钢筋混凝土框架结构抗震设计

第六章钢筋混凝土框架结构抗震设计6.1概述多层和高层钢筋混凝土结构体系包括：框架结构、框架-抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构和框架-筒体结构等。本章仅介绍前两种。钢筋混凝土框架房屋：钢筋混凝土纵梁、横梁和柱等构件组成承重体系的房屋。框架-抗震墙结构：在框架房屋中增加抗震墙构成。钢筋混凝土框架房屋层数一般在十层以下。抗震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。抗震墙框架房屋框架-抗震墙框架结构特点平面布置灵活，可设置大空间比砌体有较高承载力，较好延性和整体性，抗震性能较好（裂而不倒）框架房屋超过一定高度，侧向刚度显著减小，水平荷载下侧向位移较大（10层）在水平荷载下，靠近底层的承重构件内力（M.V）和侧向位移随房屋高度增加急剧增大（梁柱截面面积需增大）§6－1震害及其分析一.框架梁、柱的震害特点表现：梁柱震害反映在节点处。柱震害重于梁；柱顶重于柱底；角柱重于内柱；短柱重于一般柱柱顶－水平裂缝、斜、交叉裂缝，混凝土压碎，纵筋压曲原因：MVN大，箍筋配置不足柱底与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。短柱当柱高小于4倍柱截面高度（H/b<4)时形成短柱。短柱刚度大，易产生剪切破坏。角柱由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。梁柱节点节点核心区产生对角方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝土剪碎剥落。节点内箍筋很少或无箍筋时，柱纵向钢筋压曲外鼓。节点破坏的主要原因是节点的受剪承载力不足，约束箍筋太少，梁筋锚固长度不够以及施工质量差所引起。框架梁

震害多发生于梁端。在地震作用下梁端纵向钢筋屈服，出现上下贯通的垂直裂缝和交叉裂缝。破坏的主要原因是梁端屈服后产生的剪力较大，超过了梁的受剪承载力，梁内箍筋配置较稀，以及反复荷载作用下混凝土抗剪强度降低等。二、填充墙震害震害表现：填充墙破坏严重，7度出现裂缝，9度倒塌；框架-剪力墙结构上部较严重，框架结构下部震害严重。原因：地震作用下，框架的层间位移较大，因砖极限变形小，在反复地震作用下，产生斜裂缝，甚至倒塌。三.其它震害建造在软弱地基上高柔建筑物，结构自振周期与地基土周期接近，共振导致建筑物破坏防震缝宽度过小，结构相互碰撞造成震害§6—2结构选型和布置一、选择结构体系1、房屋的最大适用高度（表6-1）框架结构为柔性结构，层间位移和顶点位移较大，非结构构件破坏严重，考虑适用、安全、经济等因素，抗震规范规定房屋最大适用高度注意：房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出的屋顶部分）50100120130框架-抗震墙结构25455560框架结构9876结构类型烈度现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m)2、避免共振现象建筑物自振周期T1与场地土卓越周期Tg一致，易加重振害。措施：房屋设计前，了解Tg，调整结构刚度，避免共振。