混凝土结构抗震设计课件.ppt
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- 混凝土结构 抗震 设计 课件
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1、1 第四章钢筋混凝土结构抗震设计2 本章内容提要 4.1 概述 4.2 震害及其分析 4.3 抗震设计的一般规定 4.4 框架和框架-抗震墙结构水平地震作用的计算 4.5 框架结构内力与位移计算 4.7 框架梁、柱、节点抗震设计及抗震构造措施3 1.我国对高层住宅住宅 的划分:我国住宅建筑设计规范(GBJ96-86)中规定79层为小高层住宅,1030层为高层住宅。一、多层与高层4.1 概述概述2.我国其他有关规范中规定:高层民用建筑设计防火规范(GBJ45-82)中规定10层及10层以上的住宅和建筑高度超过24m的其他民用建筑为高层建筑。钢筋砼高层建筑结构设计与施工规程(JBJ3-90)中规定
2、10层和10层以上的民用建筑为高层建筑。此规定仅限于钢筋砼结构,其高度不超过200m。4 二、多层及高层建筑结构体系1.框架结构体系(1)由线型杆件梁和柱组成的结构,称为框架。整幢结构都由梁柱组成,称为框架结构体系。(2)特点:建筑平面布置灵活,立面设计多变;具有较大的空间,使用方便。但刚度较差,用于层数较少的高层建筑。5 框架结构体系典型的平面图框架房屋框架房屋7(3)框架在水平荷载作用下的变形特点:框架侧移由两部分组成:n第一部分侧移第一部分侧移由由柱、梁的弯曲变形产生。柱和梁都有反弯点。框架下部的梁和柱内力大,层间变形也大,愈到上部层间变形愈小,使整个框架结构的侧移曲线呈剪切型,如图(a
3、)。8 n第二部分侧移第二部分侧移由柱的轴向变形产生。柱的拉伸和压缩使结构产生侧向位移。这种侧移底部层间变形较小,愈到上部层间变形愈大,使整个结构的侧移曲线呈现弯曲型,如图(b)。由于框架结构中第一部分侧移是主要的,所以叠加后的框架侧移曲线仍呈剪切型特征,如图(c)。9 2.剪力墙结构体系(1)利用墙体作为承受竖向荷载,抵抗水平荷载的结构,称为剪力墙结构体系。(2)特点:墙体间距一般38米,适用于较小开间的建筑。整体性好,刚度大,侧向变形小,承载力容易满足。平面布置限制大,小空间,结构自重大。(3)变形:侧移曲线为弯曲型(高宽比较大的剪力墙结构),如图。10 剪力墙结构平面图(a)(b)(c)
4、(d)(e)(f)11 3.框架-剪力墙结构体系、框架-筒体结构体系(1)在框架结构中设置部分剪力墙,就组成了框架-剪力墙结构。如果将剪力墙布置成筒体,又可称为框架-筒体结构体系。(2)特点:建筑上能提供较大的空间。剪力墙(筒体)侧向刚度大,承担大部分水平荷载。框架主要承受竖向荷载,也承担少部分水平荷载。整个结构的刚度和承载力比框架结构体系大为提高。12 剪力墙结构平面图框架13 剪力墙结构平面图框架抗震墙抗震墙框架框架-抗震墙抗震墙14(3)变形:框架侧移曲线呈剪切型变形,剪力墙侧移曲线呈弯曲型,两者共同工作后,侧向位移曲线呈弯剪型,见下图。15 4.筒体结构(1)筒体的基本形式 a.实腹筒
5、:用剪力墙围成的筒体,称为实腹筒。b.框筒:由密排柱和深梁框架围成的筒体,称为框筒。c.桁架筒:筒体的壁是由竖杆和斜杆形成的桁架组成,称为桁架筒。16(2)筒体的特点 n筒体具有空间整体受力性能。在水平荷载作用下可看作固定于基础上的箱形悬臂梁。n筒体比单片面结构具有更大的抗侧刚度和承载力,并具有很好的抗扭刚度。17(3)筒体结构形式 n筒中筒结构 n用框筒或桁架筒做为外筒,实腹筒做为内筒,形成筒中筒结构。当采用钢结构时,内筒也可由框筒做成。n内外筒通过楼板联系,共同工作,抵抗水平力。n框筒及筒中筒设计时,其布置原则是尽可能减少剪力滞后,充分发挥材料的作用。18 板布置筒中筒结构平面图及楼19
