結(jié)構(gòu)抗震第五章.ppt

1、第五章 多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋,5.1 概述,5.2 震害及其分析,5.3 結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置,5.4 框架結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算,多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系包括： 框架結(jié)構(gòu)、框架-抗震墻結(jié)構(gòu)、抗震墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)和框架-筒體結(jié)構(gòu)等。,（）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu):僅由梁、柱組成的結(jié)構(gòu)，其是抗震性能較好的一種結(jié)構(gòu)形式。,它的優(yōu)點(diǎn)是平面布置靈活，自身重量較輕，因 而產(chǎn)生的地震作用也小，如果設(shè)計(jì)合理，它具有 很好的延伸性能，能耗散地震輸入到結(jié)構(gòu)的能量；,缺點(diǎn)是側(cè)向剛度較小，地震時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的水 平變形，易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，有時(shí)甚至造成 主體結(jié)構(gòu)的破壞。,抗震墻,框架房屋,框架-抗震墻,純框架結(jié)構(gòu)用于

2、層m以下的建筑。,（）鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu):是剪力墻和框架共同工作的結(jié)構(gòu)體系。為克服框架體系和剪力墻體系各自的缺點(diǎn)，發(fā)揮其長(zhǎng)處，在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置一定數(shù)量的剪力墻，便形成框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。,它的優(yōu)點(diǎn)是平面布置靈活，自重較剪力墻結(jié)構(gòu)輕，而 剛度又較框架結(jié)構(gòu)大，因而能較為有效地控制結(jié)構(gòu)在地震 時(shí)產(chǎn)生的地震作用和變形。,另外，框架結(jié)構(gòu)為剪切變形，結(jié)構(gòu)上部層間變形小， 下部層間變形大；而剪力墻結(jié)構(gòu)為彎曲型變形，結(jié)構(gòu)上部 層間變形大，下部層間變形小，而當(dāng)框架和剪力墻兩種結(jié),結(jié)構(gòu)共同工作時(shí)，相互之間有所協(xié)調(diào)，結(jié)果是框架下部層 間變形和剪力墻上部層間變形減小，因而使結(jié)構(gòu)的變形均 勻合理。,鋼筋混凝土框架

3、剪力墻結(jié)構(gòu)適用于層,（）鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu):包括整體剪力墻、聯(lián)肢剪力墻和預(yù)制墻板等結(jié)構(gòu)，由墻體組成的剪力墻結(jié)構(gòu)其抗震性能較好。,優(yōu)點(diǎn)是整體性能好、側(cè)向剛度大，無論是強(qiáng)度或變形都易滿足抗震設(shè)計(jì)的要求；,缺點(diǎn)是大面積墻體的使用限制了建筑物內(nèi)部平面布置的靈活性，另外，剛度大產(chǎn)生的地震作用也大，因此在設(shè),計(jì)中如對(duì)配筋和構(gòu)造處理不當(dāng)，可能會(huì)在受力大的部位產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。,剪力墻結(jié)構(gòu)適用于層,（）筒體結(jié)構(gòu)或由四周封閉的剪力墻構(gòu)成單筒式的筒狀結(jié)構(gòu)，或以樓電梯為內(nèi)筒，密排柱深梁框架為外框筒組成筒中筒結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的空間剛度大，抗側(cè)和抗扭剛度都很強(qiáng)，建筑布局亦靈活。常用于超高層公寓、辦公樓 和商業(yè)大廈建筑等。,

4、目前，我國(guó)在工業(yè)與民用建筑中，特別在地震區(qū)，大量采用多層框架和框架剪力墻體系。本章主要介紹鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計(jì)。,5.2 震害及其分析,鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)的震害情況，據(jù)國(guó)內(nèi)外大量震害調(diào)查 結(jié)果：未經(jīng)抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)，在67度區(qū)主體結(jié)構(gòu)基完 好，填充墻有輕微裂縫；在89度區(qū)主體結(jié)構(gòu)局部破壞 填充墻嚴(yán)重毀壞?？紤]抗震設(shè)防的框架結(jié)構(gòu)，震害則相應(yīng) 減輕。,震害調(diào)查還表明，下剛上柔的框架房屋（下部填充墻 較多），上部震害較重；上剛下柔的框架房屋（上部有填 充墻），下部震害較重。,一、結(jié)構(gòu)方案不當(dāng)引起的震害,1、平面不對(duì)稱、剛度不均勻產(chǎn)生的震害 建筑平面布置不規(guī)則-質(zhì)量中心和剛度中心不重合-扭轉(zhuǎn)效應(yīng)-破

