框架结构抗震设计例题.docx
- 文档编号:18080035
- 上传时间:2023-08-13
- 格式:DOCX
- 页数:63
- 大小:361.21KB
框架结构抗震设计例题.docx
《框架结构抗震设计例题.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《框架结构抗震设计例题.docx(63页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
框架结构抗震设计例题
框架结构抗震设计
济南大学土木建筑学院彭亚萍
框架结构抗震设计目标
•
三水准设防目标
具有
•
足够的强度
•
足够的刚度
•
足够的延性(耗能能力)
框架结构抗震设计内容
•
概念设计
•
抗震计算
•
构造措施
概念设计(方案设计)
•
体型简单、对称、规则
δ+
2δ
1
B>
0.3B
max
δ
1
2
δ
2
B
max
B>
0.3B
max
B
max
B>
0.3B
max
δ>×+
1.221
δδ
2
2
B
max
B>
0.3B
max
B
max
扭转不规则
凹凸角不规则
概念设计(方案设计)
•
体型简单、对称、规则
b<0.5
B
B
大开洞错层
B
AA
>0.3
0
ABl
=
局部不连续l
概念设计(方案设计)
•
体型简单、对称、规则
•
合理设置防震缝
L1
L2
L1
L1
L2
L1<4L2
L2
概念设计(方案设计)
•
体型简单、对称、规则
•
合理设置防震缝
基础
概念设计(结构布置方案)
1.工程概况或设计资料
抗震等级:
现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级
结构类型
烈度
6789
高度(m)>30>30>30
≤30≤30≤30≤25
框架
结构
框架四三三二二一一
剧场,体育馆等大跨度公共建筑三二一一
框架
-抗
震墙
高度(m)
框架
≤
四
60
>60
三
≤
三
60
>60
二
≤
二
60
>60
一
≤
一
50
抗震墙三二一一一结构
概念设计(结构布置方案)
2.结构选型与结构布置
(1)结构竖向承重体系
纵向框架承重、横向框架承重、纵横双向框架承重
柱网布置要简单规整贯通
(2)结构水平承重体系(楼屋面结构布置)
现浇钢筋混凝土楼屋面:
肋梁楼盖(单向板、双向板)
井式楼盖(双向板)
梁板布置要传力明确、简洁,美观经济
概念设计(结构布置方案)
3.构件截面尺寸估算(以肋梁楼盖为例)
3.1板的厚度
(1)按施工条件控制的最小厚度
类别施工方法不埋线管埋铁皮管埋塑料管
屋盖现浇60mm80mm90mm
楼盖民用建筑现浇7080100
工业建筑现浇80100120
阳台、雨篷的根部现浇100--
概念设计(结构布置方案)
(2)按工程经验选择
类别梁距板厚
屋盖2.0m左右60-80mm
楼盖2.0m左右80-100mm
整块楼盖3.3-4.0m左右120-180mm
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
类别简支板h/l连续板h/l悬臂板h/l
单向板1/351/40根部1/12
双向板1/451/50
(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)
3.2梁的截面尺寸
(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800mm时以100mm为模数。
概念设计(结构布置方案)
(2)截面尺寸选择
类型类别高跨比h/l高宽比h/b
整体现浇T形梁
(楼盖、屋盖)
多跨连续主梁
多跨连续次梁
悬臂梁
1/8-1/14
1/12-1/18
1/6-1/8
2-3
矩形截面独立梁1/12-1/15
框架梁整浇T形梁1/8-1/12
(3)对于抗震结构,梁截面宽度不小于200mm,高宽比不宜大于4,净跨与高度之
比不宜小于4。
概念设计(结构布置方案)
3.3柱的截面尺寸
(1)框架柱截面可按轴心受压估算。
①近似地取静荷载(10-15)kN/m2,填充墙较少时取小值。
②轴力N=负荷面积×层数×单位面积上的荷载。
即:
N=1.2恒+1.4活
