梁柱刚度比对框架抗弯能力及变形的影响
框架结构强柱弱梁实现中的问题与对策分析
框架结构强柱弱梁实现中的问题与对策分析“强柱弱梁”不仅能够避免结构形成同层所有柱端均出现塑性层侧移，还能够使框架结构在强震下形成具有较好抗震性，是实现梁铰机制的重要结构措施，是钢筋混凝土框架结构中的一项关键控制措施。
本文对强柱弱梁实现过程中常见的问题进行了阐述，并结合具体问题提出了相应的解决方法。
标签框架结构；强柱弱梁：抗震钢筋混凝土框架结构，是当前建筑中最主要的结构形式，被广泛应用于工业与民用建筑中。
但是它自身的侧向刚度较小，而地震作用引起的侧向位移较大，为了保证框架结构在遭遇地震作用时不发生倒塌，我们对钢筋混凝土框架结构必须采取一定的抗震措施，以保证人民的人身和财产的安全。
“强柱弱梁”就是一种很好的抗震措施，一方面，它的底层柱上下端出现塑性铰，能够迅速导致结构倒塌，另一方面，它只有在全部梁端出现塑性铰并迫使结构底部也出现屈服变形时，结构才会破坏[1]。
1 影响实现强柱弱梁的因素1.1 填充墙对结构刚度的影响在强柱弱梁的所有影响因素中，填充墙是最大的、最复杂的一个因素，填充墙和框架梁是相互依存的关系，对结构会产生如下一些影响，因此我们必须要明确填充墙的结构功能及其相应的设计目标。
实际丁程中，围护墙和填充墙通常直接在框架梁上砌筑，而地震作用下砌体墙与梁一起运动，无疑对梁有一个较大的加强作用，它不仅能直接参与整体结构的抗震受力，显著增大框架梁的刚度和抗弯承载力，而且还能增加结构层刚度，造成结构层刚度不均匀，减小框架梁弯曲变形，形成层屈服机制，引起扭转效应。
填充墙的结构功能目标分为：1)参与结构受力，这时它就是抗震的第一道防线，在整体结构的抗震分析和设计中就要给予足够的考虑；2)不参与结构受力，这时它就得跟周边的框架有足够的隔开、分开，这种设计能够对结构扭转效应有很好的控制。
1.2 现浇楼板对框架梁的承载力及刚度的影晌楼板对“强柱弱梁”的影响在国外是考虑一定的超强系数，研究表明，楼板内的钢筋能够使框架梁的实际抗弯承载力增大20～30％，《建筑抗震没计规范》规定：除框架顶层和柱轴压比小于0．15。
框架与排架复习题及部分答案
《混凝土结构设计复习题及部分答案》一、单项选择题1.在设计框架时，可对梁进行弯矩调幅，其原则是（ A ）A.在内力组合之前，对竖向荷载作用的梁端弯矩适当调小B.在内力组合之前，对竖向荷载作用的梁端弯矩适当调大C.在内力组合之后，对梁端弯矩适当调小D。
在内力组合之后，对梁端弯矩适当调大2.伸缩缝的设置主要取决于（D ）A。
结构承受荷载大小 B.结构高度C.建筑平面形状D。
结构长度3.水平荷载作用下的多层框架结构，当某层其他条件不变,仅上层层高变小时，该层柱的反弯点位置( B )A.向上移动B。
向下移动C.不变D.向上移动至23层高处4。
单层厂房下柱柱间支撑一般布置于伸缩缝区段的（A )A。
中央 B.两端C。
距两端的第二个柱距内D。
任意一端5.钢筋混凝土柱下扩展基础的高度主要是由（C )A.地基抗压承载力确定B.地基抗剪承载力确定C.基础抗冲切承载力确定D。
基础底板抗弯承载力确定6.在用分层法计算框架内力时( A ）A.除底层外，其他各层柱的线刚度应折减B.除底层外，其他各层柱的线刚度应增加C。
底层柱线刚度应折减，其他各层柱不变D.各层柱的线刚度均不变7.设计现浇钢筋混凝土框架结构时，为简化计算,对现浇楼盖，取中框架梁的截面惯性矩为（ D ）A。
I0B。
1。
2IC.1。
5ID。
2。
0I(。
I—为矩形截面梁的截面惯性矩)8。