6、n多筒体系多筒体系:当采用多个筒体共同抵抗侧向力时,就成为多筒结构。n成束筒:两个以上筒体排列在一起成束状,称为成束筒。如西尔斯大厦。n多筒体结构:在一个平面内设置多个筒体,适应于复杂平面的布置要求。n多重筒体结构。20 筒体结构的转换层21 5.巨形框架结构 利用筒体作为柱子,在各筒体之间每隔数层用巨形梁相连,形成巨形框架,如图。在巨形框架的各层可以建造普通的多层框架或形成很大空间的中庭,满足建筑的需要。下页图是巨形框架的例子。22(a)桁架型桁架型(b)斜格型斜格型(c)框筒型框筒型一、框架梁、柱的震害一、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,
7、尤其是角柱和边柱更易发生破坏。1 1、柱顶、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。4.2 震害及其分析2 2、柱底、柱底 与柱顶相似,由于箍筋较柱顶密,震害相对柱顶较轻。3 3、短柱、短柱 当柱高小于4倍柱截面高度(H/b3时)假定:节点转角=0,即Kb=反弯点位置:一般层0.5H 处;底层2/3H i层k柱的线刚度:i层k柱的侧移刚度:HIEKikcik为层高。其中:H212Hkrikik78 第i层总剪力:i层k柱分配的剪力:适用于层数少层数少
8、的框架结构,因为此时柱截面尺寸小,易满足Kb/Kc3的条件。niiiFVinkikikikVrrV179 3.用D值法计算框架内力近似考虑节点转动节点转动对柱侧移刚度侧移刚度和反弯点位置反弯点位置的影响。考虑节点转动对柱侧移刚度的影响系数影响系数假定:节点转角相同(1)计算各层柱的侧移刚度D ikkiKhD212考虑楼板对梁线刚度的影响,框架梁截面惯性距b增大系数中框架:2.0;边框架1.581(2)计算各根柱所分配的剪力 已知第i层层间地震剪力Vi 层所有柱子刚度之和。表示第其中根柱子的剪力:层第第iDVDDVjimjjiimjjijiji1182(3)确定柱子反弯点高度yhyyyyy)(3
9、210柱子的反弯点高度:表。标准反弯点高度比,查:0y时的修正系数,查表。考虑上下层梁刚度不同:1y。同时的修正系数,查表上层层高与本层层高不:2y。同时的修正系数,查表下层层高与本层层高不:2y83(4)计算柱端弯矩Mc)(yhVMijuc柱子上端弯矩:yVMijlc柱子下端弯矩:(5)计算梁端弯矩Mb 211)(KKKMMMlcuclb212)(KKKMMMlcucrb(6)计算梁端剪力Vb(7)计算柱子轴力N 柱子轴力为各层梁端剪力的代数和。lMMVrblbb85 二、竖向荷载下框架内力的计算1.计算方法(1)分层法 按本层梁和上下柱组成的计算单元,将整个框架分成若干个开口框架。然后按弯
10、矩分配法计算各单元框架,最后再将柱端弯矩叠加,形成整体框架的弯矩图。(2)弯矩二次分配法 将各节点的不平衡弯矩,同时作分配和传递。第一次按梁柱线刚度分配固端弯矩,将分配弯矩传递一次(传递系数为1/2),再作一次弯矩分配即可。86 2.分层法计算基本假定:()本层梁荷载对其它层梁的内力影响可以忽略不计1梁EI大,节点转角小,则引起的柱M小,传递的M越小。即:EA梁梁/EA柱柱32 节点有侧移时,影响下层,故忽略竖向荷载下的侧向变形。即外荷外荷与结构结构均对称对称(2)弹性约束假设为固定支座(柱的线刚度为0.9 ic)即柱线刚度取 i=0.9 ic87 分层法计算步骤:(1)逐层取出开口框架计算简