5、壞嚴(yán)重（尤其是角柱）,2、豎向剛度突變產(chǎn)生的震害,在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)的薄弱樓層率先屈服、發(fā)展彈塑性變形，并形成彈塑性變形集中的現(xiàn)象，不能發(fā)揮整體的抗震能力。,豎向的質(zhì)量或剛度有突變-突變處應(yīng)力集中，形成薄弱層-較大的塑性變形-結(jié)構(gòu)破壞、甚至倒塌,1976年唐山大地震中，位于天津塘沽區(qū)的天津堿廠十三層蒸吸塔框架，該結(jié)構(gòu)樓層屈服強(qiáng)度分布不均勻，造成6層和11層的彈塑性變形集中，導(dǎo)致6層以上全部倒塌。,1971年2月9日美國(guó)圣費(fèi)爾南多的6.6級(jí)地震中，Olive View醫(yī)院主樓（六層，一、二層是框架，以上為框 剪結(jié)構(gòu)）因上下部分剛度相差高達(dá)10倍，造成底層塑性變 形集中，底層框架柱嚴(yán)重酥裂，鋼

6、筋壓曲，整個(gè)建筑傾 斜。,3、防震縫處碰撞 防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)單 元的振動(dòng)特性不同- 發(fā)生不同形式的振動(dòng)- 防震縫縫寬不夠或構(gòu)造 不當(dāng)-發(fā)生碰撞,二、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的震害,未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)的框架的震害主要反映在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)。特 點(diǎn)：柱的震害重于梁；柱頂震害重于柱底；角柱震害重于 內(nèi)柱；短柱震害重于一般柱。具體情況如下：,1、框架柱的震害,1）長(zhǎng)柱的破壞-彎壓破壞 破壞一般發(fā)生在柱的上下兩端，特別是柱頂,柱頂周圍有水平裂縫、斜裂縫或交叉裂縫。重者混凝土壓碎崩落，柱內(nèi)箍筋拉斷，縱筋壓曲成燈籠狀。 柱底破壞與柱頂相似，常見是在離地面1040m處有周圈水平裂縫，但因箍筋較柱頂密，震害相對(duì)柱頂較輕。,柱頂,破壞主要原因

7、：節(jié)點(diǎn)處彎矩、剪力、軸力都較大，受力復(fù)雜，箍筋配置不足，錨固不好等。,破壞不易修復(fù)。,柱底,與柱頂相似，由于箍筋較柱頂密，震害相對(duì)柱頂較輕,2）短柱-剪切破壞 短柱： H/b4的柱，H:柱高; b:柱截面高度,短柱剛度大，將吸引較大的地震力而易產(chǎn)生剪切破壞,當(dāng)框架房屋中有錯(cuò)層、夾層或有半高填充墻， 或不適當(dāng)?shù)卦O(shè)置某些拉梁時(shí)，容易形成短柱,3）角柱,由于雙向受彎、受剪, 加上扭轉(zhuǎn)作用，該處橫梁約束作用又小，故震害比內(nèi)柱重。,由于抗剪強(qiáng)度不足， 往往出現(xiàn)斜截面破壞。,4）柱身,2、框架梁的震害,破壞的主要原因：梁端屈服后產(chǎn)生的剪力較大，超過了梁的受剪承載力；梁內(nèi)箍筋配置較?。灰约胺磸?fù)荷載作用下混凝

8、土抗剪強(qiáng)度降低等。,震害多發(fā)生于梁端。在地震作用下梁端縱向鋼 筋屈服，出現(xiàn)上下貫通的垂直裂縫和交叉裂縫。,3、梁柱節(jié)點(diǎn)的震害,節(jié)點(diǎn)核心區(qū)產(chǎn)生對(duì)角方向的斜裂縫或交叉斜裂縫，混凝土剪碎剝落。節(jié)點(diǎn)內(nèi)箍筋很少或無箍筋時(shí)，柱縱向鋼筋壓曲外鼓。,核心區(qū)砼產(chǎn)生很大的剪力，使之處于剪壓復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)主拉應(yīng)力超過砼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，則出現(xiàn)斜裂縫，又因地震的反復(fù)作用，出現(xiàn)交叉斜裂縫。,節(jié)點(diǎn)破壞將導(dǎo)致梁柱失去相互 之間的聯(lián)系。,破壞的主要原因：1）節(jié)點(diǎn)兩端梁的反號(hào)彎矩，引起節(jié)點(diǎn),2）節(jié)點(diǎn)內(nèi)箍筋未設(shè)或過少，縱筋沒有箍筋約 束，當(dāng)柱端砼裂碎剝落，縱筋即壓曲外鼓。,節(jié)點(diǎn)的破壞還與節(jié)點(diǎn)處梁、柱的破壞先后有 關(guān)。若梁較弱，梁的

9、破壞在先，則有利于減輕節(jié) 點(diǎn)震害；若梁較強(qiáng)而柱較弱，則節(jié)點(diǎn)的震害會(huì)加 重。,三、填充墻的震害,砌體填充墻剛度大而承載力低，首先承受地震作用而遭破壞。一般7度即出現(xiàn)裂縫，8度和8度以上地震作用下，裂縫明顯增加，甚至部分倒塌，一般是上輕下重，空心砌體墻重于實(shí)心砌體墻，砌快墻重于磚墻。,填充墻破壞的主要原因是：墻體受剪承載力低，變形能力小，墻體與框架缺乏有效的拉結(jié)，在往復(fù)變形時(shí)墻體易發(fā)生剪切破壞和散落。,建造在軟弱地基上的高大柔性建筑，當(dāng)結(jié)構(gòu)自振周期與地基土卓越周期相近時(shí)，即使烈度不高，結(jié)構(gòu)物的破壞程度也較重。,四、其他的震害,建造在軟弱地基土或液化土層上的框架結(jié)構(gòu)，在地震時(shí)常因地基的不均勻沉陷使上