荷载分项系数的取值（D )A.总是大于1B.总是小于1C。
总是等于1 D.可能大于1，可能等于1 9。
单层厂房计算中，对屋面活荷载、雪荷载的取值是按( D ）A.两者之和B。
两者的平均值C.两者的较小值D.两者中的较大值10.高层剪力墙结构的水平位移曲线为( ）A。
弯曲型B。
剪切型C.弯剪型D。
剪弯型11。
多层框架结构，在水平荷载作用下的侧移主要是由（C )A。
梁剪切变形引起的侧移B。
柱剪切变形引起的侧移C.梁、柱弯曲变形引起的侧移D.柱轴向变形引起的侧移12.单层厂房排架在柱顶集中水平力作用下按剪力分配法计算时,总剪力是按( C )A.柱的数量平均分配给各柱B.柱的高度分配给各柱C。
pkpm刚度比、位移比、周期比详细讲解_secret
PKPM刚度比、位移比、周期比详细讲解周期比规范条文：新高规的4.3.5条规定，结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1 之比，A级高度高层建筑不应大于0.9；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。
（用来控制扭转刚度不至于太小）对于通常的规则单塔楼结构，如下验算周期比:1）根据各振型的平动系数大于0.5，还是扭转系数大于0.5，区分出各振型是扭转振型还是平动振型2）通常周期最长的扭转振型对应的就是第一扭转周期Tt，周期最长的平动振型对应的就是第一平动周期T13）对照“结构整体空间振动简图”，考察第一扭转/平动周期是否引起整体振动，如果仅是局部振动，不是第一扭转/平动周期。
再考察下一个次长周期。
4）考察第一平动周期的基底剪力比是否为最大5）计算Tt/T1，看是否超过0.9 (0.85)周期比控制什么？如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。
一句话，周期比控制不是在要求结构足够结实，而是在要求结构承载布局的合理性周期比不满足要求，如何调整？一旦出现周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。
周期比不满足要求说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，总的调整原则是加强结构外圈刚度，削弱结构内筒刚度。
F验算周期比的目的，主要为控制结构在罕遇大震下的扭转效应。
F多塔结构周期比：对于多塔楼结构，不能直接按上面的方法验算。
如果上部没有连接，应该各个塔楼分别计算并分别验算，如果上部有连接，验算方法尚不清楚。
F体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比。
F当高层建筑楼层开洞口较复杂，或为错层结构时，结构往往会产生局部振动，此时应选择“强制刚性楼板假定”来计算结构的周期比。
钢结构(柱脚)刚接与铰接的区别
刚性连接与铰性连接钢结构中,梁与柱的连接通常采用3种形式，柔性连接（也称铰接）、半刚性连接和刚性连接。
在工程实践中，如何判别一个节点属于刚性、半刚性或铰接连接主要是看其转动刚度,刚性连接应不会产生明显的连接夹角变形，即连接夹角变形对结构抗力的减低应不超过5%。
半刚性连接则介于二者之间。
梁柱的半刚性连接可以采用在梁端焊上端板，用高强螺栓连接，或是用连于翼缘的上、下角钢和高强螺栓。
其设计要求如下：（1）端板连接在端板连接节点中力的传递可将梁端弯矩简化为一对力偶，拉力经受受拉翼缘传递。
受拉螺栓对受拉翼缘对称布置。
