多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计(框架结构部分).ppt

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1、,1,第5章 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计（框架结构部分）,2,5.1 概述,一.多高层建筑的结构形式 框架、抗震墙、框架抗震墙及框架简体等结构体系,二.抗震设计的内容,抗震概念设计：结构体系选择 ，结构布置，一般规定等。,抗震计算设计：地震作用，内力，强度，变形等。,抗震的构造措施设计等。,3,5.2 抗震设计的一般要求（概念设计）,场地选择,建筑的平立面布置,结构选型与结构布置,多道抗震防线,刚度、承载力和延性的匹配,确保结构的整体性,4,框架结构设计的过程及内容： 结构布置及构件截面尺寸确定 计算简图 荷载计算:重力荷载代表值; 水平地震作用 内力计算（竖向、水平向） 内力组合 截面

2、强度计算 变形验算 构造措施等,5.3 框架内力与位移计算,5,一、水平地震作用的计算,（一）计算简图,横向框架；纵向框架,跨度，层高，荷载作用位置和大小,注意这种计算简图与糖葫芦计算简图的意义,6,地震作用计算简图中重要的参数,1 质量的简化,2 阻尼的简化,3 刚度的简化,框架结构层间刚度的计算问题,7,4 框架抗侧刚度的计算 （1）当梁的线刚度比柱的线刚度大的较多时，假定梁的刚度无限大。 （2）考虑梁刚度对柱刚度的有限影响，柱的刚度将变小。 （3）层间刚度,8,（二）、水平地震作用的计算,一般情况下可用底部剪力法 周期计算可采用顶点位移法 非结构墙体影响系数,各楼层地震作用标准值,顶层附

3、加地震作用,9,二、水平地震作用下框架内力计算,在计算出水平地震作用后，框架的内力计算是一个结构力学问题。只要正确的设置结构的参数，计算方法可以有多种。 实际设计应用较多的是计算机方法矩阵位移法。 说明计算原理的简化计算方法反弯点法。,10,（1)反弯点法 反弯点法适用条件：层数较少，梁柱线刚度比大于3时。反弯点位置：上部 0.5H ， 底层 0.7H,11,内力计算步骤： 层间剪力分配到柱计算柱弯矩 根据节点平衡计算梁弯矩。,如何分配？,12,(2)、D值法（改进反弯点法）考虑上下梁刚度的影响，对反弯点位置加以修正。计算步骤如下：,a 修正系数， 由梁柱线刚度比定。,柱线刚度,抗侧刚度的计算

4、方法,、计算各层柱的侧移刚度D,13,取值,边柱,中柱,一般层,底层,14,、计算各柱分配剪力,、确定反弯点高度y y0 标准反弯点高度比，查附表5-1 P181 y1 上、下梁线刚度不同，对y0 的修正值 弯点上移， y1 为正值 弯点下移， y1 为负值,15,y2 上层层高与本层层高不同时，反 弯点高度修正值。由 和 查表。,、计算柱端弯矩 上端 下端,y3 下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。,16,、 梁端剪力,、 计算柱轴力N ， 为各层柱上梁端剪力之和,、计算梁端弯矩,17,三、竖向荷载作用下框架内力计算,在竖向荷载下框架的内力计算是一个结构力学问题。只要正确的设置结构的

5、参数，计算方法可以有多种。 实际设计应用较多的是计算机方法矩阵位移法。 说明计算原理的简化计算方法分层法、弯矩二次分配法。,18,分层法和弯矩二次分配法 1) 分层法（弯矩分配法）,19,特点：,底层 其它层 柱线刚度 不变 0.9 传递系数 1/2 1/3 将各层计算结果叠加。对于不平衡弯矩较大节点再分配 一次（不再传递）。 2) 弯矩二次分配法 过程：计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩）分配 （第一次）和 传递同时进行再分配（第二次）。,20,3) 弯矩调幅,考虑塑性内力重分布，可将梁端弯矩调幅，减小梁 端弯矩 调整系数 现浇框架 0.80.9 装配整体式 0.70.8 调幅后的跨中弯矩计算

6、注意只有竖向荷载作用下的梁端弯矩可以调幅，水 平荷载作用下的梁端弯矩不进行调幅。,21,四、内力组合,通过内力计算，获得了在不同荷载作用下产生的构 件内力标准值。根据可能出现的最不利情况进行构件的 内力组合所得设计内力值，进行截面设计. 一般有两种组合： （1）、 地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合,（2）、 竖向荷载效应组合(非抗震组合) 包括全部恒载与活载的组合。,22,具体对于框架来说，对框架梁、框架柱的控制截面 进行内力组合。 i)、框架梁 （取不利组合）,梁端正弯矩,梁端负弯矩,23,跨中正弯矩,梁端剪力,24,ii)、 框架柱内力不利组合,柱上下端为控制截面取不利组合,25,五

7、、位移计算,1) 多遇地震烈度下。 求出多遇烈度下的各层间剪力 层间位移 2) 罕遇地震作用下层间弹塑性位移计算 对于 y 大于0.5的框架，只要弹性位移满足要求， 可不进行弹塑性位移计算。,(略）,26,作业：假定框架结构的办公楼所有柱截面尺寸均为500500mm,不考虑梁刚度对柱刚度的影响。 1）计算1个柱（1层）的抗侧刚度，计算1榀（1层）框架的抗侧刚度，计算结构的层间抗侧刚度。 2）用顶点位移法计算该建筑的基本自振周期。 3）计算1榀框架上的地震作用。 4）用反弯点法计算地震作用下框架结构的内力。,27,5.4 钢筋混凝土框架结构构件设计,（一）、框架梁抗震设计 1、设计要求及计算要点

