混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計課件.ppt

1,第四章,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 抗震設(shè)計,2,本章內(nèi)容提要, 4.1 概述 4.2 震害及其分析 4.3 抗震設(shè)計的一般規(guī)定 4.4 框架和框架-抗震墻結(jié)構(gòu)水平地震作用的計算 4.5 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算 4.7 框架梁、柱、節(jié)點抗震設(shè)計及抗震構(gòu)造措施,3,1.我國對高層住宅 的劃分： 我國住宅建筑設(shè)計規(guī)范（gbj96-86）中規(guī)定79層為小高層住宅，1030層為高層住宅。,一、 多層與高層,4.1 概述,2. 我國其他有關(guān)規(guī)范中規(guī)定： 高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范（gbj45-82）中規(guī)定10層及10層以上的住宅和建筑高度超過24m的其他民用建筑為高層建筑。 鋼筋砼高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程（jbj3-90）中規(guī)定10層和10層以上的民用建筑為高層建筑。此規(guī)定僅限于鋼筋砼結(jié)構(gòu)，其高度不超過200m。,4,二、 多層及高層建筑結(jié)構(gòu)體系,1. 框架結(jié)構(gòu)體系 （1）由線型桿件梁和柱組成的結(jié)構(gòu)，稱為框架。整幢結(jié)構(gòu)都由梁柱組成，稱為框架結(jié)構(gòu)體系。 （2）特點： 建筑平面布置靈活，立面設(shè)計多變； 具有較大的空間，使用方便。 但剛度較差，用于層數(shù)較少的高層建筑。,5,框架結(jié)構(gòu)體系典型的平面圖,框架房屋,7,（3）框架在水平荷載作用下的變形特點： 框架側(cè)移由兩部分組成： 第一部分側(cè)移由由柱、梁的彎曲變形產(chǎn)生。柱和梁都有反彎點。,框架下部的梁和柱內(nèi)力大，層間變形也大，愈到上部層間變形愈小，使整個框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線呈剪切型，如圖（a）。,8,第二部分側(cè)移由柱的軸向變形產(chǎn)生。柱的拉伸和壓縮使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向位移。這種側(cè)移底部層間變形較小，愈到上部層間變形愈大，使整個結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線呈現(xiàn)彎曲型，如圖（b）。,由于框架結(jié)構(gòu)中第一部分側(cè)移是主要的，所以疊加后的框架側(cè)移曲線仍呈剪切型特征，如圖（c）。,9,2. 剪力墻結(jié)構(gòu)體系 （1）利用墻體作為承受豎向荷載，抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)，稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。,（2）特點： 墻體間距一般38米，適用于較小開間的建筑。 整體性好，剛度大，側(cè)向變形小，承載力容易滿足。 平面布置限制大，小空間，結(jié)構(gòu)自重大。 （3）變形：側(cè)移曲線為彎曲型（高寬比較大的剪力墻結(jié)構(gòu)），如圖。,10,(a),(b),(c),(d),(e),(f),11,3. 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系 、框架-筒體結(jié)構(gòu)體系 （1）在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置部分剪力墻，就組成了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。如果將剪力墻布置成筒體，又可稱為框架-筒體結(jié)構(gòu)體系。 （2）特點： 建筑上能提供較大的空間。 剪力墻（筒體）側(cè)向剛度大，承擔(dān)大部分水平荷載。 框架主要承受豎向荷載，也承擔(dān)少部分水平荷載。 整個結(jié)構(gòu)的剛度和承載力比框架結(jié)構(gòu)體系大為提高。,12,13,抗震墻,框架-抗震墻,14,（3） 變形：框架側(cè)移曲線呈剪切型變形，剪力墻側(cè)移曲線呈彎曲型，兩者共同工作后，側(cè)向位移曲線呈彎剪型，見下圖。,15,4. 筒體結(jié)構(gòu) （1）筒體的基本形式 a. 實腹筒：用剪力墻圍成的筒體，稱為實腹筒。 b. 框筒：由密排柱和深梁框架圍成的筒體，稱為框筒。 c. 桁架筒：筒體的壁是由豎桿和斜桿形成的桁架組成，稱為桁架筒。,16,（2）筒體的特點 筒體具有空間整體受力性能。在水平荷載作用下可看作固定于基礎(chǔ)上的箱形懸臂梁。 筒體比單片面結(jié)構(gòu)具有更大的抗側(cè)剛度和承載力，并具有很好的抗扭剛度 。