压力可以通过端板或柱翼缘承压传递，压力区螺栓可少量设置，并和受拉螺栓一起传递剪力。
（2）上下角钢连接用上下角钢连接的节点中，受拉一侧的连接角钢在弯矩作用下，不仅竖肢变形，水平肢也变形。
因此，角钢连接的刚度比端板者稍低。
连接性质的划分应由下列三项指标来表征：抗弯刚度，转动刚度，延性（转动能力）。
&&& 抗弯承载力是连接强度的主要项目，此外还有抗剪强度。
刚性连接从理论上来说，承受弯矩和剪力的能力应该不低于梁的承载能力，亦即不低于梁的塑性铰弯矩和腹板全塑性剪力。
地震区的框架应该要求更高，体现“强连接-弱构件”的原则。
对于柔性连接则只要求其抗剪能力。
半刚性连接介于刚性和柔性连接之间，必须具有一定的抗弯能力。
&& 连接的转动刚度由弯矩-转角曲线的斜率来体现，它不是常量，转动刚度对框架变形和承载力都有影响。
对变形的影响需要结合正常使用极限状态进行分析。
为此，应考察连接的初始刚度或标准荷载作用下的割线刚度。
刚性连接的刚度，理论上需要达到无限大，但实际上只要达到一定的限值就可以看作是刚性连接，问题在于如何从数量上做出界定。
&&& 转动能力属于延性指标，塑性设计的框架要求塑性铰部位有一定转动能力，以便后续的内力重分布能够出现。
&&& 1.刚性连接这种构造假定梁柱连接有足够的刚性，梁柱间无相对转动，连接能承受弯矩。
分层法和D值法
（2）影响反弯点高度的具体因素：
a) 侧向外荷载的形式 b) 梁柱线刚度比 c) 结构总层数及该柱所在的层数 d) 柱上下横梁线刚度比 e) 上、下层层高的变化
（3）计算方法 <a> 梁柱线刚度比、层数、层次对反弯点高度的影响 标准反弯点高度比： y0 （反弯点到柱下端距离与柱全高的比值） 条件：框架横梁的线刚度、柱的线刚度和层高沿框架高度保持不变。
2）分配系数——杆AB在结点A的分配系数等于杆AB的转动刚度与交于
A点的各杆的转动刚度之和的比值。以 表示。
Aj
S Aj S
均为固端
Aj
iAj i
A
A
3）固端弯矩 方向 +
4）传递系数——当近端有转角时，远端弯矩与近端弯矩的比值。用C表 示。
M BA CABM AB
3. 计算步骤
解：
边柱：（ i1 i3 0 或 i3 i4 0 ）
k i2 i4 2ic
梁柱刚度比K和α的关系
楼 层
简图
一 般 柱
边 柱
底 层 柱
固 结
K
k i1 i2 i3 i4 2ic
k
2k
k i1 i2 ic
0.5 k
2k
2. 计算各柱的剪力
➢ 计算方法同反弯点法。 ➢ 则第j层、第k柱的剪力：
M 1上 V1h1 / 3 M 1下 V1 2h1 / 3
5. 根据节点平衡计算梁端弯矩
6. 由梁两端的弯矩，根据梁的平衡条件，可求出梁的剪力。 7. 由梁的剪力，根据结点的平衡条件，可求出柱的轴力。
例题：作下图所示框架的弯矩图，图中括号内数字为各杆的线刚度
解： 当同层各柱h相等时，可直接用柱线刚度计算它们的分配 系数。这里只有第3层中柱与同层其他柱高不同，做如下 变换，即可采用折算线刚度计算分配系数。
【钢结构研究】中美欧各国规范关于梁柱节点的规定
1刚接或半刚接节点1.1欧洲规范（EN1993-1-8，5.2.2.5,54页）梁柱节点：对于框架支撑结构，当支撑体系可减少至少80%结构水平侧移时，初始连接转动刚度不小于8倍梁线刚度视为刚接节点；对框架结构，初始连接转动刚度不小于25倍梁线刚度视为刚接节点，欧洲标准定义刚性节点的依据是节点承载力与理想刚性节点相比下降不超过5%；初始连接转动刚度在0.5到25倍梁线刚度之间（开区间）视为半刚接，但是当框架梁柱线刚度比小于0.1时，即使满足初始连接转动刚度不小于25倍梁线刚度这一条件，亦视为半刚接节点。
