第5章-1-0 框架结构的抗震设计步骤

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多层及高层钢筋混凝土框架结构
抗震设计步骤(毕业设计的简化要求)
(三、四级框架)
建 筑 施 工 图 | 剖 面 前 提
建筑施工图-标准层平面(前提)
结构施工图-结构平面图(结果)
框架结构设计步骤
1.工程概况和设计资料 2.确定抗震等级、结构选型、结构布置 3.构件截面估算-板、梁、柱、基础 4.现浇楼盖结构设计 5.梁柱刚度及计算简图 6.竖向荷载下的内力计算 7.水平地震作用下的内力计算 8.多遇地震作用下层间弹性位移验算 9.框架内力组合 10.构件截面设计
剪力墙结构的布置要求
1.双向布置:建筑层数较少时,也应将剪力墙布置 成T型、L型、I型等。便于剪力墙更好地发挥作用; 最好是把剪力墙宜布置成筒体。 2.上下贯通:贯穿全高、避免刚度突变。使结构刚 度连续而且变化均匀 3.左右对称:可减少结构的扭转。这一点在地震区 尤为重要;应:简单、规则、均匀、对称。 4.外侧布置:剪力墙应布置在结构的外围,可以加 强结构的抗扭作用。但是考虑温度应力的影响和楼 板平面内的变形,剪力墙的间距不应过大。
注:普通简支梁高度/跨度=1/12; 普通悬臂梁高度/跨度=1/6; 矩形截面梁h/b一般取2~2.5; T形截面梁h/b一般取2.5~4.0
各种梁截面的合理尺寸
类型 整体现浇T形梁 (楼盖、屋盖) 矩形截面独立梁 框架梁 类别 多跨连续主梁 多跨连续次梁 悬臂梁 整浇T形梁 高跨比h/l 1/8~1/14 1/12~1/18 1/6~1/8 1/12~1/15 1/8~1/12 高宽比h/b
框-剪体系中剪力墙的布置原则
双向布置: 均匀、分散、对称、周边 对称布置:尽量保证刚心和质心重合 靠外布置:增加抗扭转的能力 贯通全高:刚度突变会导致的薄弱层 用T/I/L型:增加整体刚度 限制间距:限制平行墙的间距,减少因楼板 水平变形不均匀导致对框架柱的不利影响 抗震墙与柱中线宜重合,当不能重合时,柱 中线与抗震墙中线之间的偏心距不宜大于柱 宽的1/4。
V0 0.25 c f cbh0 高规:框架主梁高度估算=计算跨度 (1/12~1/8)。实际上 可取到 (1/18~1/15)。
参考值:8m柱距,梁高450~500mm;梁宽度=350~400mm
框架梁截面尺寸的其它要求
(1)考虑施工条件
① 次梁高度至少应比主梁高度小50mm。 ② 框架纵向梁高度应比横梁高度小50mm。 ③ 梁载面尺寸一般以50mm为模数,当大于1m时以100mm为模数 (2)不能太窄(P.133) 抗震结构,框架梁截面宽度不小于200mm 高宽比不宜大于4 (3)不能太短(深梁):净跨与高度之比不宜小于4。 (4)初步选择截面后,可按全部荷载的0.6~0.8作用在框架梁上,
框架梁的混凝土等级可以低于柱,但最多低一级。 框架梁混凝土强度等级不宜大于C40
现浇框架梁的混凝土强度等级

梁柱节点混凝土强度等级不低于柱
高层建筑混凝土强度等级的变化实例
B、C栋11层以 上每10层改变 一个等级。 A栋每三层改 变一个等级。 楼板的混凝土 强度等级低于 竖向承重体系 的强度等级
底部剪力-层间剪力-各柱剪力-柱端弯矩-梁端弯矩
-梁端剪力-柱中轴力
8.多遇地震作用下层间弹性位移验算 (毕业设计中仅进行第一阶段设计)
(1)第i层层间地震剪力:
Vi Fk
k i
m
n
(2)第i层层间刚度:
Di Di j
j 1
(3)第i层层间弹性位移:
ue
Vi
D
j 1
活荷载、恒载分开计算,只计算标准值。 6.2 按分层法计算竖向荷载的内力
活荷载、恒载分别计算。
6.3 叠合成整体框架弯矩图。 6.4 计算梁端剪力,绘制剪力图 6.5 柱子轴力,绘制轴力图
7.水平地震作用下的内力计算
7.1 计算单元(纵向、横向) 每个抗震缝区段取为一个计算单元。 风和地震作用分别计算(毕业设计中只算横向)。 7.2 选择计算方法 规则的多层框架结构采用底部剪力法。 一般结构应采用振型分解反应谱法 特殊结构采用时程分析法 以下按底部剪力法说明计算步骤。
框架柱截面尺寸的最可能控制因素
框-剪结构(框-筒结构):由轴压比决定 纯框架结构:由侧移限值决定 剪跨比<2的柱(短柱):剪压比起控制作用。
3.4 材料选择
现浇框架柱的混凝土强度等级:



当抗震等级为一级时,不得低于C30; 二至四级及非抗震设计时,不得低于C25。 抗震设防烈度为8度时,不宜大于C70, 抗震设防烈度为9度时,不宜大于C60。
屋盖 楼盖 整块楼盖 阳台、雨篷 悬桃1.2~2.0m左右
根部120~200mm
3.1 楼板厚度-3
(3)按变形条件选择
类别 单向板 双向板 简支板h/l 1/35 1/45 连续板h/l 1/40 1/50 悬臂板h/l 根部1/12
(4)注意所选择的板厚,不得小于按施工要求及按变形控制
注:初定各种尺寸可以有多种方法,其中有必需满足的。另一

框架
剪力墙 异型柱或短肢剪力墙(尽量不采用)
水平承重结构-现浇楼板
结构布置
(1) 应该

简单、规则、均匀、对称 双向抗侧力体系(框架);非单跨框架。 柱距合理、剪力墙间距合理(不能过大)。
避免设缝(如果设缝应满足要求) 避免平面、竖向各三种不规则(建筑和结构) 避免梁柱、墙柱轴线偏心距过大(>1/4柱宽) 避免墙下无梁。
7.3 计算各层重力荷载代表值Gi
Gi =自重的标准值+活荷载的组合值
(具体计算如下)
底部剪力法-各层重力荷载代表值计算
(1)每层划分:上、下层各一半;
(2)外墙重:墙、窗分别考虑; (3)内墙重:不考虑扣除门洞; (4)楼梯间:近似按10kN/m2(包括恒+活); (5)活荷载组合值:屋面不考虑;楼面取0.5活。
底部剪力法-等效重力荷载计算
7.4 等效重力荷载代表值Geq 结构总重力荷载代表值:
G Gi
i 1 n
结构等效总重力荷载代表值:
Geq 0.85G 0.85 Gi
i 1 n
底部剪力法
7.5 计算结构自振周期(基本周期)
结构的基本周期可采用能量法或顶点位移法计算。 两种方法都要考虑填充墙的影响。
框-剪结构中剪力墙的最大间距
现浇剪力墙间距大于装配式剪力墙 非抗震设防间距大于设防时的间距 设防烈度越大间距越小
其它问题——楼(电)梯与开洞
(1) 楼(电)梯间、竖井等使楼面开洞的竖向通道,不宜设 在结构单元端部角区及凹角处;
(2)竖向通道不宜独立设在柱网之外的中间位置。
3.构件截面估算 3.1 楼板厚度
框架结构的抗震设计步骤
Leabharlann Baidu1.工程概况或设计资料
建筑类别(丙类) 设防烈度(6度) 场地土类别 (III类或IV类) 基本风压: 0.60kN/m2 场地土的基本地质资料(用于基础设计,本课程
1.1 确定结构抗震等级
建筑类别+高度等级(A级)+场地类别+设防烈度(毕业
2.结构选型
纵向承重结构(抗侧力体系)
(2) 避免



避免平面和立面不规则
注意:每种不规则都是有确定标准的。 PKPM计算中,对不规则会给出警告
框架的柱距
小柱距:4~5m 大柱距:7~8m 确定柱距要考虑的因素

适用性:主要是建筑方面的要求 经济性:柱距大梁板尺寸就要加大(不经济)
柱距不宜大于10m。

强度和刚度:楼盖刚度大时柱距可以大。
楼屋盖的合理跨度
钢筋混凝土梁的参考截面高度
3.2 初定多跨框架梁截面尺寸
由跨度确定梁高度:h=(1/16~1/12)l 由高度决定宽度: b= (1/3~1/2) h 内力分析前,应按下式验算梁截面尺寸