,17,（3）筒體結(jié)構(gòu)形式 筒中筒結(jié)構(gòu) 用框筒或桁架筒做為外筒，實腹筒做為內(nèi)筒，形成筒中筒結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用鋼結(jié)構(gòu)時，內(nèi)筒也可由框筒做成 。 內(nèi)外筒通過樓板聯(lián)系，共同工作，抵抗水平力。 框筒及筒中筒設(shè)計時，其布置原則是盡可能減少剪力滯后，充分發(fā)揮材料的作用。,18,19,多筒體系： 當(dāng)采用多個筒體共同抵抗側(cè)向力時，就成為多筒結(jié)構(gòu) 。 成束筒：兩個以上筒體排列在一起成束狀，稱為成束筒。如西爾斯大廈 。 多筒體結(jié)構(gòu)：在一個平面內(nèi)設(shè)置多個筒體，適應(yīng)于復(fù)雜平面的布置要求 。 多重筒體結(jié)構(gòu) 。,20,21,5. 巨形框架結(jié)構(gòu) 利用筒體作為柱子，在各筒體之間每隔數(shù)層用巨形梁相連，形成巨形框架，如圖。 在巨形框架的各層可以建造普通的多層框架或形成很大空間的中庭，滿足建筑的需要。 下頁圖是巨形框架的例子。,22,(a)桁架型,(b)斜格型,(c)框筒型,一、框架梁、柱的震害,梁柱變形能力不足，構(gòu)件過早發(fā)生破壞。一般是梁輕柱重，柱頂重于柱底，尤其是角柱和邊柱更易發(fā)生破壞。,1、柱頂,柱頂周圍有水平裂縫、斜裂縫或交叉裂縫。重者混凝土壓碎崩落，柱內(nèi)箍筋拉斷，縱筋壓曲成燈籠狀。,主要原因：節(jié)點處彎矩、剪力、軸力都較大，受力復(fù)雜，箍筋配置不足，錨固不好等。,破壞不易修復(fù)。,4.2 震害及其分析,2、柱底,與柱頂相似，由于箍筋較柱頂密，震害相對柱頂較輕。,3、短柱,當(dāng)柱高小于4倍柱截面高度（h/b4)時形成短柱。,短柱剛度大，易產(chǎn)生剪切破壞。,4、角柱,由于雙向受彎、受剪,加上扭轉(zhuǎn)作用，震害比內(nèi)柱重。,5、梁柱節(jié)點,節(jié)點核心區(qū)產(chǎn)生對角方向的斜裂縫或交叉斜裂縫，混凝土剪碎剝落。節(jié)點內(nèi)箍筋很少或無箍筋時，在剪壓作用下柱縱向鋼筋壓曲外鼓。,節(jié)點破壞的主要原因是節(jié)點的受剪承載力不足，約束箍筋太少，梁筋錨固長度不夠以及施工質(zhì)量差所引起。,節(jié)點破壞將導(dǎo)致梁柱失去相互之間的聯(lián)系。,6、框架梁,震害多發(fā)生于梁端,破壞的主要原因是: 1)梁端縱筋錨固不足，產(chǎn)生錨固破壞。 2)梁端縱筋屈服,在地震作用下,出現(xiàn)上下貫通的垂直裂縫而破壞。 3)梁端剪切破壞,在地震作用下,出現(xiàn)交叉裂縫。 梁端屈服后產(chǎn)生的剪力較大，超過了梁的受剪承載力，梁內(nèi)箍筋配置較稀，以及反復(fù)荷載作用下混凝土抗剪強度降低等。,二、填充墻的震害,因框架層間位移較大，而砌體填充墻剛度大,承載力低,極限變形很小。這樣，在地震作用下填充墻將首先承受地震作用產(chǎn)生裂縫，甚至倒塌。 一般7度即出現(xiàn)裂縫，8度和8度以上地震作用下，裂縫明顯增加，甚至部分倒塌，一般是上輕下重，空心砌體墻重于實心砌體墻，砌塊墻重于磚墻。,填充墻破壞的主要原因是：墻體受剪承載力低，變形能力小，墻體與框架缺乏有效的拉結(jié)，在往復(fù)變形時墻體易發(fā)生剪切破壞和散落。 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)上部較嚴(yán)重，框架結(jié)構(gòu)下部震害嚴(yán)重。,三、抗震墻的震害,在強震作用下，抗震墻的震害主要表現(xiàn)在墻肢之間連梁的剪切破壞。主要是由于連梁跨度小，高度大形成深梁，在反復(fù)荷載作用下形成x型剪切裂縫，為剪切型脆性破壞，尤其是在房屋1/3高度處的連梁破壞更為明顯。,四、防震縫的震害,防震縫寬度過小，地震時結(jié)構(gòu)相互碰撞造成震害。,天津友誼賓館,總結(jié)以上震害調(diào)查結(jié)果，除注意場地和地基因素外，從結(jié)構(gòu)上主要應(yīng)注意：,1）結(jié)構(gòu)的剛度在平面上和沿豎向的分布要規(guī)則、均勻；,2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件要有足夠的承載力和延性；,3）重視構(gòu)造，加強對混凝土的約束，防止剪切、錨固 等脆性破壞；,4）保證施工質(zhì)量。,33,4.3 抗震設(shè)計的一般規(guī)定,一、最大高度的限制 二、結(jié)構(gòu)抗震等級 三、防震縫的設(shè)置 四、結(jié)構(gòu)的布置,34,1.房屋最大適用高度 抗震規(guī)范在考慮地震烈度、場地土、抗震性能、使用要求及經(jīng)濟效果等因素和總結(jié)地震經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對地震區(qū)多高層房屋的適用高度給出了規(guī)定，見下表。 甲類建筑適用的最大高度應(yīng)專門研究。,一、最大高度的限制,35,現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度,注：1.