多层和高层砼结构抗震设计.ppt

《多层和高层砼结构抗震设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多层和高层砼结构抗震设计.ppt（130页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第 四 章多层及高层钢筋混凝土结构抗震设计,学习要求掌握：水平地震作用的计算；框架内力和位 移计算；框架梁、柱、节点的抗震设计 理解：多高层钢筋混凝土结构房屋抗震设计 的慨念、设计要求。了解：多层及高层钢筋混凝土结构房屋的主 要结构体系及震害特点。,4.1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。框架结构体系：由梁和柱组成，平面布置灵活，易于满足建筑物设置大房间的要求，在工业与民用建筑中应用广泛。抗震墙：也称剪力墙，这种结构体系由钢筋混凝土纵横墙组成，抗侧力性能较强，但平面布置不灵活，纯剪力墙体系一般用于住宅、旅馆和办公楼建筑。

2、,筒体结构：或由四周封闭的剪力墙构成单筒式的筒状结构；或以楼电梯为内筒，密排柱深梁框架为外框筒组成筒中筒结构。这种结构的空间刚度大，抗侧和抗扭刚度都很强，建筑布局亦灵活。常用于超高层公寓、办公楼和商业大厦建筑等。框架-抗震墙结构：在框架房屋中增加抗震墙构成框架筒体体系：在框架房屋中增加筒体构成。,框架房屋,抗震墙,框架-抗震墙,设计不良或施工质量欠佳的钢筋混凝土结构房屋在地震中遭遇震害的情况，亦不鲜见。主要震害可概述如下：.共振效应引起的震害.结构平面或竖向布置不当引起的震害,.框架柱、梁和节点的震害,梁柱变形能力不足，构件过早发生破坏。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更易发生破

3、坏。,（1）柱顶,柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝。重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。,主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。,破坏不易修复。,（2）柱底与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。,（3）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。,（4）角柱,由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。,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

4、土抗剪强度降低等。,（6）框架梁,（5）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。,节点破坏将导致梁柱失去相互之间的联系。,节点破坏的主要原因是节点的受剪承载力不足，约束箍筋少，梁筋锚固长度不够以及施工质量差所引起。,.框架填充墙的震害,砌体填充墙刚度大而承载力低，首先承受地震作用而遭破坏。一般7度即出现裂缝，8度和8度以上地震作用下，裂缝明显增加，甚至部分倒塌，一般是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌快墙重于砖墙,框架-剪力墙结构上部较严重，框架结构下部震害严重,填充墙破坏的主要原因是：墙体受剪承载力低，变形能力小

5、，墙体与框架缺乏有效的拉结，在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。,.抗震墙的震害,在强震作用下，抗震墙的震害主要表现在墙肢之间连梁的剪切破坏。主要是由于连梁跨度小，高度大形成深梁，在反复荷载作用下形成X型剪切裂缝，为剪切型脆性破坏，尤其是在房屋1/3高度处的连梁破坏更为明显。,6、防震缝宽度过小，地震时结构相互碰撞造成震害,总结以上震害调查结果，除注意场地和地基因素外，从结构上主要应注意：,（1）结构的刚度在平面上和沿竖向的分布要规则、均匀,（2）结构构件要有足够的承载力和延性,（3）重视构造，加强对混凝土的约束，防止剪切、锚固等脆性破坏；,（4）保证施工质量。,4.2.1 结构体系选择 不

6、同的结构体系，其抗震性能、使用效果和经济指标亦不同。抗震规范在考虑地震烈度、场地土、抗震性能、使用要求及经济效果等因素和总结地震经验的基础上，对地震区多高层房屋适用的最大高度给出了规定(P64:表4-1；4-2),4.2 抗震设计的一般要求,表4-1 多层及A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度,房屋的高宽比值愈大，即建筑愈瘦高，地震作用下的侧移愈大，地震引起的倾覆作用愈严重。故规范对房屋的高宽比按结构体系和地震烈度给出了不同的要求(p65表4-3;4-4)。,表4-2 B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度,注：当有大底盘时，计算高宽比的高度从大底盘顶部算起 选择结构体系时，要考虑建筑物

7、刚度与场地条件的关系，要注意选择合理的基础形式及埋置深度；还必须注意经济指标。,表4-3 A级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比,表4-4 B级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比,4.2.2 抗震等级地震作用下，钢筋混凝土结构的地震反应有下列特点：1、地震作用越大，房屋的抗震要求越高；地震作用与烈度、场地等有关，从经济角度考虑，对不同烈度、场地的结构的抗震要求可以有明显的差别。2、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能；主、次抗侧力构件的抗震要求应有差别。3、房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。,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

