抗震设计(第四章).ppt

1、,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第四章 钢筋砼框架、抗震墙与框架-抗震墙房屋 4-1 概述 框架结构是由钢筋砼纵梁、横梁和柱等构件所组成的承重体系。 抗震墙结构是由纵横两方向的钢筋混凝土墙(剪力墙)组成。 框架抗震墙结构是在框架里布置剪力墙,（a）框架结构 (b)剪力墙结构 (c)框架剪力墙结构,框架结构特点：空间大，平面布置灵活。抗侧刚度低。 抗震墙结构特点：空间小，平面布置不灵活。抗侧刚度高。 框架结构抗震墙结构特点：具有两者的优点，且变形更均匀。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,高层建筑的内力与H2成正比，而顶点侧移与H4成正比，因此，随着高度的增大，侧向位移增加得

2、很快。高层建筑设计主要是增大结构的侧向刚度，控制侧向位移。,2, 4-2 震害及其分析 一、 框架梁、柱的震害主要反映在节点处，柱的震害重于梁，柱顶震害重于柱底，角柱震害重于内柱。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,二、填充墙的震害,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架

3、与框架-抗震墙房屋,三、地基和其他原因造成的震害,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋, 4-3 抗震设计一般规定 一、房屋适用的最大高度 根据震害经验和经济合理的要求,“规范”规定了乙、丙和丁类建筑的框架结构和框架-抗震墙结构适用的最大高度,不应超过表4-1的规定：,二、结构的抗震等级 同样烈度下不同的结构体系、不同的高度震害不同，故其抗震要求不同。框架和框架抗震墙结构需划分不同的抗震等级。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,划分房屋抗震等级的主要目的，在

4、于对房屋采取不同的抗震措施(内力调整、轴压比的确定和抗震构造措施)。因此，表4-2中的设防烈度应按各抗震设防类别建筑的抗震设防标准中抗震措施的要求的设防烈度确定： 甲类建筑，当抗震设防烈度为68度时，应按本地区抗震设防烈度提高一度采用。当为9度时，应比9度抗震设防更高的烈度采用。 乙类建筑，一般情况下，当设防烈度为68度时，应按本地区抗震设防烈度提高1度采用，当为9度时，应按比9度更高的烈度采用。对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，可按本地区抗震设防烈度采用。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,丙类建筑，按本地区抗震设防烈度

5、采用。 丁类建筑，应按本地区抗震设防烈度适当降低的烈度采用，但抗震设防烈度为6度时不应降低。 此外当建筑场地为I类时，甲、乙类建筑应允许仍按本地区抗震设防烈度采用；丙类建筑应允许按本地区抗震设防烈度降低 1 度采用，但抗震设防烈度为6度时，仍按本地区抗震设防烈度采用。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,三、建筑设计和建筑结构的规则性 建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。当为不规则类型时，应按下列要求进行水平地震作用

6、和内力调整，并对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,1平面不规则而竖向规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，并应符合下列要求： 1）扭转不规则时，应计及扭转影响，且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的 1.5 倍；,2）凹凸不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时尚应计及扭转影响。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,2. 平面规则而竖向不规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，其薄弱层的地震剪力应乘以 1.15 的增大系数，按“规范”有关规定进行弹

7、塑性变形分析，并应符合下列要求：1）竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以 1.251.5 的增大系数；2）楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的 65。3. 平面不规则且竖向不规则的建筑结构，应同时符合上述两项要求。四、防震缝的设置高层钢筋混凝土房屋宜避免采用不规则建筑结构方案，不设防震缝；当需要设置防震缝时,应符合下列规定：1. 防震缝最小宽度应符合下列要求： 1）框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过 15m 时可采用 70mm；超过 15m 时，6 度、7 度、8 度、和 9 度相应每增加高度 5m、4m、3m 和 2m，宜加宽2

8、0mm。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,2）框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用 1）项规定数值的 70， 3）抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用1)项规定数值的50；且均不宜小于 70mm。 4）防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。2. 8、9 度框架结构房屋防震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，可在缝两侧房屋的尽端沿全高设置垂直于防震缝的抗撞墙，每一侧抗撞墙的数量不应少于两道，宜分别对称布置，墙肢长度可不大于一个柱距，框架和抗撞墙的内力应按设置和不设置抗撞墙两种情况分别进行分析，并按不利情况取值。防震缝两侧抗撞墙的端柱和框架的边柱，

