oAAA框架结构抗震设计经典讲义.ppt.ppt
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1、2019/7/8,1,第五章,多层及高层 钢筋混凝土房屋抗震设计,2019/7/8,2,第五章内容提要,5.1 概述 5.2 抗震设计的一般要求 5.3 框架结构内力与位移计算 5.4 框架结构构件设计 5.5 框架结构的抗震设计步骤 5.6 框架结构设计例题,2019/7/8,3,5.1 概述,5.1.1 多层与高层 1. 对于多层建筑与高层建筑的划分,全世界至今没有统一的标准,在不同国家,不同年代,其规定不尽相同。 美国规定:高度在2225m以上或7层以上的建筑为高层建筑。 英国规定:高度24.3m以上的建筑为高层建筑。,2019/7/8,4,多层与高层,法国规定:居住建筑高度50m以上,
2、其他建筑高度为28m以上的建筑为高层建筑。 日本规定:高度超过31m或8层以上的建筑为高层建筑,30层以上的住宅规定为超高层建筑。,2019/7/8,5,多层与高层,2. 联合国科教文组织所属的世界高层建筑委员会建议,将高层建筑划分为以下四类: 第一类高层建筑:916层(高度50m) 第二类高层建筑:1725层(高度75m) 第三类高层建筑:2640层(高度100m) 第四类高层建筑:40层以上(高度100m),2019/7/8,6,多层与高层,3. 我国其他有关规范中规定: 高层民用建筑设计防火规范(GBJ45-82)中规定10层及10层以上的住宅和建筑高度超过24m的其他民用建筑为高层建筑
3、。 钢筋砼高层建筑结构设计与施工规程(JBJ3-90)中规定10层和10层以上的民用建筑为高层建筑。此规定仅限于钢筋砼结构,其高度不超过200m。,2019/7/8,7,结构体系,5.1.2 多层及高层建筑结构体系 1.框架结构体系 2.剪力墙结构体系 3.框架-剪力墙结构体系 4.筒体结构体系,2019/7/8,8,框架结构体系典型的平面图,2019/7/8,9,剪力墙结构平面图,(a),(b),(c),(d),(e),(f),2019/7/8,10,框架剪力墙结构平面图,2019/7/8,11,筒体(筒中筒)结构平面图及楼板布置,2019/7/8,12,筒体结构系,2019/7/8,13,
4、筒体结构的转换层,2019/7/8,14,框架结构震害,5.1.3 框架结构的震害及其分析 1.柱端弯剪破坏。 因柱端弯矩、剪力、轴力都较大。 2.柱身剪力破坏。 由剪力、扭矩复合作用引起。,2019/7/8,15,框架结构震害,3.角柱破坏。 当房屋发生扭转时,角柱受剪最大;同时又因双向受弯。所以震害比内柱重。 4. 短柱破坏。 长细比4或柱高与短边之比4时为短柱 短柱刚度大,分配到的地震剪力也大,常发生剪切破坏。,2019/7/8,16,框架结构震害,5. 梁柱节点破坏 因箍筋不足,在剪压作用下节点区破坏。 6. 梁端纵筋锚固不足,产生锚固破坏。 7. 梁端剪切破坏。 8. 填充墙破坏 因
5、框架层间位移较大,而砖砌体的极限变形很小。这样,在地震作用下填充墙容易产生裂缝,甚至倒塌。,2019/7/8,17,5.2 抗震设计的一般要求,5.2.1 结构体系选择 5.2.2 结构布置 5.2.3 结构抗震等级,2019/7/8,18,结构体系选择,5.2.1 结构体系选择 1. 房屋最大适用高度 抗震规范在考虑地震烈度、场地土、抗震性能、使用要求、经济效果等因素,并在总结震害经验的基础上,对现浇钢筋混凝土房屋的适用高度给出了规定,见表5-1。 对于平面和竖向均不规则的结构或建造与类场地的结构,适用最大高度应适当降低。,2019/7/8,19,房屋适用的最大高度,表5-1 现浇钢筋混凝土
6、房屋适用的最大高度,2019/7/8,20,房屋的最大高宽比,2. 高层建筑的最大高宽比 高层建筑的高宽比一般不宜超过下表(表5-2)的限值。,2019/7/8,21,基础的选择,3.选择合理的基础形式及埋置深度 埋置深度,我国高层规程规定: 采用天然地基时,可不小于建筑高度的1/15; 采用桩基时,可不小于建筑高度的1/18,桩的长度不计入基础埋置深度。 当基础落在基岩上时,埋深可根据工程具体情况确定,可不设地下室,但应采取地锚等措施。,2019/7/8,22,基础的选择,常用的基础形式 独立基础; 条形基础、十字交叉基础; 筏板基础:梁板式、平板式; 箱形基础:由底板、顶板及纵横墙体构成;
