多层框架结构解析.ppt

1,13.1 概述,第13章 多层框架,本章要求（10学时）,第13章 多 层 框 架,了解框架结构的特点和适用范围； 熟悉框架结构的布置原则与方法； 掌握框架结构在竖向和水平荷载作用下的内力计算方法； 掌握框架结构的内力组合原则与方法； 熟悉框架结构在水平荷载作用下的侧移验算方法； 熟悉梁、柱的配筋计算和构造要求。,2,13.1 概述,第13章 多层框架,第13章 多 层 框 架,房屋按高度和层数分类,低层,12层 310层 10层或檐口高度28m,多层,高层,3,13.1 概述,第13章 多层框架,中国古代建筑结构,墙倒屋不塌框架,4,13.1 概述,第13章 多层框架,第13章 多 层 框 架,一、框架结构组成 框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式，横梁和立柱通过节点连为一体，形成承重结构，将荷载传至基础。,13.1 多层框架结构的组成与布置,5,13.1 概述,第13章 多层框架,一、框架结构组成 框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式，横梁和立柱通过节点连为一体，形成承重结构，将荷载传至基础。,6,13.1 概述,第13章 多层框架,钢 框 架,7,13.1 概述,第13章 多层框架,优点 结构轻巧； 整体性好； 可形成大空间； 施工方便； 较为经济。,框架结构,8,13.1 概述,第13章 多层框架,框架结构,缺点 抵抗水平荷载能力差； 侧向刚度小，侧移大 ； 受地基的不均匀沉降影响大 。,框架结构受力变形动画,9,13.1 概述,第13章 多层框架,框架结构种类 根据施工方法的不同，分为现浇（整体式）、装配式和装配整体式三种。 目前国内外大多采用现浇混凝土框架。,二、 框架结构布置 柱网布置 布置原则： （1）应满足生产工艺的要求 （2）应满足建筑平面布置的要求 （3）使结构受力合理 （4）应方便施工,10,13.1 概述,第13章 多层框架,柱网的平面布置,简单、规则、对称、均匀； 避免过大内收和外伸（凹角处应力集中）； 质心与刚心宜接近，避免平面不规则结构,11,13.1 概述,第13章 多层框架,竖向布置,沿高度之刚度、强度、质量分布均匀、连续； 避免立面不规则结构。,12,13.1 概述,第13章 多层框架,13,13.1 概述,第13章 多层框架,柱网布置类型：,内廊式柱网 常为对称三跨(A+B+A)： A边跨跨度(房间进深)：常为6m、6.6 m、6.9m B中间跨为走廊，跨度常为2.4m、2.7m、3.0m 开间方向，柱距为68.4m。 常用于旅馆、办公楼、宿舍、教室、医院等。 等跨式柱网 进深常为6m、7.5m、9 m、12m，从经济考虑不宜超过9m。 开间方向的柱距常为69m。 适用于超市、厂房、仓库等。,14,13.1 概述,第13章 多层框架,15,13.1 概述,第13章 多层框架,房屋横向刚度大，侧移小； 横梁高度大，室内有效净空小。 非抗震时使用,连系梁截面较小，框架梁截面尺寸大，室内有效净空高； 对纵向地基不均匀沉降较有利； 房屋横向刚度小，侧移大。,2. 承重框架的布置 （1）横向承重框架,（2）纵向承重框架,16,13.1 概述,第13章 多层框架,（3）纵横双向承重,特点： 整体性好，受力好； 适用于整体性要求较高和楼面荷载较大的情况。,避免设计单跨框架,17,13.1 概述,第13章 多层框架,柱网尺寸 框架结构的柱网布置应力求做到简单、规则、整齐，柱网尺小应符合经济原则，尽量符合模数； 梁的经济跨度为69m 框架结构的柱网尺寸及层高应根据建筑功能要求、施工条件及材料设备等各方面因素来确定。 房屋长度较大时，需考虑设置伸缩缝，以避免温度开裂。因为伸缩缝将房屋上部结构断开，分成独立的结构单元，所以在缝的两侧应各自设置框架。,18,13.1 概述,第13章 多层框架,3. 变形缝 （1）沉降缝 设置沉降缝是为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中引起裂缝。 房屋扩建时，新建部分与原有建筑结合处也可设置沉降缝分开。 沉降缝将建筑物从基础至屋顶全部分开，各部分能够自由沉降。,19,13.1 概述,第13章 多层框架,（2）伸缩缝 设置伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力而使房屋产生裂缝。 伸缩缝仅将上部结构从基础顶面断开，基础不断开。 