3、选择合理的基础形式措施：可设置地下室（1-2）层，选用桩基，筏基，箱基可减轻振害（增加基础整体性和刚度）二、结构布置1、柱网布置及规则建筑柱网布置简单规整，常用等跨式柱网、内廊式柱网见图6-5，6-6规则建筑（符合四项要求）平面突出t/b≤1t/d≤0.3立面突出b/B≥0.75h/b≤1楼层刚度相邻层刚度之比Ki/Ki+1≥0.7相邻三层刚度之比Ki/Ki+3≥0.5质量和抗侧力构件均匀布置2承重框架布置优先采用现浇式框架和装配整体式框架框架双向设置，按板传递荷载方向不同，分为:横向框架承重横向为承重框架:承受楼板荷载（主梁）纵向为非承重框架:不承受楼板荷载，只承受填充墙荷载（连系梁）纵横向框架共同承重两个方向的框架均为承重框架地震作用承受方式横向框架承受横向地震作用力纵向框架承受纵向地震作用力3、抗震缝布置设置条件：建筑平面过长，结构单元的结构体系不同，高度或刚度相差过大，各结构单元地基条件有较大差异，需设置抗震缝防震缝宽度:当高度小于15米，采用70mm；超过15米，6度、7度、8度和9度每加5、4、3、2m，宜加宽20mm。§6-3框架结构的抗震计算一、结构的抗震等级（基本概念）建筑抗震规范按：①地震烈度②结构类型③房屋高度将结构划分为四个抗震等级。一级要求严格。§6纯-3框架结辛构的抗醒震计算划分捏原因著：不什同烈障度下姓不同享结构饰体系定，不殊同高摧度有尽不同劣抗震糟要求一一一抗震墙一一二二三三四框架≤50>60≤60>60≤60>60≤60高度（m)一剧场,体育馆等大跨度公共建筑一一二二三三四框架≤25>30≤30>30≤30>30≤30高度（m)框架-抗震墙结构框架结构结构类型烈度6879三二一三二现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级二、污框架高结构养抗震设计惯步骤（见P16当8框图羊）1、结构像布置柱位已定，主拳要为梁的布置2、梁柱堂截面尺崭寸（初份定），费材料强督度等级丛的确定混凝土在强度等标级C2最0—梯C5兄0高度h=战（1却/8兆—1卖/1辅2）晶L横向猎框架h≥仔1/澡10云L纵向h≥理1/贯12赖L且不协小于50吨0mm纵梁同底部端比横顽梁底骑部高50mm以上梁截面胆尺寸宽度b=女（1营/2型—1平/3历）hb=迈25荐0章(一般)荷载大乓跨度大b≥遵30较0m前m当抗震私等级为陆一级，N＜浑0.景7二级挡，N＜0亮.8三级，N＜帽0.损9柱截蓝面尺羞寸b（由柱基的轴滚压比鞠确定伏）定义矛轴压磁比：N=缺q衡A裁n/fcb2＜轴压光比限社值其中助：q＝1竿4KN断/m2n为楼泽层数3.水平斜地震遇作用姻计算4.位移计渣算（弹激性位移寻计算）5.内力分惩析、组合、截面英设计6.结构嘴和构冰件的温抗震泄构造番措施三.地震述作用象计算采用底部剪收力法简化棍方法1.FEk=α1G（3附－9野6）式中般：FEk－结构总水平地港震作用抗标准值始（结构畜底部剪椅力）α1－水平绕地震颗作用陈影响张系数距（相启应T1）GEq－结构乘总重申力荷扎载代辨表值单质纷点GEq=G痰；多质点GEq=0.8气5∑G基本膝点：汤如何棚求α1需已留知：Tgαma洲x（查表裹）T1腿（计算舅）顶点龙位移跑法计牢算基竹本周蹲期α0：周期隶折减桶系数洁（刚骡度增受加）实砌填翠充砖墙α0＝0.印6～0吩.7轻质墙α0＝0.汇8△T:把集升中在挤各楼借面处物的重款力荷睡载Gi视为立假想进水平是荷载所得的跳层间位贷移其中置：δi层间皇位移Vi层间南剪力弦（∑Gi）练习计暂算框架茫自振周何期T1层次Gi(KN)∑Di(KN/m)Viδi△45000403524370004035242700040352417800286314α0＝0掉.6经验公寺式T1凳＝0的.1掀n（铺n为房拒屋主过体结唱构层序数）估算饺周期50慨00120真0019透00洁026择80测00.正01桃20.私02衬970.0尿470.0妻9360.督09洋360.1承4060.动17此030.1鸽8232.各层底地震蓄作用济标准沈值FiΔFn＝δnFEk其中：δn为顶部附诞加地震氧作用系窝数P6扁2表3列－5原因愤：框困架结欠构常而为长岛周期佩结构T1＞泉1.4馒Tg长周捕期：略质点换地震小作用Fi（3脱－9仿9）顶部轧地震勿作用涨为Fn＋ΔFn两项之爽和3.层间地删震剪力饱：自本证层向上次求和其中：磁突出屋粮面建筑冤，地震荐作用效召应×3抵倍四.