8、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，其中一级抗震要求最高。在同等设防烈度和房屋高度的情况下，对于不同的结构类型，其次要抗侧力构件抗震要求可低于主要抗侧力构件，即抗震等级低些。设防烈度为度、建于类场地上的结构，不需做抗震验算但需按抗震等级设计截面，满足抗震构造要求.,4.2.3 抗震等级的划分,抗震等级是多高层混凝土结构、构件抗震设计的标准。同一结构体系，不同抗震等级的设计计算，构造要求都不同。抗震设计规范综合考虑了建筑重要性类别、设防烈度、结构类型、房屋高度等因素。对钢筋混凝土结构划分了不同抗震等级。表4-5；4-6分别为多层及A级高度与B级高度的丙类高层建筑结构的抗震

9、等级。而对甲、乙、丁类建筑，则需要在对各自设防烈度调整后，再查表确定抗震等级。当本地区设防烈度为9度时，A级高度乙类高层建筑的抗震等级应按特一级采用，甲类建筑应采取更有效的措施。,表4-5 多层及A级高度的高层建筑结构抗震等级,表4-6 B级高度的高层建筑结构抗震等级,4.2.3 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：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 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。合理地设置变形缝。加强楼屋

10、盖的整体性。尽可能做到技术先进，经济合理。,.框架结构布置 框架结构主要用于 10 层以下的住宅、办公及各类公共建筑与工业建筑。常见的框架柱网形式有方格式与内廊式两类。,常见框架柱网(a)方格式柱网；(b)内廊式柱网,地震区的框架结构，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。,在确定框架结构结构方案的同时，应初步确定框架梁柱的截面尺寸和材料强度等级。,框架结构中，非承重墙体的材料、选型和布置，应根据烈度、房屋高度、建筑体型、结构层间变形、墙体抗侧力性能的利用等因素，经综合分析后确定。应优先采用轻质墙体材料，刚性非承重墙体的布置，在平面和竖向的布置宜均匀对称，

11、避免形成薄弱层或短柱。,.框架抗震墙结构布置框架抗震墙结构是由框架和抗震墙结合而共同工作的结构体系，兼有框架和抗震墙两种结构体系的优点。既具有较大的空间，又具有较大的抗侧刚度。多用于1020层的房屋。,框架抗震墙结构布置的关键问题是抗震墙的布置，其基本原则是：抗震墙在结构平面的布置应对称均匀，避免结构刚心与质心有较大的偏移。,框架一抗震墙结构平面布置示意,抗震墙应沿结构的纵横向设置，且纵横向抗震墙宜相互联合组成 T 形、形、十字形等刚度较大的截面，以提高抗震墙的利用效率。,抗震墙与柱中线宜重合，当不能重合时，柱中线与抗震墙中线之间偏心距不宜大于柱宽的1/4,抗震墙应尽可能靠近房屋平面的端部，但

12、不宜布置在外墙。抗震墙应设置在墙面不需要开大洞口的位置，开洞口时应上下对齐，抗震等级为一、二级的联肢墙的洞口不应采用弱连系梁。,抗震墙宜贯通全高，沿竖向截面不宜有较大突变，以保证结构竖向的刚度基本均匀。,抗震墙的数量以能满足结构的侧移变形为原则，不宜过多，以免结构刚度过大，增加结构的地震反应。抗震墙的间距应能保证楼、屋盖有效地传递地震剪力给抗震墙。,.抗震墙结构布置抗震墙结构是由钢筋混凝土墙体承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。具有整体性能好、抗侧刚度大和抗震性能好等优点，该类结构无突出墙面的梁、柱，可降低建筑层高，充分利用空间，特别适合于2030层的高层居住建筑，但该类建筑大面积的墙体限制了建

13、筑物内部平面布置的灵活性。,抗震墙结构的布置除了应注意平面与竖向的均匀外，尚应注意：,较长的抗震墙宜开洞口设置弱连系梁，将一道抗震墙分成较匀匀的若干墙段（包括小开洞墙及联肢墙）,各墙段的高宽比不应小于 2,并应保证墙肢由受弯承载力控制，靠近中和轴的竖向分布钢筋在破坏时能充分发挥其强度，以提高结构的变形能力。,抗震墙结构平面布置示意,抗震墙的墙段与墙肢,抗震墙有大洞口时，洞口位置宜上下对齐，以形成明确的墙肢与连系梁，保证结构受力合理、有良好的抗震性能。一、二级抗震墙底部加强部位不宜有错洞墙。,部分框支抗震墙结构的框支层，其抗震墙的截面面积不应小于相邻上层抗震墙截面面积的 50%，框支层落地抗震墙

