第5章

多層及高層鋼筋混凝土

房屋抗震設計

（框架結構部分）147第5章

多層及高層鋼筋混凝土

房屋抗震設計

（框架結構部§5.1概述一.多高層建筑的結構形式框架、抗震墻、框架－抗震墻及框架－簡體等結構體系二.抗震設計的內容抗震概念設計：結構體系選擇，結構布置，一般規定等。抗震計算設計：地震作用，內力，強度，變形等。抗震的構造措施設計等。247§5.1概述一.多高層建筑的結構形式二.抗震設計的內容抗§5.2抗震設計的一般要求（概念設計）場地選擇建筑的平立面布置結構選型與結構布置多道抗震防線剛度、承載力和延性的匹配確保結構的整體性347§5.2抗震設計的一般要求（概念設計）場地選擇建筑的平立框架結構設計的過程及內容：結構布置及構件截面尺寸確定計算簡圖荷載計算:重力荷載代表值;水平地震作用內力計算（豎向、水平向）內力組合截面強度計算變形驗算構造措施等§5.3框架內力與位移計算447框架結構設計的過程及內容：§5.3框架內力與位移計算44一、水平地震作用的計算（一）計算簡圖橫向框架；縱向框架跨度，層高，荷載作用位置和大小注意這種計算簡圖與糖葫蘆計算簡圖的意義547一、水平地震作用的計算（一）計算簡圖橫向框架；縱向框架跨度，地震作用計算簡圖中重要的參數1質量的簡化2阻尼的簡化3剛度的簡化框架結構層間剛度的計算問題647地震作用計算簡圖中重要的參數1質量的簡化2阻尼的簡化34框架抗側剛度的計算（1）當梁的線剛度比柱的線剛度大的較多時，假定梁的剛度無限大。（2）考慮梁剛度對柱剛度的有限影響，柱的剛度將變小。（3）層間剛度7474框架抗側剛度的計算747（二）、水平地震作用的計算一般情況下可用底部剪力法周期計算可采用頂點位移法非結構墻體影響系數

各樓層地震作用標準值頂層附加地震作用

847（二）、水平地震作用的計算一般情況下可用底部剪力法各樓層地震二、水平地震作用下框架內力計算在計算出水平地震作用后，框架的內力計算是一個結構力學問題。只要正確的設置結構的參數，計算方法可以有多種。實際設計應用較多的是計算機方法—矩陣位移法。說明計算原理的簡化計算方法——反彎點法。947二、水平地震作用下框架內力計算在計算出水平地震

（1)反彎點法反彎點法適用條件：層數較少，梁柱線剛度比大于3時。反彎點位置：上部0.5H，底層0.7H1047（1)反彎點法1047內力計算步驟：層間剪力分配到柱——計算柱彎矩——根據節點平衡計算梁彎矩。如何分配？1147內力計算步驟：如何分配？1147(2)、D值法（改進反彎點法）

考慮上下梁剛度的影響，對反彎點位置加以修正。

計算步驟如下：

a——修正系數，由梁柱線剛度比定。柱線剛度抗側剛度的計算方法①、計算各層柱的側移剛度D1247(2)、D值法（改進反彎點法）

考慮上下梁剛度的影響，對反彎α取值邊柱中柱一般層底層1347α取值邊柱中柱一般層底層1347②、計算各柱分配剪力③、確定反彎點高度yy0——標準反彎點高度比，查附表5-1P181y1——上、下梁線剛度不同，對y0的修正值彎點上移，y1為正值彎點下移，y1為負值1447②、計算各柱分配剪力③、確定反彎點高度y1447y2——上層層高與本層層高不同時，反彎點高度修正值。由和查表。④、計算柱端彎矩上端下端y3——下層層高與本層層高不同時，反彎點高度修正值。1547y2——上層層高與本層層高不同時，反彎點高度修正值。⑥、梁端剪力⑦、計算柱軸力N，為各層柱上梁端剪力之和⑤、計算梁端彎矩1647⑥、梁端剪力⑦、計算柱軸力N，⑤、計算梁端彎矩1647三、豎向荷載作用下框架內力計算在豎向荷載下框架的內力計算是一個結構力學問題。只要正確的設置結構的參數，計算方法可以有多種。實際設計應用較多的是計算機方法—矩陣位移法。說明計算原理的簡化計算方法——分層法、彎矩二次分配法。1747三、豎向荷載作用下框架內力計算在豎向荷載下框架

