钢筋混凝土框架结构抗震设计课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十二章钢筋混凝土框架结构抗震设计,概述,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。,框架房屋,第十二章钢筋混凝土框架结构抗震设计概述钢筋混凝土框架房屋：钢,1,一、结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层,12.1 震害及其分析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,(mm),层,1,3,5,6,7,9,11,13,40,80,120,在强烈地震作用下，结构的薄弱楼层率先屈服、发展弹塑性变形，并形成弹塑性变形集中的现象，不能发挥整体的抗震能力。,1976年唐山大地震中，位于天津塘沽区的天津碱厂十三层蒸吸塔框架，该结构楼层屈服强度分布不均匀，造成6层和11层的弹塑性变形集中，导致6层以上全部倒塌。,右图为该结构输入天津波的弹塑性分析结果。,一、结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层12.1 震害及其分析1,2,二、框架梁、柱的震害,梁柱变形能力不足，构件过早发生破坏。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更易发生破坏。,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。,二、框架梁、柱的震害 梁柱变形能力不足，构件过早发生破,3,2、柱底,与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。,2、柱底 与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较,4,3、短柱,当柱高小于4倍柱截面高度（H/b4)时形成短柱。,短柱刚度大，易产生剪切破坏。,3、短柱 当柱高小于4倍柱截面高度（H/b60,60,60,60,60,60,高度（m),一,剧场,体育馆等大跨度公共建筑,一,一,二,二,三,三,四,框架,25,30,30,30,30,30,30,高度（m),框架,-抗,震墙,结构,框架,结构,结 构 类 型,烈 度,6,8,7,9,三,二,一,三,二,现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级,注：1.建筑场地为类时，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。,甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施所要求的设防烈度按上表确定抗震等级。,下表为丙类建筑抗震等级的划分：一一一,12,12.3 结构布置原则,一、钢筋混凝土结构的抗震设计特点,使用阶段或在常遇地震作用时，结构在弹性范围工作；,在基本烈度地震作用时,结构在弹塑性范围工作;,在罕遇烈度地震作用时,结构亦在弹塑性范围工作;,程度不同,12.3 结构布置原则一、钢筋混凝土结构的抗震设计特点使用阶,13,二、钢筋混凝土结构的概念设计,1.设置多道抗震防线；,2.合理控制结构的弹塑区部位；,1）结构有较好的塑性内力重分布能力；,2）结构有较宽的约束屈服范围及极限变形；,3）局部破坏不致导致整个结构失效及具有易于修复,的可能性。,3.加强结构的整体性和构件间的连接；,4.抗侧力构件的刚度、强度、延性应有适当的对应关系；,5.上部结构应与地基条件适应。,二、钢筋混凝土结构的概念设计1.设置多道抗震防线；2.合理控,14,三、建筑结构布置宜规则（平面、立面）,四、合理设计结构破坏机制,为了充分发挥整个结构的抗震能力，较合理的地震破坏机制应为节点基本不破坏，梁比柱的屈服能早发生、多发生；同一层中，各柱两端屈服历程越长越好；底层柱底的塑性铰宜最晚发生。梁柱端的塑性铰出现得尽可能分散。,1、双向设置钢筋混凝土框架结构,2、“强柱弱梁”,3、“强节点弱构件”,三、建筑结构布置宜规则（平面、立面）四、合理设计结构破坏机制,15,五、结构构件的延性（在极限破坏前不发生明显的脆性破坏）,主要抗侧力的钢筋混凝土构件的极限破坏应以构件弯曲时主筋受拉屈服破坏为主，应避免变形性能差的混凝土首先压溃或剪切破坏，以及钢筋锚固失效和粘接破坏。,延性破坏和脆性破坏两者的变形性能差别很大，与其相关的因素有：抗剪和抗弯承载力之比、剪跨比、剪压比、轴压比、主筋率、配筋率、箍筋形式、混凝土和钢筋材料、钢筋连接和锚固方式等。,规范中许多规定都属于这方面的要求。,“强剪弱弯”,五、结构构件的延性（在极限破坏前不发生明显的脆性破坏）,16,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。其最小宽度应符合下面要求：,高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。,1、防震缝,（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。,六、防震缝与抗撞墙,（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，按不利体系考虑，,并按低的房屋高度计算,缝宽。,t,h,框架,框架-抗震墙,当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和刚度相,17,8、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。,2、抗撞墙,层高不同,高度、刚度相差较大,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。,内力应按考虑和不考虑抗撞墙两种情况进行分析，按不利情况取值。,抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密。,8、9度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧的结构，当,18,1）平面或楼层有局部薄弱环节，不能发挥整体抗震能力。,一、震坏房屋在设计上存在的问题,2）梁柱变形能力不足，构件过早破坏；,3）梁柱节点箍筋不足，节点受震破坏，梁柱失去了相互,之间的联系；,4）砌体添充墙破坏；,5）其他。,12.4 钢筋混凝土框架的抗震设计,1）平面或楼层有局部薄弱环节，不能发挥整体抗震能力。一、震坏,19,1）框架塑性效应较多地发生在梁端，底层柱的塑性效应,较晚形成；,二、框架结构抗震设计的正确指导思想,2）梁柱在弯曲破坏前，避免发生其它形式破坏，如剪切,破坏、粘结破坏等；,3）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力；,4）重视非结构构件设计。