截面如图5所示。由图5可看出：板筋对于梁端弯矩的贡献，离梁越近的板筋贡献度越大；反之，板筋离梁距离达到一定程度后，对梁端弯矩的贡献很小。由于板筋的参与，使得独立梁梁端弯矩承载力由原来的M1(对应于图4中的数值)，变化为M2(或M3)。通过研究发现，在杆件单元的截面属性中，通过修正梁端的拉筋面积，可达到修正塑性铰初始转角时刻梁端弯矩承载力的目的。
边梁由于考虑了一侧的楼板效应，当梁端转角为塑性初始转角θ1时，其承受的弯矩M2稍大于独立梁在转角θ1时对应的弯矩M1。记边梁有效拉筋面积修正系数为η1，其计算式可表示为。同理，中梁有效拉筋面积修正系数为η2，计算式为。通过试算发现：边梁(或中梁)在原有独立梁拉筋面积的基础上乘以对应的有效拉筋面积修正系数η1(或η2)，可得到边梁(或中梁)对应的塑性铰初始转角时刻梁端弯矩承载力M2(或M3)。
2) 梁端弯曲刚度增大系数。从图4可知：边梁(或中梁)在梁端塑性铰产生前的弹性
阶段，梁端弯曲刚度比较于独立梁，均有一定程度的增大。仅对梁端拉筋面积进行修正，并不能真正将OA1段曲线转换为OA2段曲线(或OA3段曲线),还需对梁端的弯曲刚度进行调整。
记独立梁梁端弯曲刚度为k0，其计算式为(式中：为独立梁梁端弯曲曲率)。边梁梁端弯曲刚度为k1，计算式为(式中：为边梁梁端弯曲曲率)。中梁梁端弯曲刚度为k2，计算式为(式中：为中梁梁端弯曲曲率)。记梁端弯曲刚度增大系数为γ，表示为考虑楼板效应时的梁端弯曲刚度与未考虑楼板效应时梁端弯曲刚度的比值。由于在塑性铰区域内，梁端弯曲曲率和梁端转角成正比，同时由1.2节式(3)得出的结论，考虑与不考虑楼板效应，梁端出现塑性铰的初始转角大致相同。因此，边梁的弯曲刚度增大系数取值为，中梁的弯曲刚度增大系数取值为。在杆件单元截面属性中，将截面的弯曲刚度乘以相应的梁端弯曲刚度增大系数γ，同时修正梁端拉筋面积，即可有效的将OA1曲线转换为OA2曲线(或OA3曲线)。
3) 塑性铰强化系数。塑性铰产生后，进入塑性铰强化阶段，梁端拉筋屈服，应力达到限值。靠近梁端的板筋也逐步达到应力限值，对应于图4中AiBi区段。从图4可看出：边梁(或中梁)在塑性铰强化区段的曲线A2B2 (或曲线A3B3)与独立梁在塑性铰强化区段曲线A1B1的斜率并不相同。
将塑性铰强化系数记为μ，其定义为塑性铰破坏转角对应弯矩与塑性铰初始转角对应弯矩的比值。边梁的塑性铰强化系数取值为(式中，为B2点对应的弯矩)，中梁的塑性铰强化系数取值为(式中，为B3点对应的弯矩)。通过塑性铰强化系数μ对杆件单元塑性铰属性曲线中破坏点所对应的弯矩值进行调整，可达到将A1B1段曲线斜率转换为A2B2段曲线斜率(或A3B3段曲线斜率)的目的。
综上，通过有效拉筋面积修正系数、梁端弯曲刚度增大系数和塑性铰强化系数这3个系数对杆件单元梁端拉筋面积的修正以及截面属性的调整，可有效模拟出中梁(或边梁)模型计算求得的塑性铰属性曲线。
塑性铰法计算结构抗震性能的步骤可分为5 部分。
1) ABAQUS有限元分析软件中分别建立独立梁、边梁和中梁计算模型。
2) 在远离柱的梁端分别施加正负位移荷载，应用式(1)和式(2)分别计算出各荷载步梁端截面弯矩承载力，并汇总得到梁端转角和梁端弯矩承载力的关系曲线。
3) 由独立梁梁端转角和弯矩承载力关系曲线得到塑性铰初始转角和以及该时刻独立梁对应的梁端弯矩和。
4) 由2.3节内容计算边梁和中梁塑性铰属性的修正系数：梁端有效拉筋面积修正系数η、梁端弯曲刚度增大系数γ和塑性铰强化系数μ。
5) 按实际配筋形式建立杆系模型，通过第4步的塑性铰修正系数分别对边梁和中梁梁端配筋和塑性铰属性进行修正，采用修正后的杆系模型计算结构Pushover抗震能力曲线。
整体模型法作为验算塑性铰法的一种方法，在ABAQUS有限元分析软件中，采用实体单元模拟混凝土，线单元模拟钢筋，并采用embed技术模拟混凝土与钢筋之间的连接作用。按照实际配筋情况建立模型，并赋予相应的荷载与边界条件。记结构顶点侧向位移为d，底层柱总水平剪力为V，加载水平地震作用后，从计算结果中提取各荷载步下顶点侧向位移d和底层柱总水平剪力V的数据，绘成曲线，即为整体模型法求得的结构抗震能力曲线。
通过一个具体算例来介绍塑性铰法如何求解钢筋混凝土框架结构的抗震性能。算例模型为2层标准钢筋混凝土框架模型，如图6所示。楼层层高为3 m，跨度为4 m。梁、柱纵筋强度为400 MPa，楼板板筋强度为300 MPa。梁、柱纵筋直径为16 mm，板筋直径为8 mm，板筋间距为100 mm。梁截面尺寸(长×宽)为200 mm×400 mm，柱截面尺寸(长×宽)为400 mm×400 mm。梁、柱截面配筋如图7所示，箍筋直径为8 mm，间距为100 mm。梁、柱保护层厚度为20 mm，楼板保护层厚度为15 mm。梁上结构自重等效线荷载p=10 kN/m。采用
Pushover方法分析其抗震性能。
在ABUQUS有限元软件中建立图8所示独立梁、边梁和中梁计算模型，并在远离柱的梁端分别施加正、负位移荷载。以图8所示施加的荷载为例，计算得到混凝
土应力分布云图和钢筋应力分布云图。
分别将边梁和中梁在塑性铰转角为，和时刻，塑性铰区域内梁端钢筋和楼板板筋应力如图9~12所示。由，和塑性铰转角时刻的钢筋应力分布，展现出塑性铰区域
内梁端纵筋和板筋在荷载作用下的应力变化规律。
提取各荷载步对应的钢筋应力，采用式(1)和 (2)求取独立梁、边梁和中梁梁端截面在各荷载步下的弯矩。同时通过式(3)计算得到各荷载步下梁端塑性区域转角。将
求取的弯矩和转角数据绘于图13中。其中，曲线1、曲线2和曲线3分别表示独立梁，边梁和中梁的梁端转角与弯矩关系曲线。由独立梁梁端转角和弯矩关系曲线，可得塑性铰初始转角为θ1=0.4°，θ1′=−0.28°，塑性铰初始时刻独立梁梁端弯矩
M1=159.7 kN∙m，M1′=−89.9 kN∙m，塑性铰破坏时刻转角θ2=3.012 7°，
θ2′=−3.012 8°。
由图13中数据，通过2.3节塑性铰属性修正系数的相关计算，可得边梁和中梁的梁端有效拉筋面积修正系数η、梁端弯曲刚度增大系数γ和塑性铰强化系数μ，结果如表1所示。
通过表1中数据以及图13中提取的关键参数，，，，和，可绘出边梁和中梁的塑性铰转角和弯矩的关系简图，如图14所示。图14中曲线上的关键点铰转角与弯
矩见表2。
在SAP2000杆系模型中，按照梁端有效拉筋面积修正系数调整杆系单元的拉筋面积，同时按照梁端弯矩刚度增大系数和塑性铰强化系数来调整杆系单元的塑性铰属性。将调整后的杆系模型进行Pushover抗震性能分析，10 s左右便能求得计算
结果。Sap2000杆系模型的塑性铰示意图如图15所示，对应的Pushover曲线如
图16所示。
