框架结构抗震设计说明书共85页
框架结构抗震课程设计
广东工业大学土木与交通工程学院 土木工程系 梁靖波
0
框架施工图设计
• 施工图的重要性：施工图是设计者设计意图的体 现，也是施工、监理、经济核算的重要依据。
“图纸是工程师的语言”
• 对施工图的要求：图面清楚整洁、标注齐全、构 造合理、符合国家制图标准及行业规范，能很好 地表达设计意图，并与计算书一致。 本课程设计任务： 按抗震要求绘制框架结构施工 图一份（手工绘制A2图一张），要求：用铅笔绘 制白纸图，尺寸及标注应齐备，满足构造要求。
• (4) 采用拉筋组合箍时，拉筋宜紧靠纵向钢筋 并勾住封闭箍； • (5) 柱非加密区的箍筋，其 体积配箍率 不宜小 于加密区的一半； 其 箍筋间距 ，不应大于加 密区箍筋间距的2倍，且一、二级不应大于10d， 三、四级不应大于15d。
框架节点核心区应设置水平箍筋，且应符合下列规 定 • （2）抗震设计时 • 箍筋的最大间距和最小直径宜符合抗震柱中箍筋的 规定，且
28
• la的计算式： l = α f y d α钢筋的外形系数 a ft • • 受拉钢筋绑扎搭接的搭接长度L1： L1≥ζla 且≥300mm
表4.8受拉钢筋搭接长度修正系数ζ 同一连接区段内搭接钢筋面积百 分率（%） 受拉钢筋搭接长度修正系数ζ ≤25 50 100
1.2
1.4
1.6
• 3、抗震设计时，钢筋混凝土结构构件纵向受力 钢筋的锚固和连接，应符合下列要求： • （1） 纵向受拉钢筋的最小锚固长度应按下列各 式采用： • • • 一、二级抗震等级 LaE =1.15La 三级抗震等级 LaE =1.05La 四级抗震等级 LaE =1.00La 接长度不应小于下式的计算值： • L1E＝ζLaE
框架结构抗震设计说明书
四、梁最小截面尺寸
• 如果梁截面尺寸太小，则截面上剪应力 将很高，此时，仅用增加配箍得方法不 能有效地限制斜裂缝过早出现及混凝土 碎裂。因此，要用下式校核截面最小尺 寸，不满足时应加大尺寸或提高混凝土 等级：
• 无地震组合时：Vb 0.25c fcbbhb0
• 有地震组合时：
当梁跨高比大于2.5时，Vb
2、受弯承载力计算
（1）跨中截面 M=180kN-m
（2）边支座柱边截面
抵抗正弯矩 Mmax = 210kN-m 抵抗负弯矩- Mmax = -420kN-m （3）中支座柱边
三、梁的抗剪配筋（斜截面承 载力计算）
无地震作用组合的剪力，按下式验算（以均布荷 载为例）：
Vb
0.7
ftbbhb0
1.25 f yv
4．延性框架，不仅要保证梁、 柱构件必 须具有延性外，还必须保证各构件的连 接部分—节点区不出现脆性剪切破坏， 同时还要保证支座连接和锚固不发生破 坏。
三、框架抗震措施要点
1．强柱弱梁 要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁 端出现，尽量避免和减少柱子中的塑性铰；
2．强剪弱弯 对于梁、柱构件，要保证构件出现塑性铰而不 过早剪坏，因此，要使构件抗剪承载力大于塑 性铰抗弯承载力，为此要提高构件的抗剪承载 力；
• 柱承受柱、弯、剪的共同作用，为保证延性，首先 要防止脆性的剪切破坏，还要避免几乎没有延性的 小偏压破坏。
一、剪跨比、轴压比和破坏形态
剪跨比： • 影响钢筋混凝土柱破坏形态的主要因素
是剪跨比。剪跨比是反映柱截面承受弯 矩和剪力相对大小的一个参数，表示为：
——柱端部截面的弯矩与剪力； ——柱截面高度。
1．要保证框架结构有一定的延性，梁、柱构件 需要具有足够的延性，钢筋混凝土构件的剪切 破坏是脆性的，或者延性很小。因此，构件不 能过早剪坏；
4.3 混凝土框架结构的抗震设计
横向框架承重
纵向框架承重
杆件——用轴线表示
4、框架结构受力特点
计算简图 框架结构（空间体系）
纵向平面框架 横向平面框架
节点——刚接节点
层高 底层柱：基础顶面到一层梁顶
其它层柱：各层梁顶之间距离
跨度——柱轴线间距
横向平面框架
纵向平面框架
4、框架结构受力特点
框架在荷载作用下的内力
内力近似计算方法
分层法
2. 框架基础梁
框架单独柱基有下列情况之一时，宜沿两个