14、间距不宜大于 24m;底部两层框支抗震墙结构的布置宜对称，且宜设置抗震墙筒体；落地抗震墙之间楼盖长宽比不应超过 规定的数值。,.抗震缝布置高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和刚度相差过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时，应考虑设防震缝。其最小宽度应符合下面要求：（1）钢筋混凝土框架房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用70mm，超过15m时，6、7、8、9度相应每增加高度5m、4m、3m、2m，宜加宽20mm。（2）框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架规定数值的70%，且不宜小于70mm。,5.防撞墙8、9度设防的钢筋混凝土

15、框架房屋防震缝两侧的结构，当结构高度、刚度或层高相差较大时，可在防震缝两侧房屋的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙。,（3）防震缝两侧结构类型不同时，按不利体系考虑，并按低的房屋高度计算缝宽。,抗撞墙,5.抗撞墙8、9度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧的结构，当结构高度、刚度或层高相差较大时，可在防震缝两侧房屋的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙。,每一侧的数量不应少于两道。宜分别对称布置，墙肢的长度可不大于一个柱距。内力应按考虑和不考虑抗撞墙两种情况进行分析，按不利情况取值。抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密,4.2.4 结构材料,混凝土强度等级：框支梁、框支柱，抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核

16、心区，不应低于C30；构造柱、芯柱及其它各类构件不应低于C20；8、9度时分别不宜大于C70和C60。,钢筋：普通钢筋优先采用韧性、可焊性好的，强度等级，纵向受力筋宜选HRB400级和HRB335级热轧钢筋。箍筋宜选用HRB335、HRB400和HRB235级热轧钢筋。,抗震等级为一、二级的框架结构，纵向受力筋采用普通钢筋时钢筋的实测强度与实测屈服强度比不应小于1.25；并且实测屈服强度与强度标准值之比不应大于1.3,结构计算考虑地震作用时，一般可不考虑风荷载的影响。整个设计步骤如图：结构抗震计算的内容一般包括：结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定；结构地震反应计算，包括多遇烈度下的地震

17、荷载与结构侧移；结构内力分析；截面抗震设计等。,4.框架结构的抗震设计,4.3.1 水平地震作用计算及变形验算结构的地震作用，一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力框架结构承担。计算多层框架结构的水平地震作用时，一般应以防震缝所划分的结构单元作为计算单元，在计算单元中各楼层重力荷载代表值的集中质点 Gi 设在楼屋盖标高处。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，可采用底部剪力法分别求单元的总水平地震作用标准值FEk 各层水平地震作用标准值 Fi 和顶部附加水平地震作用标准值Fn,一般情况下可用底部剪力法周期计算可

18、采用顶点位移法 非结构墙体影响系数(当采用实砌填充砖墙时取0.6-0.7；当采用轻质墙、外挂墙板时取0.70.8),各楼层地震作用标准值,顶层附加地震作用,上式还应满足楼层最小地震剪力要求:,第i层的地震剪力Vi,求得第i层的地震剪力Vi后，再按该层各柱的侧移刚度求其分担的水平地震剪力标准值。一般将砖填充墙仅作为非结构构件，不考虑其抗侧力作用。,楼层地震剪力计算,：楼层最小地震剪力系数。（P57表312）,弹性变形验算,框架结构在多遇地震作用下层间弹性位移应满足:,e弹性层间最大角位移限制值见表3-15,钢筋混凝土框架结构第i层的层间最大弹性位移为:,Di-第i层所有柱的抗侧移刚度之和,表3-

19、15 弹性层间位移角限值,4.3.2 水平地震作用下框架内力的计算 假定各层水平地震作用为框架梁柱节点处的水平力，同层柱的柱端侧移相等。1、计算步骤:按各柱抗侧移刚度将楼层剪力分配给各柱 确定各柱反弯点位置 计算各柱柱端弯矩 计算梁端弯矩 计算梁轴力、柱剪力。2、计算方法 反弯点法；D值法,(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 0.7H(基本假定),1,各层柱的侧移刚度D为柱上下两端仅有单位层间侧移时的柱剪力,式中ic框架柱的线刚度icEcIc/h,内力计算步骤：层间剪力分配到柱 计算柱弯矩,设第i层层间地震总剪力为Vi，该层柱总数