10、部結(jié)構(gòu)傾斜甚至倒塌。,伸縮縫寬度過小，地震時(shí)結(jié)構(gòu)物互相碰撞也常造成震害。如天津友誼賓館，東西段之間設(shè)有15cm的抗震縫，唐山地震時(shí)抗震縫兩側(cè)不少面磚因碰撞而掉落。,5.3 結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置,一、結(jié)構(gòu)體系的選擇,不同的結(jié)構(gòu)體系，其抗震性能、使用效果和 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)亦不同。抗震規(guī)范在考慮地震烈 度、場(chǎng)地土、抗震性能、使用要求及經(jīng)濟(jì)效果等 因素的基礎(chǔ)上，對(duì)地震區(qū)現(xiàn)澆鋼筋砼多高層房屋 的結(jié)構(gòu)類型和最大高度給出了規(guī)定，見下表。對(duì) 平面和豎向均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)或建造在類場(chǎng)地的 結(jié)構(gòu)，適用的最大高度應(yīng)適當(dāng)降低。,現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m),框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度較差，在地震區(qū)一般用于十層 左右體型較簡(jiǎn)單

11、和剛度較均勻的建筑物。對(duì)于層數(shù)較多、體型復(fù)雜、剛度不均勻的建筑物，為減小側(cè)移變形，減輕震害，應(yīng)采用中等剛度的框架剪力墻或剪力墻結(jié)構(gòu)。,1.選擇結(jié)構(gòu)體系，要考慮建筑物剛度與場(chǎng)地條件的關(guān)系。當(dāng)建筑物自振周期與地基土的卓越周期一致時(shí)，容易產(chǎn)生類共振而加重建筑物的震害。建筑物自振周期與結(jié)構(gòu)本身剛度有關(guān)，在設(shè)計(jì)房屋之前，一般應(yīng)先了解場(chǎng)地和地基土及其卓越周期，調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度，避開共振周期。,選擇時(shí)應(yīng)考慮如下因素：,2.選擇結(jié)構(gòu)體系，要注意選擇合理的基礎(chǔ)型式?；A(chǔ)應(yīng)有足夠的埋深，宜設(shè)置地下室。震害表明，凡設(shè)置地下室的房屋，不僅地下室本身震害輕，還能使整個(gè)結(jié)構(gòu)減輕震害。,對(duì)軟弱地基宜選用樁基、筏形基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)

12、。巖層高低起伏不均勻或液化土層時(shí)最好采用樁基，樁尖必須穿入非液化土層，防止失穩(wěn)。筏形基礎(chǔ)的砼和鋼筋用量較大，剛度也不如箱基。當(dāng)建筑層數(shù)不多、地基條件又較好時(shí)，也可采用單獨(dú)基礎(chǔ)或十字交叉條形基礎(chǔ)。,3.選擇結(jié)構(gòu)體系，還要注意經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。多高層房屋一般用鋼量大，造價(jià)高，因而要盡量選擇輕質(zhì)高強(qiáng)和多功能的建筑材料，減輕自重，降低造價(jià)。,二、結(jié)構(gòu)布置,1.柱網(wǎng)布置及規(guī)則建筑,柱網(wǎng)布置要簡(jiǎn)單規(guī)整，剛度分布均勻，使房屋結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。常見的柱網(wǎng)形式有方格式和內(nèi)廊式。,（1）在平面布置方面，盡可能滿足局部突出的尺寸不過大；樓電梯間不偏置；樓蓋的局部開洞不過大；主要的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)和質(zhì)量在平面內(nèi)分布基本對(duì)稱均

13、勻；避免軸線斜交等要求。,（2）在豎向結(jié)構(gòu)布置方面，盡可能滿足局部突出屋面的建筑局部縮進(jìn)的尺寸不過大；框架柱等抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件上下連續(xù)；相鄰層的質(zhì)量、剛度和承載力無突變；避免抽柱及錯(cuò)層等要求。,（1）框架應(yīng)雙向布置，并宜按雙向承重框架布置。橫向框架承重時(shí)，主梁沿建筑物橫向布置，可加大結(jié)構(gòu)橫向剛度，應(yīng)用較多；縱向框架承重時(shí)，主梁沿建筑物縱向布置，結(jié)構(gòu)的橫向剛度小，較少采用。通常在現(xiàn)澆樓蓋大柱網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)中縱橫向均按承重框架設(shè)計(jì)，以利于抗震。,2.承重框架布置,（2）梁中線與柱中線宜對(duì)齊，偏心矩不宜大于1/4柱寬,（3）房屋縱、橫兩個(gè)方向的抗側(cè)力剛度宜接近。,3.防震縫的設(shè)置,（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，宜避免

