第五章多层框架内力和侧移计算简介

120
100（80）50
2、结构的抗震等级 地震作用下，钢筋混凝土结构的地震反应有下列特点：
（1）、地震作用越大，房屋的抗震要求越高； （2）、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性 能，结构形式不同，抗震要求也不同。 （3）、房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。
抗震等级是确定结构构件抗震计算和抗震措施的标准。 根据设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及构件在 结构中的重要程度确定，共分四个等级，一级最高。
9
≤ 25
一 一
≤ 50
一 一
注：①.建筑场地为Ⅰ类时，除6度外可按表内降低一度所对应的 抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低；
②.接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度及场 地、地基条件确定抗震等级。
3、防震缝与抗撞墙布置
➢高层建筑避免采用不规则的建筑结构方案，尽量 不设防震缝。
（c) min 见下表
抗震等级
类别
一
二
三
四
中柱和边柱
1.0
4）框架梁下部纵向钢筋在端节点的锚固要求与中间 节点相同。
3 框架柱纵向钢筋在顶层节点的锚固 （1）框架柱纵筋在中间节点的锚固
梁高足够时
梁高不够时
板厚>80mm时
（2）框架柱纵筋在顶层端节点的锚固
三、箍筋
1.在框架节点内应设置水平箍筋，箍筋应符合柱箍 筋的构造规定，但间距不宜大于250mm。
2.对四边均有梁与之相连的中间节点，节点内可只 设置沿周边的矩形箍筋，不必设置复合箍筋。
2）框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用
框架规定数值的50%，且不宜小于70mm。
3）防震缝两侧结构类型不同时，按需要较 宽防震缝的结构类型考虑和按低的房屋高 度计算缝宽。
t
框架-抗震墙
框架 h
（2）、抗撞墙
8、9度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧的结构， 当结构高度、刚度或层高相差较大时，可在防震缝两侧房屋 的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙。
（二）、抗震设计的一般规定
1、房屋的适用最大高度
《抗震规范》规定：乙、丙和丁类建筑的框架结构和 框架-抗震墙结构适用的最大高度应不超过下表的规定。 甲类建筑适用的最大高度应专门研究。
现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m)
结构类型 框架结构 框架-剪力墙结构
烈度
6
7
8
9
ห้องสมุดไป่ตู้60
50
40 （35） 24
130
填充墙破坏的主要原因是：墙体刚度大，承受的地震 作用也大，但墙体受剪承载力低，变形能力小，墙体与框 架缺乏有效的拉结，在往复变形时墙体易发生剪切破坏和 散落。
3、其他震害 ➢建造在较弱地基上或液化土层上的框架结构，在地震时， 常因地基的不均匀沉陷使上部结构倾斜甚至倒塌； ➢ 防震缝宽度过小，地震时结构相互碰撞造成震害； ➢抗震在墙肢之间连梁的剪切破坏。
（4）.梁内纵筋锚固
一、二级抗震等级：laE= 1.15la
框架梁纵筋的锚固长度laE：
三级抗震等级：laE= 1.05la
四级抗震等级：laE= la
中间层中间节点
中间层端节点
顶层中间节点
顶层边节点
3. 框架柱的构造措施 （1）.柱截面尺寸:
（2）.柱轴压比限值:
h,b 300 mm, d 350,
4、竖向活荷载的最不利布置
竖向恒载：采用满布法 竖向活载： 1）采用逐层逐跨计算组合法
2）满布法—跨中弯矩应乘以1.1~1.2的增大系数
荷载满布
荷载逐层逐跨布置
5、梁端弯矩调幅：
为了提高框架结构的延性，减少支座负筋拥挤的现象， 采用调低梁端支座弯矩的方法，调幅系数为0.8~0.9；跨中弯 矩不变。
1）柱顶 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。
主要原因：节点处弯矩、剪 力、轴力都较大，受力复杂，箍 筋配置不足，锚固不好等。
破坏不易修复。
2）柱底 与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。