20、为m，按各柱刚度，第j柱所分配的剪力为：,2）柱端弯矩计算,底层柱：上端弯矩,下端弯矩,其余各层柱：上下端弯矩,3）梁端弯矩、梁剪力及柱轴力计算,梁端弯矩,节点上下柱端弯矩之和等于左右两梁端弯矩之和，按照左右梁的线刚度分配,框架梁剪力按梁弯矩平衡计算：,框架梁左右端弯矩,框架柱轴力按该柱以上所有各层相邻梁端剪力沿竖向平衡条件求得。,().值法（改进反弯点）近似地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，应用比较广泛。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,式中 Kc 柱的线刚度；h 楼层高度；节点转动影响系数，由梁柱线刚度，按表48取用。,取值,边柱,

21、中柱,一般层,底层,采用装配整体式或整体式楼盖时,折算惯性矩按表4-9采用,2）、计算各柱分配剪力,3）、确定反弯点高度yy-D值法的柱反弯点高度比y0 标准反弯点高度比，查附录C P214y1 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,y2 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。由p218附录C查得,5）计算梁端弯矩 Mb,梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上、下柱端弯矩之和按左、右梁的线刚度比例分配。,梁端弯矩,梁两端弯矩计算图,）计算梁端剪力b,

22、7）计算柱轴力 N,边柱轴力为各层梁端剪力按层叠加，中柱轴力为柱两侧梁端剪力之差，亦按层叠加。,柱底层柱轴力为：,（49）,钢筋混凝土框架结构设计实例 某5层（局部6层）现浇钢筋混凝土多层框架结构办公室，框架梁界面尺寸：走道梁250400mm；其它梁：顶层为250600mm；其他楼层250650。柱：13层500500；45层450450mm。混凝土强度等级C25。钢筋强度等级：受力筋HRB400，箍筋HPB235，各层重力荷载代表值如图，抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度0.2g,设计地震分组为第二组，类场地，结构阻尼比0.05，计算结构在横向水平地震力作用下的抗震计算。,计算步骤：,重力

23、荷载代表值计算,刚度计算：梁，柱，层,自振周期计算,地震作用计算,地震作用的分配,地震作用下的内力计算,竖向荷载下的内力计算,内力组合,强度、变形计算,计算简图,框架剖面及计算简图,【解】1重力荷载计算 恒荷载取全部，活荷载取50，屋面活荷载不考虑（P29）。各层重力荷载集中于楼屋盖标高处，其代表值为；6层820kN，5层6130kN，24层 9330kN，底层 10360kN。2.框架抗侧移刚度计算（D值计算）（1）梁的线刚度走道梁：bh250400 I0bh3/12=0.250.403/12=1.3310-3(m)4边框架：Ib1.5I0=1.51.3310-3=2.0010-3(m)4,

24、混凝土弹性模量,现浇框架梁线刚度计算结果如下表,下一张计算,（2）柱的抗侧移刚度计算,采用D值法计算,计算结果见表4-16,表中系数见表48,对一般层,对底层,例如对顶层柱Z1,幻灯片 42梁线刚度,（3）楼层抗侧移刚度,对Z1柱,例如对23层柱Z1,楼层所有柱的D值之和即为该楼层的抗侧移刚度,3、自振周期计算 按顶点位移法计算，考虑填充墙对框架刚度的影响，取填充墙的周期影响系数T=0.67。计算公式为：,将各层的重力荷载代表值看作水平荷载，计算其产生的框架顶点位移，计算结果如下表：,如果采用能量法计算，则,4、水平地震作用计算及弹性位移验算 选择计算方法（1）水平地震影响系数计算 地震作用按

25、 8度设计基本地震加速度 0.2g，类场地，设计地震分组按二组，则 Tg=0.3s，max=0.16,（2）水平地震作用计算 采用底部剪力法计算。查表35（P41）由于T1=0.5391.4Tg=0.425，故应考虑顶点附加地震作用，Tg0.3s0.35s,顶部附加地震作用系数 n0.08T1+0.07=0.08*0.539+0.07=0.113,10.094;Gi=45300KN;n0.113,结构总水平地震作用标准值FEk 1GEk,FEk0.0940.8545300=3619(kN),顶部附加地震作用为：FnnFEk=0.1133619=409(kN),分布于各楼层水平地震标准值：见下表

