13-混凝土框架结构抗震设计.

第12讲混凝土框架结构抗震设计2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计2一、水平荷载作用下的反弯点法§4.5框架结构抗震设计2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计3（1）求各柱剪力时，假定各柱上下端都不发生角位移，即认为梁的线刚度与柱线刚度之比为无限大；——即各柱的抗剪刚度只与柱本身有关（2）确定柱反弯点位置时，假定除底层以外的各层柱的上下端节点转角均相同，即除底层外，假定各层框架柱的反弯点位于柱高的中点；对于底层柱，则假定其反弯点距支座2/3柱高处。——即反弯点位置是定值。（3）梁端弯矩可由节点平衡条件求出，并按结点左右梁的线刚度进行分配。基本假定：求框架的内力步骤：求出各柱内剪力→确定反弯点位置→各柱端弯矩→梁端弯矩→整个框架内力2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计4mkjkjmjkjjFjVVVVVV121设框架有n层，每层有m个柱，以第j层为分析对象，沿柱反弯点切开来，示出其内力（有剪力、轴力，弯矩为零），则按水平力平衡条件得层间总剪力为：1nFjjjknkkjVFFFFFVFj—层间总剪力2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计5框架受侧向荷载时，框架柱内的剪力：jjjkjkuhiV21212i/h2称为柱的抗侧刚度（抗剪刚度）由假定1mkjjkFjjhiVu1212FjmkjkjkjkViiV1由假定2可求出各柱的杆端弯矩对于底层柱3111hVMktkc柱顶：32111hVM:kbkc柱底对于上部各层柱2jjkbcjktcjkhVMM2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计6由假定3（节点平衡条件）可求出梁端弯矩)(dcucrblblblbMMiiiM)(dcucrblbrbrbMMiiiM二、水平荷载作用下的D值法（1）由于框架各层节点转角不可能相等，故柱的反弯点位置也不可能都在柱中点；（2）由于梁柱线刚度之比不可能为无穷大，故柱的抗侧移刚度也不完全取决于柱本身，还与梁的刚度由关。1、反弯点法存在的问题2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计72、修正后的柱抗侧移刚度考虑柱上下端节点的弹性约束作用后，柱的抗侧移刚度为：212hiDc2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计8推导的基本假定为：（1）柱AB及与其上下相邻的柱的线刚度均为ic;(2)柱AB及与其上下相邻的柱的层间位移均为Δuj（3）柱AB两端节点及与其上下左右相邻的各个结点的转角均为i1、i2、i3、i4推得j层k柱抗侧移刚度212jcjjkjkhiuVDFjmkjkjkjkVDDV1框架柱内的剪力2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计9比较反弯点法和修正反弯点法—D值法的抗侧移刚度：212hic212hiDc后者多了一个修正系数——反映节点转动降低了柱的抗侧移能力节点转动大小：取决于梁对柱节点转动的约束程度，梁越刚→对柱的约束能力越大→节点转角越小→越接近1。当框架梁线刚度K=∞,=1—反弯点法和D值法的抗侧移刚度相等求出D值后则得：FjmkjkjkjkVDDV1FjmkhihiFjmkjkjkjkVViiVjjkjjk112121222020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计10比较反弯点法和修正反弯点法—D值法的抗侧移刚度：212hic212hiDc后者多了一个修正系数——反映节点转动降低了柱的抗侧移能力节点转动大小：取决于梁对柱节点转动的约束程度，梁越刚→对柱的约束能力越大→节点转角越小→越接近1。当框架梁线刚度K=∞,=1—反弯点法和D值法的抗侧移刚度相等求出D值后则得：FjmkjkjkjkVDDV1FjmkhihiFjmkjkjkjkVViiVjjkjjk112121222020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计11D值法关键在于求、K,详见下表：2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计123、修正后的柱反弯点高度各柱反弯点的位置取决于该柱上下端转角的比值。若柱上下端转角相同，反弯点则在柱高中点；若柱上下端转角不同，则反弯点偏向转角大的一端，即偏向约束刚度较小的一端。影响柱两端转角大小的因素：侧向外荷载形式；梁柱线刚度比；结构总层数及该柱所在层数；柱上下横梁线刚度比；上下层层高变化。2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计13（1）标准反弯点高度比yn标准框架各层柱的反弯点高度为ynh，查表(2)上下横梁线刚度变化时对反弯点高度比的修正值y1，y1带符号，底层不考虑y1。(3)层高变化对反弯点的修正y2、y3，y2、y3亦带符号，考虑上述因素后:)(321yyyyynh2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计142020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计15三、框架内力计算步骤：1）求框架柱的抗侧刚度D；2）求各柱剪力VjK=(Djk/∑Djk)VFj；3）求各柱反弯点高度yh,并由各柱Vjk计算柱端弯矩M1和M2；4)利用节点平衡并按刚度分配求梁端弯矩；5)利用梁端弯矩求梁两端剪力；6)利用梁端剪力和上柱轴力求下柱的轴力；2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计16§4.5钢筋混凝土框架的抗震设计一、一般概念1、梁与柱的弯曲延性实验表明变形能力随轴压比增大而急剧降低。N为组合轴压力设计值；b、h为截面的短长边；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。cbhfN/配筋率对延性影响也很大。