在ABAQUS有限元软件中采用整体模型法建立模型，地震作用以及边界条件均与4.1节相同，进行抗震性能分析，分析耗时30 min，得到楼板竖向位移云图如图17所示。从图17可以看到楼板在梁端变形中的协同作用情况。
将塑性铰法和整体模型法计算得到的Pushover曲线汇总于图18中，同时在图18中绘出未考虑楼板效应的整体模型法Pushover曲线作为对比曲线。由图18可知：塑性铰法计算得到的Pushover曲线和整体模型法计算得到的Pushover曲线吻合良好，而未考虑楼板效应的Pushover曲线与考虑楼板效应的Pushover曲线之间存在较大差异。
1) 考虑楼板效应后梁端塑性铰曲线和未考虑楼板效应梁端塑性铰曲线差异明显，因此，进行有限元模型分析时应充分考虑现浇楼板的作用。
2) 采用塑性铰法计算得到的Pushover曲线与整体模型法计算得到的Pushover 曲线吻合良好，说明塑性铰法能够有效地对楼板的作用效应进行模拟。
3) 该方法尚存在以下局限性：未考虑梁端塑性铰产生后强化阶段梁端弯曲刚度的变化。塑性铰属性修正系数取值与梁端截面面积和配筋直接相关，若将塑性铰法应用于工程中，则首先需弄清塑性铰修正系数与截面面积和配筋之间的对应关系。
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钢筋混凝土框架结构抗震延性设计要求 导言 框架结构在地震时进入屈服阶段来应对超过地震烈度的抗震设防烈度，当屈服还不能抵消时就会发生塑性变形来吸收和消耗地震能量。 钢筋混凝土框架结构延性的重要性 混凝土框架结构抗震实质上就是结构的延性设计。所谓延性，指的是指构件与结构屈服之后，在其承载能力不下降的前提下，所具备的塑性变形能力，这种能力被称为“延性比”。提高结构的延性比有助于提升框架的抗震潜能，加强其抗倒塌能力。设计在延性结构的混凝土框架通过其塑性铰区域发生变形，可以有效吸收和分散地震传对于框架作用力；该区域变形也可以使整体框架刚度得以降低，减弱地震对于结构的作用力。具有延性结构能够使框架对于承载力要求降低，事实上延性结构对抗突发地震的武器就是它所具有的变形能力。也就是说，如果钢筋混凝土框架的结构延性不够好，那么就要求框架对于地震具备足够大的承载力。 钢筋混凝土框架结构抗震延性设计 延性设计是针对延性结构在钢筋混凝土建筑结构中所起到的与结构本身的承载能力一样不可忽视的作用，而进行的研究尤其对是震区的钢筋混凝土建筑显得更加重要。倡导延性设计，以加强其抗震能力。由于钢筋混凝土材料还具脆性，在突遇地震时会发生断裂对居住者的人身安全是一个极大隐患，所以为了最大限度减少这一特点的损害，在设计中更应当重视发挥钢筋的塑性特征，增强其吸收消耗能量的能力，实行延性设计。 根据我国目前对于钢筋混凝土结构设计的要求，在实施混凝土框架延性设计
过程中需得遵循以下要求： 1.控制塑性铰的位置，“强柱弱梁” 框架结构若形成梁铰机构，则塑性铰分布比较均匀，而且梁铰机构的延性要求也比较容易实现。若形成柱铰机构，则易使整个结构形成机动结构，从而导致整个结构的倒塌。框架结构设计时应遵循的设计原则是“强柱弱梁”这是为了确保结构的延性，这样就可以确保设计荷载下同一节点上柱端截面抗弯承载力之和大于梁端截面抗弯承载力之和，而且可以使框架结构中柱的抗弯承载力储备足够。塑性铰出现在梁端，大大减少柱端屈服的可能性，吸收更多的地震能量，增强了构件的延性。 在发生地震时，钢筋混凝土结构中的塑性铰不许现于梁的跨中，而要求出现在梁上。因为如果现于梁的跨中会导致框架局部遭到破坏。如今的建筑中有的采取现浇楼板设计，这种设计解决了梁的刚度和强度加强问题，而在实际的震后调查中我们发现，只属现浇楼板框架，地震破坏均发生在柱中，而且破坏较严重；那些无楼板构架式设计的裂缝也出现在梁中，破坏却相对较轻，由此可以证明强梁弱柱所引发的的结构性震害相对较重。框架结构的塑性铰所现顺序和位置不相同，框架结构所遭遇的破坏形式也会有所不同。如果塑性铰出现在柱中则不但难以修复还容易致使整个框架结构发生倒塌。只有当梁端出现塑性铰时，混凝土框架才可以在遭到外力损坏前就已经发生一定程度的变形，因此可以耗散和吸收比较多震时能量，相对具备更好的抗震能力。总的来说，比较合理的钢筋混凝土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。
楼板计算的塑性铰线理论原理与运用
摘要 现浇钢筋混凝土楼板的内力计算有弹性理论与塑性理论两种方法,已制成现成的图表、手册可供查用。鉴于目前在现浇板的内力计算中,大部分人都采用弹性理论,塑性方法几乎弃置不用,而实际上大量的工程实践证明塑性理论的计算结果既是安全可靠的,又可以比弹性理论节约钢材25％左右。本文通过对弹、塑性计算理论的分析、比较,以及其实用范围的选择,来说明大量的、一般性的结构构件,均可以按塑性理论计算。这样的设计指导思想,更符合当前我国基本建设项目多、任务重而建设资金并不充足的国情。由于经典弹塑性理论中不包含任何材料内尺度参数，无法解释材料在毫米（多孔固体）、微米和亚微米（金属材料）量级时表现出来的尺度相关现象以及在薄膜塑性中出现的包辛格效应。本文基于连续介质力学框架下的微态弹塑性理论，研究了在毫米量级出现的弹性尺寸效应及在微米、亚微米量级出现的尺寸效应和包辛格效应。基于微态弹性理论及二阶梯度弹性理论，得到了含约束薄层简单剪切和单轴拉伸以及双材料剪切的解析解，并研究了两种理论之间的内在联系。微态理论中的耦合因子能扮演罚参数的角色，当其趋近于无穷大时，微态弹性理论退化至二阶梯度理论，但对于单轴拉伸问题，前者并不能在全域内完全退化至后者。数值计算结果表明基于微态弹性理论开发的有限元格式，可通过选取特定材料参数作为罚因子，用于近似求解二阶梯度理论的复杂边值问题。边界上施加的高阶边界条件及材料本身的不均匀性都能引起弹性尺寸效应。基于小应变各向同性硬化的微态弹塑性模型，数值研究了平压头和楔形压头的微压痕问题。推导了该模型的有限元计算格式，开发了二维平面应变单元，并嵌入有限元程序。直接将经典塑性流动模型的径向返回算法加以推广，得到适用于该模型本构的应力更新算法。 关键词：现浇钢筋混凝土楼板计算；弹性理论塑性理论；经济比较