11、图 88(2)计算出梁、柱的线刚度或相对线刚度。对柱线刚度作出调整:底层柱线刚度不变,传递系数为1/2;其余层柱线刚度乘以系数0.9,传递系数为1/3。(3)用弯矩分配法计算各开口框架弯矩。(4)把计算结果桉节点一一对应迭加,即得整个框架弯矩。(5)如果节点不平衡弯矩值较大,可重新分配一次,但不再传递。(6)计算跨中弯距:21(812)右左中MMqlM90 3.梁端的弯矩调幅 n由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性能,在竖向荷载作用下可以考虑适当降低梁端弯矩,即进行弯矩调幅。调幅系数如下:(1)现浇框架结构:=0.8-0.9(2)装配整体式框架:=0.7-0.8 梁端弯矩调幅后,跨中弯矩应相
12、应增加,并且调幅后的跨中弯矩不应小于简支情况下跨中弯矩的50%。91 n调幅后跨中弯矩为:n n n注意:只有竖向荷载作用下的梁端弯矩才可以调幅,水平荷载作用下的梁端弯矩不能调幅。2121342121MMMMMM92 4.关于活荷载的不利布置 n当活荷载不很大时,可以按满跨布置。n当活荷载比较大时,可将跨中弯矩乘以1.1-1.2的增大系数。以考虑活荷载不利布置对跨中弯矩的影响。93 三、框架的内力组合1.控制截面(1)梁:两端截面及跨中截面。(2)柱:原则上选择每层柱的上、下端作为控制截面。层数不多时,整根柱配筋相同。层数较多时,分段配筋。94 2.内力组合(组合内力设计值)(1)1.2恒+1
13、.4活(2)(1.2恒+0.5活)+1.3震 组合时采用表格计算。恒恒载下的内力 活活载下的内力等+96 3.选取最不利内力用于配筋计算(1)梁的最大内力(考虑地震左、右作用)。组合两端负弯矩(取大者):梁端正弯距:梁端剪力(取大者):)2.13.1(GEEKREMMM)4.12.1(0QKGKMMM)0.13.1(GEEKREMMMREhkEhEGRECGCS3.12.1RECGCShkEhEGRE)3.12.1()(GbnrblbvbREVlMMV)4.12.1(0QKGKVVV97 组合跨中弯矩(取大者):梁端截面取柱边缘内力组合值用作配筋计算。配筋计算:当层数不多时,各层梁可统一配筋。
14、当层数较多时,可按几层为一段统一配筋。)中GEEKREMMM2.13.1()中QKGKMMM4.12.1(098(2)柱的最大内力 考虑结构两个主轴方向分别组合。进行柱子两端内力组合,并考虑地震左、右作用。考虑以下几组组合:最大弯矩、及相应的剪力和轴力 最大轴力、及相应的弯矩和剪力 最小轴力、及相应的弯矩和剪力 按柱净高两端内力组合值进行配筋计算:层数不多时,整根柱配筋相同。当层数较多时,分段配筋。99 四、框架结构位移验算1.多遇地震作用下层间弹性位移验算(1)层间地震剪力:Vi(2)层间刚度:(3)层间弹性位移:(4)层间弹性位移验算mjjiD1mjjiieDVu1 huee100 2.罕
15、遇地震作用下层间弹塑性位移验算(1)楼层屈服强度系数 y (2)计算罕遇地震作用下的层间地震剪力eiyiyiVVi层的屈服强度系数:第eiV层抗剪承载力。准强度计算的第:按实际配筋和材料标层弹性剪力。:按罕遇地震计算的第iViVyiei101(3)层间屈服剪力Vyi的确定 计算梁、柱的极限抗弯承载力 )(0syksbuahfAM梁:时或柱:当柱轴压比5.08.0cccmkGccchbfNhbfN)1(5.0)(cmkcccscoykscufhbNNhahfAM102 计算柱端的有效屈服弯矩 可根据不同的屈服机制,确定柱端的有效屈服弯矩。103 计算第i层第j根柱的受剪承载力 计算第i层的楼层屈
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