8、： 梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力(强剪弱弯） 设计剪力的取值。 梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力 延性设计问题。 解决好梁筋的锚固问题（强锚固）。 2、框架梁受剪承载力验算 梁剪力设计值,28,梁的设计剪力与梁端的设计弯矩及外荷载有关,为了将梁设计成强剪弱弯，可将计算的Vb适当放大作为设计剪力。,q-重力荷载代表值,vb 梁端剪力增大系数，抗震规范规定对于一、二、三级框架分别取1.3、1.2、1.1。,由力学平衡计算的梁端剪力,29, 梁斜截面受剪承载力, 剪压比限值（梁最小截面尺寸要求）,30,3、 提高梁延性的措施,主要影响因素：截面尺寸、纵筋配筋率、剪压比、配箍率、钢

9、筋及砼的强度。（构造设计） 截面： 纵筋配筋率：（通过受压区高度控制） 一级框架 ， 二、三级框架 梁端受拉筋配筋率,31, 梁端加密箍筋： 抗震等级 加密区长度 最大间距（取小） 最小直径 一 2hb,500 mm 6d, hb/4,100mm 10 二 1.5hb,500 mm 8d, hb/4,100mm 8 三 1.5hb,500 mm 8d, hb/4,150mm 8 四 1.5hb,500 mm 8d, hb/4,150mm 6, 梁端受压纵筋与受拉纵筋的比率,一级框架,二、三级框架,32, 通长纵筋 ：,一、二级框架不小于 ， 且不小于受力纵筋面积 的1/4. 三四级框架不少于

10、。,33, 梁筋锚固方式：直线型和弯折型,4、梁筋锚固：防止锚固破坏,34, 反复 荷载下的锚固长度：,砼粘结强度退化率为0.75，抗震所需的锚固长度应在 原锚固长度 上有所增加。 一、二级 三级 四级, 弯折筋的弯折段不能太小。,35,5、 控制塑性铰位置：,通过合理配筋方式使梁的预期塑性铰离开柱边不小于梁 高也不小于500mm处。 方法：附加短纵筋，附加短腰筋，弯筋。 要求柱边截面 比塑性铰处受弯承载力提高25%以上。,36,（二）、框架柱抗震设计 设计原则及要点： 强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰柱设计弯矩的取值及计算。 在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力柱设计剪力的取值及

11、计算。 控制柱的轴压比不要太大轴压比的限值。 加强约束，配置必要的约束箍筋构造要求。,37,1、轴压比的概念,名义轴向压应力与砼抗压强度之比 轴压比是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。 轴压比越大，柱子的延性越差。柱子的破坏形态也 随轴压比的增大，由大偏心破坏向小偏心破坏过渡。抗 震结构要求柱子有足够的延性且为大偏心破坏，故控制 轴压比的限值。,组合轴压力设计值,38,轴压比 抗震等级 一 二 三 四 框架柱 0.65 0.75 0.85 0.9 框支柱 0.6 0.7 框-墙、板柱墙及筒体 0.75 0.85 0.9 0.95 2、 强柱弱梁-柱设计弯矩的取值 要求：塑性铰出现在梁上 (

12、如何设计？）,39, 节点上、下柱端的弯矩计值取值为,c对于一、二、三、四级框架分别为1.7、1.5、1.3、1.2。,由力学平衡得到的梁柱节点处柱端的计算弯矩为：,为了将框架设计成强柱弱梁应可将柱的设计弯矩适当放大,40, 底层柱、角柱内力： 一、二、三、四级框架底层柱底截面的组合弯矩设计值应分别乘以1.7、1.5、1.3、1.2的增大系数，角柱内力按上述调整后进一步放大10%。 （3） 柱的配筋计算，注意承载力抗震调整系数。,41,作法： 柱剪力设计值,柱剪力增大系数， 一、二、三、四级框架分别取1.5、1.3、1.2、1.1。,3、强剪弱弯设计剪力取值 要求：在弯曲破坏之前不发生剪切破坏

13、, 剪压比限值，柱截面尺寸不能太小,42,短柱 柱斜截面受剪承载力,43,4、 加强柱端约束（构造设计）,在柱端一定范围内加密箍筋。 加密箍筋的作用：承担剪力；约束砼； 提高抗压强度；提高变形能力；防止纵向 压曲 加密箍筋注意事项 范围： 中取最大值，底 层，刚性地面上下各500mm。短柱、角柱全高加密。,44, 箍筋的最大间距,抗震等级 最大间距（取较小值） 最小直径 一级： 6d ， 100mm 10 二级： 8d， 100mm 8 三级： 8d， 150mm 8 四级： 8d ， 150mm 8 箍筋最小体积配筋率 （见p117表5-13） 箍筋型式：普通箍、复合箍、螺旋箍,45, 肢距：加密区，一级200，二、三级250 或20倍d，四级300,（6）、柱纵向钢筋的配置：最小配筋率和最大配筋率要求。最小配筋率 。,46,（三）、框架节点抗震设计(略）（*以下所述内容主要针对一、二级框架。）,节点设计准则： 节点承载力不应低于连接构件 在多遇烈度下，节点处于弹性工作范围 罕遇烈度下，节点承载力的降低不能危及荷载的传递 不应使施工过分困难,47,第5章 结束,