房屋高度指室外地面到主要屋面板板頂?shù)母叨龋ú话ň植客怀鑫蓓敳糠郑?2.超過表內(nèi)高度的房屋，應(yīng)進行專門研究和論證，采取有效的加強措施； 3.平面和豎向均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)或建造在場地的構(gòu)，使用的最大高度應(yīng)適當(dāng)降低（一般降低20%左右）。,37,2. 高層建筑的高寬比限值 高層建筑的高寬比不宜超過下表的限值。,38,二、 結(jié)構(gòu)抗震等級,1. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)特點 （1）烈度對地震反應(yīng)的影響 地震震害表明，即使未經(jīng)抗震設(shè)計的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在7度區(qū)只有個別構(gòu)件可能屈服，而在8度、9度區(qū)屈服的構(gòu)件可能增加很多。因此，對于不同設(shè)防烈度的結(jié)構(gòu)抗震要求應(yīng)加以區(qū)別。,39,（2）結(jié)構(gòu)體系對地震反應(yīng)的影響 結(jié)構(gòu)的抗震能力主要取決于抗側(cè)力構(gòu)件的性能，主、次要抗側(cè)力構(gòu)件的抗震要求應(yīng)有所區(qū)別。 例如：框架結(jié)構(gòu)中的框架抗震要求應(yīng)高于框架-抗震墻中的框架?？蛑Y(jié)構(gòu)的框架抗震要求更高?？蚣?抗震墻結(jié)構(gòu)中的抗震墻抗震要求應(yīng)高于抗震墻結(jié)構(gòu)中抗震墻。 （3）房屋越高，地震反應(yīng)越大，其抗震要求應(yīng)越高。,40,2. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級 抗震規(guī)范綜合考慮地震作用（包括設(shè)防烈度、場地類別）、結(jié)構(gòu)類型（包括區(qū)分主要次要抗側(cè)力構(gòu)件）和房屋高度等主要因素，將結(jié)構(gòu)劃分成4個抗震等級，見下表.,丙類 多高層 現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 抗震等級,43,關(guān)于確定結(jié)構(gòu)抗震等級的說明,1. 上表中的抗震等級是按丙類建筑劃分的。對于甲、乙類建筑按規(guī)定提高一度確定其抗震等級。 2. 建筑為類場地時，除6度外可按降低一度對應(yīng)的抗震等級采取構(gòu)造措施，但相應(yīng)的計算要求不降低。 3. 接近或等于高度分界時，應(yīng)結(jié)合房屋不規(guī)則程度及場地、地基條件確定抗震等級。,44,4 .當(dāng)框架-抗震墻結(jié)構(gòu)有足夠的抗震墻時,其框架部分是次要抗側(cè)力構(gòu)件,可按框架-抗震墻結(jié)構(gòu)中的框架確定抗震等級。否則按框架結(jié)構(gòu)確定等級。區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)是看框架部分承受的地震傾覆力矩是否大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%。,框架承受的地震傾覆力矩可按下式計算：,45,5. 裙房與主樓相連，除應(yīng)按裙房本身確定外，不應(yīng)低于主樓的抗震等級。主樓結(jié)構(gòu)在裙房屋面及上下各一層應(yīng)適當(dāng)加強抗震構(gòu)造措施。裙房與主樓分離時，應(yīng)按裙房本身結(jié)構(gòu)確定抗震等級。,裙房頂部上下各一層應(yīng)提高抗震措施,46,6. 當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時，地下一層的抗震等級應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同。 地下二層以下（包括地下二層）的抗震等級可以降低，可按三級或更低等級。 地下室中無上部結(jié)構(gòu)的部分，可根據(jù)具體情況采用三級或更低等級。 9度時應(yīng)專門研究。,47,三、 防震縫布置 高層建筑宜選用合理的建筑結(jié)構(gòu)方案，不設(shè)防震縫。 當(dāng)建筑平面過長、結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)體系不同、高度和剛度相差過大以及各結(jié)構(gòu)單元的地基條件有較大差異時，應(yīng)考慮設(shè)防震縫。 其最小寬度應(yīng)符合下面要求,且當(dāng)設(shè)置伸縮縫和沉降縫時，其寬度應(yīng)符合防震縫的要求。,48,抗震規(guī)范規(guī)定，防震縫最小寬度應(yīng)符合下列要求： （1）框架結(jié)構(gòu)房屋的防震縫寬度，當(dāng)高度不超過15m時可采用100mm；超過15m時6度、7度、8度和9度相應(yīng)每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加寬20mm。 （2）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)房屋，其防震縫寬度可采用框架結(jié)構(gòu)房屋規(guī)定數(shù)值的70，但不宜小于100mm。,49,（3）防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)體系不同時，防震縫寬度按不利體系考慮，并按低的房屋高度計算縫寬。,50,（4） 8、9度框架結(jié)構(gòu)房屋防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)高度、剛度或?qū)痈呦嗖钶^大時，可在縫兩側(cè)房屋的盡端沿全高設(shè)置垂直于防震縫的抗撞墻，,每一側(cè)的數(shù)量不應(yīng)少于兩道。宜分別對稱布置，墻肢的長度可不大于一個柱距。,內(nèi)力應(yīng)按考慮和不考慮抗撞墻兩種情況進行分析，按不利情況取值。,抗撞墻的端柱和框架邊柱箍筋應(yīng)沿房屋全高加密。,51,四、 結(jié)構(gòu)布置,1. 多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)布置的基本原則是： 結(jié)構(gòu)平面應(yīng)力求簡單、規(guī)則，結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件應(yīng)對稱均勻布置，盡量使結(jié)構(gòu)的剛心與質(zhì)心重合，避免地震時引起結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)及局部應(yīng)力集中。 結(jié)構(gòu)的豎向布置，應(yīng)使其質(zhì)量沿高度方向均勻分布，避免結(jié)構(gòu)剛度突變，并應(yīng)盡可能降低建筑物的重心，以利結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。 合理地設(shè)置變形縫。 加強樓屋蓋的整體性。 盡可能做到技術(shù)先進，經(jīng)濟合理。,52,2. 框架結(jié)構(gòu)布置 （1）為抵抗不同方向的地震作用，承重框架宜雙向設(shè)置。 常見框架的柱網(wǎng)形式有方格式與內(nèi)廊式兩類，見圖。,53,（2）樓電梯間不宜設(shè)在結(jié)構(gòu)單元的兩端及拐角處。因為單元角部扭轉(zhuǎn)應(yīng)力大，受力復(fù)雜，容易造成破壞。 （3）框架剛度沿高度不宜突變，以免造成薄弱層。 （4）同一結(jié)構(gòu)單元宜將框架梁設(shè)置在同一標(biāo)高處，盡可能不采用復(fù)式框架，避免出現(xiàn)錯層和夾層，造成短柱破壞。 （5）出屋面小房間不要做成磚混結(jié)構(gòu)，可將框架柱延伸上去或做鋼木輕型結(jié)構(gòu)，以防鞭端效應(yīng)造成結(jié)構(gòu)破壞。 （6）梁與柱的軸線宜重合，不能重合時其最大偏心距不宜大于柱寬的1/4。,54,3. 抗震墻結(jié)構(gòu)布置 抗震墻結(jié)構(gòu)是由鋼筋混凝土墻體承受豎向荷載和水平荷載的結(jié)構(gòu)體系。 具有整體性能好、抗側(cè)剛度大和抗震性能好等優(yōu)點，該類結(jié)構(gòu)無突出墻面的梁、柱，可降低建筑層高，充分利用空間，特別適合于2030層的高層居住建筑。 但該類建筑大面積的墻體限制了建筑物內(nèi)部平面布置的靈活性。,55,抗震墻結(jié)構(gòu)的布置除了應(yīng)注意平面與豎向的均勻外，尚應(yīng)注意如下幾點： （1）合理調(diào)整抗震墻的長度 為了保證抗震墻具有足夠的的延性,不發(fā)生脆性的剪切破壞，每一道抗震墻（包括單片墻、小開口墻和聯(lián)肢墻）不應(yīng)過長，總高度與總長度之比宜大于2。 較長的單片墻可以留出結(jié)構(gòu)洞口，劃分成聯(lián)肢墻的兩個墻肢，洞口處設(shè)置弱連系梁。,3. 抗震墻結(jié)構(gòu)布置,57,（2）抗震墻有較大洞口時，洞口位置宜上下對齊，以形成明確的墻肢與連系梁，保證結(jié)構(gòu)受力合理、有良好的抗震性能。一、二級抗震墻底部加強部位不宜有錯洞墻。,58,（3）為了在抗震墻結(jié)構(gòu)的底層獲得較大空間以滿足使用要求，一部分抗震墻不落地而由框架支承，這種底部框支層是結(jié)構(gòu)的薄弱層，在地震作用下可能產(chǎn)生塑性變形的集中，導(dǎo)致首先破壞甚至倒塌，因此應(yīng)限制框支層剛度和承載力的過大削弱，以提高房屋整體的抗震能力。 抗震規(guī)范規(guī)定，部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)的框支層，其抗震墻的截面面積不應(yīng)小于相鄰上層抗震墻截面面積的50，框支層落地抗震墻間距不宜大于24m。,59,（4）底部兩層框支抗震墻結(jié)構(gòu)的布置宜對稱，且宜設(shè)置抗震墻筒體。 （5）落地抗震墻之間樓蓋長寬比不應(yīng)超過規(guī)范值。,60,4. 