柱脚：满足以下条件时柱脚可视为刚接：其中为假设柱子梁端铰接的柱子长细比。
1.2美国规范对刚性（FR）和半刚性（PR）节点，美国规范AISC360-10B章、J章仅给出了定性规定，规定刚性节点应有足够强度和刚度在承载力极限状态维持节点处角度，而柔性节点（simple connections）应几乎不传递弯矩，并有设计所要求的转动能力。
AISC341-16按不同结构形式分别给出了连接要求，对于钢板剪力墙结构边缘构件的连接，规范指出应满足框架结构（moment frame system）的连接要求，采用FR或PR连接形式。
对FR连接，规范规定（AISC341-16第E章6b节，34页）刚性连接应满足传递弯矩和剪力的强度要求，并应考虑超强系数和硬化，按下式计算：对于弯矩： ≥ ∙ /Ry取值为1.1， 取值为1.0（LRFD设计法）或1.5（ASD设计法）；Mp对于剪力： ≥Lcf为梁净跨。
对PR连接，规范规定（AISC341-16第E章6b节，35页）半刚性连接应满足传递弯矩和剪力的强度要求，并在设计时考虑刚度和变形能力，包括对结构整体稳定性的影响。
对于弯矩：连接的名义抗弯强度（nominal flexure strength of connection）不应低于梁塑性弯矩Mp的50%；对于剪力：与刚性节点形式相同，将Mp替换为连接的名义抗弯强度即可。
建筑抗震设计-第4章-框架、抗震墙
4
框架、抗震墙与框架-抗震墙
防震缝的震害 防震缝宽度过小，地震时结构相互碰撞造成震害。 建 筑 抗 震 设 计 总结以上震害调查结果，除注意场地和地基因素外，从 结构上主要应注意：
1）结构的刚度在平面上和沿竖向的分布要规则、均匀；
2）结构构件要有足够的承载力和延性； 3）重视构造，加强对混凝土的约束，防止剪切、锚固 等脆性破坏； 4）保证施工质量。
天津城建大学
TIANJIN CHENGJIAN UNIVERSITY
建 筑 抗 震 设 计
建筑抗震设计
主讲人：王庆鹏
•目录
1 2 建 筑 抗 震 设 计 3 4 5 6 7 抗震设计原则 场地、地基与基础 地震作用与结构抗震验算
框架、抗震墙与框架-抗震墙
多层砌体房屋 底部框架-抗震墙、多层内框架砖砌房屋 单层钢筋混凝土柱厂房
4
框架、抗震墙与框架-抗震墙
4.1 概述 抗震墙 建 筑 抗 震 设 计
框架-抗震墙
抗震墙结构是由纵、横向的 钢筋混凝土墙所组成的结构。 因为墙体较多，侧向刚度大， 所以它可以建的很高。
框架房屋
抗震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。
4
框架、抗震墙与框架-抗震墙
4.2 震害及其分析 框架梁、柱的震害 梁柱变形能力不足，构件过早发生 破坏。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底， 尤其是角柱和边柱更易发生破坏。 1、柱顶 柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或 交叉裂缝。重者混凝土压碎崩落，柱 内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。
4
框架、抗震墙与框架-抗震墙
§4.3 抗震设计的一般规定
一、房屋的适用最大高度
《抗震规范》规定：乙、丙和丁类建筑的框架结构和框架-抗震墙结构适 用的最大高度应不超过下表的规定。
