第五章多层钢筋混凝土框架结构抗震设计.ppt

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1、第5章 多层钢筋混凝土框架结构抗震设计5.1 震害及其分析5.2 选型、结构布置和设计原则5.3 钢筋混凝土框架结构的抗震设计震害及其分析5.1震害的调查与分析提高抗震设计水平5.1.1 结构布置不合理而产生的震害扭转破坏m1、平面形状不对称2、刚度不对称ug(t)质心刚心薄弱层破坏底部框架结构的变形薄弱层破坏彰化县员林镇邦富贵名门大楼座落在中山路惠明街口，为16层钢筋混凝土集合住宅大楼。地震时其中一栋倾倒靠在呈L型平面大楼上，柱子间距7至10米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少，间距太大。底部框架砖房薄弱层破坏伊兹米特市一楼房底层空旷，结构不合理，房屋整体倾斜，二楼成了一楼。薄弱层破坏1312

2、1110987654321层13119765314080(mm)1201976年唐山大地震中，位于天津塘沽区的天津碱厂十三层蒸吸塔框架，该结构楼层屈服强度分布不均匀，造成6层和11层的弹塑性变形集中，导致6层以上全部倒塌。右图为该结构输入天津波的弹塑性分析结果。薄弱层破坏应力集中结构竖向布置有突变时，突变处会出现应力集中引起的震害。防震缝处碰撞防震缝宽度不够时，其两侧的单元在地震时会相互碰撞产生震害。整体破坏形式5.1.2框架结构的震害强梁弱柱型强柱弱梁型柱端弯剪（塑性铰）破坏柱身剪切破坏图5-10、5-11图5-12角柱破坏 弯，剪，扭破坏短柱剪切破坏 刚度大、剪力大（H/hc 4)图5-1

3、4柱牛腿破坏 水平力较大原因：抗弯和抗剪承载力不足局部破坏形式框架柱塑性铰短柱角柱由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。框架梁、梁端弯曲破坏、梁端剪切破坏纵筋屈服箍筋不足梁筋锚固破坏锚固长度不够，拔出连接破坏施工质量差节点（图5-13）剪切破坏Vu不足、箍筋少、混凝土压碎、纵筋压屈框架填充墙的震害震害：墙面斜裂缝、沿柱周边开裂、倒塌特点：“下重上轻”原因：二者之间的变形不协调，非整体；墙体的受剪承载力低、拉结不紧。填充墙破坏的主要原因是：墙体受剪承载力低，变形能力小，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。总结震害经验，结构设计应注意：1、结构刚度分布要均匀、

4、规则；2、构件要有足够的承载力与延性；3、重视构造设计；4、保证施工质量。5.2 选型、结构布置和设计原则1、房屋高度综合考虑结构类型、抗震性能、地基条件和震害经验等因素，从使用合理和经济的角度出发，来确定房屋的最大适用高度。5.2.1 选型303540板柱抗震墙60708010080100120120100130150140120150180全部落地部分框支框架-核心筒筒中筒抗震墙筒体9度25508度451007度551206度60130结构类型框架框架-抗震墙现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m）1 房屋高度指室外地面至檐口获屋面顶板的高度（不计局部突出）2 框架-核心筒结构指周边稀柱框架

5、与核心筒组成的结构3 部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构4 超过表内高度的房屋，应进行专门研究，采取必要的加强措施5 平面和竖向均不规则或IV类场地的结构，适用最大高度应适当降低（20%）浇面层，叠合构件3、加强楼盖的整体性。4、选取合适的填充墙。5、选择合理的基础形式。5.2.1 选型2、优先选用现浇式或装配整体式框架，且双向刚接。5.2.2结构布置1、平立面布置宜规则对称平面：尽量规则图5-18、表5-3立面：竖向刚度均匀、最大高宽比限值表5-4对于不规则结构，适当降低房屋高度，采用较为精确的内力分析方法，按较高抗震等级采取抗震措施。结构类型6度7度8度9度框架、板柱-抗震墙

6、4432框架抗震墙5543筒体，抗震墙6654适用的房屋高宽比注：1.当有大底盘时，计算高宽比的高度从大底盘的顶部算起；2.超过表内高宽比的体型复杂的房屋，应进行专门研究。2、柱网布置要简单规整楼梯间尽量不放在端头，拐弯处。梁，柱中线宜重和（e1/4hc）。3、填充墙布置要上下、左右均衡，优先选用轻质材料。填充墙与框架柱之间宜脱开或采用柔性连接4、砌体女儿墙中宜设构造柱，墙顶设压顶，在人流出入口与主体结构锚固。设缝将不规则结构划为规则结构足够的缝宽。设防撞墙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

