《框架结构抗震设计》PPT课件.ppt
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1、2023/7/19,1,第五章,多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计,2023/7/19,2,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,2023/7/19,3,5.1 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。,2023/7/19,4,多层与高层,法国规定:居住建筑高度50m以上,其他建筑高度
2、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。,2023/7/19,5,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),2023/7/19,6,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。钢筋砼高层建筑结构设计
3、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。,2023/7/19,7,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,2023/7/19,8,框架结构体系典型的平面图,2023/7/19,9,剪力墙结构平面图,(a),(b),(c),(d),(e),(f),2023/7/19,10,框架剪力墙结构平面图,2023/7/19,11,筒体(筒中筒)结构平面图及楼板布置,2023/7/19,12,筒体结构系,2023/7/19,13,筒体结构的转换层,2
4、023/7/19,14,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。,2023/7/19,15,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。,2023/7/19,16,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.填充墙破坏因框架层间位移较大,而砖砌体的极限变形很小。这样,在
5、地震作用下填充墙容易产生裂缝,甚至倒塌。,2023/7/19,17,5.2 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,2023/7/19,18,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。,2023/7/19,19,房屋适用的最大高度,表5-1 现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度,2023/7/19,20,房屋的最
6、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。,2023/7/19,21,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。,2023/7/19,22,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;桩基础(深基础):磨擦桩、端承桩;,2023/7/19,23,基础的
7、形式,筏板基础,条形基础,十字形基础,箱形基础,2023/7/19,24,基础的形式,桩基础,桩,承台,2023/7/19,25,5.2.2 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。,2023/7/19,26,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,2023/7/19,27,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
8、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。,2023/7/19,28,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,2023/7/19,29,横向承重框架,纵向承重框架,纵横向承重框架,2023/7/19,30,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。,方格式柱网,内廊式柱网,2023/7/19,31,框架结构布置,框架结构剖面图,多层多跨
9、框架,复式框架(缺梁),2023/7/19,32,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,2023/7/19,33,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。(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。,2023/7/19,34,框
10、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。,2023/7/19,35,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。,2023/7/19,36,抗震规范规定,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
11、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,2023/7/19,37,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,2023/7/19,38,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
12、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。,2023/7/19,39,5.2.3 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。,2023/7/19,40,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-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
13、,地震反应越大,其抗震要求应越高。,2023/7/19,41,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,2023/7/19,43,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
14、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。,2023/7/19,44,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
15、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。,2023/7/19,45,5.3 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,2023/7/19,46,5.3.1 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)振型分解反应谱法,2023/7/19,47,5.3.1 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。
16、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)。,2023/7/19,48,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。,2023/7/19,49,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分别计算。,风荷载,风荷载,2023/7/19,50,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
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