框架结构抗震设计例题

框架结构抗震设计框架结构抗震设计济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院彭亚萍彭亚萍框架结构抗震设计目标框架结构抗震设计目标••三水准设防目标三水准设防目标具有具有••足够的强度足够的强度••足够的刚度足够的刚度••足够的延性（耗能能力）足够的延性（耗能能力）框架结构抗震设计内容框架结构抗震设计内容••概念设计概念设计••抗震计算抗震计算••构造措施构造措施概念设计（方案设计）概念设计（方案设计）••体型简单、对称、规则体型简单、对称、规则1δ2δ212δδ+22.1122δδδ+×扭转不规则max3.0BBmaxBmax3.0BBmaxBmaxBmax3.0BBmaxBmax3.0BB凹凸角不规则概念设计（方案设计）概念设计（方案设计）••体型简单、对称、规则体型简单、对称、规则BBb5.0BBlAAA=3.00l局部不连续大开洞错层概念设计（方案设计）概念设计（方案设计）••体型简单、对称、规则体型简单、对称、规则••合理设置防震缝合理设置防震缝L1L2L1L2L2L14L2L1概念设计（方案设计）概念设计（方案设计）••体型简单、对称、规则体型简单、对称、规则••合理设置防震缝合理设置防震缝基础概念设计（结构布置方案）概念设计（结构布置方案）1.1.工程概况或设计资料工程概况或设计资料抗震等级：抗震等级：一一一一一一抗震墙抗震墙一一一一二二二二三三三三四四框架框架≤≤50506060≤≤60606060≤≤60606060≤≤6060高度（高度（m)m)一一剧场剧场,,体育馆等大跨度公共建筑体育馆等大跨度公共建筑一一一一二二二二三三三三四四框架框架≤≤25253030≤≤30303030≤≤30303030≤≤3030高度（高度（m)m)框架-抗震墙结构框架结构结构类型烈度6879三二一三二现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级概念设计（结构布置方案）概念设计（结构布置方案）2.2.结构选型与结构布置结构选型与结构布置（（11）结构竖向承重体系）结构竖向承重体系纵向框架承重、纵向框架承重、横向框架承重、横向框架承重、纵横双向框架承重纵横双向框架承重柱网布置要简单规整贯通柱网布置要简单规整贯通（（22）结构水平承重体系（楼屋面结构布置））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：现浇钢筋混凝土楼屋面：肋梁楼盖肋梁楼盖（单向板、双向板）（单向板、双向板）井式楼盖井式楼盖（双向板）（双向板）梁板布置要传力明确、简洁，美观经济梁板布置要传力明确、简洁，美观经济3.3.构件截面尺寸估算（以肋梁楼盖为例）构件截面尺寸估算（以肋梁楼盖为例）3.13.1板的厚度板的厚度（（11）按施工条件控制的最小厚度）按施工条件控制的最小厚度类别类别施工方法施工方法不埋线管不埋线管埋铁皮管埋铁皮管埋塑料管埋塑料管屋盖屋盖现浇现浇60mm60mm80mm80mm90mm90mm民用建筑民用建筑现浇现浇70708080100100工业建筑工业建筑现浇现浇8080100100120120阳台、雨篷的根部阳台、雨篷的根部现浇现浇100100----楼盖楼盖概念设计（结构布置方案）概念设计（结构布置方案）（（22）按工程经验选择）按工程经验选择类别类别梁距梁距板厚板厚屋盖屋盖2.0m2.0m左右左右6060--80mm80mm楼盖楼盖2.0m2.0m左右左右8080--100mm100mm整块楼盖整块楼盖3.33.3--4.0m4.0m左右左右120120--180mm180mm阳台、雨篷阳台、雨篷悬桃悬桃1.21.2--2.0m2.0m左右左右根部根部120120--200mm200mm概念设计（结构布置方案）概念设计（结构布置方案）（（33）按变形条件选择）按变形条件选择（（44）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。）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。类别类别简支板简支板h/lh/l连续板连续板h/lh/l悬臂板悬臂板h/lh/l单向板单向板1/351/351/401/40根部根部1/121/12双向板双向板1/451/451/501/50概念设计（结构布置方案）概念设计（结构布置方案）3.23.2梁的截面尺寸梁的截面尺寸（（11）考虑施工条件）考虑施工条件①①次梁高度至少应比主梁高度小次梁高度至少应比主梁高度小50mm50mm。。②②框架纵向梁高度应比横梁高度小框架纵向梁高度应比横梁高度小50mm50mm。。③③梁载面尺寸一般以梁载面尺寸一般以50mm50mm为模数，当大于为模数，当大于800mm800mm时以时以100mm100mm为模数。为模数。概念设计（结构布置方案）概念设计（结构布置方案）（（22）截面尺寸选择）截面尺寸选择类型类型类别类别高跨比高跨比h/lh/l高宽比高宽比h/bh/b多跨连续主梁多跨连续主梁1/81/8--1/141/14多跨连续次梁多跨连续次梁1/121/12--1/181/18悬臂梁悬臂梁1/61/6--1/81/8矩形截面独立梁矩形截面独立梁1/121/12--1/151/15框架梁框架梁整浇整浇TT形梁形梁1/81/8--1/121/1222--33整体现浇整体现浇TT形梁形梁（楼盖、屋盖）（楼盖、屋盖）概念设计（结构布置方案）概念设计（结构布置方案）（（33）对于抗震结构，梁截面宽度不小于）对于抗震结构，梁截面宽度不小于200mm200mm，高宽比不宜大于，高宽比不宜大于44，净跨与高度之，净跨与高度之比不宜小于比不宜小于44。。3.33.3柱的截面尺寸柱的截面尺寸（（11）框架柱截面可按轴心受压估算。）框架柱截面可按轴心受压估算。①近似地取静荷载（①近似地取静荷载（1010--1515））kN/mkN/m22，填充墙较少时取小值。，填充墙较少时取小值。