多层钢筋混凝土房屋框架结构设计方法

多层钢筋混凝土房屋框架结构设计方法第1页/共112页表6.1.1现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度(m)结构类型烈度678(0.2g)8(0.3g)9框架6050403524框架-抗震墙1301201008050抗震墙1401201008060部分框支抗震墙1201008050不应采用筒体框架-核心筒1501301009070筒中筒18015012010080板柱-抗震墙80705540不应采用注：房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）。第2页/共112页抗震等级是设计部门依据国家有关规定，按“建筑物重要性分类与设防标准”，根据烈度、结构类型和房屋高度等，而采用不同抗震等级进行的具体设计。以钢筋混凝土框架结构为例，抗震等级划分为四级，以表示其很严重、严重、较严重及一般的四个级别。在中国建筑业中，已经开始严格执行这个等级标准。建筑结构安全等级（专业中简称为安全等级、结构安全等级），是为了区别在近似概率论极限状态设计方法中，针对重要性不同的建筑物，采用不同的结构可靠度而提出的。现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）规定，建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果的严重性，采用不同的安全等级。建筑结构安全等级划分为三个等级（一级：重要的建筑物；二级：大量的一般建筑物；三级：次要的建筑物）。至于重要建筑物与次要建筑物的划分，则应根据建筑结构的破坏后果，即危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等的严重程度确定。第3页/共112页

抗震等级是确定结构构件抗震计算和抗震措施的标准。根据设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及构件在结构中的重要程度确定，共分四个等级，一级最高。《建筑物重要性分类与设防标准》

建筑结构安全等级划分为三个等级（一级：重要的建筑物；二级：大量的一般建筑物；三级：次要的建筑物）。《建筑结构可靠度设计统一标准》第4页/共112页6.1.2钢筋混凝土房屋应根据设防类别、烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。丙类建筑的抗震等级应按表6.1.2确定。

表6.1.2现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级结构类型设防烈度6789框架结构高度≤24＞24≤24＞24≤24＞24≤24框架四三三二二一一大跨度框架三二一一第5页/共112页

基础埋置深度采用天然地基----不小于建筑高度的1/12；采用桩基----不小于建筑高度的1/15。第6页/共112页5.2.2结构布置多高层钢筋混凝土结构房屋结构布置的基本原则是：①结构平面应力求简单规则，结构的主要抗侧力构件应对称均匀布置，尽量使结构的刚心与质心重合，避免地震时引起结构扭转及局部应力集中。②结构的竖向布置，应使其质量沿高度方向均匀分布，避免结构刚度突变，并应尽可能降低建筑物的重心，以利结构的整体稳定性。③合理地设置变形缝。④加强楼屋盖的整体性。⑤尽可能做到技术先进，经济合理。考题1第7页/共112页（1）框架结构布置1、框架结构用于10层以下建筑。2、常见的框架柱网形式有方格式和内廊式。3、双向设置承重框架。4、楼梯、电梯间不宜设在结构的两端及拐角处。5、框架刚度沿高度不宜突变，以避免造成薄弱层。6、避免出现错层。7、出屋面小房间不要做成砖混结构。--鞭端效应8、应设计成延性框架，遵守“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、”强节点强锚固”等设计原则。9、框架梁的截面宽度与高度之比b/h>0.25;跨高比ln/h>4。考题2第8页/共112页10、框架柱的截面尺寸，应符合下列要求：①柱截面的宽度和高度均不宜小于300mm；②柱剪跨比(见后页)宜大于2；③柱截面宽高比不宜大于3。第9页/共112页

在水平地震作用下，梁柱的剪跨比可以直接通过梁的跨高比和柱的高厚比表示。设反弯点在构件中央对于梁对于柱第10页/共112页（2）框架-抗震墙结构布置1、多用于10-20层房屋。2、剪力墙布置基本原则:①平面内布置应对称均匀，避免结构刚心与质心有较大的偏移。②应沿结构的纵横向设置，组成T形、L形、十字形提高刚度。③剪力墙与柱中线宜重合。柱中线与剪力墙中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4。④剪力墙应尽可能靠近房屋平面的端部，但不宜布置在外墙。⑤剪力墙不宜开大洞口。⑥剪力墙宜贯通全高，保证结构竖向的刚度基本均匀。考题3第11页/共112页（3）剪力墙结构布置1、多用于20-30层房屋。2、平面和竖向方向均匀。3、较长的剪力墙宜开洞口设置弱联系梁，各墙段的高宽比不应小于2。4、剪力墙有较大洞口时，洞口位置宜上下对齐，形成明确的墙肢与联系梁。5、框支剪力墙结构要求。6、框支剪力墙结构要求。7、楼盖长宽比不应超过表5.3规定的数值。第12页/共112页（4）抗震缝布置尽量避免设置抗震缝。第13页/共112页5.3框架内力与位移计算结构抗震计算的内容一般包括：①结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定；②结构地震反应计算，包括多遇烈度下的地震荷载与结构位移；③结构内力分析；④截面抗震设计。第14页/共112页第15页/共112页第16页/共112页第17页/共112页5.3.1水平地震作用计算1.结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用。2.各方向水平地震作用全部由该方向的抗侧力框架承担。3.以防震缝所划分的结构单元作为计算单元。4.各楼层重力荷载代表值的集中质点设在楼屋盖标高处。5.对于高度不超过40m、质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，可采用底部剪力法计算地震作用。6.一般采用顶点位移法计算结构基本周期。7.通过力的平衡条件计算各层地震剪力。8.按分配系数（由侧移刚度计算)计算各柱承担的地震剪力。第18页/共112页5.3.2水平地震作用下框架内力的计算反弯点法：层数较少、梁柱线刚度比大于3的结构。