水平地震作第用下框倘架内力望分析采用佛反弯复点法催和D值法反弯点旅：适用脉于层数根少，梁叮柱线刚槽度比＞3，计算团简单D值法：考虑赔框架节孙点转动瞧对柱侧腥移刚备度和反弯路点高度的影响浑，精竞确1.计算阵各层鸦柱的非侧移恳刚度D式中染：Kc－柱线刚国度α－节点达转动稠影响不系数阵（表6－熄3）注意α由梁柱墓线刚览度之顾比查得夜（卖梁线刚摸度Kb=EbIb/l喉）注意α由梁柱宜线刚度银之比查毯得极（梁摊线刚度Kb=EbIb/l拢）其中：Ib要考虑室楼板对东梁刚度它增大效报应，按硬表（6－喜4）取折算惯董性矩结构类型中框架边框架现浇整体梁板结构I=2I0I=1.5I0装配整体式叠合梁I=1.5I0I=1.2I0试判断惕柱子的程种类（垦可给柱芒子编号扔）底层一般走层2.计算各绕柱所分怨配的剪增力Vi头j式中芳：Vi画j－i层j柱分撤配剪悉力Vi－纱i层楼纷层剪朴力Dj－j柱抗县侧刚考度∑Dj－i层所马有柱转刚度施之和3.确定反垦弯点高杠度y式中门：y0－标准董反弯际点高杀度比彼（由暑框架榨总层影数、少该柱拥所在捞层数快及梁学柱线游刚度工比查贯表求命得）y1－某层上恼下梁线局刚度不洽同，修两正y2－上层夺层高构与本田层高沟度不源同时涉，修规正y3－下层浊层高钓与本教层高带度不德同时荣，修留正结论：反弯举点靠近刚度小的点反弯睛点远赞离刚晌度大胀的点思考二层柱猴和底层辣柱的反坦弯点向繁什么方咽向移动狐？4.计算柱忧端弯矩ME由柱带剪力Vij和反弯点忧高度y按式篮求得ME上＝Vi庙j×(1丧－y)首hME下＝Vi园j×yh5.计算梁变端弯矩Mb梁端弯畅矩可按节点辉弯矩仁平衡条件结，节纪点处刘柱端诞弯矩悲之和烛按左克右端亡弯矩雹之和别按左巾右梁线刚炼度比弱例分配配地震作气用下框话架弯矩溉图（部直分）6.计算梁旱端剪力Vb（地震荷面载产生舞）根据梁奴的两端摔弯矩之民和除以苏跨长，军按式Vb=(努Mb1+Mb2)/L7.计算柱症轴力（在地震震作用下）各层梁哪端剪力吧之和边柱泡：N=蛙Vb想1+悦Vb妙2+勒Vb竟3中柱制：N=从Vb萌1+字Vb汗2+尸Vb煌3-记Vb旅4-芳Vb塘5-冒Vb赖6力方向宫相反，难由地震册荷载引援起的中荡柱轴力星近似为0五.竖向子荷载作用鱼下框郑架内槽力分牧析1.柱端干与梁搏端弯橡矩竖向荷科载下内茶力计算停采用：分层法分层圆法：该层梁瞧与上下具柱组投成计门算单态元，狗每层鼠只承卫受该柱层竖脏向荷估载，考不考搭虑其酱他各沿层荷耀载的猾影响纸。由半于各耕个单晨元上劫、下动柱并喘不是努固定恭端，泻而是际弹性锻嵌固齿，在壤计算艇简图嗽中除肌底层讲外其葱他各类层柱祥的线厅刚度浴均乘领以折裳减系遇数0.芝9，柱的抱弯矩传刮递系数仔由1/胆2改为1/骗3.相应秘柱弯犁矩叠李加。超静番定结仔构具馆有塑塌性内盏力重握分布豆性质减少负敏弯矩钢饿筋，且克便于施敢工装配吗整体邻式β（调幅逮系数门）＝0.7斥~0.预8现浇酷框架β＝0县.8~标0.9在竖向荷载下梁端弯矩进递行调幅竟，适当怠降低保证梁帖端延性撒，提高盟柱的安片全储备割，以满壳足强柱遗弱梁支座弯杀矩调幅残降低后沿，梁跨踪蝶中弯矩共相应增奸加竖向荷尺载下梁困端M可调紫，水求平荷损载作农用下M不可调剪力组响成：梁窑上作用忙竖向荷由载产生消剪力地震力曲产生剪删力2梁端犁剪力六榴梁柱众内力腐组合（重点纹难点污）进行推构件羡设计欣，根欧据可铁能出鞋现最不阶利情仪况确定接构件谷内力套设计井值框架衡抗震寨设计探，考有虑以胖下两种基烫本组合地震种作用篮效应容与重停力荷烧载代嘱表值址效应联组合S1=1料.2SGE+忽1.肃3红SHE恒载雀与活饱载组鞭合（姓无地娃震作舞用）S2=阴1.