主轴方向设置基础系梁： 1 一级框架和IV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； 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性土层、 液化土层和严重不均匀土层； 5 桩基承台之间。
4.3.4
框架结构的内力计算
横向框架承重：横向刚度大、有利于抵抗横向水平 荷载，纵向连系梁较小，利于房屋 采光、通风。
承 重 框 架 布 置
纵向框架承重：横向连系梁较小，利于设备管线 穿行，开间布置灵活，但横向刚 度差。 纵横向混合承重：纵横向梁截面均较大(刚度大)， 纵横向混合承重（预制板、现浇板） 纵横向混合承重（井式楼盖） 整体性能好，采用较多。
竖向荷载作用下分层计算示意图
分层法计算要点
（1）将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，每个敞口
框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱。梁上作用的荷载、各层柱高及
梁跨度均与原结构相同。
（2）除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束。为便于计算，
均将其处理为固定端。这样将使柱的弯曲变形有所减小，为消除这种影响，
2.框架柱
框架柱的截面尺寸宜符合下列要求： 1、柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm；圆柱的截面直径 不宜小于350mm； 2、柱的剪跨比宜大于2； 3、柱截面高度与宽度的比值不宜大于3。
《建筑结构抗震设计》 课程设计指导书
《建筑结构抗震设计》课程设计指导书建筑与土木工程学院土木工程专业建筑结构抗震设计指导书一、题目多层钢筋混凝土框架结构办公楼地震作用分析二、设计内容根据已有设计资料进行五层钢筋混凝土框架结构办公楼的抗震设计，具体设计内容如下：1. 确定结构平面布置，确定结构承重方案，估算梁、柱尺寸，绘制结构平面布置图；2. 确定框架结构的计算简图（绘制计算简图）；3. 横向框架结构侧向刚度计算，并进行侧向刚度比验算；4. 重力荷载代表值计算，求出各层的重力荷载代表值；5. 水平地震作用计算，采用底部剪力法求出每层的水平地震力，并进行剪重比验算；6. 内力计算：采用D值法进行一榀横向框架结构在水平地震作用下内力计算并绘制相应的内力图。
三、设计内容指导1.结构平面布置（1）确定结构承重方案及构件布置：应根据建筑的使用和造型的要求，确定一个相对合理的结构布置方案。
结构布置基本原则为结构受力合理；传力体系简单明确。
结构构件布置内容包括框架梁、柱布置；非框架梁布置；楼、屋面板布置；以及其它构件布置。
框架的布置可根据具体情况选择采用：●横向承重体系—竖向荷载主要由横向框架梁承担，用纵向连系梁连接各榀横向框架。
●纵向承重体系—竖向荷载主要由纵向框架梁承担，用横向连系梁连接各榀纵向框架。
●双向承重体系—纵、横向框架梁均要承担楼板传来的竖向荷载，有抗震设防要求的房屋宜采用此方案。
非框架梁一般优先布置于墙下和较重设备下，然后再根据楼板的大小和框架承重体系布置。
●构件的材料及施工方法：框架结构梁、板、柱混凝土等级不低于C20，目前框架梁、柱混凝土等级通常采用C30及以上。
多层框架结构梁、板、柱常采用相同的混凝土等级；高层框架结构梁、板、柱常采用不同的混凝土等级。
梁、柱主筋常采用热轧II级钢筋；箍筋常采用热轧I级钢筋；现浇板、楼梯构件及非主结构构件常采用热轧I级钢筋。
在抗震设防区，全现浇框架被广泛采用，也可采用现浇装配整体式框架。
（2）构件截面估算：●梁高h b：主、次梁交接时，主梁梁高一般比次梁梁高大50mm以上。
框架结构抗震课程设计
任务书一、设计内容钢筋混凝土框架结构抗震设计二、设计资料某六层现浇钢筋混凝土框架结构，屋顶有局部突出的楼梯间和水箱间。
平面、剖面，构件尺寸和各层重力荷载代表值如图1、图2所示。
梁、板混凝土强度等级均为C25，柱的混凝土等级为C30,梁柱中纵向筋均采用HRB335级，箍筋均采用HPB235。
梁板柱截面尺寸：AB 轴线和CD轴线间梁顶层b×h=250mm×600mm，一～五层为b×h=250mm ×650mm;BC轴线间梁b×h=250mm×400mm。