D值法：考虑了框架节点转动对侧移刚度和反弯点高度的影响，比较精确，应该比较广泛。你能不能计算精度很好的框架内力？？？你能够计算精度较高的框架计算,那我就请客!!!利用D值法计算框架内力的步骤如下：（1）计算各层柱的侧移刚度D第19页/共112页第20页/共112页（2）计算各柱所分配的剪力Vij（3）确定反弯点高度y（4）计算柱端弯矩Mc第21页/共112页（5）计算梁端弯矩Mb第22页/共112页（6）计算梁端剪力Vb第23页/共112页（7）计算柱轴力N第24页/共112页5.3.3竖向荷载作用下框架内力的计算分层法：弯矩二次分配法：竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅：

由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质，在竖向荷载下可以考虑适当降低梁端弯矩，进行调幅，以减少负弯矩钢筋的拥挤现象。竖向荷载调幅、水平荷载不调幅、内力组合之前调幅。第25页/共112页

重力荷载约12～15KN/m2,其中活荷载约为2KN/m2左右，所占比例较小。其不利布置对结构内力的影响并不大。因此，当活荷载不很大时，可按全部满载布置。当活荷载较大时，可将跨中弯矩乘以1.1～1.2系数加以修正，以考虑活荷载不利布置对跨中弯矩的影响。第26页/共112页第27页/共112页5.3.5框架结构位移验算进行两个方面的侧移验算：①多遇地震作用下层间弹性位移的计算②罕遇地震作用下层间弹塑性位移的计算（1）多遇地震作用下层间弹性位移的计算考题4第28页/共112页进行两个方面的侧移验算：①多遇地震作用下层间弹性位移的计算②罕遇地震作用下层间弹塑性位移的计算（1）罕遇地震作用下层间弹性位移的计算考题5第29页/共112页5.4.1框架梁截面设计梁端抗震设计基本要求：①梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力；②梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力；③妥善解决梁筋锚固问题。考题65.4钢筋混凝土框架结构构件设计第30页/共112页9度和一级框架结构尚应符合：

为了避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，应按‘强剪弱弯’的原则调整框架梁端部截面组合的剪力设计值：一、二、三级框架梁---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；---分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积(考虑受压筋)和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值；（1）框架梁抗剪承载力验算①梁剪力设计值第31页/共112页跨高比大于2.5时：

剪压比：截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比，即②剪压比限制

剪压比过大,混凝土会过早发生斜压破坏,箍筋不能充分发挥作用,它对构件的变形能力也有显著影响。因此应控制。跨高比等于或小于2.5时：---梁端部截面组合的剪力设计值；---梁的截面有效高度；---混凝土轴心抗压强度设计值；---梁的截面宽度；---承载力抗震调整系数。剪跨比：轴压比：第32页/共112页③梁斜截面受剪承载力

V≤0.7ftbh0+1.25fyvAsvh0/s（矩形、T型、I型截面一般受弯构件）V≤1.75fcbh0/（λ+1.0）+fyvAsvh0/s（集中荷载作用下的独立梁）第33页/共112页（2）提高梁延性的措施（自阅）①梁截面尺寸②梁纵向钢筋配筋率③梁纵向钢筋配置④梁端箍筋加密第34页/共112页5.4.2框架柱截面设计柱设计原则：①强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰；②在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力；③控制柱的轴压比不要太大；④加强约束，配置必要的约束箍筋。考题7第35页/共112页

抗震规范规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，除顶层和柱轴压比小于0.15者外，柱端组合弯矩设计值应符合下列公式要求9度和一级框架结构尚应符合：---节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和;---节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；---节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积（考虑受压筋）和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值之和；---柱端弯矩增大系数，一级为1.4,二级为1.2,三级为1.1。

为了不使框架底层柱过早出现塑性绞，规范规定：一、二、三级框架底层柱底截面组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数1.5、1.25、1.15。考题8（1）强柱弱梁第36页/共112页（2）强剪弱弯-在弯曲破坏之前不发生剪切破坏

①柱剪力设计值

一、二、三级框架柱端剪力设计值

9度和一级框架柱端剪力设计值第37页/共112页②剪压比限制

剪压比：截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比，即剪跨比大于2时：剪跨比不大于2时：第38页/共112页③柱斜截面受剪承载力出现拉力时第39页/共112页N为组合轴压力设计值；b、h为柱的短长边；fc为混凝土抗压强度设计值。轴压比：柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比,即：