14、不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，并采用有效的技術(shù)措施，盡可能不設(shè)防震縫以及伸縮縫和沉降縫,（2）設(shè)置伸縮縫或沉降縫之后，縫的寬度應(yīng)滿足防震縫的寬度要求，避免地震時(shí)兩個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元相碰撞而損壞。防震縫應(yīng)沿房屋全高設(shè)置，基礎(chǔ)可不分開；防震縫兩側(cè)應(yīng)布置承重框架。,（3）鋼筋混凝土框架房屋的防震縫寬度，當(dāng)高度不超過15m時(shí)可采用70mm，超過15m時(shí)，6、7、8、9度相應(yīng)每增加高度5m、4m、3m、2m，宜加寬20mm。,（4）防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不同時(shí)，按不利體系考慮，并按低的房屋高度計(jì)算縫寬。,8、9度設(shè)防的鋼筋混凝土框架房屋防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)的高度、剛度或?qū)痈呦嗖钶^大時(shí)，可在防震縫兩側(cè)房屋的盡端沿全高設(shè)垂直于防震

15、縫的抗撞墻，要求：,4.抗撞墻,（1）每一側(cè)抗撞墻的數(shù)量不應(yīng)少于兩道，宜分別對(duì)稱布置，墻肢的長(zhǎng)度可不大于一個(gè)柱距。,（2）框架和抗撞墻的內(nèi)力應(yīng)按考慮和不考慮抗撞墻兩種情況進(jìn)行分析，按不利情況取值。,（3）防震縫兩側(cè)抗撞墻的端柱和框架的邊柱，箍筋應(yīng)沿房屋全高加密。,（1）框架結(jié)構(gòu)房屋中的圍護(hù)墻和隔墻應(yīng)優(yōu)先采用輕質(zhì)墻或是與框架柔性連接的墻板。當(dāng)采用砌體填充墻時(shí)，平面和豎向布置宜均勻?qū)ΨQ，并采取措施以減少對(duì)主體結(jié)構(gòu)的不利影響。,5.框架結(jié)構(gòu)布置中的其他問題,（2）為減小地震作用，應(yīng)盡量減輕結(jié)構(gòu)自重并降低重心位置，可將設(shè)備層或大型設(shè)備布置在建筑物的地下室、底層或下部幾層。,（3）同一結(jié)構(gòu)單元宜將框架梁

16、設(shè)置在同一標(biāo)高處，盡可能不采用復(fù)式框架，避免出現(xiàn)錯(cuò)層和夾層以及不適當(dāng)設(shè)梁使框架柱形成短柱，造成破壞。,（4）為保證框架結(jié)構(gòu)的可靠抗震，應(yīng)設(shè)計(jì)延性框架，遵守“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固”等設(shè)計(jì)原則，柱截面不宜過小，框架梁和柱的中線應(yīng)盡可能重合在同一平面內(nèi)，兩者間的偏心距不宜超過柱寬的1/4。,（5）框架剛度沿高度不宜突變，以免造成薄弱層。出屋面的小房間不要做成磚混結(jié)構(gòu)，可將框架柱延伸上去或做鋼木輕型結(jié)構(gòu)，以防鞭端效應(yīng)造成結(jié)構(gòu)破壞。,（6）樓梯間、電梯間不宜設(shè)置在結(jié)構(gòu)單元的兩端及拐角處，因?yàn)閱卧遣颗まD(zhuǎn)應(yīng)力較大，受力復(fù)雜，容易造成破壞。,5.4 框架結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算,一、結(jié)構(gòu)的抗震等

17、級(jí),地震作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)有下列特點(diǎn)：,1、地震作用越大，房屋的抗震要求越高；,2、結(jié)構(gòu)的抗震能力主要取決于主要抗側(cè)力構(gòu)件的性能 主、次抗側(cè)力構(gòu)件的抗震要求應(yīng)有差別，次要抗側(cè)力構(gòu)件 抗震要求可低于主要抗側(cè)力構(gòu)件。如框架剪力墻結(jié)構(gòu)中 的框架的抗震要求可以低于框架結(jié)構(gòu)中的框架，而其中的 剪力墻則應(yīng)比剪力墻結(jié)構(gòu)中的要求提高。,地震作用與烈度、場(chǎng)地等有關(guān)，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，對(duì)不同烈度、場(chǎng)地的結(jié)構(gòu)的抗震要求可以有明顯的差別。,3、房屋越高，地震反應(yīng)越大，抗震要求（延性要求） 越高。,抗震等級(jí)是確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震計(jì)算和抗震措施的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)防烈度、房屋高度、建筑類別、結(jié)構(gòu)類型及構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的重要

