结构抗震-第4章-第9讲.

结构抗震刘君阳2016年3月课程性质：必修课课程学时：24学时授课班级：2013级土木工程第9讲4.1概述4.2抗震设计的一般要求4.3框架内力与位移计算第四章多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计＋4.4钢筋混凝土框架结构构件设计4.5抗震结构的基本抗震构造措施4.6框架-抗震墙结构抗震构造措施4.7多层框架结构抗震设计4.3框架内力与位移计算1水平地震作用计算2水平地震作用下框架内力计算3竖向荷载作用下框架内力计算4竖向荷载下的梁端弯矩调幅5竖向活荷载的最不利布置6内力组合7框架结构位移验算（1）结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定；（2）结构地震反应计算，包括常遇地震作用下的地震荷载与结构侧移；（3）结构内力分析（4）截面抗震设计结构抗震计算的内容包括：计算结构自振周期及振型初步选定梁柱截面及材料强度等级开始确定结构方案与结构布置计算多遇烈度下地震作用结束计算各层荷载、重力荷载代表值计算结构刚度参数计算多遇烈度下结构侧移地震作用下结构内力分析竖载作用下结构内力分析内力组合、截面设计、构造设计是否需要做薄弱层变形验算罕遇烈度下薄弱层变形验算结构方案调整特殊构造措施不满足不满足满足需要不需要结构抗震设计步骤框图1水平地震作用计算•1、结构的地震作用计算方向一般可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力框架结构承担。•2、计算单元的选取一般应以防震缝所划分的结构单元作为计算单元，在计算单元中各楼层重力荷载代表值的集中质点Gi设在楼屋盖标高处。•3、水平地震作用计算一般情况下采用底部剪力法分别求单元的总水平地震作用标准值FEK、各层水平地震作用标准值Fi和顶部附加水平地震作用标准值△Fn。•一般多采用顶点位移法，计入的影响，框架结构的基本周期T1可按下式计算：•——考虑非结构墙体刚度影响的周期折减系数，当采用实砌填充砖墙时取0.6～0.7；当采用轻质墙、外挂墙板时取0.8；•——假想集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi为水平荷载，按弹性方法所求得的结构顶点假想位移(m)。注意：对于有突出于屋面的屋顶间(电梯间、水箱间)等的框架结构房屋，结构假想位移是指主体结构顶点的位移。4.结构基本周期的计算TTTuT7.11TTu•当已知第j层的水平地震作用标准值Fj和△Fn，第i层的地震剪力Vi为•然后，再按该层各柱的侧移刚度求其分担的水平地震剪力标准值。一般将砖填充墙仅作为非结构构件，不考虑其抗侧力作用。5.地震剪力的计算及分配2水平地震作用下框架内力计算（1）反弯点法适用：用于层数较少、梁柱线刚度比（）大于3小于5的情况反弯点位置：上部H/2，底层2H/3。在工程手算方法中，常采用反弯点法和D值法（改进反弯点法）进行水平地震作用下框架内力的分析。cbii/定义：柱结点有转角时使柱端产生单位水平位移所需施加的水平推力。①柱抗侧刚度计算公式：（2）D值法312cEIDhhEIicc212hiDcα——刚度修正系数，小于1，计算公式查表；h——层高；ic——柱线刚度。②计算各柱所分配的剪力iijijVDDVij各柱所分配的剪力计算公式：——第i层第j根柱所分配的地震剪力；——第i层楼层剪力；——第i层第j根柱的侧移刚度；——第i层所有各柱侧移刚度之和。ijViVijDijD③计算各柱反弯点高度反弯点高度y计算公式：hyyyyy)(3210——标准反弯点刚度比0y——考虑上、下横梁线刚度不相等时引入的修正值——为考虑上层、下层层高变化时引入的修正值——为该柱的高度（层高）1y22y、yh柱端弯矩由柱剪力Vij和反弯点高度y，按下式求得：④计算柱端弯矩上端：下端：()cijMVhy上cijMVy下⑤计算梁端弯矩梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上、下柱端弯矩之和按左、右梁的线刚度比例分配。