多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计(框架结构部分)

第5章

多层及高层钢筋混凝土

房屋抗震设计

（框架结构部分）147第5章

多层及高层钢筋混凝土

房屋抗震设计

（框架结构部§5.1概述一.多高层建筑的结构形式框架、抗震墙、框架－抗震墙及框架－简体等结构体系二.抗震设计的内容抗震概念设计：结构体系选择，结构布置，一般规定等。抗震计算设计：地震作用，内力，强度，变形等。抗震的构造措施设计等。247§5.1概述一.多高层建筑的结构形式二.抗震设计的内容抗§5.2抗震设计的一般要求（概念设计）场地选择建筑的平立面布置结构选型与结构布置多道抗震防线刚度、承载力和延性的匹配确保结构的整体性347§5.2抗震设计的一般要求（概念设计）场地选择建筑的平立框架结构设计的过程及内容：结构布置及构件截面尺寸确定计算简图荷载计算:重力荷载代表值;水平地震作用内力计算（竖向、水平向）内力组合截面强度计算变形验算构造措施等§5.3框架内力与位移计算447框架结构设计的过程及内容：§5.3框架内力与位移计算44一、水平地震作用的计算（一）计算简图横向框架；纵向框架跨度，层高，荷载作用位置和大小注意这种计算简图与糖葫芦计算简图的意义547一、水平地震作用的计算（一）计算简图横向框架；纵向框架跨度，地震作用计算简图中重要的参数1质量的简化2阻尼的简化3刚度的简化框架结构层间刚度的计算问题647地震作用计算简图中重要的参数1质量的简化2阻尼的简化34框架抗侧刚度的计算（1）当梁的线刚度比柱的线刚度大的较多时，假定梁的刚度无限大。（2）考虑梁刚度对柱刚度的有限影响，柱的刚度将变小。（3）层间刚度7474框架抗侧刚度的计算747（二）、水平地震作用的计算一般情况下可用底部剪力法周期计算可采用顶点位移法非结构墙体影响系数

各楼层地震作用标准值顶层附加地震作用

847（二）、水平地震作用的计算一般情况下可用底部剪力法各楼层地震二、水平地震作用下框架内力计算在计算出水平地震作用后，框架的内力计算是一个结构力学问题。只要正确的设置结构的参数，计算方法可以有多种。实际设计应用较多的是计算机方法—矩阵位移法。说明计算原理的简化计算方法——反弯点法。947二、水平地震作用下框架内力计算在计算出水平地震

（1)反弯点法反弯点法适用条件：层数较少，梁柱线刚度比大于3时。反弯点位置：上部0.5H，底层0.7H1047（1)反弯点法1047内力计算步骤：层间剪力分配到柱——计算柱弯矩——根据节点平衡计算梁弯矩。如何分配？1147内力计算步骤：如何分配？1147(2)、D值法（改进反弯点法）

考虑上下梁刚度的影响，对反弯点位置加以修正。

计算步骤如下：

a——修正系数，由梁柱线刚度比定。柱线刚度抗侧刚度的计算方法①、计算各层柱的侧移刚度D1247(2)、D值法（改进反弯点法）

考虑上下梁刚度的影响，对反弯α取值边柱中柱一般层底层1347α取值边柱中柱一般层底层1347②、计算各柱分配剪力③、确定反弯点高度yy0——标准反弯点高度比，查附表5-1P181y1——上、下梁线刚度不同，对y0的修正值弯点上移，y1为正值弯点下移，y1为负值1447②、计算各柱分配剪力③、确定反弯点高度y1447y2——上层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。由和查表。④、计算柱端弯矩上端下端y3——下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。1547y2——上层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。⑥、梁端剪力⑦、计算柱轴力N，为各层柱上梁端剪力之和⑤、计算梁端弯矩1647⑥、梁端剪力⑦、计算柱轴力N，⑤、计算梁端弯矩1647三、竖向荷载作用下框架内力计算在竖向荷载下框架的内力计算是一个结构力学问题。只要正确的设置结构的参数，计算方法可以有多种。实际设计应用较多的是计算机方法—矩阵位移法。说明计算原理的简化计算方法——分层法、弯矩二次分配法。1747三、竖向荷载作用下框架内力计算在竖向荷载下框架