柱截面尺寸：一～三层为550mm×550mm，四～六层为500mm×500mm。
抗震设防烈度、设计地震分组和场地类别见表1。
采用底部剪力法对该框架进行截面抗震计算。
（本人：设计抗震设防烈度7度，设计地震分组二组，场地类别Ⅳ类）三、设计要求课程设计时间：一周成果：（1）设计计算书一份。
包括：计算过程，计算简图等（2）梁、柱配筋设计图要求：按学号选择设计资料。
计算完整，数据正确，书写工整。
图号自拟，布图合理，线型分明，标注明确。
独立完成，采用手写稿或电子稿并按要求装订成册。
图1 平面图图2 剖面图1.计算简图及重力荷载代表值的确定永久荷载作用于框架梁上的荷载屋面恒载三毡四油屋面防水层0.4kN/m21:3水泥沙浆找平层20mm0.4kN/m2水泥蛭石板保温层60mm0.12kN/m21:8水泥炉渣找坡80mm1.44kN/m21:3水泥沙浆找平层20mm0.4kN/m2现浇钢筋混凝土板80mm2.kN/m2板底抹灰20mm0.4kN/m2合计5.1kN/m2楼面恒载水磨石地面0.65kN/m2现浇钢筋混凝土板80mm2..0kN/m2板底抹灰20mm0.4kN/m2合计3.05kN/m梁自重横向框架梁：2.5kN/m次要框架梁：2kN/m柱自重上层柱：18.75 kN /根底层柱：20.25 kN /根墙自重及两面抹灰女儿墙：4.56KN/m 两面抹灰：0.68kN/m 共计：5.24kN/m 2~6层：外墙标准层墙: 20.3KN/m内墙标准层墙: 13.1KN/m底层: 外墙标准层墙: 28.12KN/m内墙标准层墙: 28.12KN/m重力荷载代表值（恒载+0.5活载）活荷载Q=2.048.911.6=1155KNG6= G板+G梁+G上柱/2+G女儿墙+G标墙/2=6900（不包括屋面活荷载）G5= G板+G梁+G上柱+ G标墙+F活/2=9300KNG2=G3=G4=G5 =9300KNG1= G 板+G 梁+G 上柱/2+G 底柱/2+G 标墙/2+G 底墙+F 活/2=10300KN各层重力代表值及计算简图2.框架抗侧移刚度的计算（D 值的计算） （1） 梁的线刚度。
抗震框架结构设计指导书
柱截面高度与宽度均不宜小于 300mm，剪跨比宜大于 2，柱截面长边与短边的边 长比不宜大于 3。 同一平面内框架柱与框架梁中心线的偏心距不宜大于柱截面在该方向 边长的 1/4。
2
二、框架结构的计算简图
1.框架的计算单元 框架结构是空间结构，设计时通常近似按两个方向的平面框架分别计算。图 1 为 横向承重框架结构 KJ-3 的计算单元选取。 2.动力计算简图 多自由度体系动力计算简图采用层间模型，即每层楼面及屋面作为一个质点，楼 面与楼面（屋面）之间的竖向构件（如墙、柱等）的质量分别向上、向下集结到楼面及 屋面质点处。 3.内力计算简图 （1）框架跨度：取柱中心线之间的距离； （2）框架高度：底层高度取基础顶面到二层梁面之间的距离，其余层取层高。 （3）坡度≤1/8 的斜梁或折线形横梁简化为水平横梁。
六、多遇水平地震作用计算
对于房屋高度不超过 40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以剪切变形 为主， 扭转效应可忽略不计的结构可采用底部剪力法计算结构多遇水平地震作用， 其主 要计算步骤为： 1.计算结构等效总重力荷载代表值：Geq=0.85ΣGi； 2.由结构的基本自振周期 T1，根据地震影响系数曲线确定结构的地震影响系数α1； 混凝土结构的阻尼比 ζ 取 0.05； 3.计算总水平地震作用标准值：FEk=α1 Geq； 4.计算各质点多遇水平地震作用标准值： （1）T1>1.4 Tg
Gi H i
∑G j H j
j =1
n
FEk 。
七、框架各层地震力及弹性位移计算
1.各层地震力 相应各层的地震剪力标准值 Vi：Vi= ∑ Fi 。
j =i n
采用底部剪力法时，突出屋面的屋顶间、女儿墙等的地震作用效应，宜乘以增大系 数 3，此增大部分不应往下传递，但与该突出部分相连的构件应予计入。 规则结构不进行扭转耦联计算时， 平行地震作用方向两个边榀， 其地震作用应乘以 增大系数。一般情况下，短边可按 1.15 采用，长边可按 1.05 采用。 2. 位移计算 （1）多遇地震作用下的楼层内最大水平弹性层间位移验算：Δue≤/h/550； （2）罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算：Δup≤h /50。
