多层及高层钢筋混凝土框架结构抗震设计步骤（PPT62页）

1、 (三、四级框架)多层及高层钢筋混凝土框架结构抗震设计步骤(毕业设计的简化要求)建筑施工图|剖面前提建筑施工图标准层平面(前提)结构施工图结构平面图(结果)框架结构设计步骤1.工程概况和设计资料 2.确定抗震等级、结构选型、结构布置 3.构件截面估算板、梁、柱、基础4.现浇楼盖结构设计5.梁柱刚度及计算简图6.竖向荷载下的内力计算7.水平地震作用下的内力计算 8.多遇地震作用下层间弹性位移验算 9.框架内力组合 10.构件截面设计1.工程概况或设计资料 建筑类别(丙类)设防烈度（6度）场地土类别 (III类或IV类)基本风压： 0.60kN/m2场地土的基本地质资料（用于基础设计，本课程中不需

2、要）框架结构的抗震设计步骤建筑类别高度等级(A级)场地类别设防烈度(毕业设计中，调整后的烈度与此相同)1.1 确定结构抗震等级纵向承重结构(抗侧力体系)框架剪力墙 异型柱或短肢剪力墙(尽量不采用)水平承重结构-现浇楼板2.结构选型结构布置(1) 应该简单、规则、均匀、对称双向抗侧力体系(框架)；非单跨框架。柱距合理、剪力墙间距合理(不能过大)。(2) 避免避免设缝(如果设缝应满足要求)避免平面、竖向各三种不规则(建筑和结构)避免梁柱、墙柱轴线偏心距过大(1/4柱宽)避免墙下无梁。避免平面和立面不规则注意：每种不规则都是有确定标准的。PKPM计算中，对不规则会给出警告框架的柱距小柱距：45m大柱

3、距：78m确定柱距要考虑的因素适用性：主要是建筑方面的要求经济性：柱距大梁板尺寸就要加大(不经济)柱距不宜大于10m。强度和刚度：楼盖刚度大时柱距可以大。剪力墙结构的布置要求1.双向布置：建筑层数较少时，也应将剪力墙布置成T型、L型、I型等。便于剪力墙更好地发挥作用；最好是把剪力墙宜布置成筒体。2.上下贯通：贯穿全高、避免刚度突变。使结构刚度连续而且变化均匀3.左右对称：可减少结构的扭转。这一点在地震区尤为重要；应：简单、规则、均匀、对称。4.外侧布置：剪力墙应布置在结构的外围，可以加强结构的抗扭作用。但是考虑温度应力的影响和楼板平面内的变形，剪力墙的间距不应过大。框-剪体系中剪力墙的布置原则

4、双向布置：对称布置：尽量保证刚心和质心重合靠外布置：增加抗扭转的能力均匀、分散、对称、周边贯通全高：刚度突变会导致的薄弱层用T/I/L型：增加整体刚度限制间距：限制平行墙的间距，减少因楼板水平变形不均匀导致对框架柱的不利影响抗震墙与柱中线宜重合，当不能重合时，柱中线与抗震墙中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4。框-剪结构中剪力墙的最大间距现浇剪力墙间距大于装配式剪力墙非抗震设防间距大于设防时的间距设防烈度越大间距越小其它问题楼(电)梯与开洞(1) 楼（电）梯间、竖井等使楼面开洞的竖向通道，不宜设在结构单元端部角区及凹角处；(2)竖向通道不宜独立设在柱网之外的中间位置。（1）按施工条件控制的最小

5、厚度 类别施工方法不埋线管埋铁皮管埋塑料管屋盖现浇60mm80mm90mm楼盖民用建筑现浇7080100工业建筑现浇80100120阳台、雨篷的根部 现浇100-3.构件截面估算3.1 楼板厚度 （2）按工程经验选择 类别梁 距板 厚屋盖2.0m左右6080mm楼盖2.0m左右80100mm整块楼盖3.34.0m左右120180mm阳台、雨篷悬桃1.22.0m左右根部120200mm3.1 楼板厚度2（3）按变形条件选择 （4）注意所选择的板厚，不得小于按施工要求及按变形控制的板厚。 注：初定各种尺寸可以有多种方法，其中有必需满足的。另一些是参考或经验值。最终是否可行尚需满足后续验算和各种要求

