第六章框架结构ppt课件

.,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）,.,61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/b4)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,.,62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）,.,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/b1t/d0.3,立面突出b/B0.75h/b1,楼层刚度相邻层刚度之比Ki/Ki+10.7相邻三层刚度之比Ki/Ki+30.5,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：地震烈度结构类型房屋高度将结构划分为四个抗震等级。一级要求严格。,.,6-3框架结构的抗震计算,划分原因：不同烈度下不同结构体系，不同高度有不同抗震要求,.,二、框架结构抗震设计步骤（见P168框图）,1、结构布置,柱位已定，主要为梁的布置,.,2、梁柱截面尺寸（初定），材料强度等级的确定,混凝土强度等级C20C50,高度h=（1/81/12）L横向框架h1/10L纵向h1/12L且不小于500mm纵梁底部比横梁底部高50mm以上,梁截面尺寸,宽度b=（1/21/3）hb=250(一般)荷载大跨度大b300mm,.,当抗震等级为一级，N0.7二级，N0.8三级，N0.9,柱截面尺寸b（由柱的轴压比确定）,定义轴压比：N=qAn/fcb2轴压比限值,其中：q14KN/m2n为楼层数,.,3.水平地震作用计算,4.位移计算（弹性位移计算）,5.内力分析、组合、截面设计,6.结构和构件的抗震构造措施,.,三.地震作用计算,采用底部剪力法简化方法,1.FEk=1G（396）式中：FEk结构总水平地震作用标准值（结构底部剪力）1水平地震作用影响系数（相应T1）GEq结构总重力荷载代表值单质点GEq=G；多质点GEq=0.85G,.,基本点：如何求1,需已知：Tgmax（查表）T1（计算）,.,顶点位移法计算基本周期,0：周期折减系数（刚度增加）实砌填充砖墙00.60.7轻质墙00.8,T:把集中在各楼面处的重力荷载Gi视为假想水平荷载所得的层间位移,其中：i层间位移Vi层间剪力（Gi）,.,练习计算框架自振周期T1,00.6,经验公式T10.1n（n为房屋主体结构层数）估算周期,.,2.各层地震作用标准值Fi,FnnFEk其中：n为顶部附加地震作用系数P62表35,原因：框架结构常为长周期结构T11.4Tg,长周期：质点地震作用Fi（399）顶部地震作用为FnFn两项之和,.,3.层间地震剪力：自本层向上求和,其中：突出屋面建筑，地震作用效应3倍,.,四.水平地震作用下框架内力分析,采用反弯点法和D值法反弯点：适用于层数少，梁柱线刚度比3，计算简单D值法：考虑框架节点转动对柱侧移刚度和反弯点高度的影响，精确,1.计算各层柱的侧移刚度D,式中：Kc柱线刚度节点转动影响系数（表63）,.,注意,由梁柱线刚度之比查得（梁线刚度Kb=EbIb/l）其中：Ib要考虑楼板对梁刚度增大效应，按表（64）取折算惯性矩,.,试判断柱子的种类（可给柱子编号）,.,2.计算各柱所分配的剪力Vij,式中：Viji层j柱分配剪力Vii层楼层剪力Djj柱抗侧刚度Dji层所有柱刚度之和,.,3.确定反弯点高度y,式中：y0标准反弯点高度比（由框架总层数、该柱所在层数及梁柱线刚度比查表求得）y1某层上下梁线刚度不同，修正y2上层层高与本层高度不同时，修正y3下层层高与本层高度不同时，修正,结论：,反弯点靠近刚度小的点反弯点远离刚度大的点,.,思考,二层柱和底层柱的反弯点向什么方向移动？,.,4.计算柱端弯矩ME,由柱剪力Vij和反弯点高度y按式求得,ME上Vij(1y)hME下Vijyh,.,5.计算梁端弯矩Mb,梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，节点处柱端弯矩之和按左右端弯矩之和按左右梁线刚度比例分配,.,地震作用下框架弯矩图（部分）,.,6.计算梁端剪力Vb（地震荷载产生）,根据梁的两端弯矩之和除以跨长，按式Vb=(Mb1+Mb2)/L,.,7.计算柱轴力（在地震作用下）,各层梁端剪力之和,边柱：N=Vb1+Vb2+Vb3中柱：N=Vb1+Vb2+Vb3-Vb4-Vb5-Vb6,力方向相反，由地震荷载引起的中柱轴力近似为0,.,五.