塑性铰法分析现浇楼板钢筋混凝土框架结构抗震性能 孙威;黄炎生 【摘要】为提高建模和分析效率,提出通过修改梁端塑性铰属性来模拟楼板效应的方法.塑性铰法采用杆系单元建模,由梁与楼板的共同受力特性推导出梁端转角和弯矩承载力的关系,并以塑性铰属性的方式赋予整体杆系分析模型.应用该方法对1个典型的2层钢筋混凝土框架结构进行抗震性能分析,将计算结果与直接建立楼板的分析模型计算结果进行比较.研究结果表明:本文提出的塑性铰法能够有效的对楼板的作用效应进行模拟.%In the seismic performance of reinforced concrete (RC) frame structure,the slab effect has a strong influence on the analysis results.The traditional solution method is to use the solid element to build the integral model,which needs a complicated model and costs a lot of computational time.For improving the efficiency of modeling and analysis,plastic hinge method was proposed.Plastic hinge method used the frame element to build the model and simulate the slab effect by modifying the plastic hinge property.The modified plastic hinge property data were calculated from the combined models of beam components and slab components.Plastic hinge method was applied to estimate the seismic performance of a two-story typical RC frame.The results show that compared with the traditional method,plastic hinge method is an effective method of the slab effect simulation. 【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2017(048)008
Zz152 1.1 结构设计的基本内容及步骤有哪些？试举例说明。 根据结构的概念设计，确定结构材料，结构体系，布置和施工方法；结构分析与设计（其中包括计算简图，内力，变形分析及配筋计算等），结构的构造设计;绘制结构的施工图（其中包括结构布置图，构件末班和配筋图等） 1.2 钢筋混凝土梁板结构有几种形式？他们是怎么样划分的？ 由单向板组成的梁板结构称为单向板梁板结构，由双向板组成的梁板结构称为双向板梁板结构。当L2/L1<=2时，按双向板设计，2 塑性铰理解 一、什么是塑性铰 1、适筋梁（或柱，当主要是梁）受拉纵筋屈服后，截面可以有较大转角，形成类似于铰一样的效果。称作塑性铰。 2、塑性铰是一种特殊的铰，它能承受一定方向的弯矩，这是它区别于一般铰最本质的特征。在抗震设计中，做到强柱弱梁就是为了保证让梁出现塑性铰，此时梁的变形较大，但是还能受力。塑性铰对抗震设计来说，是一个重要的概念，因为在塑性铰形成的过程中能吸取大量的地震能量，所以在设计中恰到好处地设计塑性铰形成的位置（比如在梁端而不是柱），可有效降低震害，不至于出现迅速倒塌的后果（满足抗震设防要求） 3、塑性铰与一般理想铰的区别在于：塑性铰不是集中在一点，而是形成一小段局部变形很大的区域；塑性铰为单向铰，仅能沿弯矩作用方向产生一定限度的转动，而理想铰不能承受弯矩，但可以自由转动；塑性铰在钢筋屈服后形成，截面能承受一定的弯矩，但转动能力受到纵筋配筋率、钢筋种类和砼极限压应变的限制。配筋率越大或截面相对受压区高度越大，塑性铰的转动能力却越小。 对于直接承受动荷载的构件，以及要求不出现裂缝或处于侵蚀环境等情况下的结构，不应采用考虑塑性内力充分布的分析方法。 《高规》5.23.3条指出，在竖向作用下，可考虑框架梁端塑性变形内力重分布，对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调幅。 二、为什么要进行支座负弯矩调幅呢？ 弯矩调幅来源于受力全过程和截面的塑性特性。要理解弯矩调幅首先要知道塑性铰的概念，塑性铰主要来源于钢筋屈服以及混凝土塑性变形所产生的塑性，它的力学特征是在截面所承受的弯矩不变的情况下有一定的转动能力，（类似于铰，区别在于铰不能承受弯矩，而塑性铰可以承受弯矩）。塑性铰的的出现导致了连续梁的内力重分布，负弯矩的弯矩保持不变，而跨中弯矩增大，最终跨中也达到极限承载力而破坏！ 所以考虑塑性内力重分布的受力过程是：第一阶段：首先荷载较小，跨中支座弯矩线形增加，支座弯矩大于跨中弯矩（支座弯矩始终是大于跨中弯矩的）。随着荷载增大，支座达到承载能力极限，形成塑性铰。进入第二阶段：此时支座弯矩不变（事实上还有小许增加），跨中弯矩继续增加，最后跨中也出现塑性铰，结构成为机动体系，结构破坏。 1.λ是反映_综合框架和综合剪力墙之间刚度比值的一个无量纲参数。 2.在其他条件不变的情况下，随着连梁转换刚度的增加，剪力墙整体系数α将___增大。 3.我国《抗震规范》的抗震设计原则是小震不坏，__中震不坏______，大震不倒。 4.底部剪力法适用于高度不超过40m，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。 5.对现浇楼盖框架结构，考虑到_楼梯作为梁有效翼缘_______对梁截面惯性矩I的影响， 中框架梁可取I=2I0，边框架梁可取I=1.5I0(I0为形截面梁的惯性矩)。 6．对于高度50m以上或高宽比H／B大于4的框架结构，进行侧移近似计算时，除考虑梁和柱的弯曲变形外，还应该考虑_____柱轴向投影__________变形的影响。7．抗震设计时，规则建筑的平面布置应保证平面局部突出部分的尺寸较小，_______质量与刚度____平面分布基本均匀对称。 8．整体墙是指没有洞口或___开洞面积较小__的剪力墙。 9．在高层建筑的一个结构单元内，应尽量减小结构的侧移刚度中心与水平荷载合力中心间的偏心，以降低_____结构扭转_____对房屋受力的不利影响。 10．为保证抗震等级为一、二级的剪力墙墙肢塑性铰区不过早发生剪切破坏，应使墙肢截面的受剪承载力大于其___受弯_____承载力。 11．在结构顶部附加水平地震作用ΔF n的主要原因是考虑______主体结构顶层附加水平地震作用__________对结构地震反应的影响。 12．现浇钢筋混凝土结构的抗震等级是根据设防烈度、建筑类别、场地类别、结构类型和__房屋高度______________确定的。 13．筏式基础有_____梁板式_和平板式两种类型。 14.多层框架在水平荷载作用下的近似内力计算方法—D值法，实际上是对反弯点法中__ 抗侧刚度_______和___反弯点位置___进行了修正。 