框架抗震墻結(jié)構(gòu)布置中的關(guān)鍵問題是抗震墻的布置,其布置原則如下： （1）抗震墻在結(jié)構(gòu)平面中的布置應(yīng)對稱均勻，避免結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心有較大的偏移。 （2）抗震墻應(yīng)沿結(jié)構(gòu)的縱向、橫向設(shè)置，且縱橫向抗震墻宜縱橫向抗震墻宜合并布置為l形、t形和口字形等剛度較大的截面。,61,（3）抗震墻與柱中線宜重合，當(dāng)不能重合時，柱中線與抗震墻中線之間偏心距不宜大于柱寬的14。 （4）抗震墻應(yīng)盡可能靠近房屋平面的端部，但不宜布置在外墻。 （5）抗震墻應(yīng)設(shè)置在墻面不需要開大洞口的位置，開洞口時應(yīng)上下對齊。一、二級抗震墻的聯(lián)肢墻的洞口不應(yīng)采用弱連系梁。 （6）抗震墻宜貫通全高，沿豎向截面不宜有較大突變，以保證結(jié)構(gòu)豎向的剛度基本均勻。 （7）抗震墻的數(shù)量以能滿足結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形為原則，不宜過多，以免結(jié)構(gòu)剛度過大，增加結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。,62,（8）抗震墻的間距應(yīng)能保證樓、屋蓋有效地傳遞地震剪力給抗震墻。 抗震墻之間無大洞口的樓、屋蓋的長寬比宜滿足下表要求：,抗震墻之間的樓、屋蓋有較大開洞時，長寬比還應(yīng)減小。,當(dāng)超過上述要求時，應(yīng)計入樓蓋平面內(nèi)的變形影響。,63,（9）框架抗震墻采用裝配式樓、屋蓋時，應(yīng)采取措施保證樓、屋蓋的整體性及其與抗震墻的可靠連接。采用配筋整澆層時，厚度不宜小于50mm。 （10）框架抗震墻結(jié)構(gòu)中的抗震墻基礎(chǔ)和部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)的落地抗震墻基礎(chǔ)，應(yīng)有良好的整體性和抗轉(zhuǎn)動能力。,（11）樓（電）梯間、豎井等使樓面開洞的豎向通道，不 宜設(shè)在結(jié)構(gòu)單元端部角區(qū)及凹角處；,這種豎向通道不宜獨立設(shè)在柱網(wǎng)之外的中間位置。,65,5.框架結(jié)構(gòu)單獨基礎(chǔ)系梁的布置 框架結(jié)構(gòu)單獨基礎(chǔ)有下列情況之一時，宜沿兩個主軸方向設(shè)置基礎(chǔ)系梁： (1)一級框架和類場地的二級框架。 (2)各柱基承受的重力荷載代表值差別較大。 (3)基礎(chǔ)埋置較深，或各基礎(chǔ)埋置深度差別較大。 (4)地基主要受力層范圍內(nèi)存在軟弱粘土層、液化土層和嚴(yán)重不均勻土層。 (5)樁基承臺之間。,66,6. 框架抗震墻結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)，應(yīng)符合下列要求： (1)框架-抗震墻結(jié)構(gòu)中的抗震墻基礎(chǔ)應(yīng)有良好的整體性和抗轉(zhuǎn)動能力。 (2)地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時，應(yīng)避免在頂板開設(shè)大洞口，并應(yīng)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，頂板厚度不宜小于180mm，混凝土強度等級不宜低于c30，應(yīng)采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不應(yīng)小于0.25；地下室結(jié)構(gòu)樓層的側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍，地下室柱的縱向鋼筋面積，除應(yīng)滿足計算要求外，不應(yīng)少于地上一層對應(yīng)柱縱筋面積的1.1倍。,67,7.框架結(jié)構(gòu)中填充墻的要求 非承重墻體應(yīng)優(yōu)先采用輕質(zhì)墻體材料。 剛性非承重墻體的布置，在平面和豎向的布置宜均勻?qū)ΨQ，避免形成薄弱層或短柱。 墻體與結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有可靠的拉結(jié)，應(yīng)能適應(yīng)不同方向的層間位移；8度、9度時應(yīng)有滿足層間變位的變形能力或轉(zhuǎn)動能力。 砌體填充墻宜與梁柱軸線位于同一平面內(nèi)，應(yīng)采取措施減少對結(jié)構(gòu)體系的不利影響?？紤]抗震設(shè)防時，宜與柱脫開或采用柔性連接。,68,1. 結(jié)構(gòu)考慮地震作用進行設(shè)計時，一般可不考慮風(fēng)荷載的影響。 2. 