7、加宽20mm。4.防震缝4.防震缝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。th框架框架-抗震墙抗撞墙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。层高不同高度、刚度相差较大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。5.2.3材料混凝土强度等级一级框架主体构件不低于C30；构造柱、圈梁等构件不低于C20。钢筋强度等级受力筋：HRB335、HRB400箍

8、筋：HPB235、HRB335、HRB400强屈比1.25fy实测/fyk1.3施工中替换钢筋要遵循承载力相等的原则5.2.4 抗震等级确定抗震分析及抗震措施的宏观标准。根据设防烈度、房屋高度、结构类型等因素确定。四个等级丙类建筑按表5-5确定烈度9高度（m)3030 3030 3030 25框架 框架四三三二二一一剧场,体育馆等大跨度公共建筑一框架 高度（m)6060 6060 6060 50-框架四三三二二一一结构 抗震墙一一一下表为丙类建筑抗震等级的划分：现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级注：1.建筑场地为类时，除6度外可按表内降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低

9、；2.接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施所要求的设防烈度按上表确定抗震等级。抗震措施提高一度（9度适当提高）提高一度（9度适当提高）；小规模建筑改变结构型式时可不提高原设防烈度适当降低（6度不降）地震作用计算应高于本地区设防烈度的要求，其值按批准的安评结果确定原设防烈度原设防烈度原设防烈度建筑的重要性重大建筑工程和可能发生严重次生灾害的建筑地震时使用不能中断或需尽快恢复的建筑甲、乙、丁类以外的一般建筑抗震次要的建筑建筑类别甲类乙类丙类丁类建筑物重要性分类与设防标准c ccccc1cc措施多层与高层建筑的地下室

10、一层以下根据具体情况按三级或按更低等级。9度时应专门研究。裙房与主楼的抗震等级图中c为抗震等级裙房顶部上下各一层应提高抗震=M /(V h0)5.2.5 按抗剪要求的截面限制条件对于跨高比大于2.5的梁、剪跨比大于2的柱：(0.20 f c bh0)1 REV(0.15 f c bh0)1 REV c c对于跨高比不大于2.5的梁、剪跨比不大于2的柱：对于框架结构的中间层柱H n2h 5.3 钢筋混凝土框架结构的抗震设计一般结构在纵横两个主轴方向进行抗震计算框架柱的边长一般不小于300mm避免形成短柱采用柱下单独基础时，某些情况需要沿两个主轴方向设置基础系梁在竖向荷载作用下的结构内力可以调幅；

11、现浇框架：0.80.9；装配整体式：0.70.8地震作用产生的结构内力不能调幅5.3.1 框架结构的设计要点地震作用及框架内力的计算一、水平地震作用的计算1、用顶点位移法计算基本自振周期：(s)T：0.60.72、用底部剪力法求水平地震作用；FEKFi3、求层间地震剪力 Vi，并分配到每个柱。二、水平地震作用下框架内力计算反弯点法D值法三、竖向荷载作用下框架内力计算（分层法）重力荷载代表值分层法（弯矩分配法）；梁上的内力可进行调幅。T1 =1.7 T uT D5.3.2 地震作用在结构各部分的分配及内力计算1、地震作用在结构各部分的分配ikViVij =Dijmk=12、内力计算反弯点法、D值

12、法5.3.3截面设计和构造各种荷载作用下结构的内力内力组合控制截面的最不利的内力截面计算配筋和构造设计最不利组合指截面配筋量较大的组合，并非Smax。S1 =1.2S GE +1.3S Eh R/RES 2 =1.2SG +1.4SQ R内力组合延性：指结构的后期变形能力。指标：u y 或 u/y延性框架：在地震作用效应下，具有一定的承载力、刚度、变形能力和耗能能力的框架。延性框架的设计措施：强柱弱梁；强剪弱弯；强节点、强锚固。延性框架的概念地震作用效应的调整1、“强柱弱梁”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者外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：9度和一级框架结构

13、，尚应符合：节点左右截面反时针或顺时针方向按实配钢筋（考虑C M=e M b1.1.e =1.4、2、1c M=1.2 M buabua M受压钢筋）正截面抗震受弯承载力，所对应的弯矩值之和，可根据实际配筋面积和材料强度标准值确定。一、二级框架角柱调整后的弯矩、剪力设计值应扩大1.3倍；1.1e =1.5、25、15对于底层柱下端截面：1.1.2、“强剪弱弯”防止梁柱端部在弯曲屈服前出现剪切破坏是抗震概念设计的要求，它意味着构件的受剪承载力要大于构件弯曲时实际达到的剪力。1）框架梁的梁端截面组合的剪力设计值l rb bvb =1.3、2、19度时和一级框架尚应符合:rbualbua+M)/ln