分层法和弯矩二次分配法1)分层法（弯矩分配法）1847分层法和弯矩二次分配法1847特点：

底层其它层柱线刚度不变0.9

传递系数1/21/3将各层计算结果叠加。对于不平衡弯矩较大节点再分配一次（不再传递）。2)弯矩二次分配法过程：计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩）——分配（第一次）和传递同时进行——再分配（第二次）。1947特点：3)弯矩调幅考虑塑性内力重分布，可将梁端弯矩调幅，减小梁端弯矩调整系数现浇框架0.8~0.9装配整体式0.7~0.8调幅后的跨中弯矩计算注意只有竖向荷载作用下的梁端弯矩可以调幅，水平荷载作用下的梁端弯矩不进行调幅。20473)弯矩调幅考虑塑性内力重分布，可将梁端四、内力组合通过内力计算，获得了在不同荷载作用下产生的构件内力标准值。根据可能出现的最不利情况进行构件的内力组合所得设计内力值，进行截面设计.一般有两种组合：（1）、地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合（2）、竖向荷载效应组合(非抗震组合)

包括全部恒载与活载的组合。2147四、内力组合通过内力计算，获得了在不同荷载作具体对于框架来说，对框架梁、框架柱的控制截面进行内力组合。i)、框架梁（取不利组合）梁端正弯矩梁端负弯矩2247具体对于框架来说，对框架梁、框架柱的控制截面跨中正弯矩梁端剪力2347跨中正弯矩梁端剪力2347ii)、框架柱内力不利组合柱上下端为控制截面取不利组合2447ii)、框架柱内力不利组合柱上下端为控制截面取不利组合2五、位移计算1)多遇地震烈度下。求出多遇烈度下的各层间剪力层间位移2)罕遇地震作用下层间弹塑性位移计算对于ξy大于0.5的框架，只要弹性位移满足要求，可不进行弹塑性位移计算。(略）2547五、位移计算1)多遇地震烈度下。(略）2547作业：假定框架结构的办公楼所有柱截面尺寸均为500×500mm,不考虑梁刚度对柱刚度的影响。1）计算1个柱（1层）的抗侧刚度，计算1榀（1层）框架的抗侧刚度，计算结构的层间抗侧刚度。2）用顶点位移法计算该建筑的基本自振周期。3）计算1榀框架上的地震作用。4）用反弯点法计算地震作用下框架结构的内力。2647作业：假定框架结构的办公楼所有柱截面尺寸均为500×500m§5.4钢筋混凝土框架结构构件设计（一）、框架梁抗震设计1、设计要求及计算要点：⑴梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力(强剪弱弯）——设计剪力的取值。⑵梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力——延性设计问题。⑶解决好梁筋的锚固问题（强锚固）。2、框架梁受剪承载力验算⑴梁剪力设计值2747§5.4钢筋混凝土框架结构构件设计（一）、框架梁抗震设计梁的设计剪力与梁端的设计弯矩及外荷载有关为了将梁设计成强剪弱弯，可将计算的Vb适当放大作为设计剪力。q-重力荷载代表值ηvb——梁端剪力增大系数，抗震规范规定对于一、二、三级框架分别取1.3、1.2、1.1。由力学平衡计算的梁端剪力2847梁的设计剪力与梁端的设计弯矩及外荷载有关为了