18、程度確定，共分四個(gè)等級(jí)，一級(jí)最高。,注：1.建筑場(chǎng)地為類時(shí)，除6度外可按表內(nèi)降低一度所對(duì)應(yīng)的 抗震等級(jí)采取抗震構(gòu)造措施，但相應(yīng)的計(jì)算要求不應(yīng)降低； 2.接近或等于高度分界時(shí)，應(yīng)允許結(jié)合房屋不規(guī)則程度及場(chǎng) 地、地基條件確定抗震等級(jí)。,注意事項(xiàng)： 1.此表適用于丙類建筑抗震等級(jí)的劃分； 甲、乙、丁類建筑應(yīng)按抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)中的抗震措施所要求的設(shè)防烈度按上表確定抗震等級(jí)。,2.當(dāng)框架-抗震墻結(jié)構(gòu)有足夠的抗震墻時(shí),其框架部分是次要抗側(cè)力構(gòu)件,可按框架-抗震墻結(jié)構(gòu)中的框架確定抗震等級(jí)。否則按框架結(jié)構(gòu)確定等級(jí)。 區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)是看框架部分承受的地震傾覆力矩是否大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%。 3.與主樓相連的群房其

19、抗震等級(jí)不應(yīng)低于主樓的抗震等級(jí)， 且主樓結(jié)構(gòu)在群房屋面部位的上下各一層要適當(dāng)加強(qiáng)抗震等級(jí),二、框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)步驟,1.根據(jù)建筑設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型與布置,2.初步確定梁柱截面尺寸及材料強(qiáng)度等級(jí),3.計(jì)算荷載、結(jié)構(gòu)剛度及自振周期,4.計(jì)算地震作用,5.多遇地震作用下的抗震變形驗(yàn)算,6.內(nèi)力分析及內(nèi)力組合,7.截面抗震驗(yàn)算，即框架梁、柱配筋計(jì)算,8.必要時(shí)進(jìn)行罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性變形驗(yàn)算,9.結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震構(gòu)造措施處理,三、水平地震作用及其分配,1.計(jì)算單元選取,（1）計(jì)算水平風(fēng)荷載和豎向荷載，一般可取若干榀有代表性的典型框架進(jìn)行計(jì)算，可不考慮空間工作影響，按平面框架計(jì)算。計(jì)

20、算單元寬度取相鄰開間各一半。,（2）計(jì)算水平地震作用，原則上應(yīng)以防震縫之間的區(qū)段為計(jì)算單元，未設(shè)縫的房屋則以整幢房屋為計(jì)算單元。,（3）對(duì)平面為矩形的規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)，當(dāng)各榀框架的剛度和所承擔(dān)的重力荷載相近時(shí)，可簡(jiǎn)化按單榀框架為計(jì)算單元計(jì)算地震作用。,2.結(jié)構(gòu)基本自振周期,框架結(jié)構(gòu)的自振周期可根據(jù)實(shí)測(cè)資料、經(jīng)驗(yàn)公式等計(jì)算確定。常用方法有：,（1）頂點(diǎn)位移法,對(duì)于重量和剛度沿高度分布比較均勻的框架結(jié)構(gòu)，可采用頂點(diǎn)位移法計(jì)算基本周期?？蚣苤刑畛鋲?duì)結(jié)構(gòu)剛度、結(jié)構(gòu)自振周期的影響，采用周期調(diào)整系數(shù)0來折減頂點(diǎn)位移計(jì)算所得周期：,對(duì)于民用框架結(jié)構(gòu) 00.60.8,把集中在各樓面處的重力 荷載Gi視為水平荷載

21、算得 的頂點(diǎn)位移,式中：VGi 框架在假想水平荷載Gi 作用下的i層層間 剪力,i VGi 作用下的層間位移,D i 層 柱的D值之總和， D為框架柱的抗側(cè)剛 度，可按D值法計(jì)算,（2）能量法,規(guī)則的多層建筑可按能量法計(jì)算基本周期,式中：ui 各質(zhì)點(diǎn)承受相當(dāng)于其重力荷載代表值的水 平力時(shí)， i 質(zhì)點(diǎn)的側(cè)移,0 周期調(diào)整系數(shù) ，視填充墻多少取0.60.8,（3）經(jīng)驗(yàn)公式,對(duì)于層數(shù)不多的工業(yè)廠房、框架結(jié)構(gòu)可按下式計(jì)算：,常用方法D值法 （1）計(jì)算各柱的側(cè)移剛度 （2）計(jì)算各柱分配到的地震剪力 （3）確定各柱的反彎點(diǎn)位置 （4）計(jì)算各柱的柱端彎矩 （5）計(jì)算各梁的梁端彎矩 （6）計(jì)算各梁的梁端剪力

22、（7）計(jì)算各柱的軸力,四、水平地震作用下框架內(nèi)力分析,五、豎向荷載作用下的框架內(nèi)力計(jì)算,計(jì)算方法： （1）分層法 （2）二次彎矩分配法 豎向荷載作用下，可以考慮塑性內(nèi)力重分布，進(jìn)行彎矩調(diào)幅，一般降低梁端負(fù)彎矩，相應(yīng)的跨中彎矩應(yīng)增加 現(xiàn)澆框架，調(diào)幅系數(shù)可取0.80.9 裝配整體式框架，可取0.70.8 按抗震規(guī)范規(guī)定，當(dāng)?shù)卣鸷奢d與豎向荷載組合時(shí)，活荷載應(yīng)予以折減?？紤]到組合時(shí)有可能僅取豎向荷載下的內(nèi)力為最不利，而這時(shí)活荷載又不能折減，因此在豎向荷載作用下分析框架內(nèi)力時(shí)，仍采用使用階段的全部荷載。,在進(jìn)行豎向荷載作用下的框架內(nèi)力分析時(shí)，除活載較 大的工業(yè)廠房外，對(duì)一般民用建筑，可不考慮活荷載的最