9、箍筋应沿房屋全高加密。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,五、结构的布置1. 框架结构和框架-抗震墙结构中，框架和抗震墙均应双向设置，柱中线与抗震墙中线、梁中线与柱中线之间偏心距不宜大于柱宽的 1/4。 2. 框架抗震墙和板柱抗震墙结构中，抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比，不宜超过表4-5的规定；超过时，应计入楼盖平面内变形的影响。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,3.采用装配式楼、屋盖时，应采取措施保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可靠连接。采用配筋现浇面层加强时，厚度不宜小于 50mm。 4.框架-抗震墙结构中的抗震墙设置，宜

10、符合下列要求：(1)抗震墙宜贯通房屋全高，且横向与纵向的抗震墙宜相连。(2)抗震墙宜设置在墙面不需要开大洞口的位置。(3)房屋较长时刚度较大的纵向抗震墙不宜设置在房屋的端开间。(4)抗震墙洞口宜上下对齐；洞边距端柱不宜小于 300mm。(5)一、二级抗震墙的洞口连梁，跨高比不宜大于 5，且梁截面高度不宜小于 400mm。,5抗震墙结构中抗震墙设置，应符合下列要求： (1)抗震墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连粱，要避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置。 (2)较长的抗震墙宜开设洞口，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用约束弯矩较小的弱连粱 (其跨高比大于6)连接。每个独立

11、墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8m。 (3)抗震墙宜自下而上连续布置，避免刚度突变。 (4)应控制抗震墙平面外发生弯曲。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,6框架结构单独基础系梁的设置： 框架结构单独基础有下列情况之一时，宜沿两个主轴方向设置基础连系梁： (1)一级框架和类场地的二级框架： (2)各柱基承受的重力荷载代表值差别较大。 (3)基础埋置较深，或各基础埋置深度差别较大， (4)地基主要受力层范围内存在软弱粘土层、液化土层和严重不均匀土层。 (5)桩基承台之间。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,7.框架抗震墙结构中的基础，应符合下列要求：

12、 (1)框架抗震墙结构中的抗震墙基础应有良好的整体性和抗转动能力。 (2)地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应避免在顶板开设大洞门，并应采用现浇梁板结构，顶板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜低于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不应小于0.25；地下室结构楼层的侧向刚度不宜小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍；地下室柱的纵向钢筋面积，除应满足计算要求外，不应少于地上一层对应柱纵筋面积的1.1倍。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,8框架的砌体填充墙，应符合下列要求： (1)填充墙在平面和竖向的布置，宜均匀对称，宜避免形成薄弱层和短柱。 (2)砌体的砂浆强度等级

13、不应低于M5，墙顶应与框架梁密切结合。 (3)填充墙应沿框架柱全高每隔500mm没26拉筋，拉筋伸入墙内的长度，6、7度时不应小于墙长的15且不小于700mm；8、9度时宜沿墙全长贯通。 (4)墙长大干5m时，墙顶与粱宜有拉结；墙长超过层高2倍时，宜设置钢筋混凝土构造柱；墙高超过4m时，墙体半高宜设置与柱连接且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平连系梁。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋, 4-4 框架、框架-抗震墙结构和抗震墙结构水平地震作用的计算 高度不超过 40m， 以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架、框架剪力墙结构，可采用底部

14、剪力法计算水平地震作用标准值。剪力墙结构，宜采用振型分解反应谱法计算水平地震作用标准值。也可近似采用底部剪力法。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,结构基本周期的计算：多层框架结构一般采用能量法；高层框架、框架-抗震墙结构和抗震墙结构可采用顶点位移法，也可用经验公式。1. 能量法（瑞利法）,2. 顶点位移法,对框架-剪力墙结构,T非承重砖墙周期折减系数，框架0.60.7;框架-剪力墙结构0.70.8；剪力墙结构1.0。,，,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,3. 实测经验公式:,框架和框架-剪力墙结构,剪力墙结构, 4-5 框架结构内力和侧移计算 一、在水平荷载作用下框架内力和

15、位移的计算 （一）内力计算 反弯点法(近似方法),在水平荷载作用下，节点将产生转角和位移，但当梁柱线刚度比大于3时，转角 很小，为简化计算将其忽略; 由于楼板的作用，同层各柱的侧移相同。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,F3,F2,F1,水平荷载作用下梁柱的弯矩图如图所示，忽略节点转角时，柱反弯点在柱中(底层柱在层 高2/3处)，反弯点处的弯矩为零，只有剪力。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,两端固定柱产生 侧移时 , 柱端剪力为:,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第i 层间剪力为,第i 层间侧移为,第i 层第j 根柱剪力