⑶梁斜截面受剪承载力⑵剪压比限值（梁最小截面尺寸要求）2947⑶梁斜截面受剪承载力⑵剪压比限值（梁最小截面尺寸要求3、提高梁延性的措施

主要影响因素：截面尺寸、纵筋配筋率、剪压比、配箍率、钢筋及砼的强度。（构造设计）⑴截面：⑵纵筋配筋率：（通过受压区高度控制）一级框架，二、三级框架梁端受拉筋配筋率30473、提高梁延性的措施主要影响因素：截面尺寸⑷梁端加密箍筋：抗震等级加密区长度最大间距（取小）最小直径一2hb,500mm6d,hb/4,100mmφ10二1.5hb,500mm8d,hb/4,100mmφ8三1.5hb,500mm8d,hb/4,150mmφ8四1.5hb,500mm8d,hb/4,150mmφ6⑶梁端受压纵筋与受拉纵筋的比率一级框架二、三级框架3147⑷梁端加密箍筋：⑶梁端受压纵筋与受拉纵筋的比率⑸通长纵筋：

一、二级框架不小于，且不小于受力纵筋面积的1/4.三四级框架不少于。3247⑸通长纵筋：一、二级框架不小于⑴梁筋锚固方式：直线型和弯折型4、梁筋锚固：防止锚固破坏3347⑴梁筋锚固方式：直线型和弯折型4、梁筋锚固：防止锚固⑵反复荷载下的锚固长度：砼粘结强度退化率为0.75，抗震所需的锚固长度应在原锚固长度上有所增加。一、二级三级四级⑶弯折筋的弯折段不能太小。3447⑵反复荷载下的锚固长度：砼粘结强度5、控制塑性铰位置：通过合理配筋方式使梁的预期塑性铰离开柱边不小于梁高也不小于500mm处。方法：附加短纵筋，附加短腰筋，弯筋。要求柱边截面比塑性铰处受弯承载力提高25%以上。

35475、控制塑性铰位置：通过合理配筋方式使梁的（二）、框架柱抗震设计设计原则及要点：⑴强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰——柱设计弯矩的取值及计算。⑵在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力——柱设计剪力的取值及计算。⑶控制柱的轴压比不要太大——轴压比的限值。⑷加强约束，配置必要的约束箍筋——构造要求。3647（二）、框架柱抗震设计36471、轴压比的概念名义轴向压应力与砼抗压强度之比

轴压比是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。轴压比越大，柱子的延性越差。柱子的破坏形态也随轴压比的增大，由大偏心破坏向小偏心破坏过渡。抗震结构要求柱子有足够的延性且为大偏心破坏，故控制轴压比的限值。组合轴压力设计值37471、轴压比的概念名义轴向压应力与砼抗压强度轴压比抗震等级一二三四框架柱0.650.750.850.9框支柱0.60.7框-墙、板柱墙及筒体0.750.850.90.952、强柱弱梁--柱设计弯矩的取值要求：塑性铰出现在梁上(如何设计？）3847轴压比⑴节点上、下柱端的弯矩计值取值为ηc对于一、二、三、四级框架分别为1.7、1.5、1.3、1.2。由力学平衡得到的梁柱节点处柱端的计算弯矩为：为了将框架设计成强柱弱梁应可将柱的设计弯矩适当放大3947⑴节点上、下柱端的弯矩计值取值为ηc对于一、二、三、⑵底层柱、角柱内力：一、二、三、四级框架底层柱底截面的组合弯矩设计值应分别乘以1.7、1.5、1.3、1.2的增大系数，角柱内力按上述调整后进一步放大10%。（3）柱的配筋计算，注意承载力抗震调整系数。4047⑵底层柱、角柱内力：4047作法：

⑴柱剪力设计值

ηｖｃ——柱剪力增大系数，一、二、三、四级框架分别取1.5、1.3、1.2、1.1。3、强剪弱弯——设计剪力取值要求：在弯曲破坏之前不发生剪切破坏⑵剪压比限值，柱截面尺寸不能太小4147作法：

⑴柱剪力设计值ηｖｃ——柱剪力增大系数，3短柱⑶柱斜截面受剪承载力4247短柱42474、加强柱端约束（构造设计）在柱端一定范围内加密箍筋。加密箍筋的作用：承担剪力；约束砼；提高抗压强度；提高变形能力；防止纵向压曲加密箍筋注意事项⑴范围：中取最大值，底层，刚性地面上下各500mm。短柱、角柱