③柱子的截面A由下式计算(A=b×h
cc
):
(1.2~1.4)
N=ϕ+′′=+′
(fcAfA)1.0(fA0.01fA
cysccyc
)
(1.2~1.4)N
A
=
cf+f′
0.01
cy
概念设计(结构布置方案)
(2)对于抗震结构,应验算柱轴压比是否满足下表的要求:
n
=
f
N
c
A
c
≤
[n]
结构类型
一级
抗震等级
二级
三级
框架结构0.70.80.9
框架-抗震墙、板柱-抗震墙及筒体0.750.850.95
部分框支抗震墙0.60.7-
异形柱0.60.70.8
抗震计算设计(结构计算)
4.现浇楼屋面结构设计(肋梁楼盖)
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(毕业设计不要求)
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。
注意:
主梁在分析框架内力时计算其内力。
抗震计算设计(框架内力计算)
5.梁柱刚度及计算简图
5.1
框架梁的抗弯刚度EI及线刚度i
bb
I为主梁矩形截面的惯性矩
0
中框架梁:
I=2I
b0
边框架梁:
I=1.5I
b0
EI
ibb
b=
l
5.2
框架柱的抗弯刚度EI及线刚度i
cc
柱截面的惯性矩为:
I
c
EI
icc
c=
h
选取一榀代表框架
抗震计算设计(框架内力计算)
5.3框架柱的侧移刚度D(混P177)
ij
12
第i层第j根柱子的刚度:
Dii
=α⋅
jc
2
hm
∑框架第i层层间侧移刚度:
DiD
=
ijj1
=
6.竖向荷载下的内力计算
6.1计算简图
计算竖向荷载,并标注在计算简图上;
活荷载满布,梁跨中弯矩扩大1.1-1.2倍;
活荷载、恒载分开计算,只计算标准值。
抗震计算设计(框架内力计算)
6.2按分层法或弯矩二次分配法计算内力
活荷载、恒载分别计算
6.3叠合成整体框架弯矩图,不平衡弯矩再
分配一次
6.4计算梁端剪力,及剪力图
6.5柱子轴力,及轴力图
抗震计算设计(框架内力计算)
•
竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅
调幅系数:
0.8-0.85
M0:
按简支梁
计算的跨中
弯矩
M=0.85
M
e
1
Mlr
=−(+
1.02MMM
0
2
且不小于0.5M
0
)
抗震计算设计(框架内力计算)
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结构计算单元。
7.2选择计算方法
一般规则的多层框架结构采用底部剪力法。
以下按底部剪力法说明计算步骤。
抗震计算设计(框架内力计算)
7.3
计算各层重力荷载代表值G
i
G
i
=自重的标准值+活荷载的组合值
G
i
(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/m(包括恒活
2+);
(5)活荷载组合值:
屋面活荷不考虑;楼面取0.5活。
抗震计算设计(框架内力计算)
7.4
等效重力荷载代表值G
eq
结构总重力荷载代表值:
G
=
n
∑
i1
=
G
i
结构等效总重力荷载代表值:
n
∑Geq.85GG
==
00.85
ii1
=
抗震计算设计(框架内力计算)
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。
u
T
顶点位移法:
G
i
T1=1.7ψ=1.7(0.6~0.7)
u
TT
u:
结构顶点假想位移
T
u
T
抗震计算设计(框架内力计算)
7.6确定地震参数
(P40)
(1)确定特征周期T
g
根据建筑场地类别和地震分组,查表3-2得特征周期T。
g
(2)取结构阻尼系数ζ=0.05
(3)确定水平地震影响系数
根据设防烈度,查表3-3得:
α
max
按照反应谱确定水平地震影响系数:
α
1
抗震计算设计(框架内力计算)
7.7计算底部总剪力
F=α⋅
EkG
1eq
7.8是否考虑顶部附加地震作用
如果
T1≤,则δ=
1.4T
gn
0
如果1.4T,则查表34。
T1>δ−
gn
顶部附加地震作用
Δ
F为:
n
ΔF=δ
nF
nEk
