深圳大学 建筑抗震设计8PPT课件

1、2021-11-1515.4.2 框架结构构件的抗震设计 5.4.2.1 框架梁截面设计 5.4.2.2 框架柱截面设计 5.4.2.3 框架节点设计第1页/共102页2021-11-1525.4.2.1框架梁截面设计 1.梁端抗震设计的基本要求(P.113) 梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力； 梁纵向受力钢筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力； 梁筋应有足够的锚固。第2页/共102页2021-11-153框架梁截面设计续 2.梁的截面尺寸bbhb(P.101) （1） bb200mm，且1/2bc（加强节点区） （2） hb/bb4（防止薄腹梁剪切破坏） （3） ln/hb4（防止

2、深梁剪切破坏） （4）采用宽扁梁时，bb2bc，bbbc+hb，hb16d 其中d为柱纵筋直径。 梁的截面一般取：hbl/14l/8，bbhb/3hb/2chcbbb第3页/共102页2021-11-154框架梁截面设计续1cf syAfsyAfxbsAsA0hsaxsAsAbfhfbsa0hsasa 3.梁正截面受弯承载力bM第4页/共102页2021-11-155框架梁截面设计续 (1)矩形截面或翼缘位于受拉边的T形截面梁，其正截面受弯承载力应按下列公式验算： 受压区高度： 当混凝土强度等级C50时， 11.0 当混凝土强度等级C80时， 10.94 介于两者之间时， 1按线性插值确定。1

3、1()()2bcoysosRExMf bx hf A ha 1()/ysyscxf Af Af b 第5页/共102页2021-11-156框架梁截面设计续 (2)翼缘位于受压区的T形截面梁，当符合下列条件时，按宽度为bf 的矩形截面计算。 当不符合上式条件时，按下式计算： 受压区高度：111()()()()22fbcocfofysosREhxMf bx hf bb hhf A ha 1yscffysf Af b hf A 1()cffysysf bxbb hf Af A 第6页/共102页2021-11-157框架梁截面设计续 4. 梁斜截面受剪承载力 (1)强剪弱弯 对于抗震等级为一、二、

4、三级框架的梁端剪力设计值应按下式调整： 一级框架及9度时尚应符合： Vb梁剪力增大系数，一级为1.3，二级为1.2，三级为1.1。()/(5.23)lrVbbbnGbVMMlV 1.1()/(5.24)lrbuabuanGbVMMlV 第7页/共102页2021-11-158框架梁截面设计续 (2)剪压比限值 对于跨高比大于2.5的框架梁，其剪力设计值应符合下式： 对于跨高比不大于2.5的框架梁，其剪力设计值应符合下式：01(0.20)(5.25)cREVf bh 01(0.15)(5.26)cREVf bh 第8页/共102页2021-11-159框架梁截面设计续 (3)梁斜截面受剪承载力

5、对于一般框架梁，斜截面受剪承载力按下式计算： 对于集中荷载作用下的框架梁，按下式计算：001(0.421.2)(5.27)sytyvREAVf bhfhS 0011.05()(5.27 )1sytyvREAVf bhfhbS 第9页/共102页2021-11-1510框架梁截面设计续 对于受剪承载力， RE0.85。 为梁的剪跨比， 3时取 3； 4（避免短柱）。 (5)偏心距。柱中线与梁中线之间的偏心距不宜大于柱截面宽度的1/4。（偏心距过大将导致节点区受剪面积不足）第17页/共102页2021-11-1518框架柱截面设计续 3. 柱的内力设计值调整 (1)强柱弱梁，使框架实现梁铰侧移机构

6、。要求除顶层和轴压比小于0.15的柱之外，节点处梁柱弯矩设计值应按下式调整： 9度和一级框架尚应符合： c柱端弯矩增大系数，一级为1.4，二级为1.2，三级为1.1.(5.28)ccbMM 1.2(5.29)cbuaMM 第18页/共102页2021-11-1519框架柱截面设计续 (2)强剪弱弯。框架柱和框支柱端部组合剪力设计值应按下式调整： 9度和一级框架结构尚应符合： Vc柱端剪力增大系数，一级为1.4，二级为1.2，三级为1.1。()/(5.30)tbVcccnVMMH 1.2()/(5.31)tbcuacuanVMMH 第19页/共102页2021-11-1520框架柱截面设计续 (

7、3)一、二、三级框架结构的底层，柱下端截面组合弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.5，1.25，1.15。底层是指无地下室的基础以上或地下室以上的首层。 (4)一、二级框架结构的角柱，按调整后的弯矩、剪力设计值，尚应乘以增大系数1.1。第20页/共102页2021-11-1521框架柱截面设计续 4. 柱的正截面受弯承载力计算 (1)矩形截面受弯承载力按下式计算1cf syAfsyAfxbsAsA0hsasaMN10001()()0.5()2ccysssRExMf bx hf A haN ha 第21页/共102页2021-11-1522框架柱截面设计续 受压区高度x由下式确定： RE一般取0.