7、 桩基础(深基础):磨擦桩、端承桩;,2019/7/8,23,基础的形式,筏板基础,条形基础,十字形基础,箱形基础,2019/7/8,24,基础的形式,桩基础,桩,承台,2019/7/8,25,5.2.2 结构布置,1.多高层钢筋混凝土结构房屋结构布置的基本原则是: 结构平面布置 平面布置力求简单规则; 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。,2019/7/8,26,结构布置,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; 应尽可能降低建筑物的重心,以利结构的整体稳定性。 合理地设置防震缝(P.85-86) 加强楼屋盖的整体性,2019/7/8,
8、27,框架结构体系,2.框架结构种类 按照施工方法不同分为: 整体式现浇框架。整体性好,抗震能力强。 装配式梁、柱等构为预制。施工速度快,整体性差。 装配整体式部分构件预制,其余部分现浇。工程中常见的是柱子现浇,梁、板预制,做整体浇筑层。,2019/7/8,28,框架结构布置,3. 框架结构布置 按照结构布置不同,框架结构可分为三种布置方案: 横向承重方案 纵向承重方案 纵横向承重方案,2019/7/8,29,横向承重框架,纵向承重框架,纵横向承重框架,2019/7/8,30,框架结构布置,(1)为抵抗不同方向的地震作用,承重框架宜双向设置。 常见框架的柱网形式有方格式与内廊式两类,见图5-3
9、。,方格式柱网,内廊式柱网,2019/7/8,31,框架结构布置,框架结构剖面图,多层多跨框架,复式框架(缺梁),2019/7/8,32,框架结构布置,(2)楼电梯间不宜设在结构单元的两端及拐角处。因为单元角部扭转应力大,受力复杂,容易造成破坏。 (3)框架刚度沿高度不宜突变,以免造成薄弱层。 (4) 宜将框架梁设置在同一标高处,尽可能不采用复式框架,避免出现错层和夹层,造成短柱破坏,2019/7/8,33,框架结构布置,(5)出屋面小房间不要做成砖混结构,可将框架柱延伸上去或做钢木轻型结构,以防鞭端效应造成结构破坏。 (6)梁与柱的轴线宜重合,不能重合时其最大偏心距不宜大于柱宽的1/4。 (
10、7)框架结构中填充墙的要求 非承重墙体的材料应优先采用轻质墙体材料。,2019/7/8,34,框架结构布置, 刚性非承重墙体的布置,在平面和竖向的布置宜均匀对称,避免形成薄弱层或短柱。 墙体与结构体系应有可靠的连接或拉结,应能适应不同方向的层间位移。 砌体填充墙宜与梁柱轴线位于同一平面内。,2019/7/8,35,抗震缝布置,4. 抗震缝布置 对于体形复杂、平立面特别不规则的建筑结构,可按实际需要在适当部位设置防震缝。 防震缝应根据抗震设防烈度、结构材料种类、结构类型、结构单元的高度和高差情况,留有足够的宽度。 当设置伸缩缝和沉降缝时,其宽度应符合防震缝的要求。,2019/7/8,36,抗震规
11、范规定,防震缝最小宽度应符合下列要求: 1.框架结构房屋的防震缝宽度,当高度不超过15m时可采用70mm;超过15m时度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m,宜加宽20mm。 2.框架-剪力墙结构房屋,其防震缝宽度可采用框架结构房屋规定数值的70,但不宜小于70mm。 3.防震缝两侧结构体系不同时,防震缝宽度按不利体系考虑,并按低的房屋高度计算缝宽。,抗震缝布置,2019/7/8,37,框架结构单独基础连系梁的布置 框架结构单独基础有下列情况之一时,宜沿两个主轴方向设置基础连系梁: (1)一级框架和类场地的二级框架。 (2)各柱基承受的重力荷载代表值差别较大。,基础连系梁布置
12、,2019/7/8,38,基础连系梁布置,(3)基础埋置较深,或各基础埋置深度差别较大。 (4)地基主要受力层范围内存在软弱粘土层、液化土层和严重不均匀土层。 (5)桩基承台之间。,2019/7/8,39,5.2.3 结构抗震等级,1. 钢筋混凝土结构的地震反应特点 (1)地震作用越大房屋的抗震要求越高。 不同的设防烈度和场地上,同样结构所具有的实际抗震能力会有较大的差别。因此,对于不同设防烈度和场地的结构抗震要求应加以区别。,2019/7/8,40,结构抗震等级,(2)结构的抗震能力主要取决于抗侧力构件的性能,主、次要抗侧力构件的抗震要求应有所区别。 例如:框架结构中的框架抗震要求应高于框架