抗震计算设计(框架内力计算)
7.9计算各层质点上的水平地震作用
HG
FiF
=
ii
Ek
n
∑
HG
jj
j1
=
(1-)
δ
n
(i=Ln
1,2,,
)
7.10层间地震剪力
n
∑
ViF(i=1,2,L,n)
=
kki
=
抗震计算设计(框架内力计算)
7.11计算梁、柱内力
(1)按柱子刚度D分配得到各根柱的地震剪力。
ij
(2)计算柱端弯矩。
yh(yyyy)h=
=
0+++
123
上端弯矩:
t
Mjkc=(1−)
c=(1−)
Vyh
V
D
jk
=
jkV
m
∑
D
jr
r1
=
j
下端弯矩:
b
Mjk
c=V
V
yh
抗震计算设计(框架内力计算)
例题(3)计算梁端弯矩、剪力。
(4)计算柱子轴力。
左梁端弯矩:
ii
M=(+u
lt
=∑
M
bMM
blbl
iiii+cc
+b
blbrblbr
)
右梁端弯矩:
ii
M+
r(u
=∑=t
=t
bMM
brM
bcc
br
iiii
++
blbrblbr
)
抗震计算设计(框架弹性侧移验算)
8.多遇地震作用下层间弹性位移验算
(1)第i层层间地震剪力:
n
∑
V
iF
=
k
ki
=
(2)第i层层间刚度:
m
∑
D
iD
=
i
j1
=
j
(3)第i层层间弹性位移:
Δ
u
e
=
V
i
m
∑
D
i
j1
=
j
(4)层间弹性位移验算:
Δe≤θ⋅
u
[]h
e
例题
抗震计算设计(框架内力组合)
可变荷载
控制
9.框架内力组合
9.1内力组合方式
无地震作用组合:
(1)1.2恒+1.4活
永久荷
载控制
(2)1.2恒+0.9×1.4(活+风)
(3)1.35恒+0.7×1.4活
地震作用组合:
(4)1.2(恒+0.5活)+1.3震
抗震计算设计(框架内力组合)
9.2框架梁截面内力组合
(1)控制截面
每跨梁的两端及跨中三个截面。
(2)组合目标
最大正弯距M(支座、跨中)
max
最大负弯矩-M(支座、跨中也有可能)
最大剪力V
max
(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|及相应的N,V
max
②
N及相应的M,V
max
③
N
min
及相应的M,V
例题
抗震计算与构造措施
10.构件截面设计
10.1框架梁截面(受弯、受剪配筋)
(1)设计梁截面时,应取柱边缘处的内力值。
(2)受弯:
负弯矩按矩形截面;正弯矩按T形截面计算配筋。
非抗震设计
x
S≤)
R
M≤αc−
fbx
(h0
1
2
抗震设计
S
R
1x
≤)]
M[c(
≤α−
fbxh
10
γ
γ
2
RE
RE
抗震计算与构造措施
非抗震设计
x
S≤)
RM≤αc−
fbx(h0
1
2
抗震设计
S
R
1x
≤)]
M[fcbx(h
≤α−
10
γ
γ
2
RE
RE
一级框架:
x≤
0.25h
0
二、三级框架:
x≤
0.35h
0
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(P138)
λ
lr
V=η++
MM
bb
bV
vbGb
l
n
2)对跨高比大于2.5的梁,应满足:
V
≤
γ
1
RE
(0.20
f
c
bh
0
)
抗震计算与构造措施
(3)受剪:
3)承载力计算
1A
V.42fbh01.25fsvh
b≤+
(0
γyv0
t
sγyv0
RE
)
11.05A
Vfbh0fsvh≤
b+
≤
(
γλ+
1s
tyv0
RE
)
抗震构造措施
(4)梁截面还应考虑抗震构造要求(二级框架梁为例)
Min[hb/4,8d,100mm]
As,<2.5%
连续筋不少于214,且>AS/4
x
As
h0
d≥8
mm
x
加密区b
c
maxh
{1.5,500}
b
A'≥0.3
sA
s
连续筋不少于214,且>A'/4S