3）施工缝处 施工缝常出现一圈水平缝，主要原因是：施 工缝处混凝土的接合面处理不好。
j 0.35
式中 bb—梁腹板宽度； h0—梁截面有效高度；
j
c
f y As f cbbhb0
βc—混凝土强度影响系数，≤C50时，βc =1.0；
C80时，βc =0.8；其间按直线内插法取用。
二、梁柱纵筋在节点区的锚固
1、框架梁纵筋在端节点的锚固
柱截面高度足够---直线锚固
柱截面高度不够---弯折锚固
抗震墙的一般布置原则是“均匀、分散、对称、周边”。
1）抗震墙宜贯通房屋全高，且横向与纵向抗震墙宜相连； 2）抗震墙宜设置在墙面不需要开大洞的位置； 3）房屋较长时，刚度较大的纵向抗震墙不宜设置在房屋的 端开间； 4）抗震墙洞口宜上下对齐，洞边距端柱不宜小于300mm。
（三）、框架结构的抗震构造措施
配筋率对延性影响也很大。
2. 框架梁的构造措施
（1）.梁截面尺寸: b 200 mm, h b 4, ln h 4
（2）.梁的纵向配筋:
1）最大配筋率： max 2.5%,
2）受压区高度：
一级: x 0.25h0 二,三级: x 0.35h0
3）梁端上部与下部钢筋配筋量的比值：
一级: As底 As顶 0.5 二,三级: As底 As顶 0.3
4）通长筋:
一,二级: 214 三级: 212
且不少于上、下部纵向钢筋较大值的1/4
框架梁纵向受拉钢筋最小配筋率
（3）. 梁的箍筋构造要求
最小配箍率:
一级: sv 0.32 ft f y 二级: sv 0.28 ft f y 三级: sv 0.26 ft f y
框 架 箍 筋 构 构 造
多层框架内力和侧移计算简介 三、框架结构的侧移计算与限值
框架柱的侧移太大，会 使房屋的装修和隔墙受 到损害，并使居住者产 生不适感。
1.层间位移采用D值法近似计算：
n
ur Vr
Dri
i 1
Vr ——第r层的层间剪力
Dri ——第r层、第i号柱的侧移刚度 n ——框架第r层的总柱数
框架顶点的总位移为各层层间位移之和：
1、一般概念 （1）、梁与柱的弯曲延性
实验表明变形能力随轴压比增大而急剧降低。 轴压比：
柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗 压强度设计值乘积之比，即
N / bhfc
N为组合轴压力设计值；b、h为截面的短长边；fc为混 凝土抗压强度设计值。
它是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压 区混凝土先达到其极限压应变的主要指标。
（1）.框架结构应符合下列要求： 1） 每层框架设置在同一标高处，尽量不采用复式框架， 避免错层和夹层、短柱； 2）应设计成延性框架，遵守“强柱弱梁”、“强剪弱 梁”、“强节点弱杆件”；
3）框架刚度沿高度不宜突变，以免造成薄弱层； 4）楼梯不宜设置在结构单元的两端及拐角处。
（2）.框架抗震墙结构中抗震墙设置宜符合下列要求：
7）梁柱节点
在地震的往复作用和重力荷载作用下，节点核心区产 生对角方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝土剪碎剥落。节 点内箍筋很少或无箍筋时，柱纵向钢筋压曲外鼓。
节点破坏的主要原因是节点区箍筋不足时，在剪压作 用下，节点核心区混凝土将出现交叉斜向贯通裂缝甚至挤 压破碎。
2、填充墙的震害
砌体填充墙刚度大而承载力低，首先承受地震作用而遭破 坏。一般7度即出现裂缝，8度和8度以上地震作用下，裂缝明显 增加，甚至部分倒塌，一般是上轻下重，空心砌体墙重于实心 砌体墙，砌快墙重于砖墙。 框架-剪力墙结构上部较严重，框架 结构下部震害严重。
h b 3,ln hM4 /Vh0
剪跨比:
>2
柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混
凝土抗压强度设计值乘积之比,即： N N fc bh
柱轴压比限值
抗震等级
结构类型
一
二
三
框架
0.70
0.80
0.90
框架-剪力墙
0.75
0.85
0.95
（3）.柱纵向钢筋的配置：
（a)宜对称布置；
（b)截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm;
m
ut ur r 1
2.弹性侧移的限值： 《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：
高度不大于150m的高层建筑，其楼层层间位移与层高 的比值应满足：
ur Hr 1/ 550
四、内力组合
1、控制截面 柱：上、下端截面 梁：梁两端、跨中