砼规范钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距（m）附录8,20,13.1 概述,第13章 多层框架,（3）防震缝 当房屋平面复杂、立面高差悬殊、各部分质量和刚度截然不同时，应设置防震缝。 防震缝宽度不得小于70mm，对于框架结构，当高度超过15m时，6-9度相应每增加高度5m、4m、3m、2m缝宽增加20mm，框架-剪结构取其70%，剪力墙结构取其50%。 对有抗震设防要求的房屋，其沉降缝和伸缩缝均应符合防震缝要求，并尽可能三缝合并设置。,21,第13章 多层框架,13.2 框架结构内力与水平位移的近似计算,结构分析方法：空间、平面（手算） 现浇平面框架按弹性理论的近似手算方法： 竖向荷载作用下分层法、弯矩二次分配法、迭代法 水平荷载作用下反弯点法和改进的反弯点法（D值法）,13.2 内力与水平位移近似计算,22,13.2 内力与水平位移近似计算,第13章 多层框架,13.2 框架结构内力与水平位移的近似计算,一、框架结构计算简图 1、平面计算单元 框架结构是一个由横向框架和纵向框架组成的空间结构。,23,第13章 多层框架,1、平面计算单元,13.2 内力与水平位移近似计算,24,第13章 多层框架,2. 节点 框架杆件用其轴线表示，杆件之间的连接用节点表示，杆件长度用节点之间的距离表示。 3. 跨度与层高： 框架的跨度为框架柱轴线间的距离；框架的层高（除底层柱外）可取各层层高，底层一般自基础顶面至二层楼板顶面，当有整体刚度很大的地下室时，可取至地下室结构的顶部。,13.2 内力与水平位移近似计算,25,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,4. 框架梁的截面惯性矩,注： I0为梁按矩形截面计算的惯性矩， 。,26,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,5. 荷载计算 （1）楼（屋）面活荷载 可考虑楼面活荷载折减 （2）风荷载 （3）水平地震作用 底部剪力法：高度不超过40m，且质量和刚度沿高度分布比较均匀时，可采用底部剪力法计算 反应谱法（拟静力法） 时程分析法（直接动力法）,27,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,二、竖向荷载作用下的分层法 1. 计算假定： 没有水平位移；忽略侧移 某楼层的竖向荷载只对本层框架梁及其相连的楼层柱产生内力。,多层多跨框架 各层竖向荷载作用的开口框架 同层同柱同号柱叠加,分解,叠加,28,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,2. 开口框架远端支座（固端）的误差修正: 除底层柱以外的其它各层柱的线刚度乘以修正系数0.9，据此来计算节点周围各杆件的弯矩分配系数；,考虑除支座外，框架各节点为弹性固定，因此底层柱的弯矩传递系数取1/2，其他各层柱的弯矩传递系数取1/3。,29,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,关于弯矩传递系数： 远端固定传递系数为1/2 远端滑动传递系数为 -1 远端简支传递系数为 0,3.分层法的适用范围 节点梁柱线刚度比 结构与荷载沿高度分布比较均匀,30,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,4. 计算步骤 （1）画出框架的计算简图； （2）计算各梁、柱的线刚度i （3）处理所求的i （4）计算各节点的弯矩分配系数，用弯矩分配法从上至下分层计算各开口框架的杆端弯矩，由此求得的梁端弯矩即为其最后弯矩。 （5）每一层柱的最终弯矩需由上、下两层计算所得的弯矩值叠加得到（每一层柱属于上、下两层）。如果需要提高精度，可对不平衡弯矩再作一次弯矩分配，但不传递。,31,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,三、水平荷载作用下的反弯点法 适用范围： （1）结构比较均匀，层数不多的多层框架； （2）梁、柱线刚度比 思路：柱V及反弯点位置 Mc Mb 1. 基本假定 （1）确定各柱间的剪力分配时，认为 ，各柱上下两端均不发生角位移； （2）除底层以外的其余各层柱，受力后上下两端的转角相同，即反弯点位于层高的中点；底层柱反弯点位于距支座2/3层高处； （3）不考虑框架梁的轴向变形，同一层各节点水平位移相等。梁端弯矩可由节点弯矩平衡条件求出不平衡弯矩，再按节点左右梁的线刚度进行分配。