23、不利布置活荷載按滿布考慮。此時(shí)，梁的跨中彎矩可 根據(jù)具體情況，乘以1.11.2的放大系數(shù)。,當(dāng)與地震荷載組合時(shí)，其相應(yīng)的豎向荷載應(yīng)取全部的恒載及經(jīng)折減后的活載，并由此計(jì)算框架豎向荷載作用下的內(nèi)力。,六、梁柱內(nèi)力組合,在框架抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)考慮以下兩種基本組合。 （1）地震作用效應(yīng)與重力荷載代表值效應(yīng)的組合,相應(yīng)于水平地震作用下重力荷載代表值的效應(yīng),水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；,（2）豎向荷載效應(yīng)組合，取全部恒載與活載組合,由恒載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的內(nèi)力,由活載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的內(nèi)力,取上述最不利情況作為截面設(shè)計(jì)用的內(nèi)力設(shè)計(jì)值,5.5 框架梁、柱、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),一、一般設(shè)計(jì)原則,為防止鋼筋混凝土房屋遭受高于本地區(qū)

24、設(shè)防烈度的罕 遇地震影響時(shí)，不致于倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞， 結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠大的延性。結(jié)構(gòu)的延性一般用結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的 延性系數(shù)表示。,結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)屈服位移,結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)彈塑性位移限值,結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)延性系數(shù) 34,框架和框架抗震墻結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移是由樓層的層 間位移ue 累積產(chǎn)生的，而層間位移又是由結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變 形形成的。因此要求結(jié)構(gòu)具有一定的延性就必須保證框架 梁、柱有足夠大的延性。而梁、柱的延性是以截面塑性鉸 的轉(zhuǎn)動(dòng)能力來度量的，因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng) 注意梁、柱塑性鉸的設(shè)計(jì)，使框架和框架抗震墻結(jié)構(gòu) 成為具有較大延性的結(jié)構(gòu)。,梁、柱塑性鉸的設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循下述原則：,（1）強(qiáng)柱弱梁：要控制梁、柱的相對(duì)強(qiáng)

25、度，使塑性 鉸首先在梁中出現(xiàn)，盡量避免或減少在柱中出現(xiàn)，因?yàn)樗?性鉸在柱中出現(xiàn)，很容易形成幾何可變體系而倒塌。,（2）強(qiáng)剪弱彎：對(duì)梁、柱構(gòu)件而言，要保證 構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸，而不過早地發(fā)生剪切破壞。這就 要求構(gòu)件的抗剪承載力大于塑性鉸的抗彎承載力。 為此，要提高構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度，形成“強(qiáng)剪弱彎”。,（3）強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，強(qiáng)錨固：為保證延性結(jié)構(gòu)的要 求，在梁、柱塑性鉸充分發(fā)揮作用之前，框架節(jié) 點(diǎn)、鋼筋的錨固不應(yīng)過早地發(fā)生破壞。,弱柱型,弱梁型,框架梁抗震設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則： 1)、梁端先于柱端產(chǎn)生塑性鉸，并使塑性鉸具有 較好的延性和耗能能力 2)、應(yīng)防止梁端截面先發(fā)生脆性的剪切破壞，即 梁形成塑性鉸后仍有足夠的受

26、剪承載力， 3)、妥善解決梁筋錨固問題,二、框架梁的設(shè)計(jì),1、梁截面尺寸的要求 1)若梁寬高比過小，梁截面抗剪能力下降，側(cè)向穩(wěn)定性不易保證，不利于形成梁鉸型破壞機(jī)制 2）梁寬度過小，不利于梁對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的約束 3）梁凈跨與截面高度之比過小，易產(chǎn)生脆性的剪切破壞，降低梁的延性 截面尺寸的要求： 梁寬200mm； 梁寬/柱寬1/2 梁的高寬比4； 梁凈跨/截面高4,2、梁混凝土和鋼筋等級(jí) 當(dāng)框架梁按一級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，其混凝土強(qiáng) 度等級(jí)不宜低于C30 ;當(dāng)按二、三抗震等級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)， 其混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20 。梁的縱向受力鋼 筋宜采用HRB400級(jí)、HRB335級(jí)熱軋鋼筋；箍筋宜采 用HRB4