宰2SG+1气.4谷SQ若考虑挑风荷载S2=1乓.2捐SG+1旨.4镇(SQ+Sw)×0铜.851梁的远内力横组合有地震是作用γRES1≤R无地赚震作洗用S2≤R为便罚于比毙较内贡力，匆在γRES1、S2中选晓取最输大值鸭，进阳行截割面配幕筋设煎计分析菠不同洪控制悔截面梁端负邻弯矩梁端正倾弯矩取不螺利组惭合跨中正悉弯矩梁端剪倡力取不利女组合取不利甘组合2柱不峰利组思合柱控制绸截面：各酒层柱仿上下伯柱端每一截召面进行崇弯矩组缎合和轴妈力组合裹，有以灾下三种据形式Mmax及相箱应的卡轴力Nmax及相么应的折弯矩Nmin及相应劝的弯矩炼（对个乔别截面句起控制妈作用）以Mmax为目款标取不利泪组以Nmax为目标取不利讽组例题讲肢解p2愈08kJ药-4中柱内辽力组合层次截面内力静力组合（恒载＋活载）地震组合内力组合取值恒载活载M静组N静组1.3ME1.2MGM地Mmax相应轴力Nmax相应弯矩MGNGMQNQ1.3NE1.2NGN地9柱顶M-64.60-9.14－90.32-344.2+-79.09-338.7-338.7-90.32N232.8616.63302.71±71.5282.28283.02283.02302.71七屑位移红计算抗震汉位移轮计算威：多泰遇地血震弹滴性位抄移计蜘算，击小震骡不坏罕遇地乒震弹塑匹性位移日计算，刘大震不将倒多遇地巷震层间绩弹性位酷移计算语（重点比）△ue≤［就θe］H式中：△ue层间恨弹性但位移［θe］层间弹毒性位移肃角限值忍（表3－边13）H层高计算齐层间义弹性析位移器的步旱骤1计算项梁柱腊线刚目度2计算似柱侧笑移刚市度Dj和楼中层刚泻度∑Dj3计算结莫构基本煮自振周扮期T14确定贼特征倒周期Tg5确定α16计算结荷构底部遍剪力FEK7计算楼中层剪力Vi8求层间多弹性位继移△ue=V照i/隆∑Dj9验算婆（底伪层层垒间位身移、更顶点若总位浩移）八拿梁柱挽截面轰设计1框架游柱抗夫震设领计柱为洲主要阻承重恼构件阻，保妄证强互度和悔延性设计原础则强柱弱旋梁强剪食弱弯控制属柱轴笛压比加强捡柱端春约束强柱俩弱梁目的托：使躺框架肝具有介竖向次荷载梳能力碍，免占倒塌谊。梁迎铰机舟制实现：限同一结格点上下婚柱受弯恒承载力滴之和＞左右竟梁端受弯承沉载力之鸽和∑Mc=辰ηc∑bηc－柱端借弯矩测增大浪系数一级取1.4二级取1.2三级棒取1.议1注意：底部盟柱柱悔根对整体晴框架延精性起控运制作用袭，为推议迟框架饺底层柱奋塑性铰介形成一级死取Mc×1丑.5二级取Mc×1鸟.25三级取Mc×1朽.1枯5强剪生弱弯为防止销柱出现恐剪切破材坏，剪默力设计塑值放大满，进行抬斜截面到计算ηvc－柱剪力杏增大系递数一级取1.4二级揉取1.2三级取1.1轴压打比一级二级三级增加绝柱的延性；柱龄的轴党压比具大，酷柱呈违小偏苗心受惭压，泥脆性杂破坏加强柱反端约束柱端加给密箍筋作用：来承担剪践力约束混朵凝土，版提高变讯形能力防纵鼓筋压志曲2框架梁抢抗震设唯计允许塑咐性铰出远现在梁绳上，但珠避免梁千发生剪坦切破坏设计坦原则足够舌受剪负承载页力塑性铰挠区延性梁筋锚渣固强剪弱库弯为防止盛梁出现福剪切破晃坏，剪取力设计舰值放大碧，进行慰斜截面脸计算ηvb－梁端诞剪力畅增大杆系数一级店取1.3二级取1.待2三级取1.1塑性梢铰区隆延性梁筋锚牢固构造措拜施满足3框架亲节点反抗震足设计设计原荐则强节点穴，弱构萍件多遇贫地震袭，节季点在沫弹性属范围川工作节点配青筋，保亏证施工鸽方便一二级击节点验尺算，三钱四级符饲合抗震亭构造要芬求§6－望4框架结际构抗停震构造险措施抗震设绑计总原案则强度、促延性，谱不发生趋脆性破纪坏；发倍挥抗震伟潜能一铁梁泥抗震邀构造驰措施梁截面防尺寸b≥记20巨0m拣mh/b劣＜4Ln/h≥关4V≤经1/遇γRE(0扔.2视fcbh0)2梁内朽纵向垦钢筋ξ受（相对卫受压陡区高错度）一级ξ≤0遵.25二封三级ξ≤0烟.35作用:保证延必性梁内纵郊向受拉杂钢筋最斥小配筋大率(%圣)抗震等级梁中位置支座跨中一级0.480ft/fy0.365ft/fy二级0.365ft/fy0.2555ft/fy