6、。初选得好，避免后面修改的麻烦。类别简支板h/l连续板h/l悬臂板h/l单向板1/351/40根部1/12双向板1/451/503.1 楼板厚度3地下室顶板作为嵌固部位的若干规定地下室顶板作为嵌固部位的条件刚度比要求：抗规6.1.14，地下室的抗侧刚度不小于上部结构刚度的2倍。地下室顶板距离室外地坪高度不宜过大，宜小于地下室高度的1/3。地下室外墙距离上部结构不宜过远(不大于40-50m)。顶板构造要求：楼板不小于180mm，砼强度不小于C30。宜采用双层双向配筋。此时剪力墙加强区起算层号中扣除了地下室。楼屋盖的合理跨度钢筋混凝土梁的参考截面高度3.2 初定多跨框架梁截面尺寸由跨度确定梁高度：

7、h=(1/161/12)l由高度决定宽度： b= (1/31/2) h内力分析前，应按下式验算梁截面尺寸下式中M0和V0分别为恒荷载和活荷载设计值共同作用下，按简支梁计算得到的跨中弯矩和支座剪力高规：框架主梁高度估算=计算跨度 (1/121/8)。实际上可取到 (1/181/15)。参考值：8m柱距，梁高450500mm；梁宽度=350400mm（1）考虑施工条件 次梁高度至少应比主梁高度小50mm。 框架纵向梁高度应比横梁高度小50mm。 梁载面尺寸一般以50mm为模数，当大于1m时以100mm为模数。（2）不能太窄(P.133)抗震结构，框架梁截面宽度不小于200mm高宽比不宜大于4（3）

8、不能太短(深梁)：净跨与高度之比不宜小于4。 （4）初步选择截面后，可按全部荷载的0.60.8作用在框架梁上，按简支梁进行抗弯、抗剪强度核算(估算)。注：普通简支梁高度/跨度=1/12； 普通悬臂梁高度/跨度=1/6； 矩形截面梁h/b一般取22.5;T形截面梁h/b一般取2.54.0框架梁截面尺寸的其它要求类型类别高跨比h/l高宽比h/b整体现浇T形梁 （楼盖、屋盖）多跨连续主梁1/81/1423多跨连续次梁1/121/18悬臂梁1/61/8矩形截面独立梁1/121/15框架梁 整浇T形梁1/81/12各种梁截面的合理尺寸矩形截面梁截面尺寸与弯矩的关系参考数据框架柱的截面尺寸估算：按底层柱高

9、度的1/15估算短边边长b，长边边长为h=1.01.5b最小值：设Nv=负荷面积*(1214)kN/m2轴压比条件最终决定框架柱尺寸的下限(面积)，根据面积确定边长：柱截面尺寸的构造要求抗震设计时不宜小于300mm;非抗震设计时，不宜小于250mm圆柱截面直径不宜小于350mm;柱截面高宽比不宜大于3。柱剪跨比宜大于2；柱截面尺寸还应满足抗剪要求(剪压比限值)框架柱截面尺寸的最可能控制因素框-剪结构(框-筒结构)：由轴压比决定纯框架结构：由侧移限值决定剪跨比2的柱(短柱)：剪压比起控制作用。3.4 材料选择现浇框架柱的混凝土强度等级：当抗震等级为一级时，不得低于C30；二至四级及非抗震设计时，

10、不得低于C25。抗震设防烈度为8度时,不宜大于C70, 抗震设防烈度为9度时,不宜大于C60。现浇框架梁的混凝土强度等级框架梁的混凝土等级可以低于柱，但最多低一级。框架梁混凝土强度等级不宜大于C40梁柱节点混凝土强度等级不低于柱高层建筑混凝土强度等级的变化实例B、C栋11层以上每10层改变一个等级。A栋每三层改变一个等级。楼板的混凝土强度等级低于竖向承重体系的强度等级 纵向受力钢筋：HRB335（II）级 HRB400（III）级 箍筋：HPB235（ I）级 HRB335（II）级 HRB400（III）级框架梁、柱钢筋的要求4.1 现浇楼面（屋面）板设计 一般楼面板可采用塑性计算方法。 屋