竖向荷载作用下框架内力分析,1.柱端与梁端弯矩竖向荷载下内力计算采用：分层法,分层法：,该层梁与上下柱组成计算单元，每层只承受该层竖向荷载，不考虑其他各层荷载的影响。由于各个单元上、下柱并不是固定端，而是弹性嵌固，在计算简图中除底层外其他各层柱的线刚度均乘以折减系数0.9，柱的弯矩传递系数由1/2改为1/3.相应柱弯矩叠加。,.,.,超静定结构具有塑性内力重分布性质减少负弯矩钢筋，且便于施工,装配整体式（调幅系数）0.70.8现浇框架0.80.9,在竖向荷载下梁端弯矩进行调幅，适当降低,保证梁端延性，提高柱的安全储备，以满足强柱弱梁,.,支座弯矩调幅降低后，梁跨中弯矩相应增加,竖向荷载下梁端M可调，水平荷载作用下M不可调,.,剪力组成：梁上作用竖向荷载产生剪力地震力产生剪力,2梁端剪力,.,六梁柱内力组合（重点难点）,进行构件设计，根据可能出现最不利情况确定构件内力设计值框架抗震设计，考虑以下两种基本组合,地震作用效应与重力荷载代表值效应组合S1=1.2SGE+1.3SHE恒载与活载组合（无地震作用）S2=1.2SG+1.4SQ若考虑风荷载S2=1.2SG+1.4(SQ+Sw)0.85,.,1梁的内力组合,有地震作用RES1R无地震作用S2R为便于比较内力，在RES1、S2中选取最大值，进行截面配筋设计,分析不同控制截面,梁端负弯矩,梁端正弯矩,取不利组和,.,跨中正弯矩,梁端剪力,取不利组和,取不利组和,.,2柱不利组合,柱控制截面：各层柱上下柱端每一截面进行弯矩组合和轴力组合，有以下三种形式,Mmax及相应的轴力Nmax及相应的弯矩Nmin及相应的弯矩（对个别截面起控制作用）,以Mmax为目标,取不利组,.,以Nmax为目标,取不利组,.,例题讲解p208,kJ-4中柱内力组合,.,七位移计算,抗震位移计算：多遇地震弹性位移计算，小震不坏罕遇地震弹塑性位移计算，大震不倒,多遇地震层间弹性位移计算（重点）,ueeH式中：ue层间弹性位移e层间弹性位移角限值（表313）H层高,.,计算层间弹性位移的步骤,1计算梁柱线刚度2计算柱侧移刚度Dj和楼层刚度Dj,3计算结构基本自振周期T1,4确定特征周期Tg5确定16计算结构底部剪力FEK7计算楼层剪力Vi,8求层间弹性位移ue=Vi/Dj9验算（底层层间位移、顶点总位移）,.,八梁柱截面设计,1框架柱抗震设计柱为主要承重构件，保证强度和延性,设计原则,强柱弱梁强剪弱弯控制柱轴压比加强柱端约束,.,强柱弱梁,目的：使框架具有竖向荷载能力，免倒塌。梁铰机制,实现：同一结点上下柱受弯承载力之和左右梁端受弯承载力之和Mc=cb,c柱端弯矩增大系数一级取1.4二级取1.2三级取1.1,.,注意：,底部柱柱根对整体框架延性起控制作用，为推迟框架底层柱塑性铰形成,一级取Mc1.5二级取Mc1.25三级取Mc1.15,.,强剪弱弯,为防止柱出现剪切破坏，剪力设计值放大，进行斜截面计算,vc柱剪力增大系数一级取1.4二级取1.2三级取1.1,.,轴压比,一级,二级,三级,增加柱的延性；柱的轴压比大，柱呈小偏心受压，脆性破坏,.,加强柱端约束,柱端加密箍筋,作用：承担剪力约束混凝土，提高变形能力防纵筋压曲,.,2框架梁抗震设计允许塑性铰出现在梁上，但避免梁发生剪切破坏,设计原则,足够受剪承载力塑性铰区延性梁筋锚固,.,强剪弱弯,为防止梁出现剪切破坏，剪力设计值放大，进行斜截面计算,vb梁端剪力增大系数一级取1.3二级取1.2三级取1.1,.,塑性铰区延性,梁筋锚固,构造措施满足,.,3框架节点抗震设计,设计原则,强节点，弱构件多遇地震，节点在弹性范围工作节点配筋，保证施工方便一二级节点验算，三四级符合抗震构造要求,.,64框架结构抗震构造措施,抗震设计总原则,强度、延性，不发生脆性破坏；发挥抗震潜能,一梁抗震构造措施,梁截面尺寸b200mm,h/b4,Ln/h4,V1/RE(0.2fcbh0),.,2梁内纵向钢筋,（相对受压区高度）,一级0.25二三级0.35作用:保证延性,梁内纵向受拉钢筋最小配筋率(%),.,梁端截面底面与顶面配筋比,一级As/As0.5二三级As/As0.3,作用:梁底As可提高梁延性抵抗地震作用下梁端出现的正弯矩,梁顶、底面有通长钢筋(地震弯矩的不确定性)一二级不少于214三四级不少于212,.,3梁内箍筋,梁端加密箍筋作用：提高梁抗剪能力提高混凝土变形能力防止纵筋压曲,配筋符合条件：计算构造梁端箍筋见表65,.,4梁内纵筋锚固,防止出现锚固破坏,最小锚固长度LaE一二级LaE=La+5