27、00級(jí)、HRB335和HPB235級(jí)熱軋鋼筋。,、框架梁正截面受彎承載力驗(yàn)算 梁的縱筋配置應(yīng)符合下列要求： 為保有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，避免剪跨比較大的 梁在未達(dá)到延性要求之前，梁端下部受壓區(qū)混凝 土過早達(dá)到極限壓應(yīng)變而破壞，提高梁的延性， 抗震規(guī)范規(guī)定，梁截面梁端縱向受拉鋼筋的 配筋率不應(yīng)大于2.5%；梁端截面最大配筋率應(yīng)使 梁端截面的受壓區(qū)相對(duì)高度（即截面受壓區(qū)高度 與有效高度比）應(yīng)滿足：一級(jí)不應(yīng)大于0.25，二、 三級(jí)不應(yīng)大于0.35; 梁端或任何可能屈服截面處，下部與上部配 筋量的比值，一級(jí)不應(yīng)小于0.5,二三級(jí)不應(yīng)小于0.3,沿梁全長(zhǎng)頂面和底面的配筋，一二級(jí)不應(yīng)少于 且分別不應(yīng)少于梁兩端頂

28、面和底面縱向配筋中較大截面面積的1/4，三四級(jí)不應(yīng)少,一、二級(jí)框架梁內(nèi)貫通中柱節(jié)點(diǎn)的每根縱 向鋼筋直徑，對(duì)矩形截面不宜大于柱在該方向截 面尺寸的1/20；對(duì)圓形截面，不宜大于縱向鋼筋所 在位置柱截面弦長(zhǎng)的1/20。,、框架梁抗剪承載力驗(yàn)算 梁剪力設(shè)計(jì)值 為了避免梁在彎曲破壞前發(fā)生剪切破壞， 應(yīng)按強(qiáng)剪弱彎的原則調(diào)整框架梁端部截面組合的 剪力設(shè)計(jì)值，使構(gòu)件的受剪承載力大于構(gòu)件彎曲 屈服時(shí)實(shí)際達(dá)到的剪力值：,9度和一級(jí)框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合：,一、二、三級(jí)框架梁,式中,-梁在重力荷載代表值（9度時(shí)高層建筑還應(yīng) 包括豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值）作用下，按簡(jiǎn)支梁 分析的梁端截面剪力設(shè)計(jì)值；,-分別為梁左、右端逆時(shí)針或

29、順時(shí)針方向正 截面組合的彎矩設(shè)計(jì)值;,-梁的剪力增大系數(shù)，一級(jí)為1.3,二級(jí)為1.2, 三級(jí)為1.1。,-梁的凈跨；,-分別為梁左、右端逆時(shí)針或順時(shí)針方向 根據(jù)實(shí)配鋼筋面積(考慮受壓筋)和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的抗彎承載力所對(duì)應(yīng)的彎矩值,剪壓比限值 剪壓比：截面內(nèi)平均剪應(yīng)力與混凝土軸心抗 壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之比，即以V/fcbho 表示。 若剪壓比過大,混凝土?xí)^早發(fā)生脆性的斜壓 破壞,箍筋不能充分發(fā)揮作用,它對(duì)構(gòu)件的變形能力 也有顯著影響。因此應(yīng)控制，也就是限制截面尺 寸不過小。 規(guī)范規(guī)定：對(duì)跨高比大于2.5的框架梁， 其截面尺寸與剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合,一般受彎構(gòu)件當(dāng)截面尺寸滿足此要求時(shí)，可 以防止在使用

30、荷載下出現(xiàn)過寬的斜裂縫。 對(duì)跨高比不大于2.5的框架梁，其截面尺寸與 剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合：,-梁端部截面組合的剪力設(shè)計(jì)值；,-梁的截面有效高度；,-混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；,-梁的截面寬度；,-承載力抗震調(diào)整系數(shù)。,斜截面承載力驗(yàn)算 抗震設(shè)計(jì)的梁受剪承載力由混凝土和抗剪鋼 筋兩部分組成。試驗(yàn)表明：在反復(fù)荷載作用下， 混凝土的抗剪承載力有所下降，約,矩形、T形和工字形截面框架梁,對(duì)集中荷載作用下的框架梁,三、框架柱的設(shè)計(jì),柱是框架結(jié)構(gòu)中最主要的承重構(gòu)件，即使是個(gè)別 柱的失效，也可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)全面倒塌；另外柱是 壓、彎、剪構(gòu)件，它的變形能力不如以彎曲作用 為主的梁。要使框架結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，

31、應(yīng)該確保柱有足夠的強(qiáng)度和必要的延性。為此應(yīng) 遵守以下抗震設(shè)計(jì)的原則： 、強(qiáng)柱弱梁，使柱盡量不出現(xiàn)塑性鉸； 、在彎曲破壞前不發(fā)生剪切破壞，使柱有足 夠的抗剪能力； 、控制柱的軸壓比不要太大； 、加強(qiáng)約束，配置必要的約束箍筋。,1、柱的截面尺寸要求 1）柱截面寬度和高度均不宜小于300mm，圓柱 直徑不宜小于350mm 2）柱截面長(zhǎng)邊和短邊的邊長(zhǎng)不宜大于3 3）柱剪跨比宜大于2，圓柱截面可按等面積的 方形截面進(jìn)行計(jì)算，以避免形成易發(fā)生脆性破壞 的短柱 2、柱的混凝土和鋼筋等級(jí) 與梁的相同,、框架柱正截面承載力計(jì)算 根據(jù)前述內(nèi)力組合求出框架柱的控制截面的內(nèi) 力最不利組合，再考慮按強(qiáng)柱弱梁的原則調(diào)整柱