纵筋直径 <弦长/20(圆形截面) ξ =xh0≤ / 0.35 ? A s 弦长 抗震构造措施 腰筋与拉筋 • 当梁的腹板高度大于等于450mm时,在梁的两个侧面应沿高度 配置纵向构造钢筋(俗称腰筋),其间距应小于等于200mm。 • 梁两侧对应的纵向构造钢筋之间须设拉筋,当梁宽小于等于 350mm时,拉筋直径为6mm,当梁宽大于350mm时,拉筋直径为 8mm。 拉筋间距为非加密区箍筋间距的两倍。 当设有多排拉筋 时,上下两排拉筋竖向错开设置。 抗震构造措施 • 主次梁相交处设附加横向筋(混P26-27) 例题 抗震计算与构造措施 10.2框架柱截面(偏心受压构件纵筋、抗剪箍筋) (1)采用对称配筋。 (2)纵向配筋考虑“强柱弱梁”要求。 (3)抗剪箍筋考虑“强剪弱弯”要求。 (4)考虑柱的抗震构造要求。 抗震计算与构造措施 • 柱正截面设计 1)“” 强柱弱梁内力调整 ∑=⋅∑ Mη cM c b • 为了推迟框架结构底层柱下端截面出现塑性铰,当抗震等级分 别为一、二、三级时,底层柱下端截面组合的弯矩设计值,应 分别乘以增大系数1.5、1.25、1.15。 • 按两个主轴方向分别考虑地震作用时,一、二、三级框架结构 的角柱,按上述原则调整后的组合弯矩设计值应乘以不小于 1.0的增大系数,最大取为1.30。 抗震计算与构造措施 • 柱正截面设计 2)柱轴压比验算 二、三级框架柱允许轴压比为0.8、0.9 n = f N c A c ≤ [n] 抗震计算与构造措施 • 柱正截面设计 3)正截面承载力计算 抗震设计: ⎧ ⎪ ⎨ Ne ⎪ ⎩ ≤ γ '' NfbxfAfA =α+− 1cysys 1x' '' [fbx(h)fA(ha α−+− 1c0ys0 2 RE )] 非抗震设计: ⎧ ⎪ ⎨ Ne ⎪ ⎩ ≤ '' NfbxfAfA =α+− 1cysys x α−+−(''' fbxh)fA(ha (''' 1c0ys0 2 ) 抗震计算与构造措施 • 柱斜截面设计 1)”内力调整 “强剪弱弯 bt V=η(+)/ cMMH vccc n 一、二、三级框架结构的角柱,按上述原则调整后的组合剪 力设计值应乘以不小于1.0的增大系数。 抗震计算与构造措施 • 柱斜截面设计 2)剪跨比限值验算 对于剪跨比大于2的柱: V ≤ γ 1 RE (0.20f c bh 0 ) λ ——框架柱的剪跨比,反弯点位于柱高中部的框架柱可按柱净高与2倍柱截面 1≤λ≤ 3 高度之比计算。 抗震计算与构造措施 例题 • 柱斜截面设计 3)承载力计算 偏压柱: 11.05A V(f0fsvh0.056N ≤++ bh γλ+ 1s tyv0 RE ) 。 偏拉柱: 11.05A V(fbh0fsvh0.2N ≤+− γλ+ 1s tyv0 RE ) λ ——框架柱的剪跨比,反弯点位于柱高中部的框架柱可按柱净高与2倍柱截面 1≤λ≤ 3 高度之比计算。 抗震构造措施 • 柱箍筋加密区范围 抗震构造措施 • 柱箍筋加密区箍筋要求 抗震构造措施 • 柱的最小配箍特征值入及体积配箍率 ρ VV f ρ≥λ c VVf yv 抗震构造措施 • 柱非加密区的配筋要求 箍筋的体积配筋率不宜小于加密区配筋率的50%; 箍筋间距对一、二级抗震不应大于10d,对三、四级不 应大于15d; 柱中纵筋总配筋率超过3%时,箍筋应焊成封闭形式。 抗震构造措施 • 柱箍筋形式 (a) (b)框架柱加密区的箍筋最大肢距: 一级: 200mm 二、三级: max(250mm,20d) 四级: 300mm (c) 抗震计算与构造措施 10.3框架梁柱节点设计 一、二级框架节点同时考虑抗震设计和构造要求; 三、四级框架节点仅考虑抗震构造要求。 “强节点、强锚固”原则 抗震计算与构造措施(一、二级框架) • 节点剪力设计值(P147) V =∑ (1 −b0s η M ' ha − jbb jHh '− ha − bs 0cb ) 抗震计算与构造措施(一、二级框架) • 节点核芯区剪压比验算 1 V≤η 0.3 j(fbh jcj γ RE j ) 抗震计算与构造措施(一、二级框架) • 节点抗剪承载力验算(P147) 1' b ha − j V≤η+η+bos (1.1fbh0.05NfA jjtjjjyvsvj γ bs REc ) 例题 抗震构造措施 • 框架节点核芯区箍筋的最大间距和最小直径宜 与柱箍筋加密区的要求相同 • 抗震设计时纵向钢筋的最小锚固长度 一、二级: l=1.15 aEl a
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 框架结构 抗震 设计 例题