抗震設(shè)計的內(nèi)容一般包括：,4.4 框架和框架-抗震墻結(jié)構(gòu) 水平地震作用的計算,確定結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置 初步選定梁柱截面及材料強度等級 計算各層荷載、重力荷載代表值 計算結(jié)構(gòu)剛度參數(shù)（自震周期及振型） 計算多遇烈度下地震作用 計算多遇烈度下結(jié)構(gòu)側(cè)移 地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析 豎載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析 內(nèi)力組合 調(diào)整內(nèi)力 配筋（截面設(shè)計） 構(gòu)造設(shè)計 需要做薄弱層變形驗算否 罕遇烈度下薄弱層變形驗算,特殊構(gòu)造措施,結(jié)構(gòu)方案調(diào)整,不滿足,不滿足,不需要,結(jié)束,開始,70,抗震設(shè)計的內(nèi)容一般包括： （1）地震作用的計算 （2）結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析 （3）截面設(shè)計,71,3. 水平地震作用的計算方法 （1）底部剪力法 適用條件:1,2,3? h40m； 質(zhì)量和剛度沿高度分布均勻； 以剪切變形為主 第一自振周期的計算 底部總剪力 各質(zhì)點地震作用,72,（2）振型分解反應(yīng)譜法 （1）基本資料的搜集（設(shè)防烈度，設(shè)計基本地震加速度 max；場地類別，設(shè)計地震分組tg） （2）結(jié)構(gòu)計算簡圖的確定（靜力計算剪圖：可確定結(jié)構(gòu)的剛度、重力荷載代表值；動力計算剪圖：可確定結(jié)構(gòu)的自由度數(shù)，從而為求結(jié)構(gòu)的動力特性提供前提條件） （3）結(jié)構(gòu)動力特性的計算：n個自由度體系，可求出n個自震周期，及每個自震周期對應(yīng)的振型向量，每個振型向量包括n個振型坐標(biāo)） （4）求出對應(yīng)每個自震周期的各質(zhì)點地震作用（震動過程中的最大值） （5）求出每個自震周期相應(yīng)地震作用下各構(gòu)件的效應(yīng)（內(nèi)力），然后進行內(nèi)力組合（各振型相應(yīng)位置內(nèi)力“平方和再開方”）,73,4. 關(guān)于結(jié)構(gòu)的自振周期 （1）一般可采用頂點位移法計算框架結(jié)構(gòu)的自振周期。 公式如下：,式中符號的意義：,74,實測經(jīng)驗公式法：,式中： h房屋主體結(jié)構(gòu)高度（m），不包括屋面以上特別細(xì)高的突出部分。 b房屋震動方向的長度（m）。,75,4.5 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算,一、 水平地震作用下框架內(nèi)力的計算 二、 豎向荷載下框架內(nèi)力的計算 三 、內(nèi)力組合 四、 框架結(jié)構(gòu)位移驗算,76,一、 水平地震作用下框架內(nèi)力的計算,1.計算方法 （1）手算方法：采用反彎點法（用于初步設(shè)計估算） d值法（改進的反彎點法，精度較好） （2）計算機分析方法：采用計算機程序計算。 中國建筑科學(xué)研究院研制的程序pk和pm、 tbsa等可用于計算多高層建筑結(jié)構(gòu)。 中國建筑科學(xué)研究院研制的程序etrs，專門用于非對稱高層建筑結(jié)構(gòu)的空間計算。,77,2. 反彎點法計算框架內(nèi)力（梁柱線剛度比3時） 假定：節(jié)點轉(zhuǎn)角=0，即kb= 反彎點位置：一般層0.5h 處；底層2/3h i層k柱的線剛度： i層k柱的側(cè)移剛度 ：,78,第i層總剪力： i層k柱分配的剪力： 適用于層數(shù)少的框架結(jié)構(gòu)，因為此時柱截面尺寸小，易滿足kb/kc3的條件。,79,3. 用d值法計算框架內(nèi)力 近似考慮節(jié)點轉(zhuǎn)動對柱側(cè)移剛度和反彎點位置的影響。 考慮節(jié)點轉(zhuǎn)動對柱側(cè)移剛度的影響系數(shù) 假定：節(jié)點轉(zhuǎn)角相同 （1）計算各層柱的側(cè)移剛度d,考慮樓板對梁線剛度的影響，框架梁截面慣性距b增大系數(shù) 中框架：2.0； 邊框架1.5,81,（2）計算各根柱所分配的剪力 已知第i層層間地震剪力vi,82,（3）確定柱子反彎點高度y,83,（4）計算柱端彎矩mc,（5）計算梁端彎矩mb,（6）計算梁端剪力vb,（7）計算柱子軸力n 柱子軸力為各層梁端剪力的代數(shù)和。,85,二、 豎向荷載下框架內(nèi)力的計算,1.計算方法 （1）分層法 按本層梁和上下柱組成的計算單元，將整個框架分成若干個開口框架。然后按彎矩分配法計算各單元框架，最后再將柱端彎矩疊加，形成整體框架的彎矩圖。 （2）彎矩二次分配法 將各節(jié)點的不平衡彎矩，同時作分配和傳遞。第一次按梁柱線剛度分配固端彎矩，將分配彎矩傳遞一次（傳遞系數(shù)為1/2），再作一次彎矩分配即可。,86,2.分層法計算 基本假定： （）本層梁荷載對其它層梁的內(nèi)力影響可以忽略不計 1 梁ei大，節(jié)點轉(zhuǎn)角小，則引起的柱m小，傳遞的m越小。即：ea梁/ea柱3 2 節(jié)點有側(cè)移時，影響下層，故忽略豎向荷載下的側(cè)向變形。