,32,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,33,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,34,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,2.同层各柱剪力分配（n层，m-1跨） 第j层内力与外力平衡方程： 第j层层间水平力： 由假定（1）可得 第j层第k根柱（两端固定）的侧移刚度 忽略梁的轴向变形，则各柱层间侧移相同 则有,各层的层间总剪力按各柱侧移刚度在该层侧移刚度所占比例分配到各柱。,35,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,以三层两跨框架为例，用反弯点法计算水平荷载作用下框架的内力。,顶层,36,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,第二层,37,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,第一层,38,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,3. 框架梁、柱内力 （1）柱端弯矩 （2）求梁端弯矩平衡条件+按刚度分配 中节点：,39,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,角节点和边节点仅节点平衡,40,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,（3）梁端剪力 （4）柱的轴力 节点左右梁端剪力之和即为柱的层间轴力。,请大家梳理用反弯点法求各内力的顺序,41,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,柱的抗侧刚度只考虑了柱的线刚度和柱高，未考虑节点梁柱线刚度比的影响；梁刚度小时误差大 认为反弯点的位置是固定不变的，实际上它与梁柱线刚度之比、柱的位置、上下层梁的线刚度大小、上下层层高、框架的总层数等因素有关。,四、D值法（改进的反弯点法） 1. 反弯点法的问题,2. D值法的思想（与反弯点法相比）： 相同之处：先确定反弯点位置 不同之处：考虑了上述因素的影响，对柱的抗侧刚度和柱的反弯点位置进行了修正。 因此，D值法又称为修正的反弯点法，适用于 的情况。,42,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,3. 改进柱的抗侧刚度,式中，c 柱抗侧移刚度修正系数，按下表的公式计算。 ib变大， c 1,43,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,修正的反弯点高度 柱反弯点位置取决于该柱上下端转角的比值： 转角相同反弯点居中 转角不同反弯点偏向转角较大一端（约束小） 影响柱两端转角大小的因素： 水平荷载的形式 梁柱线刚度比 结构总层数及该柱所在层数 柱上下横梁线刚度比 上下层层高变化,注意：当各层框架柱的侧移刚度和各层柱反弯点位置确定以后，计算步骤与反弯点法一样。,44,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,通过4个系数体现各因素对反弯点的修正,y0标准反弯点高度比（与结构层数n，该柱所在层次j，梁柱线刚度比K及侧向荷载形式等有关）查附表10-1、2 y1上、下层梁刚度比I及K值变化的修正值；查附表10-3 y2上层层高变化的修正值；查附表10-4 y3下层层高变化的修正值。查附表10-4,45,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,五、框架结构侧移的近似计算 控制侧移包括两部分内容：控制顶层最大侧移和控制层间相对位移。 总体剪切变形和总体弯曲变形,46,第13章 多层框架,13.2 内力与水平位移近似计算,1.由梁柱弯曲变形引起的侧移 第i层层间相对侧移： 顶点侧移为各层层间侧移之和： 2.由柱轴向变形引起的侧移 第i层层间相对侧移： 顶点侧移： 高规规定：对房屋高度大于50m或 高宽比大于4的结构，宜考虑柱轴向变 形的影响。,47,第13章 多层框架,13.3 多层框架内力组合,13.3 多层框架内力组合 一、控制截面,梁：跨中、支座截面 柱：柱顶、柱底截面,48,第13章 多层框架,13.3 多层框架内力组合,二、 荷载效应组合,不考虑抗震设防时，荷载效应组合如下： 当有两个或两个以上可变荷载参与组合且其中包括风荷载时，荷载组合系数取 ，在其他情况下荷载组合系数均取 。 