15.在水平荷载作用下结构的水平位移曲线大致有三种型式：__弯曲型____、___剪切型__和_弯剪型_________。 16.我国《抗震规范》规定的计算水平地震的方法有三种。即___振型分析反应谱法__、__底部剪力法______和____时程分析法____。 17.在框架结构的抗震设计中，框架梁的受压区计算高度x与梁截面的有效高度h0的比值x/h0，对于一级框架梁要满足___趋于0.25____，二、三级框架梁要满足____《=0.35___，四级框架梁则_______无规定___。 18.框架结构在强烈地震作用下，首先发生屈服并产生较大弹塑性位移的楼层称为结构____薄弱层____。 19.壁式框架柱侧移刚度D值的计算，与普通框架柱不同之处是需要考虑___刚域______和剪切变形的影响。 20.框筒结构的柱子轴向力，愈接近筒角愈大，这种现象叫__剪力滞后_____。 21.多层框架结构柱下条形基础梁的___高度______一般宜为柱距的81~41。 22.在地震区，当建筑物平面复杂、不对称并且各部分刚度、质量相差悬殊时，为减小震害可以设置______防震___缝。 23．钢筋混凝土结构承载力抗震调整系数γRE的数值__《1。 24．变形缝中的_______沉降_______缝应将建筑物从屋顶到基础全部分开。 25．若综合框架总剪力V f<0.2V0，则V f应取0.2V0及1.5V f，max二者中的较___小________者。 钢结构框架梁柱节点性能分析 摘要：钢结构框架梁柱节点施工是提升建筑抗震性的主要工序，因此应优化 梁柱节点的质量。本文通过概述钢结构框架梁柱节点内容，围绕有限元模型、载 荷等方面研究钢结构框架梁柱节点性能，分析多种要素对于节点性能的影响，为 优化节点质量提供参考意见，提升建筑工程整体质量，突出项目结构的抗震性能。 关键词：建筑工程；钢结构框架；梁柱节点 前言：钢结构具有韧性塑性强、重量轻、制造简便的优势，该模式在建筑工 程中的应用可以缩短施工周期、提升抗震性能。其中梁、柱节点是框架关键连接 位置，其性能会决定框架结构在载荷基础下的整体性。因此，有必要深入分析钢 结构框架梁柱节点的实际性能，实现构件和节点的标准化设计，优化节点性能。 1钢结构框架梁柱节点概述 1.1刚性连接模式 其一，全焊连接。借助融透的方式焊接梁上下翼，通过双面胶焊接腹板。上 述连接模式对于焊接技术要求较高，若操作失误会导致应力集中，对施工结构受 到影响。其二，全栓焊接。借助T型钢，使用高强螺栓连接梁翼和柱翼，不会产 生三向应力和残余应力。其三，混合连接。该模式包含两方面内容：一方面是利 用融透焊接梁上下翼，并通过大刚度角钢连接高强螺栓，借助剪力板连接柱翼和 高强螺栓。多层钢结构中主要利用刚性连接梁柱，通过柱贯通方式连接框架柱和梁。针对抗震部分，应确保梁翼缘厚度和加劲肋相同。若属于非抗震区域，加劲 肋的厚度应≥梁翼缘厚度的1/2，满足板件的实际宽厚比值，防止连接节点受到 破坏。 1.2柔性连接模式 柔性连接又称为铰接连接，在梁侧无线位移，不过可以进行自由的转动。该 模式包含承托、端板以及角钢三方面。其中，角钢主要连接柱和梁腹板，可以借 钢结构中的塑性铰及其应用综述 姓名：严小伟 学号：15121116 北京交通大学 2016年1月 钢结构中的塑性铰及其应用综述摘要:结构构件在地震作用下产生塑性变形，在塑性铰形成的过程中能吸取大量的能量。在设计中恰到好处地设计塑性铰形成的位里并加以应用，可有效降低震害，不至于出现迅速倒塌的后果。 关键字：塑性铰理论；塑性变形；破坏机制 1.引言地震是一种具有突发性和毁灭性的自然灾害，它对当今人类社会的危害主要体现在两个方面:一是地震引起建筑物的破坏或倒塌将会导致严重的人身伤亡和财产损失，二是地震及其地震引起的水灾、火灾等次生灾害将破坏人类社会赖以生存的自然环境，造成严重的经济损失，产生巨大的社会影响。我国地处世界上两个最活跃的地震带上，是世界上的多地震国家之一，强烈地震给我国人民带来的灾难尤为严重。从历史上来看，我国的地震灾害面积己达到我国的国土面积的一半以上，尤其在近几年地震活动相当频繁。因为很多特大地震给人类带来了巨大的经济损失，一些特大地震己给人类社会带来了不可估量的经济损失，这就使得我们要对深入研究土木工程结构的抗震设计理论和应用方法进行深入的研究。不同阶段，客观因素和人类的认识水平是不一样的，这就形成了不同的抗震设计思想和方法。通过工程技术措施，保证建筑物和工程设施的抗震安全，是减轻地震灾害的有效手段，作为抗震灾害的重要环节，结构抗震设计理论的不断完善是世界各国重点研究的课题之一。结构在塑性变形中形成的塑性铰在抗震中能发挥重要作用，塑性铰能否在罕遇地震中出现，对结构安全和生命财产的安危是至关重要的。所以，很有必要对其进行研究和探讨，并应充分利用塑性铰来消耗地震的能量，提高结构的抗震性能，降低地震灾害。 2、塑性铰的有关概念 钢结构中的塑性铰在钢结构构件屈服的横截面处产生。如果不考虑结构分析中钢材应变硬化,那么屈服的横截面会产生一个不确定的转动 并能承受一定的约束弯矩 即塑性弯矩Mp。塑性铰是与理想铁相比较而言。理想铰不能承受弯矩，而塑性铁能够承受弯矩，其值即为塑性铰截面的极限弯矩。对于超静定结构，由于存在多余联系，某一截面的纵向钢筋屈服，即某一截面出现塑性铁并不能使结构立即成为破坏结构，还能承受继续增加的荷载。当继续加荷时，先出现塑性铁的截面所承受的弯矩维持不变，产生转动，没有出现塑性铰的截面所承受的弯矩继续增加，直到结构形成几何可变机构。这就是塑性变形引起的结构内力分布，塑性铰转动的过程就是内力重分布的过程。 塑性铰的长度 塑性铰长度是进行结构延性计算和塑性设计的一个重要参数。在结构铰的分析中,我们都习惯并认同假定其为一个点,但塑性铰却与结构较不一样,而是一个塑性变形区域,我们一般称为塑性铰的长度。研究表明,塑性铰的长度与结构的荷载、边界条件、截面几何形状有关。 3、塑性铰理论 对塑性铰理论的研究，早在20世纪60年代Wen和Janssen就曾提出过一种双线型单元模型;Clough, Bensnka和Wilson]提出一种双分量模型;Aoyama 和sugan在他们研究的基础上提出了3分量模型。但是无论是双分量还是三分量模型使用范围都非常有限。鉴于杆件实际破坏过程中，塑性铰往往出现在构件端部，集中塑性铰模型被提出。Giberson 提出利用杆端塑性转角描述杆件的弹塑性性能的模型，恢复力模型可以选择折线型和曲线型，适用范围较广;Otani 和Sown 认为，构件的刚度随着构件受力过程和反弯点位置的变化而变化，即杆件被分为 钢筋混凝土框架结构的延性设计分析 导言 随着房屋建筑层数的增高，在地震设防地区的结构延性设计至关重要。本文分析了影响抗震结构延性设计的主要因素及其实现延性设计的机理与方法。 