砼结构及砌体结构复习题及参考答案
中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案砼结构及砌体结构一、填空题：1.单层工业厂房的四个结构组成部分中，是厂房的基本承重结构。
2.现行《荷载规范》规定，对一层吊车的多跨厂房的每个排架，吊车竖向荷载的计算一般按不宜多于台吊车考虑，而吊车横向水平荷载的计算则按不宜多于台吊车考虑，同时应考虑多台吊车的荷载折减系数。
3.钢筋混凝土塑性铰的转动能力与截面相对受压区高度ξ有关，当ξ增大时转动能力，故考虑塑性内力重分布设计连续梁、板时，应满足ξ。
4.无梁楼盖在计算时可以按照和两种方法计算。
5.用D值法计算水平荷载作用下的多层框架时，若某层柱的上层柱变高，则该层柱的反弯点向移；若上层横梁线刚度增大，则该层柱的反弯点向移。
6.在混合结构房屋中,对受压构件进行高厚比验算的目的是。
对带壁柱的砖墙要分别进行和的高厚比验算。
7.和钢筋混凝土结构一样，砌体结构设计时采用的设计方法是的设计方法。
8.在砖混结构中，圈梁的作用是增强，并减轻和的不利影响9.混凝土楼盖按结构型式可分为肋梁楼盖、、和等型式。
10.设计现浇单向肋梁楼盖中的纵向配筋时，跨中截面按形截面考虑，支座截面按形截面考虑。
11.工程中常用的现浇楼梯根据受力特点可分为、、折板悬挑楼梯和螺旋式楼梯等。
12.单层工业厂房的四个结构组成部分中，是厂房的基本承重结构13.单层工业厂房钢筋混凝土排架柱牛腿的计算简图可以简化为以为拉杆，为压杆的三角形桁架；其设计内容包括和两个方面。
14.在采用分层法近似计算竖向荷载作用下框架内力时，为了修正在分层计算简图中假定上、下柱的远端为固定端所引起的误差，应将除底层柱外的其它各柱的线刚度乘以折减系数，并取其传递系数为。
15.混合结构房屋的承重体系是按来划分，而静力计算方案则根据和来划分，其中横墙承重体系的房屋一般属于方案房屋。
16.混合结构房屋中受压构件进行高厚比验算的目的是，对于带壁柱的砖墙应分别进行和的高厚比验算。
17.按弹性理论计算单向板肋梁楼盖的内力时，其杆件的简化包括梁、板和两个方面的简化18.当采用弹性薄板理论进行现浇双向板肋梁楼盖某区格板跨中最大正弯矩和支座最大负弯矩计算时，其活荷载的最不利布置方式分别为和。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
梁柱刚度比对框架抗弯能力及变形的影响
摘要：根据力学基本原理，推导出框架结构在水平荷载作用下梁柱刚度比对
框架抗弯能力影响较大。在同等框架柱截面特征情况下梁柱刚度比较大的框架结
构抗弯能力较强，同时荷载作用产生的水平位移较小。分析表明在某些需要控制
侧移的结构中，可以通过增加梁柱线刚度比来减小结构侧向位移。
关键词：框架结构；梁柱刚度比;水平荷载；侧向位移
引言
框架结构是目前多高层结构中应用比较广泛的一种结构形式，其结构设计理
论及实际工程施工技术都已经比较成熟，但就框架结构梁柱刚度比对结构变形及
抗弯能力影响这一方面，分析研究还不够完善。本文通过分析框架结构梁柱刚度
比对框架结构位移及抗弯能力的影响，证明在给定水平荷载和结构材料及截面特
征情况下，可以通过调整梁柱刚度比来增强结构抗弯能力，并能有效减小结构位
移。
水平荷载作用下框架结构的变形及框架柱截面应力分布
框架结构在水平荷载作用下产生的弯矩主要由框架梁柱及框架柱中成对轴
力形成的力偶矩承担，水平荷载产生的侧向位移主要由框架梁柱杆件弯曲变形及
框架柱轴向变形引起的侧向位移组成[2]。其中框架梁柱杆件弯曲是框架结构产