11、面板采用弹性计算方法。 4.2 多跨连续次梁设计 楼面次梁可采用塑性计算方法。 屋面次梁采用弹性计算方法。 注意：在分析框架内力时计算主梁内力。次梁是楼板的一部分，按非抗震设计的构造要求设计。4. 现浇楼面结构设计5.1 框架梁的抗弯刚度EIb(现浇楼盖) 主梁矩形截面的惯性矩I0 =bh3/12估算(现浇楼盖为梁的有效翼缘，增加了梁的惯性矩)： 中框架梁：Ib=2I0 边框架梁：Ib=1.5I0 5.2 框架柱的线刚度ic=EIc / 柱高度H 框架梁的线刚度ib=EIb / 梁跨度l Ic为柱截面的惯性矩5.3 框架柱的抗侧移刚度Dij (与梁柱线刚度有关)5.梁柱刚度6.1 计算简图（纵

12、向、横向） 计算竖向荷载，并标注在计算简图上。 活荷载、恒载分开计算，只计算标准值。6.2 按分层法计算竖向荷载的内力 活荷载、恒载分别计算。 6.3 叠合成整体框架弯矩图。 6.4 计算梁端剪力，绘制剪力图 6.5 柱子轴力，绘制轴力图6.竖向荷载下的内力计算7.1 计算单元（纵向、横向） 每个抗震缝区段取为一个计算单元。 风和地震作用分别计算(毕业设计中只算横向)。7.2 选择计算方法 规则的多层框架结构采用底部剪力法。 一般结构应采用振型分解反应谱法 特殊结构采用时程分析法 以下按底部剪力法说明计算步骤。 7.3 计算各层重力荷载代表值Gi Gi =自重的标准值+活荷载的组合值 （具体计

13、算如下）7.水平地震作用下的内力计算（1）每层划分：上、下层各一半； （2）外墙重：墙、窗分别考虑； （3）内墙重：不考虑扣除门洞； （4）楼梯间：近似按10kN/m2(包括恒+活)； （5）活荷载组合值：屋面不考虑；楼面取0.5活。底部剪力法各层重力荷载代表值计算7.4 等效重力荷载代表值Geq 结构总重力荷载代表值： 结构等效总重力荷载代表值： 底部剪力法等效重力荷载计算7.5 计算结构自振周期（基本周期） 结构的基本周期可采用能量法或顶点位移法计算。 两种方法都要考虑填充墙的影响。 7.6 确定地震参数 （1）确定结构抗震等级 根据设防烈度、结构类型和结构高度，确定结构抗震等级。 （2）

14、确定特征周期Tg 根据建筑场地类别和地震分组，查表得特征周期Tg。（3）取结构阻尼系数=0.05 （4）确定水平地震影响系数 根据设防烈度，查表得：max 按照反应谱确定水平地震影响系数：1底部剪力法7.7 计算底部总剪力 7.8 是否考虑顶部附加地震作用 底部剪力法7.9 计算各层质点上的水平地震作用 7.10 层间地震剪力底部剪力法（1）层间剪力按柱的刚度Dij分配得到各根柱的剪力。 （2）利用柱中剪力计算柱端弯矩。 （3）利用柱端弯矩计算梁端弯矩（4）利用梁端弯矩计算梁端剪力。 （4）利用梁端弯矩计算柱中轴力。内力的计算顺序：底部剪力层间剪力各柱剪力柱端弯矩梁端弯矩梁端剪力柱中轴力7.1

15、1 计算梁、柱内力的过程（1）第i层层间地震剪力： （2）第i层层间刚度： （3）第i层层间弹性位移： （4）层间弹性位移验算：8.多遇地震作用下层间弹性位移验算(毕业设计中仅进行第一阶段设计)框架梁弯矩塑性调幅 - 组合前进行高规规定：竖向荷载所产生的弯矩要进行调幅，然后再参与组合。方法：梁端弯矩调幅系数=0.8-0.9，然后再叠加简支梁的弯矩。(教材P.125)注意：水平荷载不调幅；竖向荷载产生的剪力不调幅。跨中弯矩增大梁端弯矩减小框-剪结构中框架的内力调整（高层 5.4.4节,抗震5.6节）原理：1、弹性范围内的剪力分配要求：剪力墙间距较大时，楼板不能保持在平面内为刚性，所以框架剪力会比