一般应考虑下列三种荷载组合： （1）恒载0.9（活载风载） （2）恒载活载 （3）恒载风载 对于高层框架结构，在计算荷载效应组合时应把风荷载作为主要荷载，其荷载组合值系数 。,49,第13章 多层框架,13.3 多层框架内力组合,内力组合的目的就是要找出框架梁柱控制截面的最不利内力，最不利内力是使截面配筋最大的内力。,三、 控制截面最不利内力类型,梁跨中截面：+Mmax及相应的V（正截面设计） 梁支座截面：-Mmax及相应的V （正截面设计） Vmax及相应的M （ 斜截面设计） 柱 截 面：|M|max及相应的N、V Nmax及相应的M、V Nmin及相应的M、V M比较大（不是绝对最大），但N比较小 或N比较大（但不是绝对最小或绝对最大）,50,第13章 多层框架,13.3 多层框架内力组合,由图可见： 对于大偏压，M相等或相近时，N越小越不利； 对于小偏压，M相等或相近时，N越大越不利； 无论大小偏压，当N相等或相近时，M越大越不利。,51,第13章 多层框架,13.3 多层框架内力组合,四、竖向活荷载的最不利位置 1. 分跨计算组合法逐层逐跨布置 n层m跨框架，有n*m种布置，需计算n*m次内力计算量大,52,第13章 多层框架,13.3 多层框架内力组合,四、竖向活荷载的最不利位置 1. 分跨计算组合法逐层逐跨布置 2. 最不利位置法 梁跨中+Mmax：二次棋盘形布置（a）（b） 梁端 -Mmax,53,第13章 多层框架,13.3 多层框架内力组合,3.分层组合法（当活载与恒载的比值不大于3时） （1）对于梁，只考虑本层活荷载的不利布置同连续梁 （2）对于柱端弯矩，只考虑相邻上下层的活荷载 （3）对于柱Nmax，考虑该层以上所有层与该柱相邻的梁满布活荷载。 误差处理：不考虑活荷载折减 4.满布法（活载与恒载的比值不大于1时） 对楼面活荷载标准值不超过5kN/m2的一般工业与民用多层框架结构，满布荷载法的计算精度和安全度可以满足工程设计要求，为安全起见，满布法对跨中弯矩再乘以1.11.2的放大系数。注意并非调幅,54,第13章 多层框架,13.3 多层框架内力组合,五、梁端弯矩调幅,在竖向荷载作用下，可以考虑梁端塑性变形内力重分布，减小梁端负弯矩，相应增大梁跨中弯矩。 调幅后的支座弯矩为： =M 式中 梁支座截面调幅后的弯矩； M 梁支座调幅前按弹性方法计算的弯矩； 调幅系数，现浇框架：0.80.9， 装配式框架：0.70.8。,55,第13章 多层框架,13.3 多层框架内力组合,56,第13章 多层框架,13.4 无抗震设防框架构件设计,13.4 无抗震设防要求时框架结构构件设计,一、柱的计算长度l0,框架结构柱的计算长度 注：H值底层为基础顶面至二层楼盖顶距离，其余层为上、下两层楼盖顶面之间的距离。,57,第13章 多层框架,13.4 无抗震设防框架构件设计,二、框架节点构造要求,1. 梁、柱截面尺寸 （1）梁截面尺寸 且不宜大于 （2）柱截面尺寸 柱截面高度可取 柱截面宽度可取 ，并按下述方法进行初步验算。 框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以1.21.4的放大系数。 对有抗震设防的框架结构，需要限制柱的轴压比。 为柱的轴压比限值。 框架柱截面高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。,58,第13章 多层框架,13.4 无抗震设防框架构件设计,2. 混凝土强度等级 框架的砼强度等级不应低于C20。节点区砼强度不应低于柱砼强度。梁柱砼强度等级相差不宜大于5MPa。后浇节点砼强度宜高于预制柱砼强度5MPa。 3.保证节点截面尺寸 4. 节点箍筋 梁的箍筋沿梁全长范围内设置，第一排箍筋一般设置在距离节点边缘50mm处。梁的配箍率不应小于 ，箍筋最小直径和最大间距的要求与一般梁相同。 四边有梁的中节点，可只设沿周边的矩形箍筋，不设复合箍筋。节点范围内的箍筋数量应与柱端相同。,59,第13章 多层框架,13.4 无抗震设防框架构件设计,5.梁柱纵筋在节点区的锚固 见砼规范或课本P224-225 （1）中间层端节点 （2）中间层中节点 （3）顶层中节点 （4）顶层端节点 6. 上下层柱纵筋连接与搭接 7. 框架梁与预制楼板的连接构造,60,二、构件截面设计 1、框架梁 框架梁是受弯构件，由内力组合求得控制截面的最不利弯矩和剪力后，按正截面受弯承载力计算方法确定所需要的纵筋数量，按斜截面受剪承载力计算方法确定所需的箍筋数量，再采取相应的构造措施。 2、框架柱 框架柱是偏心受压构件，通常采用对称配筋，确定柱中纵筋数量时，应从内力组合中找出最不利的内力进行配筋计算。 框架柱除进行正截面受压承载力计算外，还应根据内力组合得到的剪力值进行斜截面抗剪承载力计算，确定柱的箍筋配置。