下式中M0和V0分别为恒荷载和活荷载设计值共同作 用下,按简支梁计算得到的跨中弯矩和支座剪力 (0.6 ~ 0.8) M 0 0.3991 f cbh02
Ic为柱截面的惯性矩
5.3 框架柱的抗侧移刚度Dij (与梁柱线刚度有关)
第i层第j根柱子的刚度:Di j 12 EI 12 Kc 3 c h2 h m 框架第i层层间侧移刚度:Di Di j
j 1
6.竖向荷载下的内力计算
6.1 计算简图(纵向、横向)
计算竖向荷载,并标注在计算简图上。
(1)按施工条件控制的最小厚度 类别 屋盖 民用建筑 施工方 法 现浇 现浇 现浇 现浇 不埋线 管 60mm 70 80 100 埋铁皮 管 80mm 80 100 埋塑料 管 90mm 100 120 -
工业建筑 阳台、雨篷的根部
楼 盖
3.1 楼板厚度-2
(2)按工程经验选择 类别 梁 距 2.0m左右 2.0m左右 3.3~4.0m左右 板 厚 60~80mm 80~100mm 120~180mm
H jG j
j 1
n
( i 1, 2, , n )
7.10 层间地震剪力
Vi Fk
k i n
( i 1, 2,, n )
7.11 计算梁、柱内力的过程
(1)层间剪力按柱的刚度Dij分配得到各根柱的剪力。
(2)利用柱中剪力计算柱端弯矩。
(3)利用柱端弯矩计算梁端弯矩 (4)利用梁端弯矩计算梁端剪力。 (4)利用梁端弯矩计算柱中轴力。 内力的计算顺序:
底部剪力法
7.7 计算底部总剪力
FEk 1 Geq
7.8 是否考虑顶部附加地震作用
如果T1 1.4Tg ,则 n 0
如果T1 1.4Tg ,则 n查表
顶部附加地震作用Fn为: Fn n FEk
底部剪力法
7.9 计算各层质点上的水平地震作用
Fi H i Gi FEk (1 - n )
7.6 确定地震参数 (1)确定结构抗震等级 根据设防烈度、结构类型和结构高度,确定结构抗震等级。 (2)确定特征周期Tg 根据建筑场地类别和地震分组,查表得特征周期Tg。 (3)取结构阻尼系数ζ=0.05 (4)确定水平地震影响系数δ 根据设防烈度,查表得:αmax 按照反应谱确定水平地震影响系数:α1
注意:
在分析框架内力时计算主梁内力。 次梁是楼板的一部分,按非抗震设计的构造要求设计。
5.梁柱刚度
5.1 框架梁的抗弯刚度EIb(现浇楼盖) 主梁矩形截面的惯性矩I0 =bh3/12 估算(现浇楼盖为梁的有效翼缘,增加了梁的惯性矩): 中框架梁:Ib=2I0 边框架梁:Ib=1.5I0 5.2 框架柱的线刚度ic=EIc / 柱高度H 框架梁的线刚度ib=EIb / 梁跨度l
地下室顶板作为嵌固部位的若干规定
地下室顶板作为嵌固部位的条件



刚度比要求:抗规6.1.14,地下室的抗侧刚度不小于 上部结构刚度的2倍。 地下室顶板距离室外地坪高度不宜过大,宜小于地下 室高度的1/3。 地下室外墙距离上部结构不宜过远(不大于40-50m)。
顶板构造要求:楼板不小于180mm,砼强度不小 于C30。宜采用双层双向配筋。 此时剪力墙加强区起算层号中扣除了地下室。
框架梁、柱钢筋的要求
纵向受力钢筋:HRB335(II)级 HRB400(III)级 箍筋:HPB235( I)级 HRB335(II)级 HRB400(III)级
4. 现浇楼面结构设计
4.1 现浇楼面(屋面)板设计
一般楼面板可采用塑性计算方法。
屋面板采用弹性计算方法。 4.2 多跨连续次梁设计 楼面次梁可采用塑性计算方法。 屋面次梁采用弹性计算方法。
2~3
矩形截面梁截面尺寸与弯矩的关系 参考数据
框架柱的截面尺寸
估算:按底层柱高度的1/15估算短边边长b,长边边长为
h=1.0~1.5b 最小值:设Nv=负荷面积*(12~14)kN/m2
轴压比条件最终决定框架柱尺寸的下限(面积),根据面积确 定边长:
无地震作用组合时:N (1.05 ~ 1.1) N v Ac N fc N (抗压承载力大于竖向荷 载设计值)
有地震作用组合时: N N v Ac
N fc
( N为轴压比限值,三级为 .9) 0 内柱 1.25 内柱 1.05
框架结构:外柱 1.3 框剪结构:外柱 1.2
柱截面尺寸的构造要求
抗震设计时不宜小于300mm;

非抗震设计时,不宜小于250mm
圆柱截面直径不宜小于350mm; 柱截面高宽比不宜大于3。 柱剪跨比宜大于2; 柱截面尺寸还应满足抗剪要求(剪压比限值)
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