8、8，轴压比小于0.1时取0.75。 偏心距增大系数，一般不考虑。 s 受拉边或受压较小边钢筋的应力，按下式计算： 当 x/h0 b时（大偏心受压）： s fy 当 x/h0 b时（小偏心受压）： 对于有屈服点的钢筋：11()cysssRENf bxf AA 0(0.8)0.8ysbfxh 110.0033bysfE 第22页/共102页2021-11-1523框架柱截面设计续 1受压区高度计算系数，x= 1xn 。 混凝土强度C50时， 10.8；混凝土强度C80时， 10.74；混凝土强度在C5080之间时， 1由线性插值确定。 (2)柱的实际正截面受弯承载力按下式计算01()0.5(1)a

9、GcuaykssGckNMfA haN hf bh 第23页/共102页2021-11-1524框架柱截面设计续 5. 柱的斜截面受剪承载力计算 (1)剪压比限值 对于一般柱，应符合： 对于短柱，应符合：01(0.20)(5.32)cREVf bh 01(0.15)(5.33)cREVf bh 第24页/共102页2021-11-1525框架柱截面设计续 (2)柱斜截面受剪承载力 N考虑地震作用组合的柱轴力设计值。当N0.3fcbh时，取N0.3fcbh 。 取 RE0.85。 柱的计算剪跨比， Mc/(Vch0)。 当 3时，取 3。 Mc、Vc分别为柱端组合弯矩和组合剪力计算值。0011.

10、05()0.056(5.34)1syctyvREAVf bhfhNS 第25页/共102页2021-11-1526框架柱截面设计续 6. 控制柱的轴压比 (1)轴压比的定义 柱的组合轴压力设计值N与柱的全截面面积bchc和混凝土抗压强度设计值fc乘积之比值，称为轴压比：(5.38)NcccNf b h 第26页/共102页2021-11-1527框架柱截面设计续 (2)控制柱的轴压比的意义 轴压比小于一定数值，为大偏心受压破坏，是延性破坏；反之则为小偏心受压破坏，是脆性破坏。 (3)轴压比的限值（见表5.10）结构类型结构类型抗震等级抗震等级一级一级二级二级三级三级框架结构框架结构0.70.8

11、0.9框架框架-抗震墙、板柱抗震墙、板柱-抗震墙及筒体抗震墙及筒体0.750.850.95部分框支抗震墙部分框支抗震墙0.60.7-第27页/共102页2021-11-1528框架柱截面设计续 7. 柱纵向钢筋配置 (1)框架柱截面宜采用对称配筋。 (2)截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm。 (3)最大配筋率限制：总配筋率不应大于5%。 (4)一级且剪跨比不大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。 (5)最小配筋率限制：柱截面最小总配筋率应符合表5-11要求。类别类别抗震等级抗震等级一级一级二级二级三级三级四级四级中柱和边柱中柱和边柱1.00.80.70.6角柱

12、、框支柱角柱、框支柱1.21.00.90.8柱纵向钢筋的最小总配筋率第28页/共102页2021-11-1529框架柱截面设计续 8. 柱的箍筋配置 (1)柱端箍筋加密的作用 增加柱端截面抗剪强度。 约束混凝土，提高混凝土的抗压强度及变形能力。 为纵向钢筋提供侧向支撑，防止纵筋压曲。第29页/共102页2021-11-1530框架柱截面设计续 (2)柱箍筋加密区的范围 柱子两端取截面高度（圆柱直径）、柱净高的1/6和500mm三者的最大值。 底层柱，当有刚性地面时，除柱端外尚应取刚性地面上下各500mm。 剪跨比不大于2的柱和因非结构墙的约束形成的柱净高于柱截面高度之比不大于4的柱，取全高。

13、框支柱，取全高。 一级、二级框架柱的角柱，取全高。第30页/共102页2021-11-1531框架柱截面设计续 (3)柱箍筋加密区的箍筋间距、直径和肢数 加密区箍筋的最大间距和最小直径，应按表5-12取用。抗震等级抗震等级箍筋最大间距（箍筋最大间距（mm，采用最小值），采用最小值）箍筋最小直径（箍筋最小直径（mm）一级一级6d，10010二级二级8d，1008三级三级8d，150（柱根（柱根100）8四级四级8d，150 （柱根（柱根100）6（柱根（柱根8）表5-12 柱箍筋加密区的箍筋最大间距和最小直径第31页/共102页2021-11-1532框架柱截面设计续 二级框架柱的箍筋直径不小于