,武汉工业学院,back,61,3、框架柱 （1）框架柱截面 柱截面高度不宜小于400mm，柱截面宽度不宜小于350mm，柱净高与 截面长边尺寸之比宜大于4。 （2）框架柱纵向钢筋 框架柱的纵向钢筋宜采用对称配筋，框架柱纵向钢筋的最小直径不 应小于12mm，全部纵向钢筋的最小配筋率 最大配筋率 （3）框架柱箍筋 箍筋应为封闭式，箍筋间距不应大于400mm，且不应大于柱短边尺 寸。 4、框架节点 （1）现浇框架节点 （2）装配式及装配整体式框架节点,武汉工业学院,back,62,第五节 框架结构抗震设计,一、抗震设计思想 1、三水准的抗震设防要求 （1）第一水准：当遭受低于本地区抗震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可继续使用； （2）第二水准：当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，经过一般修理或不需修理仍可继续使用； （3）第三水准：当遭受到高于本地区抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。,武汉工业学院,back,63,2、抗震设计方法 （1）第一阶段设计是多遇地震下的承载力验算和弹性变形计算。取第一水准的地震动参数，用弹性方法计算结构的地震作用，然后将地震作用效应和其它荷载效应进行组合，对构件截面进行抗震承载力验算，以满足第一水准的抗震设防要求；对延性结构还要进行弹性变形验算，控制侧向变形，防止结构构件和非结构构件出现较多损坏，满足第二水准的抗震设防要求；再通过合理的结构布置和抗震构造措施，增加结构的耗能能力和变形能力，即认为可以满足第三水准的抗震设防要求。 （2）第二阶段设计是罕遇地震下的弹塑性变形验算。 对于特别重要的结构或建筑物的体形和抗侧力构件比较复杂的结构，除进行第一阶段设计外，还要进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算，使得结构的薄弱部位不产生可能导致结构倒塌的过大变形。,武汉工业学院,back,64,3、建筑物重要性分类 建筑抗震设防分类标准GB5022395根据建筑遭受破坏后可能产生的经济损失、社会影响及其在抗震救灾中的作用，将建筑物按重要性分为甲、乙、丙、丁四类。 （1）甲类建筑，地震破坏后对社会产生严重影响，对国民经济造成巨大损失或有特殊要求的建筑。如核电站、存放剧毒物品的建筑、中央级电信枢纽。 （2）乙类建筑，主要指地震时使用功能不能中断或需要尽快恢复，且地震破坏会造成社会重大影响和国民经济重大损失的建筑。如大中城市的供水、供电、广播、通讯、消防、医疗建筑。 （3）丙类建筑，地震破坏后有一般影响及其它不属于甲、乙、丁类的建筑。如量大面广的一般工业与民用建筑。 （4）丁类建筑，地震破坏或倒塌不会影响及其它不属于甲、乙、丙类的建筑，且社会影响、经济损失轻微的建筑。如储存物品价值低、人员活动少的单层仓库等建筑。,武汉工业学院,back,65,4、抗震设防标准 （1）甲类建筑的地震作用，当为68度时应按本地区设防烈度提高一度计算，当为9度时，提高幅度应专门研究。其它各类建筑的地震作用，应按本地区设防烈度计算，但设防烈度为6度时，一般可不进行地震作用计算。 （2）当设防烈度为68度时，甲类建筑和乙类建筑应按本地区设防烈度提高一度采取抗震措施，当为9度时，应采取比9度设防更有效的抗震措施；丙类建筑应按本地区设防烈度采取抗震措施；丁类建筑可按本地区设防烈度适当降低抗震措施要求，但设防烈度为6度时不宜降低。 较小的乙类建筑，采用抗震性能较好的结构体系时，可按本地区设防烈度采取抗震措施。,武汉工业学院,back,66,二、地震作用计算 1、地震作用 地震释放的能量以地震波的形式传到地面，引起地面运动，并带动 基础和上部结构一起运动，迫使结构产生振动。振动过程中作用在 结构上的惯性力就是“地震荷载”，它使结构产生内力和变形。按照 现行国家标准规定，荷载仅指直接作用，地震时结构施加的影响属 间接作用，故将结构承受的“地震荷载”称为地震作用。 2、地震作用的计算原则 （1）一般情况下，水平地震作用对结构起控制作用，可按建筑 结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方 向的水平地震作用主要由该方向抗侧力构件承担； （2）有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15时，应分 别考虑各抗侧力构件方向的水平地震作用； （3）质量和刚度分布明显不对称的结构，应考虑双向水平地震 作用下的扭转影响； （4）9度时的高层建筑，应考虑竖向地震作用。