14、 +VGbV=1.1(M1.1.2）框架柱设计剪力的调整V=vc(M ct +M cb)/H nvc =1.4、2、19度时和一级框架结构尚应符合：bcuatcua)/H n+MV=1.2(M配筋和构造（1）截面尺寸限制条件梁端截面的混凝土受压区高度x，当考虑受压钢筋的作用时，应满足：x 0.25h0(一级）x 0.35h0(二、三级）对于跨高比大于2.5的梁、剪跨比大于2的柱：(0.20 f c bh0)1 REV(0.15 f c bh0)1 REV 对于跨高比不大于2.5的梁、剪跨比不大于2的柱：RE +1 RE +1（2）抗剪承载力的折减(0.6Vc+Vs)Vb 1 RE1 1.05A

15、svsh0+0.056N ft bh0+f yvVc 梁受压柱1 1.05Asvsh0 0.2 N ft bh0+f yv受拉柱 Vc 构造要求1框架梁1)普通框架梁截面宽度不宜小于200mm；截面高宽比不宜大于4；净跨与截面高度之比不宜小于4。2)扁梁扁梁指梁截面高度不大于梁截面宽度的梁。扁梁宽度大于柱宽时，楼板应采用现浇；梁中线宜与柱中线重合；扁梁宜双向布置；扁梁的截面尺寸应符合：bb2bc；bbbc+hb；hb16d式中：bc柱截面宽度，园形截面取柱直径的0.8倍；bb，hb分别为梁截面宽度和高度；d柱纵筋最大直径。扁梁的截面高度应满足挠度和裂缝宽度的有关规定。hb连续筋不少于2A0.5

16、AA二级抗震框架梁端的配筋构造As,AS/4h0弦长Asxd10mmmm 8AsxAS/4纵筋直径bc/20(矩形截面)hbAs,2.5%Minhb/4,8d,100mm纵筋直径bc/20(矩形截面)10mm加密区bcAs0.5As连续筋不少于2连续筋不少于214,且 AS/414,且AS/4h0弦长一级抗震框架梁端的配筋构造x=x/h0 0.25?As抗震等级加密区长度(mm)采用较大值箍筋最大间距(mm)采用较小值箍筋小直径(mm)一2hb,500Hb/4,6d,10010二1.5hb,500Hb/4,8d,1008三1.5hb,500Hb/4,8d,1508四1.5hb,500Hb/4,

17、8d,1506抗震框架梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径2、框架柱1）截面尺寸：截面宽度及高度均不宜小于300mm；圆柱直径及多边形的截面内切圆不宜小于350mm；剪跨比宜大于2；截面的长边与短边的边长比不宜大于3；2）框架柱中线与框架梁中线之间的偏心距不宜大于柱截面宽度的1/4。3）轴压比限值Nf c An=x/h0对称配筋的压弯构件fyAsfyAsNeeifcbxN=1 f c bx=1 f c bh0 1.0 f c A n=Nf c A b为大偏压 b为小偏压结论轴压比越大，脆性越大延性框架需要控制轴压比在合理的范围内一、二、三级抗震框架柱n分别为0.7、0.8、0.9；非抗

18、震框架柱的n取为1.0。Nfc A nn=4)柱的纵向配筋（矩形和圆形截面柱）纵筋宜对称配置；截面大于400mm的柱，纵筋间距不宜大于200mm；柱纵筋的最小配筋率按规范规定采用，每侧不小于0.2%，建造于类场地上较高的高层建筑（接近适用最大高度），最小总配筋率宜增加0.1；柱总配筋率不大于5%；剪跨比2的柱，每侧纵筋配筋率不宜大于1.2%；边柱、角柱考虑地震作用组合产生拉力时，柱内纵筋总截面面积计算值应增加30%；5)柱的箍筋加密范围及用量柱端取截面高度（圆柱直径），柱净高的1/6，和500mm三者的最大值；底层柱嵌固部位的箍筋加密范围不小于柱净高的1/3；当有刚性地面时，除柱端外尚应取刚性

19、地面上、下各500mm；剪跨比不大于2的柱和固非结构墙的约束形成的净高与柱截面高度之比不大于4的柱，取全高。箍筋间距不应大于100mm。梁柱之间偏心较大，宜取全高；6)柱的最小配箍特征值入V及体积配箍率Vf cf yvV V式中：V体积配箍率为箍筋体积与不包括净保护层混凝土体积的比值。计算复合箍的体积配箍率，应扣除重叠部分的箍筋体积；v最小配箍特征值，按表5-10采用。对一四级的框架柱，箍筋加密区的V分别不小于0.8%、0.6%、0.4%、0.4%。7)柱非加密区的配筋要求箍筋的体积配筋率不宜小于加密区配筋率的50%；箍筋间距对一、二级抗震不应大于10d，对三、四级不应大于15d；柱中纵筋总配