16、为,假定反弯点在柱中(底层柱在层 高2/3处)，柱端弯矩为,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,2h1 /3,梁端弯矩可由节点平衡求得,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,（二）框架侧移的计算 弹性侧移的计算 层间侧移： 验算层间侧移：,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,2. 弹塑性侧移的计算(1) 计算范围1）79时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构；2）甲类建筑中的钢筋砼框架和框架-抗震墙结构。(2) 结构薄弱层位置的确定1）楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底层；2）楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，

17、可取该系 数最小的楼层(部位)和相对较小的楼层，一般不超过23处；(3) 楼层屈服强度系数的计算,罕遇地震作用下第 i 层的剪力 按构件实际配筋面积和材料强度标准值计算的楼层屈服剪力,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,1）梁、柱屈服弯矩的计算梁： 柱：,2）计算柱端截面有效屈服弯矩 当时，即弱柱型 柱上端： 柱下端： 当时，即弱梁型,柱上端截面：,取其中较小者,楼层屈服剪力的计算,(4-22),(4-27),第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,柱下端截面：,取其中较小者,3）计算第i 层第k根柱的屈服剪力,4）计算第i层的层间屈服剪力,节点另一柱端截面有效屈服弯矩可按结点平衡条件

18、求得：,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,(4)层间弹塑性侧移的计算,二、重力荷载下框架内力的计算（一）弯矩二次分配法 分层法（二）梁端弯矩的调幅在重力荷载作用下，梁端弯矩可乘以调幅系数，对现浇钢筋混凝土框架，可取=0.80.9；对装配式钢筋混凝土框架，可取=0.70.8。跨中弯矩相应增加。 三、控制截面及其内力不利组合 框架梁，一般取梁的两端和跨中作为控制截面； 框架柱，选取柱的上、下端截面作为控制截面。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,当考虑地震作用时，可按下式进行内力组合和验算构件承载力：,上式可改写成：,（一）梁的内力不利组合,梁端负弯矩：,梁端正弯矩：,梁端剪力：,

19、分别计算，还要考 虑强剪弱弯及箍筋 加密,),4,.,1,2,.,1,(,),2,.,1,3,.,1,(,0,+,=,+,=,QK,Gk,GE,EK,RE,V,V,V,V,V,V,g,g,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,梁跨中正弯矩,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,当无地震作用时：,（二）柱的内力不利组合(双向压弯),当地震沿结构横向作用(x方向)时：,当地震沿结构纵向作用(y方向)时：,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋, 4-8 框架梁、柱与节点的抗震设计 一、一般设计原则 结构应具有足够的延性，结构的延性一般用结构顶点的延性系数表示 在抗震结构中延性系数应不小于

20、34。结构顶点位移是由层间位移积累产生的，层间位移是由构件变形形成的。因此，要求结构有足够的延性就必须保证框架梁、柱有足够大的延性。,顶点破坏弹塑位移,顶点屈服位移,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,延性框架设计遵循以下原则： （1）强柱弱梁; （2）强剪弱弯; （3）强节点、强锚固。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,二、框架梁的设计（一）梁的截面尺寸(1)截面宽度不宜小于200mm(2)截面高宽比不宜大于4(3)净跨与高度之比不宜小于4，梁的跨高比 h=(1/81/12)l，梁的宽度 b=(1/21/3)h 。 (二)梁的混凝土和钢筋的强度级别1）框架梁当按一级抗震等级设计

21、时，其混凝土强度等级不应低于 C30；当按二、三级抗震等级设计时，其混凝土强度等级不应低于 C20。梁的纵向受力钢筋，宜选用 HRB400 级和 HRB335 级热轧钢筋，箍筋宜选用 HRB335、HRB400 和 HPB235 级热轧钢筋。2）抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于 1.25；且钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于 1.3。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,(三)梁的正截面受弯承载力计算 确定组合弯矩后，和一般梁非抗震计算相同。 梁的钢筋配置，应符合下列各项要求：1. 梁端纵向受拉钢筋