32、 端彎矩設(shè)計(jì)值，得到框架柱控制截面的內(nèi)力組合 值，然后按一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì) 算。 按強(qiáng)柱弱梁原則調(diào)整柱端彎矩設(shè)計(jì)值 “強(qiáng)柱弱梁”的概念要求為在強(qiáng)烈地震作用下，塑 性鉸首先出現(xiàn)在梁上，即要求結(jié)構(gòu)在同一節(jié)點(diǎn)柱的 抗彎能力大于梁的抗彎能力。,抗震規(guī)范規(guī)定：一、二、三級(jí)框架的梁柱節(jié)點(diǎn)處，除頂層柱和柱軸壓比小于0.15者外，柱端組合彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下列公式要求：,-節(jié)點(diǎn)上下柱端截面順時(shí)針或逆時(shí)針方向組合的 彎矩設(shè)計(jì)值之和；,-節(jié)點(diǎn)左右梁端截面逆時(shí)針或順時(shí)針方向組合的 彎矩設(shè)計(jì)值之和；,-柱端彎矩增大系數(shù)，一級(jí)為1.4，二級(jí)為1.2， 三級(jí)為1.1。,對(duì)頂層柱和柱軸壓比小于0.15的，認(rèn)為其

33、具有與梁相近的變形能力，故不考慮上述調(diào)整。,9度和一級(jí)框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合：,-節(jié)點(diǎn)左右梁端截面逆時(shí)針或順時(shí)針方向根據(jù)實(shí)配鋼筋面積（考慮受壓筋）和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的抗彎承載力所對(duì)應(yīng)的彎矩值之和；,由于框架底層柱根部截面極限抗彎承載能力對(duì)整體框架 的延性起控制作用。柱腳過早出現(xiàn)塑性鉸，會(huì)影響整個(gè)框 架塑性機(jī)制的發(fā)展，另外隨著底層梁鉸的出現(xiàn)，底層柱根 部彎矩也有所增大，底層柱的計(jì)算長(zhǎng)度、反彎點(diǎn)位置也具 有更大的不確定性，為延緩底層柱底截面塑性鉸的發(fā)生， 使整個(gè)結(jié)構(gòu)的塑性發(fā)展更充分，故應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)底層柱的抗 彎能力。,為此，規(guī)范規(guī)定： ）一、二、三級(jí)框架底層柱底截面組合的彎 矩設(shè)計(jì)值應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1

34、.5、1.25、1.15。底 層柱縱向鋼筋宜按上下端的不利情況配置。底層 指無地下室的基礎(chǔ)以上或地下室以上的首層。 ）一、二、三級(jí)框架的角柱，應(yīng)在以上調(diào)整 后的組合彎矩設(shè)計(jì)值的基礎(chǔ)上再乘以不小于1.10的 增大系數(shù)。,控制柱的軸壓比,N為組合軸壓力設(shè)計(jì)值；b、h為柱的短長(zhǎng)邊；fc為混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,軸壓比：柱組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全截面面積和混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比,即：,它是控制偏心受拉邊鋼筋先達(dá)到抗拉強(qiáng)度，還是受壓區(qū)混凝土先達(dá)到其極限壓應(yīng)變的主要指標(biāo),規(guī)范規(guī)定：柱軸壓比不應(yīng)超過下表，但類場(chǎng)地上的較高高層建筑柱軸壓比限值應(yīng)適當(dāng)減小。,軸壓比大小是影響柱破壞形態(tài)和變形性能的重 要因

35、素受壓構(gòu)件的延性隨軸壓比增加而減小。因此 必須控制軸壓比，以保證柱具有一定的延性。,柱的縱向配筋應(yīng)符合下列要求：,(a)宜對(duì)稱布置；,( b)截面尺寸大于400mm的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200mm;,(c)縱向鋼筋的最小配筋率應(yīng)按下表采用。,(d)柱的總配筋率不應(yīng)大于5%。,(e)一級(jí)且剪跨比大于2的柱，每側(cè)縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%,并宜沿柱全高采用復(fù)合箍筋；,、框架柱斜截面受剪承載力計(jì)算 為實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)剪弱彎”的原則，即保證柱在塑性 鉸區(qū)的抗剪承載力大于抗彎承載力，不至于過早 出現(xiàn)剪切破壞，應(yīng)對(duì)柱的截面剪力進(jìn)行調(diào)整。 柱端剪力設(shè)計(jì)值調(diào)整,(f)柱縱向鋼筋的綁扎接頭應(yīng)避開柱端的箍筋加密區(qū),(g)邊柱、角柱及抗震墻端柱在地震作用組合產(chǎn)生小偏心受拉時(shí)，柱內(nèi)縱筋總截面面積應(yīng)比計(jì)算值增加2