14、10mm且肢距不大于200mm时，除柱根外最大间距允许采用150mm；三级框架柱的截面尺寸不大于400mm时，箍筋最小直径允许采用6mm；四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小于8mm。 框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋间距不应大于100mm。第32页/共102页2021-11-1533框架柱截面设计续 柱箍筋加密区的箍筋肢距，一级不宜大于200mm，二、三级不宜大于250mm和20d箍较大者，四级不宜大于300mm。至少每隔一根纵筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束；当采用拉筋组合箍筋时，拉筋宜紧靠纵向钢筋并勾住箍筋。第33页/共102页2021-11-1534框架柱截面设计续 (4)柱箍筋加

15、密区的箍筋最小配箍率和最小配箍特征值 抗震规范依据柱轴压比的不同，规定了柱箍筋加密区的箍筋体积配箍率应符合下式要求： v按核心面积计算的体积配箍率； fyv箍筋抗拉强度设计值，超过360N/mm2时，取360N/mm2 ； v最小配箍特征值，按表5.13采用。(5.39)VVcyVff 第34页/共102页2021-11-1535框架柱截面设计续 为了避免配箍率过小还规定了最小配箍率： 一级为0.8%，二级为0.6%，三、四级为0.4%。表5.13第35页/共102页2021-11-1536框架柱截面设计续（5）柱的各类箍筋参考图第36页/共102页2021-11-1537框架柱截面设计续第3

16、7页/共102页2021-11-1538框架柱截面设计续 设计计算见：补充例题第38页/共102页2021-11-15395.4.2.3 框架节点抗震设计 1. 框架节点抗震设计原则(P.120) (1)强节点弱杆件。使节点的承载力不低于与其相连的梁和柱的承载力。 (2)多遇地震时，节点应在弹性范围内工作。 (3)罕遇地震时，节点的承载力的降低不得危及竖向荷载的传递。 (4)梁、柱纵筋在节点区应有可靠的锚固。 (5)节点配筋不应使施工过分困难。第39页/共102页2021-11-1540框架节点 框架节点如图所示。chcbbb第40页/共102页2021-11-1541框架节点抗震设计续2.

17、框架节点核心区剪力设计值调整(1)节点核心区剪力计算公式jVcV上上2T 1T2C取节点上半部分作为平衡体第41页/共102页2021-11-1542框架节点抗震设计续1220( )jcVVTTCa 上上22bbosMTCha 左左1()bbosMT ha 右右122( )bbbbosbosMMMTTCbhaha 右右左左jV上cV2T1T2Cn 由平衡条件X0得：1bbosMTha 右右1T2T 2C2T1T n 同样可得：第42页/共102页2021-11-1543框架节点抗震设计续0X cccVVV 上上下下n 取节点上下柱反弯点之间部分：0M ()ccbbbV HhMM 左左右右( )

18、bbbccbcbMMMVcHhHh 左左右右bM右右bM左左cV下下cV上上cbHh 第43页/共102页2021-11-1544框架节点抗震设计续 将式（b）和（c）代入式（a）得： (2)节点核心区剪力设计值调整（强节点弱杆件） jb节点剪力增大系数。一级取1.35，二级取1.2。(1)bbosjboscbMhaVhaHh (1)(5.40)jbbbosjboscbMhaVhaHh 第44页/共102页2021-11-1545框架节点抗震设计续 9度时和一级框架结构尚应符合： (3)剪压比限值1.15(1)(5.41)buabosjboscbMhaVhaHh 1(0.3)(5.42)jjc

19、jjREVf b h 第45页/共102页2021-11-1546框架节点抗震设计续(4)节点核心区截面承载力验算（一、二级）抗震等级为三、四级时不需计算，节点箍筋按构造设置。9度时：01(1.10.05)(5.44)jbsjjtjjjyvsvjREcbhaVf b hNf Abs 01(0.9)(5.45)bsjjtjjyvsvjREhaVf b hf As 第46页/共102页2021-11-1547框架节点抗震设计续 上式中各记号的意义： N 对应于组合剪力设计值的上柱组合轴力较小值，当为拉力时取N=0。 RE 承载力抗震调整系数，取0.85。 j 正交梁的约束影响系数。楼板现浇，梁柱中