即外荷與結(jié)構(gòu)均對稱 （2）彈性約束假設(shè)為固定支座（柱的線剛度為0.9 ic） 即柱線剛度取 i=0.9 ic,87,分層法計算步驟： （1）逐層取出開口框架計算簡圖,88,（2）計算出梁、柱的線剛度或相對線剛度。 對柱線剛度作出調(diào)整： 底層柱線剛度不變，傳遞系數(shù)為1/2； 其余層柱線剛度乘以系數(shù)0.9，傳遞系數(shù)為1/3。 （3）用彎矩分配法計算各開口框架彎矩。 （4）把計算結(jié)果桉節(jié)點一一對應(yīng)迭加，即得整個框架彎矩。 （5）如果節(jié)點不平衡彎矩值較大，可重新分配一次，但不再傳遞。 （6）計算跨中彎距：,90,3. 梁端的彎矩調(diào)幅 由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有塑性內(nèi)力重分布性能，在豎向荷載作用下可以考慮適當(dāng)降低梁端彎矩，即進行彎矩調(diào)幅。調(diào)幅系數(shù)如下： （1）現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)：=0.8-0.9 （2）裝配整體式框架： =0.7-0.8 梁端彎矩調(diào)幅后，跨中彎矩應(yīng)相應(yīng)增加，并且調(diào)幅后的跨中彎矩不應(yīng)小于簡支情況下跨中彎矩的50%。,91,調(diào)幅后跨中彎矩為： 注意：只有豎向荷載作用下的梁端彎矩才可以調(diào)幅，水平荷載作用下的梁端彎矩不能調(diào)幅。,92,4. 關(guān)于活荷載的不利布置 當(dāng)活荷載不很大時，可以按滿跨布置。 當(dāng)活荷載比較大時，可將跨中彎矩乘以1.1-1.2的增大系數(shù)。以考慮活荷載不利布置對跨中彎矩的影響。,93,三、 框架的內(nèi)力組合,1.控制截面 （1）梁：兩端截面及跨中截面。 （2）柱：原則上選擇每層柱的上、下端作為控制截面。 層數(shù)不多時，整根柱配筋相同。 層數(shù)較多時，分段配筋。,94,2.內(nèi)力組合（組合內(nèi)力設(shè)計值） （1）1.2恒+1.4活 （2）（ 1.2恒+0.5活）+1.3震 組合時采用表格計算。 恒恒載下的內(nèi)力 活活載下的內(nèi)力等,+,96,3.選取最不利內(nèi)力用于配筋計算 （1）梁的最大內(nèi)力 （考慮地震左、右作用）。 組合兩端負(fù)彎矩（取大者）： 梁端正彎距： 梁端剪力（取大者） ：,97, 組合跨中彎矩（取大者） ： 梁端截面取柱邊緣內(nèi)力組合值用作配筋計算。 配筋計算：當(dāng)層數(shù)不多時，各層梁可統(tǒng)一配筋。 當(dāng)層數(shù)較多時，可按幾層為一段統(tǒng)一配筋。,98,（2）柱的最大內(nèi)力 考慮結(jié)構(gòu)兩個主軸方向分別組合。 進行柱子兩端內(nèi)力組合，并考慮地震左、右作用。 考慮以下幾組組合： 最大彎矩、及相應(yīng)的剪力和軸力 最大軸力、及相應(yīng)的彎矩和剪力 最小軸力、及相應(yīng)的彎矩和剪力 按柱凈高兩端內(nèi)力組合值進行配筋計算：層數(shù)不多時，整根柱配筋相同。當(dāng)層數(shù)較多時，分段配筋。,99,四、 框架結(jié)構(gòu)位移驗算,1.多遇地震作用下層間彈性位移驗算 （1）層間地震剪力：vi （2）層間剛度： （3）層間彈性位移： （4）層間彈性位移驗算,100,2.罕遇地震作用下層間彈塑性位移驗算 （1）樓層屈服強度系數(shù) y （2）計算罕遇地震作用下的層間地震剪力,101,（3）層間屈服剪力vyi的確定 計算梁、柱的極限抗彎承載力,102, 計算柱端的有效屈服彎矩 可根據(jù)不同的屈服機制，確定柱端的有效屈服彎矩。,103,計算第i層第j根柱的受剪承載力 計算第i層的樓層屈服剪力,104,（4）計算樓層屈服強度系數(shù),（5）確定薄弱層,105,（6）計算薄弱層的層間彈塑性位移,（7）薄弱層的彈塑性位移驗算,106,4.6 框架-抗震墻結(jié)構(gòu) 內(nèi)力和側(cè)移的計算,（自學(xué)）,107,4.7 框架結(jié)構(gòu)梁、柱與節(jié)點的 抗震設(shè)計及構(gòu)造措施,一、框架設(shè)計的基本原則 1.強柱弱梁,2、 強剪弱彎,108,3.強節(jié)點（強錨固）弱桿件 梁柱節(jié)點的承載力宜大于梁、柱構(gòu)件的承載力。 “更強的節(jié)點” 4.強壓區(qū)弱拉區(qū) 注意：“強”和“弱”的概念,109,二、框架梁截面設(shè)計 1.截面尺寸bbhb （1） bb200mm，且1/2bc（加強節(jié)點區(qū)） （2） hb/bb4(或hb/bb0.25)（薄腹梁容易發(fā)生剪切破壞） （3） ln/hb4 （深梁容易產(chǎn)生剪切破壞） （4） （剛度要求） （5） （便于縱向、橫向梁底縱筋通過）,110,2.材料 （1）砼強度等級 c30（一級抗震） c20（ 二、三級抗震） （2）縱向受力鋼筋：hrb400 hrb500 箍筋：hpb300 hrb400,111,3.梁正截面受彎承載力,112,矩形截面或翼緣位于受拉邊的t形截面梁，其正截面受彎承載力應(yīng)按下列公式驗算：,113,混凝土受壓區(qū)高度應(yīng)符合下列要求： 一級 x 0.25 h0 二、三級 x 0.35 h0 同時 x 2a,114,（1）剪壓比限值 為了保證梁截面尺寸不至于太小. 