建筑结构抗震设计3

• 反弯点法适用于层数较少、梁柱线刚度比大于3的情况， 计算比较简单。 反弯点位置：上部0.5H，底层0.7H。
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算——续
• D值法（改进的反弯点法）近似地考虑了框架节点转动 对侧移刚度和反弯点高度的影响，比较精确，应用比较 广泛。
• D值法计算框架内力的步骤：
在考虑地震烈度、场地土、抗震性能，使用要求及 经济效果等因素和总结地震经验的基础上，在震区选择 结构体系应综合考虑如下条件： 1、现浇混凝土房屋适用的最大高度 2、房屋高宽比限值 3、建筑物刚度与场地条件有关 4、基础形式及埋置深度 如：天然地基时埋深不小于1/12建筑物高度
天然桩基时埋深不小于1/15建筑物高度 5、应注意技术经济指标。
• 钢筋混凝土框架房屋： 钢筋混凝土纵梁、横梁和柱 等构件组成承重体系的房屋。 • 钢筋混凝土框架房屋层数一 般在十层以下。
5.1 概述——续
• 框架-抗震墙结构：在框架房屋中增加抗震墙构成。 抗震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。
抗震墙
框架-抗震墙
5.1.1 震害及其分析
• 历次地震经验表明，钢筋混凝土结构房屋一般具有较好 的抗震性能。结构设计中只要经过合理的抗震计算并采 取妥善的抗震构造措施，在一般烈度区建造多层和高层 钢筋混凝土结构房屋是可以保证安全的。
2、当框架-抗震墙结构有足够的抗震墙时,其框架部分是 次要抗侧力构件,可按框架-抗震墙结构中的框架确定抗 震等级。否则按框架结构确定等级。区分标准是看框架 部分承受的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩 的50%。
3、另外，对同一类型结构抗震等级的高度分界，《抗震 规范》主要按一般工业与民用建筑的层高考虑，故对层 高特殊的工业建筑应酌情调整。设防烈度为6度、建于 l～III类场地上的结构，不需做抗震验算，但需按抗震 等级设计截面，满足抗震构造要求。
Vi ——第i层楼层剪力；
Dij ——第i层第j根柱的侧移刚度；
n
Dij
——第i层所有各柱侧移刚度之和。
j 1
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算——续
（3）确定反弯点高度y
y ( y0 y1 y2 y3)h
y0——标准反弯点高度比，查表取值； y1——上、下梁线刚度不同，对y0的修正值
5.3.3 竖向荷载作用下框架内力计算——续
1、竖向荷载下框架内力近似计算可采用分层法和弯矩二次 分配法。
1）分层法 • 将该层梁与上下柱组成计算单元； • 每层只承受该层竖向荷载，不考虑其他各层荷载的影响。
1层 3层
2层
5.3.3 竖向荷载作用下框架内力计算——续
• 由于各个单元上、下柱的远端并不是固定端，而是弹性 嵌固的，故在计算简图中除底层外其他各层柱的线刚度 均乘以折减系数0.9，因此柱的弯矩传递系数也相应地 由l／2改为l／3。
• 用弯矩分配法逐层计算各单元框架的弯矩，叠加起来 即为整个框架的弯矩。每一层柱的最终弯矩由上、下层 单元框架所得弯矩叠加。对节点处不平衡弯矩较大的可 再分配一次，但不再传递。
5.3.3 竖向荷载作用下框架内力计算——续
2）弯矩二次分配法 • 计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩）； • 将各节点的不平衡弯矩，同时作分配（按梁柱线刚度分
5、地震剪力的计算及分配 当已知第j层的水平地震作用标准值Fj和△Fn，第i层的
地震剪力为
然后，再按该层各柱的侧移刚度求其分担的水平地震 剪力标准值。一般将砖填充墙仅作为非结构构件，不考虑 其抗侧力作用。
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算
• 在工程手算方法中，常采用反弯点法和D值法(改进反弯 点法)进行水平地震作用下框架内力的分析。
• 主要震害可概述如下： 1、共振效应引起的震害
结构的自振周期与场地土的自振周期接近或一致，引起 建筑物的共振，导致结构破坏严重。 2、结构平面或竖向布置不当引起的震害 3、框架柱、梁和节点的震害 未经抗震设计的框架的震害主要反映在梁柱节点区。 柱的震害重于梁；柱顶震害重于柱底；角柱震害重于内 柱；短柱震害重于一般柱。
一般情况下采用底部剪力法分别求单元的总水平地震 作用标准值FEK各层水平地震作用标准值Fi和顶部附加水平 地震作用标准值△Fn。
5.3.1 水平地震作用计算——续
4、结构基本周期的计算 一般多采用顶点位移法，计入 T 的影响，框架结构
的基本周期T1可按下式计算：
T1 1.7t uT
T ——考虑非结构墙体刚度影响的周期折减系数，当采
5.1.1 震害及其分析——续
柱顶震害：柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝。重 者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。 破坏不易修复。
柱底震害：与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱 顶较轻。
5.1.1 震害及其分析——续