结构的延性在抗震设计中的重要性及概念 在我国的高层建筑中，钢筋混凝土结构应用最为普遍，其中钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。因为其具有足够的强度、良好的延性和较强的整体性，目前广泛应用于地震设防地区。钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能，然而未经合理设计的框架结构会在地震作用下产生较严重的震害。结构抗震的本质就是延性，延性是指结构或构件在承载能力没有显著下降的情况下承受变形的能力。破坏前无明显预兆，力-变形曲线达到最大承载力后突然下跌形成明显尖峰的构件（结构）称为脆性构件（结构）。破坏前有明显预兆，力-变形曲线在最大承载力附近存在明显的平台，能承受较大变形而承载力无显著降低的构件（结构）称为延性构件（结构）。 1.结构抗震的延性设计 大量的实验研究和地震实例表明，在地震（尤其是罕遇地震）作用下，建筑结构大都会进入弹塑性状态，出现弹塑性变形。延性设计，即使结构在构件屈服之后仍具有足够的变形能力，依靠结构的弹塑性变形来消耗地震能量，保证屈服部分发生延性破坏，避免结构发生脆性破坏和整个结构的倒塌。这种设防思想在新的建筑抗震设计规范中具体化为“小震”（在房屋服役期内最可能遭遇的强烈地震或常遇地震）不坏，“中震”（基本烈度地震）可修和“大震”（罕遇地震）不倒。世界上其他多地震国家的抗震设计规范，也都采用了类似的设计思想。 2.影响抗震结构延性设计的主要因素 （1）钢筋的配筋率 增加纵向钢筋配筋率，不仅可以提高结构构件的抵抗弯矩；同时也可以提高塑性铰的转动能力，进而增加结构的延性。 （2）箍筋配筋率 由实验研究可知，位移延性随着配箍率的增加而提高。箍筋间距越小，配箍率越大，延性的增长也越显著。增加配箍率，就是增加对混凝土横向变形的约束，提高混凝土的抗压强度。提高配箍率还可以提高混凝土的极限压应变，使其在混凝土受压区更均匀地分布，从而提高结构构件的极限位移值。 （3）材料的强度 提高混凝土的强度，则降低构件的轴压比，无疑可以提高构件的位移延性。但在纵向配筋率相同的条件下，提高混凝土标号等于减少钢筋在换算截面中所占的比重，也就意味着纵向钢筋配筋率的减少，反而会使位移延性降低。 （4）轴压比 试验表明，轴压比是影响压弯构件位移延性的最重要因素。当轴压比过大时，使压弯构件中钢筋的压应变增大，因此，截面必须转动更大的角度才能使受拉区钢筋屈服。这必然使屈服位移大大增加，从而导致构件延性的大幅降低。 钢筋混凝土框架结构抗震延性的设计实现 我国建筑抗震设计规范（GBJ50011-2001）提出的三水准（小震不坏，中震可修，大震不倒）抗震设防目标，是以两阶段的设计方法，并以“强柱弱梁”、“强剪弱弯”及“强节点、强锚固”的延性框架进行设计，并辅以必要的构造措施来保证结构局部薄弱区域的强度与刚度，以加强结构的整体性，增大延性，提 现浇楼板对框架梁抗弯承载力和刚度增强作用的研究 提要：合理考虑楼板对梁承载力和刚度的影响，对保证钢筋混凝土框架结构“强柱弱梁”设计原则的实现有着重要意义。在研究现浇楼板对框架梁抗弯承载力和刚度增强作用机理 的基础上，从框架梁刚度放大系数、柱梁抗弯承载力比、节点支座处的实际负弯矩、楼板作用对框架塑性铰发展的影响、楼板内钢筋的影响、板有效宽度的确定等方面，归纳总结国内外研究现状，并且对今后的研究方向进行展望。 关键词：框架结构；现浇楼板；强柱弱梁 一、引言 钢筋混凝土框架结构是工业和民用建筑中常用的结构 形式之一。《建筑抗震设计规范》中 6.2.2 条文说明指出，地震作用下框架结构的变形能力与其破坏机制密切相关。“强柱弱梁”屈服机制，属于整体型结构屈服机制，可使整个框架结构有较大的内力重分布能力，有尽可能多的结构构件参与整体结构抗震，地震能量可分布于所有楼层耗散，耗能能力大，极限层间位移增大，抗震性能较好，是框架结构抗震设计所期望的理想屈服机制。 为了保证现浇钢筋混凝土结构在地震作用下具有良好 的耗能能力，针对“大震不倒”的设防目标，我国现行规范采用了“强柱弱梁”的设计准则。但对1976年的唐山地震中4 8幢钢筋混凝土框架结构的震害调查表明[3]，由于现浇楼板 与框架梁的共同工作，提高了梁端的受弯承载力，致使破坏大多产生在柱中；凡是没有楼板的空框架，则裂缝都出现在框架梁中。对我国建国以来最为强烈的“5.12”汶川大地震震害调查亦表明：并未实现设计规范所要求的“强柱弱梁”梁铰破坏机制，大量的现浇框架结构出现了“强梁弱柱”型柱端破坏的震害，甚至还有节点区破坏的情况。由此可见，现行规范针对“强柱弱梁”设计准则提出的设计方法只能在一定程度上减缓柱端的屈服，并不能真正达到“强柱弱梁”。结合国内外的研究及震害分析可知，造成“强梁弱柱”型破坏形式的一个主要原因在于结构设计中忽略了框架梁端附近现浇楼板对梁端截面抗弯承载力的提高作用。本文仅从楼板对框架梁的刚度和承载力贡献方面，分析研究其增强作用。 二、现浇楼板对框架梁抗弯承载力和刚度增强作用的影响因素研究 早在20世纪八十年代国内外学者就已经提出楼板对框架梁的抗弯能力具有不可忽视的增强作用，但是该认识始终只停留在定性的层面上，至今为止未能给出考虑现浇楼板对框架梁影响的量化公式。国内外诸多学者对现浇楼板进行了一系列的试验研究和数值模拟分析，试图找到并量化楼板的作用，期望通过简单准确的设计方法将其列入实际的结构设计中来，使得现浇钢筋混凝土结构能够较好地实现“强柱弱梁”的破坏机制。目前，多从框架梁刚度放大系数、柱梁抗 框架结构强柱弱梁影响因素分析及设计 建议 摘要：“强柱弱梁”是框架结构的抗震设计原则，但因为填充墙、楼板、裂缝计算、梁底配筋、柱轴压比偏大、梁柱刚度比过大的影响，难以实现“强柱弱梁”机制。所以本文提出了相应的解决策略，仅供参考。 关键词：框架结果；强柱弱梁；影响机制 近年来，世界各个地区都频繁爆发地震。据全球地震监测网的报告显示，每年爆发的可感地震为5000多次，5级以上地震超过1000多次。地震不仅给人类打来了严重的财产损失，甚至威胁了人类的生命安全。2008年，汶川地震爆发后，造成的破坏极为严重，汶川周边地区成为严重的灾区，损失财产高达8千亿。震后许多专家对于该地区的房屋展开了调查，发现有1/5的房屋无法修复，由钢筋混凝土建造的框架结构暴露出了一个重要的问题，即框架上出现了大量的塑性铰，钢筋出现了弯曲。很多建筑中都是出现了柱破坏，而梁没有出现了破坏，由于柱破坏导致房屋结构彻底失去了承载能力。因此“强柱弱梁”是提升建筑框架结构的抗震防线，也是保证框架结构的延展性。但是怎样才能保证在地震中能够确保建筑不会倒塌呢？实现“强柱弱梁”的机制，本文对此提出了意见。 一、“强柱弱梁”破坏模式国内研究概述 从当前国内外的研究来看，对于钢筋混凝土框架结构抗震能力论述内容比较丰富。