規(guī)范規(guī)定：對于跨高比大于2.5的框架梁，其剪力設(shè)計值應(yīng)符合下式： 對于跨高比不大于2.5的框架梁，其剪力設(shè)計值應(yīng)符合下式：,4.梁斜截面受剪承載力,115,（2）強剪弱彎 為了實現(xiàn)“強剪弱彎”，規(guī)范規(guī)定：對于抗震等級為一、二、三級的框架梁端剪力設(shè)計值應(yīng)按下式調(diào)整：,116,（3）梁斜截面受剪承載力 對于一般框架梁，斜截面受剪承載力按下式計算： 對于集中荷載作用下的框架梁，按下式計算：,117,5.提高梁延性的構(gòu)造措施 梁端截面的受壓筋與受拉筋面積比： 有一定的受壓鋼筋可以減小受壓區(qū)高度； 地震下，梁端會出現(xiàn)彎矩反號。 梁頂面和底面的通長鋼筋（考慮地震彎矩的不確定性） 一、二級不應(yīng)少于214，且不應(yīng)少于梁端頂面和底面縱向鋼筋中較大截面面積的1/4；三、四級不應(yīng)少于212。,118, 梁中貫通中柱節(jié)點的縱筋直徑d 一級框架：dhc /25 二級框架：dhc /20 梁端縱筋配筋率2.5，且相對受壓區(qū)高度一級不應(yīng)大于0.25，二、三級不應(yīng)大于0.35。,119, 梁端箍筋加密 .作用 （a）保證梁端塑性鉸區(qū)的抗剪強度。 （b）約束砼以便提高梁端塑性鉸區(qū)變形能力。 . 梁端箍筋加密要求 （a）加密區(qū)的長度、箍筋直徑、箍筋間距（見表）。 （b）加密區(qū)的箍筋肢距200mm和20d箍中大者（一級） 250mm和20d箍中大者（二、三級） 300mm（四級）,121,三、 框架柱截面設(shè)計,1. 柱的設(shè)計原則 （1）強柱弱梁，使柱盡量不出現(xiàn)塑性鉸。 （2）在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞。 （3）控制柱的軸壓比不要太大，防止小偏心受壓破壞。 （4）加強約束，配置必要的約束箍筋。 2. 柱截面尺寸bchc （1）矩形柱bc或hc300mm，長邊/短邊3，一般取正方形。 （2）圓形或多邊形截面的內(nèi)接圓直徑350mm。,122,（3）剪跨比宜大于2.0；柱凈高h(yuǎn)n /hc 4（避免短柱）。 （4）偏心距。柱中線于梁中線之間的偏心距不宜大于柱截面寬度的1/4。,123,3. 控制柱的軸壓比 （1）軸壓比的定義 柱的組合軸壓力設(shè)計值n與柱的全截面面積bchc和混凝土抗壓強度設(shè)計值fc乘積之比值，稱為軸壓比。,124,（2）控制柱的軸壓比的意義 柱的軸壓比是影響柱子延性和破壞形態(tài)的主要因素之一。試驗表明，柱的位移延性隨軸壓比增大而急劇下降。 軸壓比不同，柱將呈現(xiàn)兩種破壞形態(tài)： 受拉鋼筋首先屈服的大偏心受壓破壞 受壓區(qū)混凝土先壓碎而受拉鋼筋未屈服的小偏心受壓破壞。 軸壓比小于一定數(shù)值，為大偏心受壓破壞，是延性破壞；反之則為小偏心受壓破壞，是脆性破壞。,125,（3）軸壓比的限值 規(guī)范中給出的軸壓比的限值，是依據(jù)理論分析和試驗研究確定的。軸壓比的限值見下表。,柱軸壓比的限值,126,4. 柱的內(nèi)力設(shè)計值調(diào)整（強柱弱梁） （1）強柱弱梁，使框架實現(xiàn)梁鉸側(cè)移機構(gòu)。要求除頂層和軸壓比小于0.15的柱之外，節(jié)點處梁柱彎矩設(shè)計值應(yīng)按下式調(diào)整： 9度和一級框架尚應(yīng)符合：,127,（2）強剪弱彎?？蚣苤涂蛑е瞬拷M合剪力設(shè)計值應(yīng)按下式調(diào)整： 9度和一級框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合：,128,（3）一、二、三級框架結(jié)構(gòu)的底層，柱下端截面組合彎矩設(shè)計值，應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.5，1.25，1.15。底層是指無地下室的基礎(chǔ)以上或地下室以上的首層。 （4）一、二級框架結(jié)構(gòu)的角柱，按調(diào)整后的彎矩、剪力設(shè)計值，尚應(yīng)乘以增大系數(shù)1.1。,129,5. 柱的正截面受彎承載力計算 矩形截面受彎承載力計算,130,6. 柱縱向鋼筋配置 （1）框架柱截面宜采用對稱配筋。截面尺寸大于400mm的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200mm。 （2）最大配筋率限制：總配筋率不應(yīng)大于5%；一級且剪跨比不大于2的柱，每側(cè)縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%。 （3）最小配筋率限制：柱截面最小總配筋率應(yīng)符合下表要求。,括號內(nèi)數(shù)用于框架結(jié)構(gòu),132,7. 柱的斜截面受剪承載力計算 （1）剪壓比限值 對于一般柱，應(yīng)符合 對于短柱，應(yīng)符合：,133,（2）柱斜截面受剪承載力