112(bcckMMMkk左上下）212(bcckMMMkk右上下）1k2k⑥计算梁跨中弯矩和剪力及柱轴力根据力平衡原理，由两端弯矩和作用在该梁上的竖向荷载求出梁跨中弯矩和剪力，再根据剪力求柱轴力。()/()lrbbbnlribbkkiVMMLNVV3竖向荷载作用下框架内力计算竖向荷载下框架内力近似计算可采用分层法和弯矩二次分配法。（1）分层法•将该层梁与上下柱组成计算单元；3层2层1层②在计算简图中除底层外其他各层柱的线刚度均乘以折减系数0.9，因此柱的弯矩传递系数也相应地由l／2改为l／3。③用弯矩分配法逐层计算各单元框架的弯矩，叠加起来即为整个框架的弯矩。④每一层柱的最终弯矩由上、下层单元框架所得弯矩叠加。⑤对节点处不平衡弯矩较大的可再分配一次，但不再传递。①每层只承受该层竖向荷载，不考虑其他各层荷载的影响。分层法计算要点弯矩二次分配法•计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩）；•将各节点的不平衡弯矩，同时作分配（按梁柱线刚度分配固端弯矩）和传递（传递系数均为l／2）；•再作一次弯矩分配即可。由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质，在竖向荷载下可以考虑适当降低梁端弯矩，进行调幅，以减少负弯矩钢筋的拥挤现象。4竖向荷载下的梁端弯矩调幅对于现浇框架，调幅系数可取0.8～0.9；装配整体式框架由于节点的附加变形，可取0.7～0.8。将调幅后的梁端弯矩叠加简支梁的弯矩，则可得到梁的跨中弯矩。只有竖向荷载作用下的梁端弯矩可以调幅，水平荷载作用下的梁端弯矩不能考虑调幅。因此，必须先将竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅后，再与水平荷载产生的梁端弯矩进行组合。支座弯矩调幅降低后，梁跨中弯矩应相应增加，且调幅后的跨中弯矩不应小于简支情况下跨中弯矩的50％。调幅后跨中弯矩为：5竖向活荷载的最不利布置据统计，国内高层民用建筑重力荷载约12～15kN／m2，其中活荷载约为2kN／m2左右，所占比例较小，其不利布置对结构内力的影响并不大。（1）当活荷载不很大时，可按全部满载布置。这样，可不考虑框架的侧移，以简化计算。（2）当活荷载较大时，可将跨中弯矩乘以1.1～1.2系数加以修正，以考虑活荷载不利布置对跨中弯矩的影响。6内力组合通过内力计算，获得了在不同荷载作用下产生的构件内力标准值。根据可能出现的最不利情况进行构件的内力组合所得设计内力值，进行截面设计.在框架抗震设计时一般有两种组合：（1）地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合EhGESSS3.12.1SGE——相应于水平地震作用下重力荷载代表值效应的标准值；SEh——水平地震作用效应的标准值。当只考虑水平地震作用与重力荷载代表值时，内力组合设计值可由下式计算：（2）竖向荷载效应组合(非抗震组合)，包括全部恒载与活载的组合QGSSS4.12.1无地震作用时，结构受到全部恒荷载和活荷载的作用：SG——由恒荷载产生的内力标准值；SQ——由活荷载产生的内力标准值。在上述两种荷载组合中，取最不利情况作为截面设计用的内力设计值。当需要考虑竖向地震作用或风荷载作用时，其内力组合设计值可参考有关规定。kEvkEvEhkEhGEGSSSSS7框架结构位移验算（1）多遇地震作用下层间弹性位移计算huee——多遇地震作用标准值产生的楼层内最大弹性层间位移；eu——弹性层间位移角限值，框架取1/550；e——计算楼层层高。h多遇地震作用下，框架结构层间弹性位移，应满足下式要求：1ienijjVuD多遇地震作用下，框架结构层间弹性位移，可依D值法按下式计算：（2）罕遇地震作用下的层间弹塑性位移验算不超过12层且层刚度无突变的钢筋混凝土框架结构、单层工业厂房可采用下述简化计算方法。①楼层屈服强度系数与结构薄弱层（部位）的确定②结构薄弱层弹塑性层间位移的简化计算③结构薄弱层抗震变形验算eppuu结构薄弱层的弹塑性层间位移应符合下式要求：hupp][---弹塑性层间位移角限值，按下表采用；h---薄弱层楼层高度或单层厂房上柱高度。][p