20、线重合，四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2，且正交方向梁高度不小于框架梁高度的3/4时，可采用 j=1.5，9度时宜采用1.25，其他情况均采用1.0。第47页/共102页2021-11-1548框架节点抗震设计续 hj 节点核芯区的截面高度，可采用验算方向的柱截面高度。 bj 节点核芯区的截面有效验算宽度，取值见下页。chcbbb第48页/共102页2021-11-1549框架节点抗震设计续 节点核芯区的截面有效验算宽度 bj 取值如下： 当梁柱轴线重合，且bb0.5bc时，取bjbc； 当梁柱轴线重合，且bb1.4Tg，则，则 n 查表查表3-5计算得；计算得； 顶部附加地震作用

21、：顶部附加地震作用：1EkeqFG nnEkFF 第75页/共102页2021-11-1576框架结构的抗震设计步骤续7.9 计算各层质点上的水平地震作用计算各层质点上的水平地震作用7.10 层间地震剪力层间地震剪力n1 (1-)iiiEknjjjH GFFH G (1, 2,)in nikk iVF (1, 2,)in 第76页/共102页2021-11-1577框架结构的抗震设计步骤续7.11 计算梁、柱内力计算梁、柱内力（1）按柱子刚度）按柱子刚度Dij分配得到各根柱的地震剪力。分配得到各根柱的地震剪力。（2）计算柱端弯矩。）计算柱端弯矩。（3）计算梁端弯矩、剪力。）计算梁端弯矩、剪力。

22、（4）计算柱子轴力。）计算柱子轴力。第77页/共102页2021-11-1578框架结构的抗震设计步骤续8.多遇地震作用下层间弹性位移验算多遇地震作用下层间弹性位移验算（1）第）第i层层间地震剪力：层层间地震剪力：（2）第）第i层层间刚度：层层间刚度：（3）第）第i层层间弹性位移：层层间弹性位移：（4）层间弹性位移验算：）层间弹性位移验算：1mii jjDD 1iemi jjVuD eeuh nikk iVF 第78页/共102页2021-11-1579框架结构的抗震设计步骤续9.9.框架内力组合框架内力组合9.1 9.1 内力组合方式内力组合方式 （1 1）1.21.2恒恒+1.4+1.4活

23、活 可变荷载控制的组合可变荷载控制的组合（2 2）1.351.35恒恒+0.7+0.71.41.4活活 永久荷载控制的组合永久荷载控制的组合（3 3）1.21.2（恒（恒+0.5+0.5活）活）+1.3+1.3震震 有地震作用的组合有地震作用的组合9.2 9.2 框架梁截面内力组合框架梁截面内力组合（1 1） 控制截面控制截面 每跨梁的两端及跨中三个截面。每跨梁的两端及跨中三个截面。 第79页/共102页2021-11-1580框架结构的抗震设计步骤续（2）组合目标）组合目标 最大正弯距最大正弯距Mmax(支座、跨中支座、跨中) 最大负弯矩最大负弯矩-M（支座、跨中也有可能）（支座、跨中也有可

24、能） 最大剪力最大剪力Vmax (支座支座) （3）活荷载布置形式同连续梁的最不利布置。）活荷载布置形式同连续梁的最不利布置。 （因为荷载只对计算层起作用）（因为荷载只对计算层起作用）第80页/共102页2021-11-1581框架结构的抗震设计步骤续（4）水平荷载）水平荷载 风荷载有向左、向右两个方向。但由于风荷载是反对称风荷载有向左、向右两个方向。但由于风荷载是反对称的，的， 故内力计算只需进行一次，反向作用不必计算，只需改故内力计算只需进行一次，反向作用不必计算，只需改变内变内 力符号。力符号。 同样，地震作用也有向左向右。同样，地震作用也有向左向右。第81页/共102页2021-11-

25、1582框架结构的抗震设计步骤续 9.3 框架柱截面内力组合框架柱截面内力组合（1） 控制截面控制截面 每层柱的上下端。弯矩最大值在柱的两端，剪力和轴力在同一每层柱的上下端。弯矩最大值在柱的两端，剪力和轴力在同一层无变化或变化很小。层无变化或变化很小。（2） 内力组合（基本同单厂柱）内力组合（基本同单厂柱） 框架柱通常对称配筋，取三种情况：框架柱通常对称配筋，取三种情况： |M|max及相应的及相应的N，V Nmax及相应的及相应的M，V Nmin 及相应的及相应的M，V 第82页/共102页2021-11-1583框架结构的抗震设计步骤续（3）活荷载的影响）活荷载的影响 对于柱端弯矩，只须考