22、的配筋率不应大于 2.5，且计入受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度之比，一级不应大于 0.25，二、三级不应大于 0.35。2. 梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于 0.5，二、三级不应小于 0.3。3. 沿梁全长顶面和底面的配筋，一、二级不应少于 214 且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的 1/4，三、四级不应少于 212；4. 一、二级框架梁内贯通中柱的每根纵向钢筋直径，对矩形截面柱，不宜大于柱在该方向截面尺寸的 1/20；对圆形截面柱，不宜大于纵向钢筋所在位置柱截面弦长的 1/20。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,

23、（二）梁的斜截面受剪承载力计算1. 剪压比的限制框架梁和连梁的截面组合剪力设计值应符合下列要求： 跨高比大于2.5时,跨高比等于或小于2.5时,2. 按强剪弱弯的原则调整梁的剪力,一、二、三级框架梁,9度时，一级框架尚应符合,梁端剪力增大系数，一级框架为1.3，二级1.2，三级1.1,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,3. 斜截面受剪承载力验算 同非抗震,反复荷载砼抗剪强度降低, 乘以承载力抗震调整系数（0.6）后,集中荷载作用下的框架梁,三、框架柱的设计（一）柱的截面尺寸，宜符合下列各项要求： 1截面的宽度和高度均不宜小于 300mm；圆柱直径不宜小于 350mm。2截面长边与短边的

24、边长比不宜大于 3。 3剪跨比宜大于 2。按下式计算，应取上下端较大值.,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,（二）柱的材料强度等级 柱的材料强度等级和钢筋强度等级的要求与梁相同。（三）柱的正截面承载力计算按一般偏心受压构件计算方法进行计算。注意以下问题： 1. 轴压比的限制,2. 按“强柱弱梁”的原则调整柱端弯矩设计值一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：,9度，一级框架结构尚应符合,柱端弯矩增大系数，一级框架为1.4，二级1.2，三级1.1,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,一、二、三级框

25、架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数 1.5、1.25 和 1.15。底层柱纵向钢筋宜按上下端的不利情况配置。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,3. 柱的纵向钢筋的配置(1)宜对称配置。 (2)截面尺寸大于 400mm 的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm。(3)柱纵向钢筋的最小总配筋率应按表 4-65 采用，同时每一侧配筋率不应小 0.2；对建造于类场地且较高的高层建筑,表中的数值应增加 0.1。 (4)柱总配筋率不应大于 5。 (5)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。(6)边柱、角柱及抗震墙端柱在地震作用组合产生小偏心受拉时

26、，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加 25。(7)柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,(四)柱的斜截面承载力计算1. 剪压比的限制,剪跨比大于2时,剪跨比不大于2时,2. 按“强剪弱弯”的原则调整柱的截面剪力,一、二、三级框架结构,一、二、三级框架的角柱，按调整后的组合弯矩设计值、剪力设计值尚应乘以不小于 1.10 的增大系数。,9度时，一级框架尚应符合,柱剪力增大系数，一级框架为1.4，二级1.2，三级1.1,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,当框架柱出现拉力时,应取上下端较大值； 反弯点位于柱高中部的框架柱,3. 斜截面承载力验算,

27、第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,四、框架节点设计,（一）节点核芯区组合 剪力设计值,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,9度，一级框架梁尚应符合,节点剪力增大系数，一级框架为1.35，二级1.2,Vj节点核芯区组合的剪力设计值RE承载力抗震调整系数，取RE =0.85j正交梁的约束影响系数，楼板现浇，梁柱中线重合，四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2，且正交方向梁的高度不小于框架梁高度的3/4时，可采用1.5，9度时宜采用1.25，其它情况采用1.0。,hj节点核芯区的截面高度bj节点核芯区截面有效验算宽度,当验算方向的梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2时，可采用该

28、侧柱截面宽度，当小于时可采用下列二者的较小值,当梁、柱中心线不重合时且偏心距不大于柱宽的1/4时,核芯区的截面有效验算宽度，可采用上式和下式计算结果的较小值，柱箍筋宜沿柱全高加密。,(二)节点剪压比的控制,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,（二）框架节点核芯区截面受剪承载力的验算,一、二级框架,9度时,（4279a）,（4279b）, 4-6 抗震墙结构内力和侧移的计算 一、水平荷载作用下抗震墙结构计算简化 假设： 1.抗震墙结构的墙体，在其自身平面内刚度为无限大，平面外的刚度很小，忽略。剪力墙纵横向分开计算。 2.楼板水平刚度无限大，使各片墙体之间通过楼板共同工作。所以各片墙侧移相同。,剪力墙结构,第k片墙分配的水平荷载：,（447）,（451）,二、