短柱震害：当柱高小于4倍柱截面高度（H/b<4)时形成短 柱。短柱刚度大，易产生剪切破坏。
5.1.1 震害及其分析——续
角柱震害： 由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比 内柱重。
5.1.1 震害及其分析——续
4、框架砖填充墙的震害 • 框架中嵌砌砖填充墙，容易发生墙面斜裂缝，并沿柱周
边开裂。端墙、窗间墙和门窗洞口边角部位破坏更加严 重。由于框架变形属剪切型，下部层间位移大，填充墙 震害呈现“下重上轻”的现象。 • 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， 因此在往复变形时墙体 易发生剪切破坏和散落。
(1)计算各层柱的侧移刚度D；
D
12EIc h3
kc
EIc hDkcFra bibliotek12 h2
KC——柱的线刚度； h ——楼层高度；
——节点转动影响系数，由梁柱线刚度，查表取用。
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算——续
(2)计算各柱所分配的剪力 Vij
式中
Vij
Dij Dij
• Vi
Vij ——第i层第j根柱所分配的地震剪力；
5.3.1 水平地震作用计算
1、结构的地震作用计算方向 一般可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震
作用，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力框架结 构承担。 2、计算单元的选取
一般应以防震缝所划分的结构单元作为计算单元，在 计算单元中各楼层重力荷载代表值的集中质点Gi设在楼屋 盖标高处。 3、水平地震作用计算
K1 K2
1
k1 k2 k3 k4
1
弯点上移， y1为正值
K3 K4
1
k3 k4 k1 k2
1
弯点下移， y1为负值
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算——续
y2 ——上层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。 查表取值。
y3 ——下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。 查表取值。
5.1.1 震害及其分析——续
5、抗震墙的震害 在强震作用下，抗震墙的震害主要表现为墙肢之间连梁的
剪切破坏。这主要是由于连梁跨度小、高度大形成深梁， 在反复荷载作用下形成X形剪切裂缝，这种破坏为剪切 型脆性破坏，尤其在房屋1／3高度处的连梁破坏更为明 显。
5.2 抗震设计的一般要求
5.2.1 结构体系选择
建筑结构抗震设计 Seismic design of buildings
主讲：张美霞 中国地质大学（武汉）工程学院土木系
第5章
多层及高层钢筋混凝土房屋 抗震设计
5.1 概述 5.2 抗震设计的一般要求 5.3 框架内力和位移计算 5.4 钢筋混凝土框架结构构件设计
5.1 概述
1、多层和高层钢筋混凝土结构形式 框架结构、框架-抗震墙结构、 抗震墙结构、筒体结构和 框架-筒体结构等。 本章仅介绍前两种。
配固端弯矩）和传递（传递系数均为l／2 ）； • 再作一次弯矩分配即可。 2、梁端弯矩的调幅 • 由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质，在竖向
荷载下可以考虑适当降低梁端弯矩，进行调幅，以减少 负弯矩钢筋的拥挤现象。对于现浇框架，调幅系数可取 0.8～0.9；装配整体式框架由于节点的附加变形，可取 =0.7～0.8。将调幅后的梁端弯矩叠加简支梁的弯矩， 则可得到梁的跨中弯矩。
5.3 框架内力与位移计算
结构抗震计算的内容一般包括： • 结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定； • 结构地震反应计算，包括多遇烈度下的地震荷载与结构
侧移； • 结构内力分析； • 截面抗震设计等。 框架结构设计的过程： 结构布置及构件截面尺寸确定——计算简图——荷载计算 ——重力荷载代表值计算——水平（地震）作用计算—— 内力计算（竖向、水平向）——内力组合——截面强度计 算——变形验算——构造措施等。
5.3.3 竖向荷载作用下框架内力计算——续
3、活荷载的不利布置 据统计，国内高层民用建筑重力荷载约12～15kN／M2，
其中活荷载约为2kN／M2左右，所占比例较小，其不利布置 对结构内力的影响并不大。因此，当活荷载不很大时，可 按全部满载布置。这样，可不考虑框架的侧移，以简化计 算。当活荷载较大时，可将跨中弯矩乘以1.1～1.2系数加 以修正，以考虑活荷载不利布置对跨中弯矩的影响。
(4)计算柱端弯矩MC 由柱剪力Vij和反弯点高度y，按下式求得：
上端
M
上 c
Vij
(h
y)
下端
M
下 c
Vij
y
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算——续
(5)计算梁端弯矩Mb 梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上、下柱端
弯矩之和按左、右梁的线刚度比例分配 。
M
左 b
(
M
上 c
M c下）
二
一
一
一
一
≤ 60
>60
≤ 50
二
一
一
一