26、虑该层柱上、下两层的活荷载。对于柱端弯矩，只须考虑该层柱上、下两层的活荷载。 对于柱轴力，则考虑该柱以上各层所有活荷载。对于柱轴力，则考虑该柱以上各层所有活荷载。 （按承受荷载的面积计算）（按承受荷载的面积计算）（4） 水平荷载：风、地震作用同上。水平荷载：风、地震作用同上。（5）竖向荷载作用下的梁端弯矩可以调幅。）竖向荷载作用下的梁端弯矩可以调幅。 注意：内力组合可采用表格的形式。注意：内力组合可采用表格的形式。第83页/共102页2021-11-1584框架结构的抗震设计步骤续10. 构件截面设计构件截面设计10.1 框架梁截面（受弯、受剪配筋）框架梁截面（受弯、受剪配筋）（1）设计梁截面

27、时，应取柱边缘处的内力值。）设计梁截面时，应取柱边缘处的内力值。（2）受弯：负弯矩按矩形截面；正弯矩按）受弯：负弯矩按矩形截面；正弯矩按T形截面计算配筋。形截面计算配筋。（3）受剪：考虑）受剪：考虑“强剪弱弯强剪弱弯”。（4）梁截面还应考虑抗震构造要求。）梁截面还应考虑抗震构造要求。第84页/共102页2021-11-1585框架结构的抗震设计步骤续10.2 框架柱截面（偏心受压构件纵筋、抗剪箍筋）框架柱截面（偏心受压构件纵筋、抗剪箍筋）（1）采用对称配筋。）采用对称配筋。（2）纵向配筋考虑）纵向配筋考虑“强柱弱梁强柱弱梁”要求。要求。（3）抗剪箍筋考虑）抗剪箍筋考虑“强剪弱弯强剪弱弯”要求。

28、要求。（4）考虑柱的抗震构造要求。）考虑柱的抗震构造要求。10.3 框架梁柱节点设计框架梁柱节点设计 一、二级框架节点同时考虑抗震设计和构造要求；一、二级框架节点同时考虑抗震设计和构造要求； 三、四级框架节点仅考虑抗震构造要求。三、四级框架节点仅考虑抗震构造要求。第85页/共102页2021-11-1586框架结构的抗震设计步骤续10.4 柱下基础设计柱下基础设计（1）基础选型）基础选型(见下页图见下页图) 柱下独立基础柱下独立基础 柱下条型基础柱下条型基础 柱下十字型基础柱下十字型基础 柱下片筏（筏板）基础柱下片筏（筏板）基础（2）根据不同类型基础，采用不同的设计方法。）根据不同类型基础，采

29、用不同的设计方法。 下面以讲述独立基础设计步骤。下面以讲述独立基础设计步骤。第86页/共102页2021-11-1587各种基础类型筏板基础条形基础交叉基础独立基础第87页/共102页2021-11-1588框架结构的抗震设计步骤续11.柱下独立基础设计步骤柱下独立基础设计步骤11.1 基础设计资料基础设计资料 （1）地下水位）地下水位（2）地基承载力设计值）地基承载力设计值（3）柱底截面内力组合值）柱底截面内力组合值（4）使用的材料）使用的材料 混凝土：混凝土：C20-30 钢筋：钢筋：HPB235级、级、HRB335级级第88页/共102页2021-11-1589框架结构的抗震设计步骤续1

30、1.2 确定基础底面尺寸确定基础底面尺寸（1）荷载计算）荷载计算基底内力种类基底内力种类柱子下端的组合内力柱子下端的组合内力+Mmax-MminNmaxNmin轴力轴力（kN）柱子传来柱子传来 基础梁传来基础梁传来总计总计弯矩弯矩（kN-m）柱子传来柱子传来基顶剪力引起基顶剪力引起基础梁传来基础梁传来总计总计剪力剪力（kN）第89页/共102页2021-11-1590框架结构的抗震设计步骤续（2）确定基础底面面积）确定基础底面面积A 取取Nmax组合的轴力，并取覆土重度组合的轴力，并取覆土重度 G=20kN/m3，则基则基 础的底面积按下式计算：础的底面积按下式计算： 取取ab=(1.11.4)A，其中，其中a=(1.52.0)b。 有些教材中记号不统一，有些教材中记号不统一， 底面积：底面积： ab lbGNAfD 第90页/共102页2021-11-1591框架结构的抗震设计步骤续11.3 地基承载力验算地基承载力验算 （1）地基反力计算）地基反力计算max2min6pNGMNGMAWabbap +Mmax组合组合-Mmax组合组合Nmax组合组合N/(ab) G/(ab)6M/(ba2)pmaxpm