16、刚性楼板假设时大。2、中震可修和大震不倒的要求：地震作用下，框架是第二道防线。剪力墙刚度降低后，框架中剪力增加，因而会导致框架实际承受剪力比计算值大。调整时机：在弹性内力计算后，组合之前进行调整方法：9.1 内力组合方式(建议毕业设计中采用) （1） 1.2恒+1.4活 (无地震作用组合)（2） 1.35恒+0.98活 (无地震作用组合)（3） 1.2恒 + 1.4(活 + 风) (无地震作用组合)（4） 1.2（恒+0.5活）+ 1.3震 (有地震作用组合)注意：高层建筑一般不考虑或荷载的最不利位置。按满布活荷载计算内力。（恒+0.5活）= 重力荷载代表值9.框架内力组合(高层P.81) （

17、1）控制截面 每跨梁的两端及跨中三个截面。（2）组合目标 最大正弯距Mmax(支座、跨中) 最大负弯矩-M（支座、跨中也有可能） 最大剪力Vmax (支座) （3）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）（4）水平荷载只计算一次，但要考虑两个方向 风荷载有向左、向右两个方向。但由于风荷载是反对称的，故内力计算只需进行一次，反向作用不必计算，只需改变内力符号。同样，地震作用也有向左向右。9.2 框架梁截面内力组合（1） 控制截面 每层柱的上下端。弯矩最大值在柱的两端，剪力和轴力在同一层无变化或变化很小。 （2） 内力组合 框架柱通常对称配筋，取三种情况： |M|max及

18、相应的N，V Nmax及相应的M，V Nmin 及相应的M，V 9.3 框架柱截面内力组合1 材料 结构构件受力状态钢结构柱、梁支撑节点板件、连接螺栓连接焊缝0.750.800.850.90砌体结构两端均有构造柱、芯柱的抗震墙 其他抗震墙受剪受剪0.91.0混凝土结构梁梁轴压比小于0.15柱梁轴压比不小于0.15柱 抗震墙各类构件受弯偏压偏压偏压受剪、偏拉0.750.750.800.850.85承载力抗震调整系数10. 构件截面设计构件截面设计框架梁设计正截面斜截面框架柱设计压弯承载力验算抗剪承载力验算梁柱节点设计:按构造要求进行注意：设计梁截面时，应取柱边缘处(控制截面)的内力值。（1）跨中

19、受弯：注意需要除以抗震承载力调整系数 （2）梁端受弯：注意需要除以抗震承载力调整系数 (a)按双筋截面设计：见教材 (b)按单筋截面设计：负弯矩按矩形截面；正弯矩按T形截面计算配筋。 （3）梁端受剪：强剪弱弯调整后的剪力设计值。 设计过程中需要考虑梁截面抗震构造要求。10.1 框架梁截面设计一、二、三级框架梁梁端截面剪力设计值的强剪弱弯调整-梁在重力荷载代表值（9度时高层建筑还应包括竖向地震作用标 准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值； -分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值;-梁的剪力增大系数，一级为1.3,二级为1.2,三级为1.1。-梁的净跨；式中 ft 混

20、凝土抗拉强度设计值； V b 梁端剪力设计值(经强剪弱弯调整后的值) b , h0 截面宽度和截面有效高度；fv 箍筋抗拉强度设计值；Asv 配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积，等于nAsvl其中，n为在同一截面内箍筋的肢数，Asvl为单肢箍筋的截面面积；s 沿构件长度方向箍筋的间距 RE0.85 (注意正截面设计采用0.75) 梁斜截面受剪承载力验算有地震组合： 跨高比大于2.5的框架梁 框架梁剪压比限值 框架梁剪力设计值应符合下式：无地震组合：跨高比不大于2.5的框架梁(深梁)注意：此处公式中的V就是前述Vb。是剪力设计值(计算剪跨比时用的是计算值）不能满足剪压比要求时，要加大截面尺寸或提高混凝土强度等级。尽管这里是对截面尺寸的限值，但是无法在结构计算前决定因为这里需要采用梁端部截面组合的剪力设计值。对深梁的剪压比限制更严格验算轴压比抗震设计轴压比限值更严格获得柱端截面组合弯矩计算值进行强柱弱梁调整得到弯矩设计值。按一般钢筋混凝土偏心受压柱进行设计计算偏心距、判断大小偏心受压确定纵向钢筋面积，决定配筋注：过程中需满足配筋率等抗震构造要求。注：兰色字体部分是抗震与非抗震设计的区别1