比如，叶列平则是发现了框架结构中的柱端弯矩增大系数对于框架结构的倒塌模式以及抗倒塌能力有非常重要的影响，并且通过实验证明了弯矩增大系数越大，结构的屈服剪力、极限剪力都会增大，框架结构出现完全屈服的情况也就越明显，当弯矩增大系数大于2时，建筑框架结构就有可能出现了失效[1]。王兴国在研究中进一步发现了当弯矩增大系数小于2时，建筑结构失效由中层失效模式控制，大于2时，建筑结构失效由上层失效模式控制[2]。郭彤等则是对于建筑 结构抗震设计原理及方法 1、抗震设防的要求 建筑抗震设计基本准则：“小震不坏，中震可修，大震不倒”三个水准。 第一水准：当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用； 第二水准：当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，但经过一般修理即可恢复正常使用； 第三水准：当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。 2、抗震设计方法 在进行建筑抗震设计时，原则上应满足上述三水准的抗震设防要求。在具体做法上，我国建筑抗震设计规范采用了简化的两阶段设计方法。 第一阶段设计：按多遇地震烈度对应的地震作用效应和其他荷载效应的组合验算结构构件的承载能力和结构的弹性变形。 第二阶段设计：按罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构的弹塑性变形。 第一阶段的设计，保证了第一水准的强度要求和变形要求。第二阶段的设计，则旨在保证结构满足第三水准的抗震设防要求，如何保证第二水准的抗震设防要求，尚在研究之中。目前一般认为，良好的抗震构造措施有助于第二水准要求的实现。 3、抗震设计的总体要求 一般说来，建筑抗震设计包括三个层次的内容与要求：概念设计、抗震计算与构造措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则；抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段；构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性。抗震设计上述三个层次的内容是一个不可割裂的整体，忽略任何一部分，都可能造成抗震设计的失败。 建筑抗震设计在总体上要求把握的基本原则可以概括为：注意场地选择，把握建筑体型，利用结构延性，设置多道防线，重视非结构因素。 建筑场地的地质条件与地形地貌对建筑物震害有显著影响。这已为大量的震 现浇楼板对框架结构的抗震性能影响分析 摘要：目前，钢混框架结构是工业和民用建筑中最常用的一种结构形式，其抗震性能越来越被人们所重视。我国的规范对框架结构在设计上是“强柱弱梁”，然而从大量的震害资料中来看，其实框架并没有达到规范中的“强柱弱梁”的要求。“强柱弱梁”屈服机制是框架结构的抗震设计原则，但由于现浇楼板等因素的影响，“强柱弱梁”屈服机制变得十分困难。现浇楼板对框架结构的影响是一个值得研究的问题。 关键字：现浇楼板；框架结构；抗震性能 在现浇钢混框架结构中，其自身侧向刚度不大，而地震作用引起的侧向位移非常大，为了实现框架结构具有良好的抗震性能，需要一个合理的抗震措施，其中，“强柱弱梁”就是框架结构抗震设计中最不能忽视重要措施之一。 1现浇楼板对钢筋混凝土框架结构影响概述 在现浇混凝土框架结构中，楼板一般与梁柱现浇，从而从空间上形成一个整体，梁柱板在一起协调作用，一起工作的能力较强，可以有效地提高框架梁的抗弯承载力和抗弯刚度。根据现浇楼板的一些作用可知，现浇板能从以下两方面来提高梁的抗弯刚度以及抗弯承载力： (1)梁端承受正弯矩时，楼板和框架梁共同组成T型截面，可增加框架梁的受压区宽度，从而增加梁端抗弯承载力和抗弯刚度。 (2)梁端承受负弯矩时，楼板内配筋相当于增加了框架梁的负弯矩筋，这将会显著增强框架梁的抗负弯矩承载力。 2现浇楼板对框架结构的抗震性能影响分析 2.1现淺楼板对框架梁刚度的影响 现浇楼板和梁整浇在一起，形成空间体系共同工作。当梁承受正弯矩时，一部分楼板就相当于梁的翼缘，承受纵向压力，此时梁为具有翼缘受压的T形截面；当梁承受负弯矩时，则变为翼缘受拉的T形截面。即现浇楼板增大了框架梁的刚度。当框架梁截面受力产生裂缝后，梁截面的刚度会沿梁长发生变化。要精确地确定梁截面的惯性矩，并考虑它沿梁长变化所引起的影响，这是一个非常复杂的问题，为了简化计算，一般忽略刚度沿梁长的变化，但假定梁截面的惯性矩沿梁长不变。 在现浇钢筋混凝土框架结构的设计中，通常通过调整框架梁的截面惯性矩来反映楼板对梁刚度增大的影响。《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定，“在结 房屋建筑框架结构抗震设计要点 摘要：如何从我国的地震环境和社会经济发展的实际情况出发，不断提高建筑结构抗震设计的水平，使之更安全可靠、更合理经济，是结构设计人员的重要任务。本文阐述了框架结构抗震设计时应注意的问题，探讨了框架结构抗震设计几个要点。 关键词：房屋建筑框架结构抗震设计要点 近年来中国房地产的迅猛发展给建筑业的发展带来了很大机遇和挑战，房地产市场的日趋成熟和完善要求建筑功能越来越多样性和复杂性，因此如何在满足建筑功能的同时设计出安全经济合理的结构体系对设计人员是一种不小的挑战，这就需要我们结构设计人员在设计过程中不断的总结和提高。 一、抗震设计应注意的问题 中国地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广，是一个震灾严重的国家。据统计，我国绝大部分地区均发生过较强的破坏性地震，给人民的生命和财产造成了非常大的损失，如2008年5月12日发生的汶川地震、2010年4月14日发生的玉树地震都造成了大量房屋倒塌、大量人员伤亡。因此，抗震设计是结构设计人员的一大课题，把好抗震设计关，提高建筑物的抗震能力才是减轻地震灾害的根本措施。 1、结构的抗震设计还不能完全依赖“计算设计”，更应该重视“概念设计”。概念设计是一种基于震害经验建立的抗震基本设计原则和思想。其目标是避免出现会导致结构过早破坏的敏感薄弱部位。结构抗震设计中特别要注意贯彻“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的设计原则，强柱弱梁就是要求柱的抗弯能力高于梁的抗弯能力，强剪弱弯就是防止构件受剪破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力，强节点弱构件就是要防止节点破坏先于构件。