,武汉工业学院,back,67,3、地震作用的计算方法 基于反应谱理论的振型分解反应谱法、底部剪力法，以及直接输入 地震波求解的时程分析法。 （1）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，可采用底部剪力法等简化方法； （2）不符合上述情况的多层和高层房屋宜采用振型分解反应谱法， （3）特别不规则的建筑、甲类建筑和表3.8所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行补充计算。,武汉工业学院,back,68,4、重力荷载代表值 建筑抗震设计规范取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组 合值之和作为抗震设计的重力荷载代表值。可变荷载根据地震时的 遇合概率取用不同的组合系数，如表3.9所示。重力荷载代表值适用 于计算地震作用以及与地震作用相遇的其它重力荷载。,武汉工业学院,back,69,5、结构抗震等级 混凝土结构房屋的抗震要求，不仅与建筑重要性和地震烈度有关， 而且与建筑结构的抗震能力有关，结构抗震能力又与房屋高度和结 构类型、主要抗侧力构件还是次要抗侧力构件等直接相关。建筑 抗震设计规范根据建筑物重要性、设防烈度、结构类型和房屋高 度等因素，将其抗震要求以抗震 等级表示，抗震等级分为四级，见 表3.10和续表3.10 ，一级抗震要求最高，四级抗震要求最低，对于 不同抗震等级的建筑物采取不同的计算方法和构造要求，以利于做 到经济合理的设计。,武汉工业学院,back,70,三、荷载效应组合 1、结构构件荷载效应基本组合 结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪 力设计值； 重力荷载分项系数，一般情况应采用1.2，当重力荷载效应对 构件承载能力有利时，不应大于 1.0； 分别为水平、竖向地震作用分项系数，应按表3.11；,武汉工业学院,back,71,风荷载分项系数，应采用1.4。 重力荷载代表值，有吊车时，尚应包括悬吊物重力标准值； 水平地震作用标准值的效应； 竖向地震作用标准值的效应； 风荷载标准值； 风荷载组合值系数，一般结构可不考虑，较高的高层建筑 可采用0.2。,武汉工业学院,back,72,2、承载力抗震调整系数 结构构件承载力设计值，应按现行有关规范计算； 承载力抗震调整系数，除以后有关章节另有规定外，应按 表3.12采用。 抗震规范通过承载力抗震调整系数来反映标准值和设计值之间 的差异。这个差异对不同的材料，不同构件以及不同构件的荷载效 应比值均不相同，表3.12分别给出了钢筋混凝土结构的承载力抗震 调整系数的值。,武汉工业学院,back,73,3、框架结构构件荷载效应组合 在框架抗震设计时，一般应考虑两种基本组合。 （1）、地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合 框架结构考虑地震作用时，除高层建筑须考虑风荷载以外，一般不 考虑风荷载与地震作用的组合，框架结构一般也不考虑竖向地震作 用。当只考虑水平地震作用与重力荷载代表值的组合时： （2）、永久荷载与可变荷载的荷载效应组合 无地震作用时，考虑全部竖向荷载作用的荷载效应组合：,武汉工业学院,back,74,四、框架结构构件截面抗震设计 框架结构体系是由梁、柱通过节点连接而成，抗震结构构件应具备 必要的强度、适当的刚度、良好的延性和可靠的连接，并应注意强 度、刚度和延性之间的合理匹配。 1、框架梁 （1）、正截面受弯承载力验算 考虑地震作用组合的框架梁，其正截面受弯承载力可按非抗震设计 的承载力计算公式计算，但应考虑承载力抗震调整系数，受弯梁取 考虑受压钢筋作用的梁端混凝土受压区高度应符合下列要求： 一级抗震等级 二、三级抗震等级 且纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。,武汉工业学院,back,75,（2）、斜截面受剪承载力验算 、梁端剪力设计值确定 强剪弱弯 梁端剪力调整，9度设防烈度、一级抗震等级的框架结构： 其它情况： 一级抗震等级 二级抗震等级 三级抗震等级,武汉工业学院,back,76,框架梁左、右端考虑承载力抗震调整系数的正截面 受弯承载力值；应分别按顺时针和逆时针方向进行计算，并取其较大值。每端的弯矩值可按非抗震设计正截面受弯承载力有关公式计算，但在计算中应将纵向受拉钢筋的强度设计值以强度标准值代替，并取实配的纵向钢筋截面面积，不等式改为等式，并在等式右边除以梁的正截面承载力抗震调整系数。 