多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计.ppt

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1、第第5 5章章 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计（框架结构）（框架结构）5.1 5.1 概述概述一一.多高层建筑的结构形式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框架、抗震墙、框架抗震墙及框架简体等结构体系 二二.抗震设计的内容抗震设计的内容抗震概念设计：抗震概念设计：结构体系选择结构体系选择，结构布置，一般规定等。，结构布置，一般规定等。抗震计算设计：内力，强度，变形等。抗震计算设计：内力，强度，变形等。抗震的构造措施设计等。抗震的构造措施设计等。5.2 5.2 抗震设计的一般要求（概念设计）抗震设计的一般要求（概念设计）一一.结构体系

2、选择结构体系选择 多高层钢筋混凝土房屋的结构体系有：多高层钢筋混凝土房屋的结构体系有：框架、抗震框架、抗震墙、框架抗震墙及框架简体等结构体系墙、框架抗震墙及框架简体等结构体系 。根据房。根据房屋的高度等可选择不同的体系（表屋的高度等可选择不同的体系（表5.15.1）。）。二二.结构布置结构布置 1.1.结构布置的基本原则是：结构布置的基本原则是：结构平面应力求简单规则，结构的主要抗侧力构件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。免地震时引起结构扭转及局部应力集中。

3、刚度中刚度中心心质量中质量中心心结构的竖向布置，应使其质量沿高度方向均匀分布，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。利结构的整体稳定性。合理地设置变形缝。合理地设置变形缝。加强楼加强楼屋盖屋盖的整体性。使结构受力均匀。的整体性。使结构受力均匀。尽可能做到技术先进，经济合理。尽可能做到技术先进，经济合理。2.2.框架结构布置框架结构布置A,A,一般的柱网形一般的柱网形式。式。承重框架宜双向设置。楼电梯间不宜设在结构单元承重框架宜双向设置。楼电梯间不宜设在结构单元的两端及拐角

4、处。的两端及拐角处。B B 地震区的框架结构，应设计成延性框架，地震区的框架结构，应设计成延性框架，遵守遵守“强柱弱梁强柱弱梁”、“强剪弱弯强剪弱弯”、强节点、强锚、强节点、强锚固等设计原则。固等设计原则。3、抗震等级抗震等级 体现在同样地震烈度下不同结构类型的钢筋砼房屋体现在同样地震烈度下不同结构类型的钢筋砼房屋不同的抗震要求。不同的抗震要求。如：次要的抗侧力结构单元的抗震要求可以低于主要的如：次要的抗侧力结构单元的抗震要求可以低于主要的抗侧力结构单元。抗侧力结构单元。抗震等级分为四级，结构的抗震等级越高，抗震措抗震等级分为四级，结构的抗震等级越高，抗震措施越高。施越高。C 框架结构梁柱截面

5、尺寸要求框架结构梁柱截面尺寸要求框架结构设计的过程及内容：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结构布置及构件截面尺寸确定计算简计算简图图荷载计算荷载计算刚度参数与自振周期计刚度参数与自振周期计算算水平（地震）作用计算水平（地震）作用计算弹性侧移验弹性侧移验算算内力计算（水平向、竖向）内力计算（水平向、竖向）内力组内力组合合截面强度计算截面强度计算弹塑性变形验算弹塑性变形验算构造措施等构造措施等5.3 5.3 框架内力与位移计算框架内力与位移计算一、水平地震作用的计算一、水平地震作用的计算（一）计算简图一）计算简图横向框架；纵向框架横向框架；纵向框架跨度，层高，荷载作用位置和大小

6、跨度，层高，荷载作用位置和大小（一）、水平地震作用的计算（一）、水平地震作用的计算一般情况下可用底部剪力法一般情况下可用底部剪力法周期计算可采用顶点位移法周期计算可采用顶点位移法 非结构墙体影响系数非结构墙体影响系数 eqEkGFTtuT7.110.6 0.8T各楼层地震作用标准值各楼层地震作用标准值EknjjiiiFHGHGF)1(顶层附加地震作用顶层附加地震作用 EknnFF二、水平地震作用下框架内力计算二、水平地震作用下框架内力计算（1)反弯点法反弯点法 反弯点法适用条件：层数较少，梁柱线刚度比大于反弯点法适用条件：层数较少，梁柱线刚度比大于3时。时。反弯点位置：上部反弯点位置：上部 0