它是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压区混凝土先达到其极限压应变的主要指标。柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低。规范规定：

柱轴压比不应超过下表，但Ⅳ类场地上的较高高层建筑柱轴压比限值应适当减小。0.900.950.800.850.700.75框架框架-剪力墙三二一结构类型抗震等级柱轴压比限制（3）控制柱轴压比第40页/共112页

柱的纵向配筋应符合下列要求：

（a)宜对称布置；

（b)截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm;

（c)纵向钢筋的最小配筋率应按下表采用。0.60.80.70.90.81.01.01.2中柱和边柱角柱四三二一类别抗震等级

（d)柱的总配筋率不应大于5%。

（e)一级且剪跨比大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。（4）柱内纵向钢筋配置第41页/共112页（5）加强柱端约束（自阅）第42页/共112页

框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏。

节点主要受剪力和压力的组合作用，节点核心区未开裂前，箍筋应力很小，基本上是混凝土承受剪力。约当剪力达到核心区极限抗剪能力60～70%时，混凝土突然发生对角贯通裂缝，节点刚度明显降低，箍筋应力也突然增大，个别甚至屈服，此后斜裂缝增多赠宽，箍筋陆续达到屈服。

节点区的破坏与交于节点的梁、柱破坏顺序有关，弱柱强梁型的节点区破坏严重。

直交梁对节点核心区有明显约束作用。满足一定条件的四边有梁的节点，核心区混凝土抗剪强度可提高50～100%。节点区的破坏与交于节点的梁、柱破坏顺序有关，弱柱强梁型的节点区破坏严重。5.4.3框架节点抗震设计第43页/共112页框架节点的设计准则：①节点的承载力不应低于其连接构件（梁、柱）的承载力；②多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；③罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递；④梁柱纵筋在节点区应有可靠的锚固；⑤节点配筋不应使施工过分困难。考题9第44页/共112页1.节点核心区受剪承载力的验算（1）节点核心区组合的剪力设计值（地震作用和竖向荷载）9度和一级框架尚应符合---梁截面有效高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值；---节点剪力增大系数，一级取1.35,二级取1.2。---柱的计算高度，可采用节点上下柱反弯点之间的距离；---梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离；---梁的截面高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值；---节点左右梁端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值之和；---节点左右梁端纵向受拉钢筋实际配筋面积（考虑受压筋）和材料强度标准值计算的受弯承载力所对应的弯矩值之和。第45页/共112页（2）框架节点核心区截面受剪承载力的验算一、二级框架：9度时---混凝土抗拉强度设计值；---对应与组合剪力设计值的上柱组合轴向压力较小值；---箍筋间距；---箍筋抗拉强度设计值；---核心区有效验算宽度范围内同一截面验算方向箍筋的总截面面积;

三、四级框架节点核心区可不进行抗震验算，但应符合构造措施的要求。第46页/共112页楼面荷载近似值C30混凝土0.7,0.8,0.9第47页/共112页内力组合第48页/共112页第49页/共112页第50页/共112页地震区的建筑结构一般要考虑两种内力组合1.考虑地震作用效应的组合要求计算地震作用产生的内力要求计算“恒载+0.5楼面活荷载”（重力荷载代表值）产生的内力屋面活荷载=雪荷载2.不考虑地震作用效应的组合要求计算“恒载+楼面活荷载”（重力设计值）产生的内力屋面活荷载=MAX（屋面活荷载，雪荷载）因此，竖向荷载作用下框架内力分析时，应分别计算“恒载”、“楼面活荷载（屋面取活荷载）”及“楼面活荷载（屋面取雪荷载）”三种荷载作用下的框架内力。3+1第51页/共112页第52页/共112页两种基本内力组合（1）地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合第53页/共112页（2）竖向荷载效应，包括全部恒荷载与活荷载的组合第54页/共112页5.5框架结构设计例题第55页/共112页第56页/共112页第57页/共112页第58页/共112页第59页/共112页第60页/共112页第61页/共112页第62页/共112页第63页/共112页5.1.3计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。各可变荷载的组合值系数，应按表5.1.3采用。可变荷载种类组合值系数雪荷载0.5屋面积灰荷载0.5屋面活荷载不计入按实际情况计算的楼面活荷载1.0按等效均布荷载计算的楼面活荷载藏书库、档案库0.8其他民用建筑0.5起重机悬吊物重力硬钩吊车0.3软钩吊车不计入表5.1.3组合值系数第64页/共112页第65页/共112页第66页/共112页第67页/共112页第68页/共112页活载重力荷载代表值50第69页/共112页第70页/共112页第71页/共112页第72页/共112页第73页/共112页第74页/共112页第75页/共112页第76页/共112页第77页/共112页第78页/共112页第79页/共112页第80页/共112页第81页/共112页第82页/共112页第83页/共112页第84页/共112页4层3层第85页/共112页2层1层第86页/共112页整理思路第87页/共112页qianguyu第88页/共112页第89页/共112页水平地震作用计算恒载代表值活载代表值重力荷