生水平位移的主要因素，其产生的水侧向位移占总侧向位移的大部分，一般情况
下，框架柱轴向变形引起的侧向位移很小，可以忽略，仅当框架柱中轴力较大时
才考虑该部分引起的侧向位移。以单跨框架结构为例，如下图所示，不同梁柱线
刚度比情况下，框架结构在水平荷载作用下产生的变形及框架柱截面中应力分布
情况。
由上图可以看出，当框架梁的刚度很大，而框架柱的刚度相对较小时，框架
梁对框架柱的约束作用很强。在水平荷载作用下，框架整体受力，框架柱截面内
应力分布以整体弯曲应力为主，框架柱轴向变形此时为最大，水平荷载在框架柱
内产生的轴力也达到最大。此时，框架侧向位移曲线呈剪切型，框架柱中成对轴
力形成的弯矩抵抗了水平荷载产生的弯矩的大部分，框架由梁柱弯曲变形引起的
侧向位移也为最小值，轴向变形引起的侧向位移为最大，但是远小于框架柱内无
轴力时梁柱弯曲产生的侧向位移。当框架梁刚度很小，而框架柱相对刚度很大时，
框架梁对整个框架的约束作用很小。在水平荷载作用下，框架柱没有轴向变形，
并且不产生轴向力。此时，框架可以近似于弱梁连接的两个单独悬臂柱承担弯矩，
框架结构的侧向位移曲线呈弯曲型，侧向位移全部由框架柱的弯曲变形引起。框
架柱内应力分布以局部弯曲为主。理论分析表明通过增加梁柱刚度比从而增加框
架柱内轴力可以增强结构整体抗弯能力并能有效减小结构侧向位移。
水平荷载作用下梁柱刚度比对框架结构位移及框架柱轴力的影响
以单层单跨框架承受水平集中荷载为例，框架柱截面特征相同，框架梁沿长
度方向截面特征不变，根据结构力学基本原理计算出框架结构在水平集中荷载作
用下框架柱内产生的轴力及框架结构的侧向位移。
计算结果：
其中为结构高度，分别为梁柱线刚度，为集中荷载，为结构跨度。
计算结果表明，当梁柱刚度比很大时，结构中轴力趋近于最大值，而位移趋
近于最小值，结构中由成对轴力形成的力偶矩达到最大，结构的抗弯能力也为最
大。当梁柱刚度比很小时，结构中轴力趋近于零，而位移趋近于最大值，结构抵
抗弯矩能力最小。
分析结论及工程实际应用
理论分析及计算结果表明，增大结构梁柱刚度比能有效增加结构抗弯能力并
能有效减小结构位移。近年来，在高层、超高层框架-核心筒结构中多采用结构
加强层来控制结构位移，其作用原理是通过桁架或刚度很大的梁连接内筒与外框
筒，从而增强建筑结构内筒与外框筒的联系，使外框柱轴力形成的力偶矩承担更
多弯矩，减小内筒承担的弯矩从而减小结构整体位移量[6]。由以上理论分析及
计算结果证明，在结构荷载、结构各截面尺寸及配筋给定的情况下，可根据结构
变形限制条件，直接求出设计所需连梁刚度，使该部分结构设计更加方便快捷。
参考文献：
[1] 龙驭球，包世华，匡文起，袁驷，结构力学，高等教育出版社，2000.
[2] 包世华，张铜生,高层建筑结构设计和计算，清华大学出版社,2005.
[3] 单辉祖，材料力学，高等教育出版社，1999.
[4] Machanics of Materials,R.C.Hibbeler,电子工业出版社，2006.
[5] Stiffness-based design methodology for steel braced tube structures:A
sustainable approach,Kyoung Sun Monn,Engineering structures,2010.
[6]刘喜平，加强层的设置对超高层框筒结构水平位移的影响，华北科技学
院学报，2008.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。