7、.5H ，底层底层 0.7H内力计算步骤：内力计算步骤：层间剪力分配到柱层间剪力分配到柱计算柱弯矩计算柱弯矩根据节点平衡计算梁弯矩。根据节点平衡计算梁弯矩。(2)、D值法（改进反弯点法）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。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：计算步骤如下：、计算各层柱的侧移刚度计算各层柱的侧移刚度D a 修正系数，修正系数，由梁柱线刚度比定。由梁柱线刚度比定。1312hEID 31 2cE IDhhEIkcc212cDkh柱线刚度柱线刚度ckkkk221ckkkkkk24321kk2ckkk3ckkkk65kk25.0cK2K1

8、KcK4K1K2K3K3KcK5KcK6K取值取值边柱边柱中柱中柱一般层一般层底层底层、计算各柱分配剪力计算各柱分配剪力、确定反弯点高度确定反弯点高度yy0 标准反弯点高度比，查附表标准反弯点高度比，查附表5-1 P181y1 上、下梁线刚度不同，对上、下梁线刚度不同，对y0 的修正值的修正值 弯点上移，弯点上移，y1 为正为正值值 弯点下移，弯点下移，y1 为负为负值值ijjijVDDVhyyyyy)(32101K2K4K3K143211kkkk121431kkkky2 上层层高与本层层高不同时，反上层层高与本层层高不同时，反 弯点高度修正值。弯点高度修正值。由由 和和 查表。查表。、计算柱

9、端弯矩计算柱端弯矩 上端上端 下端下端hhu2k()cijMVhy上y y3 3 下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。上cM下cMijVycijMVy下、梁端剪梁端剪力力、计算柱轴力计算柱轴力N，为各层柱上梁端剪力之和为各层柱上梁端剪力之和lMMVrblbbbVlbMrbMbV、计算梁端弯矩计算梁端弯矩1k2k112(bcckMMMkk左上下）212(bcckMMMkk右上下）三、框架结构设计例题三、框架结构设计例题 某综合服务楼，主体为某综合服务楼，主体为8层钢筋混凝土框架结构，空心层钢筋混凝土框架结构，空心砖填充墙，局部砖填充墙，局部9层

10、，梁板柱均为现浇。柱网布置、建筑层，梁板柱均为现浇。柱网布置、建筑层高及横剖面简图见图层高及横剖面简图见图，底层柱截面尺寸；中柱，底层柱截面尺寸；中柱650mm650mm，边柱边柱550550mm。柱混凝土柱混凝土13层层 C40，49层层 C30。楼板采用双向连续板。纵横向框架楼板采用双向连续板。纵横向框架梁截面梁截面 400mm 650mm，梁混凝土梁混凝土 C30。设防烈度设防烈度8度，度，设计基本地震加速度为设计基本地震加速度为0.20g，I类场地土，设计地震分类场地土，设计地震分组为二组，抗震等级为二级。要求进行横向框架设计。组为二组，抗震等级为二级。要求进行横向框架设计。计算步骤：

11、计算步骤：重力荷载代表值计算重力荷载代表值计算刚度计算：梁，柱，层刚度计算：梁，柱，层自振周期计算自振周期计算地震作用计算地震作用计算地震作用的分配地震作用的分配地震作用下的内力计算地震作用下的内力计算竖向荷载下的内力计算竖向荷载下的内力计算内力组合内力组合强度、变形计算强度、变形计算计算简图计算简图【解解 （1）重力荷载计算）重力荷载计算 恒荷载取全部，活荷载恒荷载取全部，活荷载取取50，各层重力荷载集，各层重力荷载集中于楼屋盖标高处，其代中于楼屋盖标高处，其代表值为；表值为；9层层1800kN，8层层11570kN，27层层 9597kN，底层底层 9623kN。（2）梁柱刚度计算（为计算