13、-抗震墙中的框架。框支墙结构的框架抗震要求更高。框架-剪力墙结构中的剪力墙抗震要求应高于剪力墙结构中剪力墙。 (3)房屋越高,地震反应越大,其抗震要求应越高。,2019/7/8,41,结构抗震等级,2. 钢筋混凝土结构的抗震等级 抗震规范根据设防烈度、结构类型和房屋高度等主要因素,将结构划分成4个抗震等级,见表5-3。,表5-3 丙类多层及高层现浇钢筋混凝土结构的抗震等级,2019/7/8,43,关于确定结构抗震等级的说明,1. 表5-3中的抗震等级是按丙类建筑划分的。对于甲、乙、丁类建筑应先确定抗震构造措施所要求的设防烈度,再按表5-3确定抗震等级。 2. 部分框支抗震墙结构中,抗震墙加强部
14、位以上的一般部位,应允许按抗震墙结构确定其抗震等级。 3. 建筑为类场地时,除6度外可按降低一度对应的抗震等级采取构造措施,但相应的计算要求不降低。 4. 接近或等于高度分界时,应结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。 5. 框架-抗震墙结构中,当取基本振型计算地震作用时,如抗震墙底部承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的50%,则框架部分的抗震等级应按框架结构确定。,2019/7/8,44,关于确定结构抗震等级的说明续,6. 裙房与主楼相连,除应按裙房本身确定外,不应低于主楼的抗震等级。主楼结构在裙房屋面及上下各一层应适当加强抗震构造措施。裙房与主楼分离时,应按裙房本身结构确
15、定抗震等级。 7. 当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时,地下一层的抗震等级应与上部结构相同。地下二层以下(包括地下二层)的抗震等级可以降低,可按三级或更低等级。地下室中无上部结构的部分,可根据具体情况采用三级或更低等级。9度时应专门研究。,2019/7/8,45,5.3 框架结构内力与位移计算,5.3.1 框架结构的水平地震作用计算 5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算 5.3.3 竖向荷载下框架内力的计算 5.3.4 内力组合 5.3.5 框架结构位移验算,2019/7/8,46,5.3.1 框架结构的水平地震作用计算,1.水平地震作用的计算方法 (1)底部剪力法(注意适用范围) (2)
16、振型分解反应谱法,2019/7/8,47,5.3.1 框架结构的水平地震作用计算,2.结构自振周期的计算 一般可采用顶点位移法计算框架结构的自振周期。公式如下: 式中:T 周期折减系数。当采用实砌填充墙时取T 0.60.7;当采用轻质或外挂墙板时取T 0.8。 uT假设以各楼层出的重力荷载Gi为水平荷载,按弹性方法求出主体结构顶部的位移(m)。,2019/7/8,48,框架结构的计算简图,3.空间结构 框架结构是一个由横向框架和纵向框架组成的空间结构。,2019/7/8,49,平面计算单元,4.平面计算单元 为了简化,计算内力时可以忽略框架的空间作用,简化为若干个横向平面,框架和纵向平面框架来
17、分别计算。,风荷载,风荷载,2019/7/8,50,荷载或作用力,5.各榀平面框架承担的荷载或作用力 竖向荷载(恒载、活载):根据荷载传递路径,分别由横向框架、纵向框架承担。 风荷载:每榀框架只承担计算单元范围内的风荷载值。 水平地震作用:每榀框架承担的水平力按各榀框架的侧向刚度分配。,2019/7/8,51,荷载传递(单向板),2019/7/8,52,荷载传递(双向板),框架梁,框架柱,2019/7/8,53,计算简图,6.计算简图 在平面框架计算简图中,框架杆件用轴线表示。,2019/7/8,54,计算简图,底层柱固定端取在基础顶面。 除底层外,各层高度取层高。 跨度按柱轴线位置确定。,竖
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