分層法和彎矩二次分配法1)分層法（彎矩分配法）1847分層法和彎矩二次分配法1847特點：

底層其它層柱線剛度不變0.9

傳遞系數1/21/3將各層計算結果疊加。對于不平衡彎矩較大節點再分配一次（不再傳遞）。2)彎矩二次分配法過程：計算各節點固端彎矩（不平衡彎矩）——分配（第一次）和傳遞同時進行——再分配（第二次）。1947特點：3)彎矩調幅考慮塑性內力重分布，可將梁端彎矩調幅，減小梁端彎矩調整系數現澆框架0.8~0.9裝配整體式0.7~0.8調幅后的跨中彎矩計算注意只有豎向荷載作用下的梁端彎矩可以調幅，水平荷載作用下的梁端彎矩不進行調幅。20473)彎矩調幅考慮塑性內力重分布，可將梁端四、內力組合通過內力計算，獲得了在不同荷載作用下產生的構件內力標準值。根據可能出現的最不利情況進行構件的內力組合所得設計內力值，進行截面設計.一般有兩種組合：（1）、地震作用效應與重力荷載代表值效應的組合（2）、豎向荷載效應組合(非抗震組合)

包括全部恒載與活載的組合。2147四、內力組合通過內力計算，獲得了在不同荷載作具體對于框架來說，對框架梁、框架柱的控制截面進行內力組合。i)、框架梁（取不利組合）梁端正彎矩梁端負彎矩2247具體對于框架來說，對框架梁、框架柱的控制截面跨中正彎矩梁端剪力2347跨中正彎矩梁端剪力2347ii)、框架柱內力不利組合柱上下端為控制截面取不利組合2447ii)、框架柱內力不利組合柱上下端為控制截面取不利組合2五、位移計算1)多遇地震烈度下。求出多遇烈度下的各層間剪力層間位移2)罕遇地震作用下層間彈塑性位移計算對于ξy大于0.5的框架，只要彈性位移滿足要求，可不進行彈塑性位移計算。(略）2547五、位移計算1)多遇地震烈度下。(略）2547作業：假定框架結構的辦公樓所有柱截面尺寸均為500×500mm,不考慮梁剛度對柱剛度的影響。1）計算1個柱（1層）的抗側剛度，計算1榀（1層）框架的抗側剛度，計算結構的層間抗側剛度。2）用頂點位移法計算該建筑的基本自振周期。3）計算1榀框架上的地震作用。4）用反彎點法計算地震作用下框架結構的內力。2647作業：假定框架結構的辦公樓所有柱截面尺寸均為500×500m§5.4鋼筋混凝土框架結構構件設計（一）、框架梁抗震設計1、設計要求及計算要點：⑴梁形成塑性鉸后仍有足夠的受剪承載力(強剪弱彎）——設計剪力的取值。⑵梁筋屈服后，塑性鉸區段應有較好的延性和耗能能力——延性設計問題。⑶解決好梁筋的錨固問題（強錨固）。2、框架梁受剪承載力驗算⑴梁剪力設計值2747§5.4鋼筋混凝土框架結構構件設計（一）、框架梁抗震設計梁的設計剪力與梁端的設計彎矩及外荷載有關為了將梁設計成強剪弱彎，可將計算的Vb適當放大作為設計剪力。q-重力荷載代表值ηvb——梁端剪力增大系數，抗震規范規定對于一、二、三級框架分別取1.3、1.2、1.1。由力學平衡計算的梁端剪力2847梁的設計剪力與梁端的設計彎矩及外荷載有關為了