26、,（3）各楼层地震剪力标准值 且最小剪力满足 见下表,（4）多遇地震下的弹性位移验算 见下表,：剪力系数见P57表,5、水平地震作用下框架的内力分析,步骤（以轴框架单元为例）（1）将各层地震剪力分配到单元框架各柱第i层第j柱分到的剪力：,（2）按倒三角分布水平载荷查表（P216）得到各柱反弯点高度比及修正值计算各柱反弯点位置,计算梁端弯矩,（3）、计算柱端弯矩上端下端,(5)、地震作用下的梁端剪力及柱轴力：,(4)、计算梁端弯矩,、竖向荷载作用下框架内力计算,竖向荷载框架内力近似计算可采用分层法和弯矩二次分配法,.分层法（）将该层梁与上下柱组成计算单元，每单元按双层框架计算其内力，每层只承受该

27、层竖向荷载，不考虑其他各层荷载的影响。,特点：,底层 其它层柱线刚度 不变 0.9 传递系数 1/2 1/3 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）。（）用弯矩分配法逐层计算各单元框架的弯矩，叠加起来即为整个框架的弯矩。每一层柱的最终弯矩由上、下层单元框架所得弯矩叠加。对节点处不平衡弯矩较大的可再分配一次，但不再传递。,2.弯矩二次分配法：将求得的各节点固端不平衡弯矩进行分配，并向远端传递，再在各节点分配一次而结束。,、内力组合与调整进行结构设计时，应根据可能出现的最不利情况确定构件内力设计值，进行截面设计。在框架抗震设计时，一般应考虑两种基本组合：.地震作用效应与重

28、力荷载代表值效应的组合,式中 SGE 相应于水平地震作用下重力荷载代表值效应的 标准值 SEh 水平地震作用效应的标准值。,.竖向荷载效应，包括全部恒荷载与活荷载的组合,式中 SGk、SQk 由恒荷载、活荷载产生的内力标准值 G 永久荷载对结构不利时,对由可变荷载控制的组合取1.2,由永久荷载效应控制的组合取1.35,永久荷载效应对结构有利时，不应大于1。,注意：考虑地震组合时，构件截面设计值应除以承载力抗震调整系数,取上述两种组合中的最不利情况作为截面设计用的内力设计值。,多层框架梁柱内力组合方法,梁：梁端负弯矩设计值,梁端正弯矩设计值,梁端截面剪力设计值,跨中截面弯矩设计值,柱：柱端弯矩设

29、计值,柱端截面轴力设计值,无地震组合时:,柱端弯矩设计值,柱端截面轴力设计值,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 0.80.9 装配整体式 0.70.8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能调幅。当活荷载4KN/m2时，可按全部满载布置，但跨中弯矩要乘以 1.11.2 系数加以修正，以考虑活荷载不利布置对跨中弯矩的影响。,（例题续）6、框架重力荷载效应计算,重力荷载作用下框架侧移可忽略内力分析，因此，可采用弯矩分配法。在竖向荷载作用下梁端可以考虑塑性内力重分布，取弯矩调幅系数0.8，楼面重力荷

30、载与地震作用组合时，荷载分别按恒荷载全部楼面活荷载取50，雪荷载取50计算。本例采用分层法计算，计算结果见（表421）。表中弯矩已折算到节点柱边沿处。折算公式：,式中M、Mc分别为节点柱边沿、轴线处弯矩值 V0按简支梁计算的支座剪力值 b节点处的截面宽度,7、内力组合与调整 无地震作用组合的内力计算（略）（1）框架梁的内力组合与调整（只考虑水平地震作用与重力荷载效应组合并假定其起控制作用，组合后调整内力以保证框架的延性设计。）1）梁端组合弯矩设计值（轴框架地层楼面为例）左端：地震作用弯矩顺时针方向时,GE1.2,梁左端正弯矩,地震作用弯矩顺时针方向时GE1.0,梁左端正弯矩,地震作用弯矩逆时针

31、方向时梁左端负弯矩,梁右端：地震作用顺时针方向时，梁右端负弯矩,地震作用弯矩逆时针方向时梁右端正弯矩,地震作用弯矩逆时针方向时,GE1.0,梁右端正弯矩,2）梁端组合剪力设计值梁端弯矩顺时针作用时（见p76）,梁端弯矩反时针作用时,经比较，梁端最大剪力应取为329.11kN（以下计算略）,.罕遇地震作用下层间弹塑性位移验算规定：79度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构应进行此项计算。抗震规范规定，对于不超过12层，且刚度无突变的钢筋混凝土框架结构，可按简化方法验算框架薄弱层的弹塑性变形。,4.3.5 框架结构位移验算框架结构构件尺寸往往决定于结构的侧移变形要求。.多遇地震作用下层