考虑地震组合的框架梁左、右端弯矩设计值， 与 之和，应分别按顺时针方向和逆时 针方向进行计算，并取其较大值； 考虑地震作用组合时的重力荷载代表值产生的剪力设计值 ， 可按简支梁计算确定； 梁的净跨。,武汉工业学院,back,77,、截面尺寸限制 框架梁受剪截面应符合下列条件： 跨高比不小于2.5的框架梁： 跨高比小于2.5的框架梁： 混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不超过C50时，取 ；混凝土强度等级为C80时，取 ，其 间按线性内插法取用。 承载力抗震调整系数，受剪取为0.85。,武汉工业学院,back,78,、斜截面受剪承载力验算 矩形、T形和I形截面的一般框架梁： 对集中荷载作用下的框架梁（包括有多种荷载、且其中集中荷载对 节点边缘产生的剪力值占总剪力值的75以上的情况）：,武汉工业学院,back,79,2、框架柱 框架柱设计中应遵循“强柱弱梁”的原则，避免或推迟柱端出现塑性 铰；还应满足“强剪弱弯”的要求，防止过早发生剪切破坏；为提高 框架柱的延性，还应控制柱的轴压比不要太大。 （1）、正截面承载力验算 考虑地震作用组合的框架柱，其正截面受压、受拉承载力可按非抗 震设计的承载力计算公式计算，均应考虑相应的承载力抗震调整系 数。 （2）、弯矩设计值调整 由于框架柱的延性通常比梁的延性小，一旦在框架柱上形成塑性铰 ，就会产生很大的层间侧移，直接危及结构的竖向承载能力。因此 ，在框架设计中，可以有目的地增大柱端弯矩设计值，体现“强柱 弱梁”的原则，使得框架结构在水平地震作用下梁端先出现塑性铰 。,武汉工业学院,back,80,、节点上、下柱端的弯矩设计值 柱端弯矩调整，9度设防烈度、一级抗震等级的框架结构： 且不应小于按一级抗震等级公式求得的 值。 一级抗震等级 二级抗震等级 三级抗震等级 对框架顶层和轴压比小于0.15的柱，以及四级抗震等级时，柱端弯 矩设计值可直接取地震作用组合下的弯矩设计值。,武汉工业学院,back,81,考虑抗震等级的节点上、下柱端的弯矩设计值之和； 同一节点左、右梁端按逆时针或顺时针方向组合的考虑 承载力抗震调整系数的正截面受弯承载力值之和； 同一节点左、右梁端按逆时针或顺时针方向考虑地震作 用组合的弯矩设计值之和。当节点左、右梁端均为负弯 矩时，绝对值较小一端的弯矩取零。 、节点上、下柱端的轴向压力设计值，取地震作用组合下各自的 轴向力设计值。 、框架结构底层柱柱底的抗弯能力也应适当提高，对于一、二级 抗震等级的框架结构底层柱下端截面的弯矩设计值，应乘以增大系 数1.5。,武汉工业学院,back,82,（3）、 剪力设计值调整 柱端剪力调整，9度设防烈度、一级抗震等级的框架结构： 且不应小于按一级抗震等级 公式求得的 值。 一级抗震等级 二级抗震等级 三级抗震等级 注意：一、二级抗震等级的框架结构的角柱的弯矩、剪力设计值宜 在调整后的弯矩、剪力设计值基础上，再乘以增大系数1.3。,武汉工业学院,back,83,（4）、受剪截面尺寸限制 限制柱的剪压比，其实质也就是从受剪的要求限制构件最小截面尺 寸。框架柱的受剪截面应符合下列条件： 剪跨比大于2： 剪跨比不大于2： （5）、斜截面受剪承载力验算 当框架柱出现拉力：,武汉工业学院,back,84,（6）、轴压比限制 抗震设计中的轴压比是指柱组合轴压力设计值与柱全截面面积和 混凝土的轴心受压强度设计值乘积的比值，即 。 柱的轴压比是影响柱破坏形态和变形能力的重要因素。试验表明， 轴压比越大，柱的变形能力越小；在高轴压比条件下，多配箍筋不 能有效改善柱的延性。因此，必须限制柱的轴压比。 3、 框架节点 框架节点是结构抗震的薄弱部位，在水平地震力作用下，框架节点 受到梁、柱传来的弯矩、剪力和轴力作用，节点核芯区处于复杂应 力状态。地震时，一且节点发生破坏，难以修复和加固，因此应根 据“强节点”的设计要求，使得节点核芯区的承载力强于与之相连的 杆件的承载力。,武汉工业学院,back,85,五、框架结构抗震构造措施 1、材料 （1）、混凝土 有抗震设防要求的混凝土结构的混凝土强度等级应符合下列要求： 设防烈度为9度时，混凝土强度等级不宜超过C60；设防烈度为8度 时，混凝土强度等级不宜超过C70。当按一级的抗震等级设计时， 混凝土强度等级不应低于C30；当按二、三级抗震等级设计时，混 凝土强度等级不应低于C20。 （2）、钢筋 结构构件中应采用延性较好的钢筋，普通纵向受力钢筋宜采用 HRB400、HRB335级热轧钢筋，箍筋宜选用HRB335、HRB400、HRB235 级热轧钢筋。在施工中，不宜任意采用较高强度等级的钢筋来代替 原设计中的纵向受力钢筋，以免降低构件延性。