梁两端指：柱边缘处截面 梁端柱边的剪力和弯矩为：
V' V (g q)b / 2 M' M V b/ 2
(1)竖向活荷载具有不确定性。梁、柱的内力 将随竖向活荷载的位置而变化。
(2)风荷载也具有不确定性。梁、柱可能受到 反号的弯矩作用。所以框架柱一般采用对称配筋。
第六节 非抗震设计框架节点的构造要求
一、截面尺寸
为了防止因梁上部和柱外侧钢筋配筋率过高而引起 顶层端节点核心区混凝土的斜压破坏，框架顶层端节点 处梁上部纵向钢筋的配筋特征值应满足：
下表为丙类建筑抗震等级的划分：
现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级
结构类型
高度（m)
框架 结构
框架
剧场,体育馆等大跨度公共建筑
框架 -抗 震墙 结构
高度（m) 框架 抗震墙
6 ≤ 30 >30 四三
三 ≤ 60 >60 四三
三
烈
7
≤ 30 >30
三
二
二
≤ 60 >60
三
二
二
度
8 ≤ 30 >30 二一
一 ≤ 60 >60 二一 一一
第五节 非抗震框架结构构件设计 一、框架柱的计算长度
现浇框架：
底层柱： l0 1.0H 其余层柱：l0 1.25H
装配式框架：
底层柱： l0 1.25H 其余层柱：l0 1.5H
其中：底层柱H则取基础顶面到二层梁顶面间的高度 其余层H柱高取各层梁顶面之间的高度，
二、框架柱采用对称配筋的原因
4）短柱 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） 角柱 由于双向受弯、受剪,加
上扭转作用，震害比内柱重。
6） 梁端
震害多发生于梁端。在地震作用下梁端纵向钢筋屈服， 出现上下贯通的垂直裂缝和交叉裂缝。破坏的主要原因是梁 在地震的往复作用下，梁端产生较大的变号弯矩，当地震作 用效应超过混凝土的抗拉强度时，便产生周围裂缝。
2、框架梁纵筋在中间节点的锚固
框架梁下部纵向钢筋在中间节点处应满足下列锚固要求： 1）当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，下部纵向钢 筋应锚固在节点内。此时，可采用直线锚固形式（图a）， 也可采用带90°弯折的锚固形式（图b），也可伸过节点 范围并在梁中弯矩较小处设置搭接接头（图c）；
2）当计算中不利用该钢筋强度时，其伸入节点的锚 固长度las，带肋钢筋不应小于12d，光面钢筋不应小 于15d（d为纵向钢筋直径）； 3)当计算中充分利用钢筋的抗压强度时，下部纵向 钢筋应按受压钢筋锚固在中间节点内。此时，其直 线锚固长度不应小于 0.7la；下部纵向钢筋也可伸过 节点范围并在梁中弯矩较小处设置搭接接头。
➢ 当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和 刚度相差过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时， 应考虑设防震缝。
（1）.防震缝最小宽度应符合下面要求：
1）钢筋混凝土框架房屋的防震缝宽度，当高度不超过 15m时可采用70mm，超过15m时，6、7、8、9度相应每增 加高度5m、4m、3m、2m，宜加宽20mm。
3.当顶层端节点内设有梁上部纵向钢筋和柱外侧纵 向钢筋的搭接接头时，柱内水平箍筋应符合关于纵向受 力钢筋搭接长度范围内箍筋的规定。
四、高层框架梁、柱纵向钢筋在框架节点区的锚固和搭接
框架节点
六、框架结构抗震措施 （一）震害及其分析
1、框架梁、柱节点的震害
特点：柱的震害重于梁；柱顶重于 柱底；角柱重于内柱；短柱重于一般重。
2、荷载效应组合
框架结构，荷载效应组合的简化表达式
S G S Gk Q1S Q1k
n
S G S Gk 0.9 S Qi Qik i 1
两种情况取大值
3、最不利内力组合 最不利内力是配筋设计的依据
梁端截面： M max M max Vmax 梁跨中截面： M max
柱截面：⑴+Mmax及相应的N、V； ⑵-Mmax及相应的N、V； ⑶Nmax及相应的︱M︱ 、V； ⑷Nmin及相应的︱M︱ 、V。
高度、刚度相差较大
层高不同
每一侧的数量不应少于两道。宜分别对称布置，墙肢的 长度可不大于一个柱距。
抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密。
4、结构的布置要求
➢ 框架和抗震墙应双向设置，柱中线与抗震墙中线、梁 中线和柱中线之间偏心矩不宜大于柱宽的1/4; ➢尽量减轻建筑物的自重并降低其重心位置； ➢平面上尽量使质量中心和刚度中心重合，以减轻扭转 作用的影响。