32、间弹性位移的计算 对所有框架都应进行此项计算,构件截面设计,遵守“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点、强锚固”等设计原则。一、框架梁截面设计1.梁端抗震设计的基本要求：梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力；梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力；妥善地解决梁筋锚固问题。（1）框架梁抗剪承载力验算,梁剪力设计值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,9度和一级框架结构尚应符合：,-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

33、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,剪压比限值（对截面尺寸的限制）剪压比：截面上平均剪应力与混凝土抗压强度设 计值之比，即,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。,跨高比大于2.5时：,跨高比等于或小于2.5时：,梁斜截面受剪承载力在反复荷载作用下，混凝土的抗剪作用将有明显的削弱。规定：对于矩形、形和字形截面的一般框架梁，斜截 面受剪承载力应按下式验算

34、（425；426）,式中 fyv 箍筋抗拉强度设计值 Asv 同一截面箍筋的全部截面面积 RE 承载力抗震调整系数，一般取0.85；对于一二级 框架短梁，取1.0.,2、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。在梁端预期塑性铰区段加密箍筋，可以起到约束混凝土，提高混凝土变形能力的作用，从而可获得提高梁截面转动能力，增加其延性的效果。在梁端箍筋加密区，一般不宜设置纵筋接头。,梁端纵向受拉筋配筋率 2.5%,（1）截面：,（2）纵筋配筋率：（通过受压区高度控制）,一级框架,二、三级框架,（3）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

35、 一 2hb,500 mm 6d,hb/4,100mm 10 二 1.5hb,500 mm 8d,hb/4,100mm 8 三 1.5hb,500 mm 8d,hb/4,150mm 8 四 1.5hb,500 mm 8d,hb/4,150mm 6,梁端受压纵筋与受拉纵筋的比率,一级框架,二、三级框架,（4）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。,3、梁筋锚固：防止锚固破坏,1）梁筋锚固方式：直线型和弯折型,3、梁筋锚固：防止锚固破坏,2）反复荷载下：,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 弯折筋的

36、弯折段不能太小。,4、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。,二、框架柱抗震设计 设计原则及要点：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。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。控制柱的轴压比不要太大轴压比的限值。加强约束，配置必要的约束箍筋构造要求。,两种破坏形式：,1、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

37、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,故应控制轴压比的限值。,轴压比 抗震等级 一 二 三 框架柱 0.7 0.8 0.9 框支柱 0.6 0.7 框-墙、板柱墙及筒体 0.75 0.85 0.952、强柱弱梁-柱设计弯矩的取值“强柱弱梁”的概念要求在强烈地震作用下，结构发生较大侧移进入非弹性阶段时，为使框架保持足够的竖向承载能力而免于倒塌，要求实现梁铰侧移机构，即塑性铰应首先在梁上形成，尽可能避免在破坏后在危害更大的柱上出现塑性铰。要求：塑性铰出现在梁上(如何设计？）,作法：（*以下所述内容主要针对一、二、三级框架。）节点上、下柱端的弯矩设计值,

38、c对于一、二、三级框架分别为1.4、1.2、1.1。,底层柱、角柱内力：一、二、三级框架底层柱底截面的组合弯矩设计值应分别乘以1.5、1.25和1.15的增大系数，角柱内力按上述调整后进一步放大10%。柱的轴力按组合值取。柱的配筋计算，注意承载力抗震调整系数。,作法：柱剪力设计值 式（420）,柱剪力增大系数，一、二、三级框架分别取1.4、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,剪压比限值，柱截面尺寸不能太小,短柱 柱斜截面受剪承载力（柱轴力为压力时）,4、加强柱端约束：,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

39、能力；防止纵向压曲 加密箍筋注意事项：范围：中取最大值 底层，刚性地面上下各500mm。短柱、角柱全高加密。,箍筋的最大间距,抗震等级 最大间距（取较小值）最小直径一级：6d，100mm 10二级：8d，100mm 8三级：8d，150mm 8 四级：8d，150mm 8 箍筋最小体积配筋率（见表4-14）箍筋型式：普通箍、复合箍、螺旋箍,表4-14 柱箍筋加密区的箍筋最小配箍特征值v,（5）柱内纵向钢筋配置柱的纵向配筋应符合下列要求：）宜对称布置；）截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm）纵向钢筋的最小配筋率应按下表采用。,）柱的总配筋率不应大于5%。,）一级且剪跨比大于