,强柱弱梁，强剪弱弯，更强的节点,1）框架塑性效应较多地发生在梁端，底层柱的塑性效应 二、框架,20,两种破坏形式,三、“强柱弱梁”框架的抗震设计,弱柱型,弱梁型,为了使塑性铰首先在梁中出现，同一节点柱的抗弯能力要大于梁的抗弯能力。,两种破坏形式三、“强柱弱梁”框架的抗震设计弱柱型弱梁型,21,抗震规范规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，除顶层和柱轴压比小于0.15者外，柱端组合弯矩设计值应符合下列公式要求,9度和一级框架结构尚应符合：,-节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和;,-节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；,-节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积（考,虑受压筋）和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩,值之和；,-柱端弯矩增大系数，一级为1.4,二级为1.2,三级为1.1。,为了不使框架底层柱过早出现塑性铰，规范规定：一、二、三级框架底层柱底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。,抗震规范规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，除顶层和,22,1.梁、柱的抗剪强度要高于它的抗弯强度（强剪弱弯）,9度和一级框架结构尚应符合：,四、梁、柱延性破坏之前不发生其它脆性破坏的抗震设计,为了避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，应按强剪弱弯的原则调整框架梁端部截面组合的剪力设计值：,一、二、三级框架梁,-梁在重力荷载代表值（9度时高层建筑还应包括竖向地震作用标,准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值；,-分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值;,-梁的剪力增大系数，一级为1.3,二级为1.2,三级为1.1。,-梁的净跨；,-分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积(考虑受压筋)和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值；,1.梁、柱的抗剪强度要高于它的抗弯强度（强剪弱弯）9度和一级,23,跨高比大于2.5时：,剪压比：截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比，即,2.梁、柱截面的剪压比不宜过大,剪压比过大,混凝土会过早发生斜压破坏,箍筋不能充分发挥作用,它对构件的变形能力也有显著影响。因此应控制。,跨高比等于或小于2.5时：,-梁端部截面组合的剪力设计值；,-梁的截面有效高度；,-混凝土轴心抗压强度设计值；,-梁的截面宽度；,-承载力抗震调整系数。,跨高比大于2.5时：剪压比：截面内平均剪应力与混凝土,24,剪跨比宜大于2，剪跨比按下式计算：,3.梁、柱的剪跨比要有所限制,-剪跨比，取两端计算结果的较大值；,-端截面组合剪力计算值；,-端截面组合弯矩计算值；,-截面有效高度。,反弯点位于中部时，可按构件净长与2倍截面高度之比计算。,剪跨比宜大于2，剪跨比按下式计算：3.梁、柱的剪跨比,25,N为组合轴压力设计值；b、h为柱的短长边；fc为混凝土抗压强度设计值。,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：,4、柱的轴压比不宜过大,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。,柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低。,规范规定：,柱轴压比不应超过下表，但,类场地上的较高高层建筑柱轴压比限值应适当减小。,0.90,0.95,0.80,0.85,0.70,0.75,框架,框架-剪力墙,三,二,一,结构类型,抗震等级,柱轴压比限制,N为组合轴压力设计值；b、h为柱的短长边；fc为混凝土抗压强,26,为此，框架梁的纵向配筋应符合下列要求：,为了提高梁的正截面塑性铰转动延性，梁的纵向配筋率不宜过高。,5、纵向钢筋的配筋率应该合适,（a)梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%；梁端截面最大配筋率应使梁端截面的受压区相对高度（即截面受压区高度与有效高度比）应满足：一级不应大于0.25,二、三级不应大于0.35;,（b)梁端或任何可能屈服截面处，下部与上部配筋量的比值，一级不应小于0.5,二三级不应小于0.3。,（c)沿梁全长顶面和底面的配筋，一二级不应少于 且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4，三四级不应少于 。,为此，框架梁的纵向配筋应符合下列要求：为了提,27,柱的纵向配筋应符合下列要求：,对于柱：,（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;,（c)纵向钢筋的最小配筋率应按下表采用。,0.6,0.8,0.7,0.9,0.8,1.0,1.0,1.2,中柱和边柱,角柱,四,三,二,一,类别,抗震等级,（d)柱的总配筋率不应大于5%。,（e)一级且剪跨比大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。,柱的纵向配筋应符合下列要求：对于柱：（a)宜,28,梁、柱纵向钢筋的接头与锚固应符合规范规定。,6、梁、柱纵向钢筋的接头与锚固,加密箍筋可以约束混凝土，改善混凝土的变形性能，提高构件的延性、防止混凝土过早地压溃及防止纵向钢筋的压曲失稳。,加密位置、箍筋直径、箍筋间距等应符合规范规定。,7、箍筋在一定范围内应加密,梁、柱纵向钢筋的接头与锚固应符合规范规定。6、梁、柱,29,框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏。,五、框架的节点设计,节点主要受剪力和压力的组合作用，节点核心区未开裂前，箍筋应力很小，基本上是混凝土承受剪力。约当剪力达到核心区极限抗剪能力6070%时，混凝土突然发生对角贯通裂缝，节点刚度明显降低，箍筋应力也突然增大，个别甚至屈服，此后斜裂缝增多赠宽，箍筋陆续达到屈服。,节点区的破坏与交于节点的梁、柱