框架结构抗震设计
yh ( y0 y1 y2 y3 )h
t 上端弯矩： M c
V jk
D jk
V jk (1 y )h
D
r 1
m
Vj
jr
下端弯矩：
b Mc
V jk yh
抗震计算设计（框架内力计算）
（3）计算梁端弯矩、剪力。 （4）计算柱子轴力。 左梁端弯矩： 例题
ibl M ibl ibr
最大剪力Vmax (支座)
注意：左风右风、左震右震参与组合
抗震计算设计（框架内力组合）
9.3 框架柱截面内力组合
（1） 控制截面
每层柱的上下端。 （2） 内力组合（基本同单厂柱） 框架柱通常对称配筋，取三种情况： ① |M|max及相应的N，V
② Nmax及相应的M，V
③ Nmin 及相应的M，V 例题
抗震计算与构造措施
非抗震设计
SR
x M 1 f c bx(h0 ) 2
M 1
抗震设计
S
R
RE
RE
x [1 f c bx(h0 )] 2
一级框架： 二、三级框架：
x 0.25h0
x 0.35h0
抗震计算与构造措施
（3）受剪： 1)考虑“强剪弱弯”进行内力调整(P188)
阳台、雨篷
悬桃1.2-2.0m左右
根部120-200mm
概念设计（结构布置方案）
（3）按变形条件选择
类别 单向板 简支板h/l 1/35 连续板h/l 1/40 悬臂板h/l 根部1/12
双向板
1/45
1/50
（4）注意所选择的板厚，不得小于按施工要求及按变形控制的板厚。
概念设计（结构布置方案）
框架结构抗震设计
二、梁的抗弯配筋 （正截面承载力计算 正截面承载力计算） 正截面承载力计算
• 梁的抗弯配筋数量将影响梁的塑性变形 能力。 • 试验表明：在受压区配置钢筋或者加大 混凝土受压区宽度（T形梁）都能使梁的 T 塑性变形阶段加长，改善延性。 • 影响梁延性的因素可以归纳为一点：相 对受压区高度 ，其中为截面名义 压区高度 ，为截面有效高度。
框架顶点水平位移是由各个杆件的变形形 成的。当各杆件都处于弹性阶段时， 成的。当各杆件都处于弹性阶段时，结构 变形是弹性的。当杆件屈服后， 变形是弹性的。当杆件屈服后，结构就出 现塑性变形。框架中， 现塑性变形。框架中，塑性铰可能出现在 梁上，也可能出现在柱上，因此，梁、柱 梁上，也可能出现在柱上，因此， 构件都应由良好的延性。 构件都应由良好的延性。构件的延性以构 件的变形或塑性铰转动能力来衡量， 件的变形或塑性铰转动能力来衡量，称为 构件位移延性比 或截面曲率延性 比
• 条件 条件：某三跨十层框架，边跨跨长（中-中）为5.7m， 柱宽500mm，梁宽b=250mm，梁高h=600mm，as=35mm， 混凝土C30，纵筋HRB335，箍筋HPB235。作用于梁上 的重力荷载值为52kN/m。在重力荷载和地震作用组 合下边跨一层梁上的弯矩值是： 边支座柱边的弯矩Mma=210kN-m，- Mma= -420kN-m 中支座柱边的弯矩Mma=175kN-m，- Mma= -360kN-m 跨中Mmax=180kN-m;边跨梁中的最大剪力Vma=230kN 要求：根据计算和构造要求配置钢筋。
• 塑性铰区范围外：梁的设计剪力取内力组合得到的 计算剪力，按设计剪力进行配置箍筋。 • 塑性铰区范围内：抗剪要求计算的箍筋往往比梁中 塑性铰区范围内： 部箍筋多，间距密，一般称为箍筋加密区。 部箍筋多，间距密，一般称为箍筋加密区。试验表 箍筋加密区长度不得小于2 一级抗震） 明，箍筋加密区长度不得小于2h（一级抗震）或 1.5h 四级抗震），同时也不得小于500mm。 ），同时也不得小于500mm 1.5h（二、三、四级抗震），同时也不得小于500mm。 同时，此范围内，不仅有竖向裂缝，也有斜裂缝。 同时，此范围内，不仅有竖向裂缝，也有斜裂缝。 在地震作用下，构件反复受弯，会产生交叉斜裂缝， 在地震作用下，构件反复受弯，会产生交叉斜裂缝， 竖向裂缝可能贯通， 竖向裂缝可能贯通，混凝土骨料的咬合作用会渐渐 丧失，而主要依靠箍筋和纵筋的销键作用传递剪力， 丧失，而主要依靠箍筋和纵筋的销键作用传递剪力， 这是十分不利的。 这是十分不利的。