大量的工程设计中我们发现框架梁上部配筋一般比较大，这是因为考虑了梁翼缘作用和梁裂缝宽度验算后增加了较多梁纵向钢筋，从而增大了梁端的承载力，相对减小了柱端承载力，可能会形成“强梁弱柱”，这样做的后果就是地震发生时可能使得塑性铰出现在柱端而未按照预期出现在梁端部，我们的做法是严格控制梁端裂缝验算宽度刚好满足规范要求，不因裂缝宽度过小而使得梁端增加过多的钢筋。 2、当地下室顶板不作为上部结构的嵌固端时，一层框柱底端及二层楼面梁的配筋有可能偏小，整体计算除建立从基顶至屋顶的计算模型外，还应采用不含地下室的模型进行复核。 3、个别构件应采取的构造措施在抗震设计中也容忽视，如嵌砌入框架柱内的半高墙如走道栏板提供了较大刚度，在震害中可以看见框架柱常常在此类墙顶部发生破坏，我们为避免此类破坏发生，通常在框架柱边20mm以外设置构造柱与其强拉结，框架柱和构造柱之间柔性连接。 钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析及应用 万金国;苗启松 【摘要】Various elastic-plastic models of structure members in PERF0RM-3D were introduced. The comparison and analysis of the model experiment results of single shear and reinforced concrete core wall show that PERFORM-3D can effectively simulate the elastic-plastic performance of reinforced concrete shear wall. Through the nonlinear time history analysis of a frame core-tube and high-rise buildings under severe earthquake, the seismic performance of the structure is evaluated, and the application of PERFORM-3D in the structural seismic analysis and evaluation process are present.%介绍了PERFORM-3D中各种单元的弹塑性模型,对单片剪力墙和钢筋混凝土核心筒的试验模型进行了分析和对比,结果表明PERFORM-3D能有效模拟钢筋混凝土剪力墙的弹塑性性能.通过对某超高层框架核心筒建筑进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,评价了该结构的抗震性能,并说明了应用PERFORM-3D进行结构抗震分析和评估的过程. 【期刊名称】《土木工程与管理学报》 【年(卷),期】2011(028)003 【总页数】5页(P196-200) 【关键词】PERFORM-3D;剪力墙;弹塑性时程分析;抗震性能评估 【作者】万金国;苗启松 楼板厚度对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响 王鼎;赵天传;陈道政 【摘要】Slabs play an important role in the anti-seismic design of frame structures.In this paper,a six-story RC concrete frame structure was employed as an exampleandslabs withdifferent thicknesses were setin the structure.Seismic performance of the slab is analyzed focusing onthree aspects:stiffness of the floor,story drift angle and yielding mechanism.Rational modeling of cast-in-place floors of real projects was conducted using SAP2000 software.Modal analysis,response spectrum analysis,pushover analysis (static nonlinear analysis)and nonlinear time history analysis were conducted.The analysis results show that the aseismic performance of the cast-in-place floor slabswith different thicknesses have an obvious effect on the seismic behaviors of the frame structure.%楼板在钢筋混凝土(RC)框架结构抗震环节中起着不可忽视的辅助作用.以一栋六层钢筋混凝土框架结构为实例,在结构内布置不同厚度的楼板,通过楼板对结构的刚度,层间位移角,以及屈服机制三个方面的影响,分析不同厚度的楼板的抗震性能.采用 SAP2000软件对工程实例以及现浇楼板进行合理建模,并通过软件对模型进行模态分析,反应谱分析,Pushover分析(静力非线性分析)以及非线性时程分析.分析结果说明,不同厚度的现浇楼板对于框架结构抗震性能有着非常明显的影响. 【期刊名称】《结构工程师》 【年(卷),期】2017(033)005 【总页数】8页(P68-75) 武汉理工大学《建筑结构抗震设计》复试 第1章绪论 1.震级和烈度有什么区别和联系？ 震级是表示地震大小地一种度量,只跟地震释放能量地多少有关,而烈度则表示某一区域地 地表和建筑物受一次地震影响地平均强烈地程度.烈度不仅跟震级有关,同时还跟震源深度. 距离震中地远近以及地震波通过地介质条件等多种因素有关.一次地震只有一个震级,但不 同地地点有不同地烈度. 2.如何考虑不同类型建筑地抗震设防？ 规范将建筑物按其用途分为四类： 甲类（特殊设防类）.乙类（重点设防类）.丙类（标准设防类）.丁类（适度设防类）. 1 ）标准设防类,应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用,达到在遭遇高于当地抗震设防烈度地预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全地严重破坏地抗震设防目标.2）重点设防类,应按高于本地区抗震设防烈度一度地要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高地要求采取抗震措施；地基基础地抗震措施,应符合有关规定.