12、框架的自振周期）梁柱刚度计算（为计算框架的自振周期）梁的线刚度如表梁的线刚度如表514。对于现浇砼框架梁：对于现浇砼框架梁：Ib=1.5I0 Ib=2.0I0考虑板的影响考虑板的影响边边框架框架中中框架框架注意区分不同位置的框架柱刚度注意区分不同位置的框架柱刚度影响因素：层位置；砼等级；截面尺寸；层高。影响因素：层位置；砼等级；截面尺寸；层高。还有：边框架；中框架；边柱；中柱等。还有：边框架；中框架；边柱；中柱等。边框架边框架边框架边框架中框架中框架区分边框架与区分边框架与中框架，是考中框架，是考虑梁的刚度不虑梁的刚度不同。区分边柱同。区分边柱与中柱，是考与中柱，是考虑梁的约束不虑梁的约束不同

13、。同。柱的侧移刚度柱的侧移刚度D值如表值如表515及表及表516。cK2K1K3KcK将将各层不同各层不同柱的刚度都柱的刚度都计算出来。计算出来。将将各层柱的总刚度汇总各层柱的总刚度汇总 （3）.自振周期计算自振周期计算 按顶点位移法计算，考虑填充墙对框架刚度的影响，取按顶点位移法计算，考虑填充墙对框架刚度的影响，取基本周期调整系数基本周期调整系数a0=0.6。计算公式为计算公式为 将各层的重力荷载代表值看将各层的重力荷载代表值看作水平荷载，计算其产生的框架作水平荷载，计算其产生的框架顶点位移。顶点位移。V层间层间刚度刚度层间位移层间位移累积位移累积位移（4）横向地震作用计算）横向地震作用计算

14、 地震作用按地震作用按 8度设计基本地震加速度度设计基本地震加速度 0.2g，类场地，设类场地，设计地震分组按二组，则计地震分组按二组，则 Tg=0.3s，amax=0.16，采用底部剪力法计算。由于采用底部剪力法计算。由于T=0.7151.4Tg=0.425，故故应考虑顶点附加地震作用，取应考虑顶点附加地震作用，取 顶点附加地震作用顶点附加地震作用各层地震作用分配：各层地震作用分配：注意：第注意：第9层考虑鞭梢作用。第层考虑鞭梢作用。第8层考虑顶点附加地震作用。层考虑顶点附加地震作用。（5）弹性层间变形验算）弹性层间变形验算（6）地震作用下框架的内力分析）地震作用下框架的内力分析作为例题，此

15、处取横向框架作为例题，此处取横向框架KJ4为例，为例，KJ4柱端弯矩计柱端弯矩计算结果详见表算结果详见表520.imimiiDVVDy为反弯点高度；为反弯点高度；imMV yh下1imiMVy h上上cM下cMijVy柱剪力柱剪力分配分配地震作用下框架梁端弯矩：地震作用下框架梁端弯矩：将柱端弯矩在梁端分配，将柱端弯矩在梁端分配，使梁端弯矩与柱端弯矩相等。使梁端弯矩与柱端弯矩相等。1k2k112(bcckMMMkk左上下）212(bcckMMMkk右上下）地震作用下的梁端地震作用下的梁端剪力及柱轴力剪力及柱轴力：lMMVrblbbbVlbMrbMbV梁端剪力之合为柱轴力梁端剪力之合为柱轴力四、竖

16、向荷载作用下框架内力计算四、竖向荷载作用下框架内力计算 分层法和弯矩二次分配法分层法和弯矩二次分配法1)分层法（弯矩分配法）分层法（弯矩分配法）3层2层1层特点：特点：底层底层 其它层其它层柱线刚度柱线刚度 不变不变 0.9 传递系数传递系数 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）。一次（不再传递）。2)弯矩二次分配法弯矩二次分配法 过程：计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩过程：计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩）分配分配（第一次）和（第一次）和 传递同时进行传递同时进行再分配（第二次）。再分配（第二次）。3)弯矩调幅弯矩调幅 考虑塑性内力重分布，可将梁端弯矩调幅，减小梁考虑塑性内力重分布，可将梁端弯矩调幅，减小梁端弯矩端弯矩 调整系数调整系数 现浇框架现浇框架 0.80.9 装配整体式装配整体式 0.70.8调幅后的跨中弯矩计算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。平荷载作用下的梁端弯矩不能调幅。例题