20、筋率超过3%时，箍筋应焊成封闭形式。8）常用的柱截面箍筋类别：普通箍 复合箍 螺旋箍框架柱加密区的箍筋最大肢距：一级：二、三级：四级：200mmmax(250mm,20d)300mm5.3.4 框架节点核心区的设计设计原则：1、节点承载力不低于其他构件的承载力；2、多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；3、罕遇地震时，应保证竖向荷载的传递；4、节点配筋不应使施工困难。1、破坏形态节点核心区的主要破坏形式为剪切破坏；破坏特征：交叉斜裂缝、混凝土被压碎、柱纵筋压屈2、节点抗剪强度和延性的影响因素梁板对节点区的约束作用四边有梁且带现浇楼板的中节点抗剪强度约能提高50%。轴压力的影响轴压比较小时，N提高

21、，V就提高；轴压比大于0.60.8时，N提高，V就下降。轴压力的存在会使节点延性降低。剪压比和配箍率限制配箍率，尽量保证纵筋先屈服，通过限制水平截面上的剪压比来实现。剪压比不能大于0.35。梁纵筋滑移在循环反复荷载作用下，纵筋滑移会降低节点的抗剪强度、刚度、延性、耗能能力。限制纵筋直径，保证锚固长度，增强锚固性能3、节点核心区的抗震验算要求核心区混凝土强度等级与柱相同时，一、二级框架节点应进行抗震验算；三、四级可不进行验算，但应符合构造要求；三级框架高度接近二级的下限时应验算。节点核心区混凝土强度等级不宜低于柱，否则应进行正斜截面承载力验算。M c +M cM b +M bM cl+M cuH

22、 nl rH n=4、节点核心区抗震验算方法（1）节点剪力设计值(f yk Asb+f yk Ast)(hbo as)H n=柱剪力：b tVc =H n由节点平衡：V j =C l +T r Vc =f yk Asb +f yk Ast Vc)H nV j =1.15 f yk(A +A)s tb ts s规范规定：1）一级框架和9度区：顶层节点：其他层节点：Vj =1.15 f yk(Ab+As)(1 )Hn2）其他情况：顶层节点：H n)hbo asH n(1 M bl +M brH n其他层节点：V j =b各抗震等级的顶层端节点和三、四级的所有节点，可不进行抗剪计算，仅按构造配箍筋就

23、行。（2）节点受剪承载力的设计要求1）、节点箍筋的设置同框架柱端加密区；2）、柱中的纵筋不能在节点中截断。V j V juAsvjsb j h jbc hc(hbo as)+f yvV ju =1.1 j ft b j h j +0.05 j N1 REAsvjs(hbo as)V ju =0.9 j ft b j h j +f yv1 RE9度区：（3）节点受剪截面限制条件(0.3 j c f c b j h j)1 REV j 5.3.5 预应力混凝土框架的抗震设计要求适用于6、7、8度区1、一般要求抗震设计时，框架的后张预应力构件宜采用有粘结预应力筋；后张预应力筋的锚具不宜设置在梁柱节点

24、核芯区。地震作用和重力荷载组合下产生的弯矩，一级框架至少有75%、二三级至少有65%由非预应力筋承担时，无粘结预应力筋可在框架中应用。主梁与裙房相连时，二者不宜共用预应力筋。Ap f pyAp f py+As f y=2、框架梁后张预应力混凝土框架梁中应采用预应力筋和非预应力筋混合配筋方式，按下式计算的预应力度,一级不宜大于0.55，二三级不宜大于0.75。预应力混凝土框架梁端纵向受拉钢筋按非预应力钢筋抗拉强度设计值换算的配筋率不应大于2.5%，且考虑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，、三级不应大于0.35。梁端截面的底面和顶面非预应力钢筋配筋量的比值除按计算

25、确定外，一级不应小于1.0，二、三级不应小于0.8，同时，底面非预应力钢 筋配筋量不应低于毛截面面积的0.2%。3、悬臂构件悬臂梁的预应力度限值、考虑受压钢筋的混凝土受压区高度和有效高度之比的限值与上述相同。悬臂梁梁底和梁顶非预应力筋配筋量的比值，除按计算确定外，不应小于1.0，且底面非预应力筋配筋量不应低于毛截面面积的0.2%。抗震等级 预应力度截面受压区高度一级0.50.25h0二、三级 0.60.35h04、框架柱和梁柱节点预应力混凝土大跨度框架顶层边柱宜采用非对称配筋，一侧采用混合配筋，另一侧仅配置普通钢筋预应力混凝土框架柱的截面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。预应力框架柱箍筋应沿柱全高加密。思考题5.4 为什么要限制柱的轴压比？5.6 框架结构在什么部位应加密箍筋？有何作用？5.7 对水平地震作用产生的弯矩可以调幅吗？为什么？作业题（P180）5.35.5