同时,应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用.3 ）特殊设防类,应按高于本地区抗震设防烈度提高一度地要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高地要求采取抗震措施.同时,应按批准地地震安全性评价地结果且高于本地区抗震设防烈度地要求确定其地震作用.4）适度设防类,允许比本地区抗震设防烈度地要求适当降低其抗震措施,但抗震设防烈度为6度时不应降低.一般情况下,仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用. 3.怎样理解小震.中震与大震？ 小震就是发生机会较多地地震,50年年限,被超越概率为63.2%； 中震,10%；大震是罕遇地地震,2%. 4.概念设计.抗震计算.构造措施三者之间地关系？ 建筑抗震设计包括三个层次：概念设计.抗震计算.构造措施.概念设计在总体上把握抗震设计地基本原则；抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段；构造措施则可以在保证结构整体性. 加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果地有效性.他们是一个不可割裂地整体. 5.试讨论结构延性与结构抗震地内在联系. 延性设计：通过适当控制结构物地刚度与强度,使结构构件在强烈地震时进入非弹性状态后仍具有较大地延性,从而可以通过塑性变形吸收更多地震输入能量,使结构物至少保证至少“坏而不倒” .延性越好,抗震越好.在设计中,可以通过构造措施和耗能手段来增强结构与构件地延性,提高抗震性能. 第2章场地与地基 1.场地土地固有周期和地震动地卓越周期有何区别和联系？ 由于地震动地周期成分很多,而仅与场地固有周期T接近地周期成分被较大地放大,因此场 地固有周期T也将是地面运动地主要周期,称之为地震动地卓越周期. 2.为什么地基地抗震承载力大于静承载力？ 地震作用下只考虑地基土地弹性变形而不考虑永久变形.地震作用仅是附加于原有静荷载上地一种动力作用,并且作用时间短,只能使土层产生弹性变形而来不及发生永久变形,其结果 一、简答题） 1、.什么是反应谱，抗震设计反应谱曲线是如何确定的？ 地震反应谱是指单自由度体系最大地震反应与体系自振周期T之间的关系曲线，根据地震反应内容的不同，可分为位移反应谱、速度反应谱及加速度反应谱。 为满足一般建筑的抗震设计要求，应根据大量强震记录计算出每条记录的反应谱曲线，并按形状因素进行分类，然后通过统计分析，求出最有代表性的平均曲线，成为标准反应谱曲线，以此作为设计反应谱曲线。 2、什么是框架柱的轴压比和剪跨比？在框架柱抗震设计中为何要控制柱子的轴压比及剪跨比？ 轴压比是指柱地震作用组合的轴压力设计值与柱多得全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比，n=N/f A。 间跨比是指=a/h 其中a为集中荷载作用点至梁端的距离。（91） 轴压比是影响柱破坏形态和变形特征的重要因素，轴压比越大，则柱的延性越差，当n较小时，柱为大偏心受压构件，呈延性破坏；当n较大时，柱为小偏心受压构件，呈脆性破坏。因此为保证地震时柱的延性，抗震设计规范要求轴压比不宜超过限制规定且轴压比限制应适当减小。 框架梁、柱最小截面尺寸的限制可有间跨比限制来实现。因为间跨比过大，构建混凝土就会较早地发生脆性破坏。应尽量避免出现短柱，同时截面尺寸也不宜过小。 3、哪些结构需要考虑竖向地震作用？怎样确定结构的竖向地震作用？ 《建筑抗震设计规范》规定：设防烈度为8度和9度区的大跨度结构、长悬臂结构，以及设防烈度为9度区的高层建筑，除计算水平地震作用之外，还应计算竖向地震作用。 可采用类似于水平地震作用的底部剪力法，计算高层建筑及高耸结构的竖向地震作用。即首先确定结构底部总竖向地震作用，然后计算作用在结构各质点上的竖向地震作用。 对于平板型网架、大跨度屋盖、长悬臂结构等大跨度机构的各主要构件，可认为竖向地震作用的分布与重力荷载的分布相同。 4、为什么要对场地土进行类别划分，如何划分？ 场地土是指场地范围内的地基土。研究表明场地土质坚硬程度不同对场地地震动的大小有明显的影响。因此，《建筑抗震设计规范》根据场地土层剪切波速大小及范围奖场地土划分为5类型。 5、试述刚性楼盖、柔性楼盖和中等刚度楼盖砌体结构的层剪力分配方法。（128-129） 刚性楼盖：假定其自身水平平面内的刚度为无限大，只发生刚体平移，并把楼盖在其平面内看做刚性连续梁，而抗震横墙视为该梁的弹性支座。此时各横墙分担的水平地震剪力与其康侧翼刚度成正比。 柔性楼盖：在横向水平地震剪力作用下楼盖在其平面内不仅有平移，而且有弯曲变形，课将其视为水平支撑在各抗震横墙上的多跨简支梁。各抗震横墙上承担的水平地震作用为该墙体的从属面积范围内的重力荷载代表值产生的水平地震作用，因而各横墙上承担的水平地震剪力可按该从属面积上的重力荷载代表值的比例分配。 中等刚性楼盖：可近似按上述两种楼盖的分配方法的平均值进行横向水平地震剪力的分配。 6、试述抗震设计目标，并说明大、中、小震如何划分？ 在一定经济条件下，最大限度减轻建筑物的地震破坏，保障人民生命财产的安全。“小震不坏，中震可修、大震不倒”。当设计基准期为50年时，概率密度曲线的峰值烈度对应的超过概率为63.2％，将这一峰值烈度定义为小震烈度。当超越概率为10％时所对应的地震烈度，称为中震烈度，当超越概率为2％-3％时所对应的地震烈度，称为大震烈度。 7、延性框架设计中为何要求“强剪弱弯”？框架梁设计中如何保证“强剪弱弯”？塑性铰理解
高层结构设计填空题参考答案(不完整版)
钢结构框架梁柱节点性能分析
塑性铰
钢筋混凝土框架结构的延性设计分析
现浇楼板对框架梁抗弯承载力和刚度增强作用的研究
框架结构强柱弱梁影响因素分析及设计建议
结构抗震设计方法
现浇楼板对框架结构的抗震性能影响分析
房屋建筑框架结构抗震设计要点
钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析及应用
楼板厚度对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响
建筑结构抗震设计课后习题答案
(整理)河北大学工程结构抗震设计理论测试
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