⑶梁斜截面受剪承載力⑵剪壓比限值（梁最小截面尺寸要求）2947⑶梁斜截面受剪承載力⑵剪壓比限值（梁最小截面尺寸要求3、提高梁延性的措施

主要影響因素：截面尺寸、縱筋配筋率、剪壓比、配箍率、鋼筋及砼的強度。（構造設計）⑴截面：⑵縱筋配筋率：（通過受壓區高度控制）一級框架，二、三級框架梁端受拉筋配筋率30473、提高梁延性的措施主要影響因素：截面尺寸⑷梁端加密箍筋：抗震等級加密區長度最大間距（取小）最小直徑一2hb,500mm6d,hb/4,100mmφ10二1.5hb,500mm8d,hb/4,100mmφ8三1.5hb,500mm8d,hb/4,150mmφ8四1.5hb,500mm8d,hb/4,150mmφ6⑶梁端受壓縱筋與受拉縱筋的比率一級框架二、三級框架3147⑷梁端加密箍筋：⑶梁端受壓縱筋與受拉縱筋的比率⑸通長縱筋：

一、二級框架不小于，且不小于受力縱筋面積的1/4.三四級框架不少于。3247⑸通長縱筋：一、二級框架不小于⑴梁筋錨固方式：直線型和彎折型4、梁筋錨固：防止錨固破壞3347⑴梁筋錨固方式：直線型和彎折型4、梁筋錨固：防止錨固⑵反復荷載下的錨固長度：砼粘結強度退化率為0.75，抗震所需的錨固長度應在原錨固長度上有所增加。一、二級三級四級⑶彎折筋的彎折段不能太小。3447⑵反復荷載下的錨固長度：砼粘結強度5、控制塑性鉸位置：通過合理配筋方式使梁的預期塑性鉸離開柱邊不小于梁高也不小于500mm處。方法：附加短縱筋，附加短腰筋，彎筋。要求柱邊截面比塑性鉸處受彎承載力提高25%以上。

35475、控制塑性鉸位置：通過合理配筋方式使梁的（二）、框架柱抗震設計設計原則及要點：⑴強柱弱梁，使柱盡量不出現塑性鉸——柱設計彎矩的取值及計算。⑵在彎曲破壞之前不發生剪切破壞，使柱有足夠的抗剪能力——柱設計剪力的取值及計算。⑶控制柱的軸壓比不要太大——軸壓比的限值。⑷加強約束，配置必要的約束箍筋——構造要求。3647（二）、框架柱抗震設計36471、軸壓比的概念名義軸向壓應力與砼抗壓強度之比

軸壓比是影響柱子破壞形態和延性的主要因素之一。軸壓比越大，柱子的延性越差。柱子的破壞形態也隨軸壓比的增大，由大偏心破壞向小偏心破壞過渡。抗震結構要求柱子有足夠的延性且為大偏心破壞，故控制軸壓比的限值。組合軸壓力設計值37471、軸壓比的概念名義軸向壓應力與砼抗壓強度軸壓比抗震等級一二三四框架柱0.650.750.850.9框支柱0.60.7框-墻、板柱墻及筒體0.750.850.90.952、強柱弱梁--柱設計彎矩的取值要求：塑性鉸出現在梁上(如何設計？）3847軸壓比⑴節點上、下柱端的彎矩計值取值為ηc對于一、二、三、四級框架分別為1.7、1.5、1.3、1.2。由力學平衡得到的梁柱節點處柱端的計算彎矩為：為了將框架設計成強柱弱梁應可將柱的設計彎矩適當放大3947⑴節點上、下柱端的彎矩計值取值為ηc對于一、二、三、⑵底層柱、角柱內力：一、二、三、四級框架底層柱底截面的組合彎矩設計值應分別乘以1.7、1.5、1.3、1.2的增大系數，角柱內力按上述調整后進一步放大10%。（3）柱的配筋計算，注意承載力抗震調整系數。4047⑵底層柱、角柱內力：4047作法：

⑴柱剪力設計值

ηｖｃ——柱剪力增大系數，一、二、三、四級框架分別取1.5、1.3、1.2、1.1。3、強剪弱彎——設計剪力取值要求：在彎曲破壞之前不發生剪切破壞⑵剪壓比限值，柱截面尺寸不能太小4147作法：

⑴柱剪力設計值ηｖｃ——柱剪力增大系數，3短柱⑶柱斜截面受剪承載力4247短柱42474、加強柱端約束（構造設計）在柱端一定范圍內加密箍筋。加密箍筋的作用：承擔剪力；約束砼；提高抗壓強度；提高變形能力；防止縱向壓曲加密箍筋注意事項⑴范圍：中取最大值，底層，剛性地面上下各500mm。短柱、角柱