2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计17配筋率对延性影响也很大。配筋率增大则弯曲延性差。适当提高混凝土强度等级，可使配筋率减少弯曲延性改善。截面中配置受压钢筋可以改善构件的弯曲延性。2、受剪构件的剪跨比及破坏特征h0为截面有效高度。剪跨比：0/VhM构件在弯矩和剪力共同作用下,受剪破坏与剪跨比有关.当或构件为超配箍时,发生斜压型破坏；5.1~1当且构件为低配箍时,发生斜拉型破坏；3~2脆性破坏3~25.1~1当且配筋箍适量时,发生剪压破坏；延性破坏2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计18在水平地震作用下，梁柱的剪跨比可以直接通过梁的跨高比和柱的高厚比表示。设反弯点在构件中央blclbVcVbMcM对于梁跨高比21212000bbbbbbbbbbhlhVlVhVM对于柱高宽比21212000cccccccccchlhVlVhVM2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计191）平面或楼层有局部薄弱环节，不能发挥整体抗震能力。3、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。2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计201）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；4、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，强节点、强锚固2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计21两种破坏形式二、“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。2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计22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bccMM9度和一级框架结构尚应符合：buacMM2.1cM---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;bM---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；buaM---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；c---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。2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计231.梁、柱的抗剪强度要高于它的抗弯强度（强剪弱弯）GbnrblbVbbVlMMV9度和一级框架结构尚应符合：三、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GbnrbualbuabVlMMV1.1GbV---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；rblbMM、--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;Vb---梁的剪力增大系数，一级为1.3,二级为1.2,三级为1.1。nl---梁的净跨；rbualbuaMM、---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；2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计24cbfbhV0/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)2.0(10bhfVcREb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：)15.0(10bhfVcREbbV---梁端部截面组合的剪力设计值；0h---梁的截面有效高度；cf---混凝土轴心抗压强度设计值；b---梁的截面宽度；RE---承载力抗震调整系数。2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计250hVMcc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；cV---端截面组合剪力计算值；cM---端截面组合弯矩计算值；0h---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。2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计26N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。cbhfN/2020/1/15第12讲混凝土框架结构抗震设计274、柱的轴压比不宜过大注:1.轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值；可不进行地震作用计算的结构，取无地震作用组合的轴力设计值；2.表内限值适用于剪跨比大于2、混凝土强度等级不高于C60的柱；剪跨比不大于2的柱轴压比限值应降低0.05；剪跨比小于1.5的柱轴压比限值应专门研究并采取特殊构造措施；3.沿柱全高采用井字复合箍且箍筋胶距不大于200mm、间距不大于100mm、直径不小于12mm，或沿柱全高采用复合螺旋箍、螺旋间距不大于100mm、箍筋肢距不大于200mm、直径不小于12mm，或沿柱全高采用连续复合矩形螺旋箍、螺旋净距不大于80mm、箍筋肢距不大于200mm、直径不小于10mm，轴压比限值均可增加0.10；4.在柱的截面中部附加芯柱,其中另加的纵向钢筋的总面积不少于柱截面面积的0.8%，轴压比限值可增加0.05；此项措施与注3的措施共同采用时，轴压比限值可增加0.15；但箍筋的配箍特征值仍可按抽压比增加0.10的更