40、2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。,三、框架节点抗震设计 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。根据“强节点弱构件”的设计概念，框架节点的设计准则是：节点的承载力不应低于其连接构件（梁、柱）的承载力；多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递；梁柱纵筋在节点区应有可靠的锚固；节点配筋不应使施工过分困难。,1.节点核心区性能主要影响因素,混凝土强度等级：混凝土受拉强度不足而开裂。剪压比和配箍率：配箍率较小，箍筋屈服，混凝土破坏；配箍率过大时，核心区混凝土先破坏。节点区水平截面剪压比大于0.35，增加箍筋作用已不明显。柱轴向

41、压力：核心区混凝土抗剪强度随轴向压力增加而增加；当轴压比大于0.60.8时例外。梁板对核心区的约束作用：四边约束作用明显。纵筋滑移：中柱节点纵筋在反复荷载作用下，一边受压屈服，另一边收拉屈服。循环往复导致纵筋与混凝土粘接破坏，降低截面后期受弯承载力和延性。,2.一般框架节点核芯区抗剪承载力验算（）剪力设计值节点核芯区是指框架梁与框架柱相交的部位。抗震等级为三、四级时，核芯区剪力较小，一般不需计算，节点箍筋可按构造要求设置。,一级、二级框架：,9 度和一级框架结构：,式中,Vj 梁柱节点核芯区组合的剪力设计值,hbo 梁截面的有效高度，节点两侧梁截面高度不等时可采用平均值,hb 梁的截面高度，节

42、点两侧梁截面高度不等时可采用平均值,Hc 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,强节点系数，一级取1.35，二级取1.2,节点左右梁端反时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和,若节点左右梁端弯矩均为负,绝对值小者取为零,节点左右梁端反时针或顺时针方向根据实配钢筋截面积和材料强度标准值计算的受弯承载力所对应的弯矩设计值之和。,（）剪压比限值Vj/(fcbjhj),节点核芯周围一般都有梁的约束，抗剪面积实际比较大,故剪压比限值可适当放宽，但也不能过大。所以核心区受剪水平截面应符合：,正交梁节点的约束影响系数，当楼板现浇、梁柱中线重合和、四侧各梁宽度不小于该

43、侧柱截面宽度的1/2,且正交方向梁高度不小于框架梁截面高度的3/4时取1.5；9度设防时取1.25；其它取1。）,节点核心区的截面高度，取验算方向柱截面高,节点核心区的截面有效验算宽度（取值见P79）,（）节点受剪承载力框架节点的受剪承载力可以由混凝土和节点箍筋共同组成。影响受剪承载力的主要因素有柱轴向力、正交梁约束、混凝土强度和节点配箍情况等。抗震规范规定，现浇框架节点的受剪承载力：,9度时,N 考虑地震作用组合的节点上柱底部的轴向压力设计值，当为正压力时，不应大于柱的截面积和混凝土轴心抗压强度设计值的乘积的一半，为拉力时，取为零。,fyV 节点箍筋抗拉强度设计值。AsVj 核心区有效验算宽

44、度范围内同一截面验算方向各肢箍筋的总截面积S 箍筋间距,梁筋锚固方式：直线锚固和弯折锚固对于框架顶层边柱的梁、柱负弯矩钢筋搭接可采用下列方式：抗震等级为一、二级时，梁、柱负弯矩钢筋宜用“柱内梁内同时搭接”。抗震等级为三、四级时，梁、柱配筋较低，宜用“梁内搭接”。框架节点的抗震设计包括两方面内容：.梁纵筋在节点区的锚固问题；.节点核芯区混凝土的抗剪问题,3.梁柱纵筋在节点区的锚固,梁、柱纵向钢筋的接头与锚固应符合规范规定。,1、底层层间变形比上层大2、柱、梁均受剪弯共同作用3、柱梁节点受力复杂4、注意结构的刚度在 平面和竖向上分布要规则均匀5、结构要有足够的强度和延性6、注意构造，防止剪切、锚固

45、等破坏、7、注意施工质量,四、框架受力特点及注意问题,4.4 抗震墙结构的抗震设计,抗震墙结构设计注意的问题（1）较长的抗震墙宜开设洞口，洞口连梁的跨高比宜大于6，各墙段的高宽比不应小于2；（2）墙肢截面的高度沿结构全高不应有突变，洞口较大及一、二级抗震时宜上下对齐；（3）部分框支抗震墙结构的框支层的抗震墙的截面面积不应小于相邻非框支层抗震墙截面的50且抗震墙间距不宜大于24m；（4）房屋顶层、梯间等抗震墙的配筋应加强。,4.4.2 抗震结构的抗震计算,1.水平地震作用力Fi 底部剪力法、振型分解法、弹性时程分析法等,2.水平地震作用及楼层地震内力分配 第i层第j片墙分配的地震力和剪力分别为,