,武汉工业学院,back,86,2、框架梁 （1）、截面尺寸 梁的截面宽度不宜小于200mm，且不宜小于柱宽的一半，梁的截面 高宽比不宜大于4；梁计算跨度与截面高度之比(跨高比)不宜小于5。 （2）、梁纵向钢筋的配置 在框架结构中，主要依靠梁端塑性铰的形成来保证结构的延性。 梁端纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2.5，且考虑受压钢筋的梁 端混凝土受压区高度和有效高度之比，一般不应大于0.25，二、三 级不应大于0.35。抗震设计梁的纵向受拉钢筋的最小配筋率较非抗 震设计梁有所提高，应满足表3.13的要求。,武汉工业学院,back,87,（3）、 梁内纵筋锚固 在反复地震作用下，钢筋与混凝土之间粘结作用较单调加载时有所 降低。因此，框架结构的抗震设计应比非抗震设计有更为严格的锚 固长度和搭接长度。 纵向钢筋的最小锚固长度： 一、二级抗震等级 三级抗震等级 四级抗震等级 纵向受拉钢筋的锚固长度，取非抗震的锚固长度。当采用搭 接接头时，其搭接长度 式中 受拉钢筋搭接长度修正系数。,武汉工业学院,back,88,（4）、梁内箍筋 梁端箍筋的加密区长度、箍筋最大间距和箍筋最小直径，按表3.14 的规定。当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2时，表中箍筋最小直径 应增大2mm。 沿梁全长箍筋的配筋率应符合下列规定： 一级抗震等级 二，三级抗震等级,武汉工业学院,back,89,3、框架梁 （1）、截面尺寸 柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm；柱的净高与截面高度比宜 大于4，以防止形成易发生脆性剪切破坏的短柱；柱的截面高宽比 不宜大于3。 （2）、柱内纵筋配置 框架柱中全部纵向受力钢筋的配筋率不应小于表3.15规定的数值， 同时，应满足每一侧配筋率不小于0.2的要求。框架柱中全部纵 向受力钢筋的配筋率不应大于5。,武汉工业学院,back,90,（3）、柱内箍筋 在满足承载力要求的基础上对柱采取箍筋加密措施，可以增强箍筋 对混凝土的约束作用，提高柱的抗震能力。 、框架柱端箍筋加密区长度 取矩形截面长边尺寸、层间柱净高的16和500mm三者中的最 大值。底层柱在刚性地坪上、下各500mm范围内，剪跨比不大于2的 短柱和一、二级抗震等级的角柱，应在柱全高范围内加密箍筋。 、加密区箍筋间距和直径 框架柱端箍筋加密区箍筋最大间距和最小直径应符合表3.16要 求，并应满足：剪跨比不大于2的柱和一、二级抗震等级的角柱箍 筋间距不大于lOOmm，四级抗震等级框架柱柱根或当框架柱剪跨比 小于2时，箍筋直径不宜小于8。 、加密区体积配箍率 框架柱箍筋加密区箍筋的最小体积配筋率：,武汉工业学院,back,91,按箍筋范围以内的核芯截面计算的体积配筋率；计算复合 箍筋中的箍筋体积配筋率时，应扣除重叠部分的箍筋体积。 最小配箍特征值，按表3.17采用。 对一、二、三、四级抗震等级的框架柱，其箍筋和加密区箍筋最小 体积配筋率分别不应小于0.8、0.6、0.4、0.4。 、箍筋形式 柱箍筋加密区长度内的箍筋肢距，一级抗震等级不宜大于200mm； 二、三级抗震等级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值；四级 抗震等级不宜大于300mm，且每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍 筋约束。 、非加密区箍筋配置 在箍筋加密区长度以外，箍筋的体积配筋率不宜小于加密区配筋率 的一半；对一、二级抗震等级，箍筋间距不应大于10d，对三、四 级抗震等级，箍筋间距不应大于15d；d为纵向钢筋直径。,武汉工业学院,back,92,（4）、节点核芯区 为了确保节点破坏不先于构件的破坏，除应对节点进行受剪承载力 计算外，框架节点核芯区的箍筋和纵筋的配置尚应符合下列要求： 节点核芯区箍筋数量不小于柱端加密区的实际配箍量，对一、二、 三级抗震等级的框架节点核芯区，其箍筋最小配箍特征值分别不宜 小于0.12、0.10、0.08；柱剪跨比不大于2的框架核芯区配箍特征值 不宜小于节点上、下柱端较大的配箍特征值。 柱中的纵向钢筋，不宜在节点中切断。框架顶节点中，梁上部纵筋 截面面积： 9度设防烈度和一级抗震等级： 二、三、四级抗震等级：,武汉工业学院,back,93,第13章 多层框架,13.5 多层框架结构基础,13.5 多层框架结构基础 一、基础类型及其选择,框架结构体系常用的基础类型有