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)

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）

2、内力组合 截面强度计算 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

3、,各楼层地震作用标准值,顶层附加地震作用,.,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，

4、 由梁柱线刚度比定。,柱线刚度,抗侧刚度的计算方法,、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,

5、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

6、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 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

7、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、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

8、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： 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

9、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,

10、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 。,.,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

11、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

12、.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 (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

13、,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, 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、