46、式中：（EcI)j为第i层第j片墙的刚度,沿竖向变化较均匀的抗震墙的等效刚度计算式为：,截面形状系数，对矩形截面取1.2，I形截面取为全面积/腹板面积，对T形截面取值见下表,注：B为翼缘宽度；t为抗震墙厚度；H为抗震墙截面高度,（1）整体墙,抗震墙惯性矩，取有洞口和无洞口截面惯性矩沿竖向加权平均值，即IW=(Iihi)/hi，Ii、hi分别为抗震墙沿高度方向各段的组合截面惯性矩和相应各段的高度。,截面形状系数，对矩形截面取1.2，I形截面取为全面积/腹板面积，对T形截面取值见下表,抗震墙的总高度,抗震墙水平截面积，对有小洞口的整体墙，取折算面积，即AW=0A，其中A为墙水平截面毛面积，0为洞口

47、削弱系数。,A0p为墙立面洞口面积，Af为墙立面总面积,3.各抗震墙体内力计算 水平地震作用分配到各抗震墙后，就可以以各抗震墙单独计算内力,（1）整体墙：按悬臂构件用材料力学方法计算,4.抗震墙剪力设计值的调整,为提高抗震墙的延性，增加结构的变形能力，获得经济合理的效果，应设法使塑性铰在墙的底部产生，为此，按“强剪弱弯”的原则，一、二、三级框架底部加强部位，截面组合剪力设计值应按下式调整：,9度时尚应符合,墙肢弯矩调整,为通过配筋迫使塑性铰出现在墙肢底部加强部位，抗震规范规定一级抗震墙的底部加强部位以及以上一层，应按墙肢底部截面组合弯矩值采用；其他部位，墙肢截面的组合弯矩设计值应乘以增大系数，

48、其值可采用1.2。其次，底部加强部位的纵向钢筋宜延伸到相邻上层顶板处，以满足锚固要求并保证加强部位以上墙肢的受弯承载力不低于加强部位顶截面的受弯承载力。双肢抗震墙不宜出现小偏心受拉。当任一墙肢为大偏心受拉时，另一墙肢的剪力、弯矩设计值都要乘以1.25；同时要注意地震是往复作用。,4.4.3 抗震墙结构的构造措施,1.厚度 一、二级不应小于160mm和层高的1/20；三、四级不应小于140mm和层高的1/25；底部加强部位的墙厚，一、二级不宜小于200mm且不应小于层高的1/16；无端柱或翼墙时，不应小于层高的1/12。,2.轴压比（n=N/fcA）一、二级抗震墙底部加强部位在重力荷载代表值作用

49、下墙肢的轴压比一级（9度）时不宜超过0.4，一级（8度）时不宜超过0.5，二级不宜超过0.6,3.分布钢筋 一、二、三级抗震墙分布钢筋最小配筋率均不应小于0.25%；四级抗震墙不应小于0.2%，钢筋间距不应大于300mm，最小直径不应小于8mm。,分布钢筋在墙厚大于140mm时，横竖向都应布置成双排，双排间的拉结筋的间距不应大于600mm；在底部加强部位，边缘构件以外的拉结筋间距应适当加密。部分框支抗震墙结构的落地抗震墙底部加强部位，横竖向分布筋的配筋率均不应小于3%，间距不应大于200.横竖向分布筋的直径均不宜大于墙厚的1/10.,4.边缘构件构造要求 抗震墙边缘构件包括约束边缘构件和构造边

50、缘构件。约束边缘构件是用箍筋约束的暗柱、端柱和翼柱，其混凝土用箍筋约束，有较大的变形能力。构造边缘构件的混凝土的约束较差。（1）边缘构建的设置要求 抗震规范规定的约束边沿构件和构造边缘构件部位：,1）抗震墙结构:一、二级抗震墙底部及相邻上一层应设置约束边缘构件，但墙肢底截面在重力荷载代表值作用下的轴压比较小（一级9度小于0.1、一级8度小于0.2、二级小于0.3）时，可设置成构造边缘构件；一、二级抗震墙的其他部位和三、四级抗震墙均应设置构造边缘构件。2）部分框支抗震墙结构：一、二级落地抗震墙底部加强部位及相邻的上一层墙肢两端，应设置符合约束边缘构件要求的翼墙或端墙，洞口两侧应设置约束边缘构件；