②轴力②轴力NN==负荷面积负荷面积××层数层数××单位面积上的荷载。单位面积上的荷载。即：即：NN=1.2=1.2恒恒+1.4+1.4活活③柱子的截面③柱子的截面AAcc由下式计算（由下式计算（AAcc==bb××hh）：）：)01.0(0.1)()4.1~2.1(cyccsyccAfAfAfAfN′+=′′+=ϕyccffNA′+=01.0)4.1~2.1(概念设计（结构布置方案）概念设计（结构布置方案）（（22）对于抗震结构，应验算柱轴压比是否满足下表的要求：）对于抗震结构，应验算柱轴压比是否满足下表的要求：][nAfNncc≤=抗震等级抗震等级结构类型结构类型一级一级二级二级三级三级框架结构框架结构0.70.70.80.80.90.9框架框架--抗震墙、板柱抗震墙、板柱--抗震墙及筒体抗震墙及筒体0.750.750.850.850.950.95部分框支抗震墙部分框支抗震墙0.60.60.70.7--异形柱异形柱0.60.60.70.70.80.8概念设计（结构布置方案）概念设计（结构布置方案）4.4.现浇楼屋面结构设计（肋梁楼盖）现浇楼屋面结构设计（肋梁楼盖）4.14.1现浇楼面（屋面）板设计现浇楼面（屋面）板设计一般楼面板可采用塑性计算方法。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。屋面板采用弹性计算方法。4.24.2多跨连续次梁设计（毕业设计不要求）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。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。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。注意：主梁在分析框架内力时计算其内力。抗震计算设计（结构计算）抗震计算设计（结构计算）5.5.梁柱刚度及计算简图梁柱刚度及计算简图5.15.1框架梁的抗弯刚度框架梁的抗弯刚度EIEIbb及线刚度及线刚度iibbII00为主梁矩形截面的惯性矩为主梁矩形截面的惯性矩中框架梁：中框架梁：IIbb==22II00边框架梁：边框架梁：IIbb=1=1..55II005.25.2框架柱的抗弯刚度框架柱的抗弯刚度EIEIcc及线刚度及线刚度iicc柱截面的惯性矩为：柱截面的惯性矩为：IIcc抗震计算设计（框架内力计算）抗震计算设计（框架内力计算）hIEiccc=选取一榀代表框架lIEibbb=5.3框架柱的侧移刚度（混P177）cjiihDji212⋅=α根柱子的刚度：层第第∑==mjjiiDDi1层层间侧移刚度：框架第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。ijD抗震计算设计（框架内力计算）抗震计算设计（框架内力计算）6.26.2按分层法或弯矩二次分配法计算内力按分层法或弯矩二次分配法计算内力活荷载、恒载分别计算活荷载、恒载分别计算6.36.3叠合成整体框架弯矩图，不平衡弯矩再叠合成整体框架弯矩图，不平衡弯矩再分配一次分配一次6.46.4计算梁端剪力，及剪力图计算梁端剪力，及剪力图6.56.5柱子轴力，及轴力图柱子轴力，及轴力图抗震计算设计（框架内力计算）抗震计算设计（框架内力计算）抗震计算设计（框架内力计算）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竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅调幅系数：调幅系数：0.80.8--0.850.85eMM85.0=005.0)2102.1MMMMMrl且不小于（+−=M0:按简支梁计算的跨中弯矩7.7.水平地震作用下的内力计算水平地震作用下的内力计算7.17.1计算单元（纵向、横向）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。每个抗震缝区段取为一个结构计算单元。7.27.2选择计算方法选择计算方法一般规则的多层框架结构采用底部剪力法。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。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）抗震计算设计（框架内力计算）7.37.3计算各层重力荷载代表值计算各层重力荷载代表值GGiiGGii==自重的标准值自重的标准值++活荷载的组合值活荷载的组合值（（11）每层划分：上、下层各一半；）每层划分：上、下层各一半；（（22）外墙重：墙、窗分别考虑；）外墙重：墙、窗分别考虑；（（33）内墙重：不考虑扣除门洞；）内墙重：不考虑扣除门洞；（（44）楼梯间：近似按）楼梯间：近似按10kN/m10kN/m22((包括恒包括恒++活活))；；（（55））活荷载组合值：屋面活荷不考虑；楼面取活荷载组合值：屋面活荷不考虑；楼面取0.50.5活。活。抗震计算设计（框架内力计算）抗震计算设计（框架内力计算）iG7.47.4等效重力荷载代表值等效重力荷载代表值GGeqeq结构总重力荷载代表值：结构总重力荷载代表值：结构等效总重力荷载代表值：结构等效总重力荷载代表值：∑==niiGG1∑===niieqGGG185.085.0抗震计算设计（框架内力计算）抗震计算设计（框架内力计算）7.57.5计算结构自振周期（基本周期）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。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。两种方法都要考虑填充墙的影响。顶点位移法：顶点位移法：抗震计算设计（框架内力计算）抗震计算设计（框架内力计算）：结构顶点假想位移TTTTuuuT)7.0~6.0(7.17.11==ψTuiG7.67.6确定地震参数确定地震参数（（P40)P40)（（11）确定特征周期）确定特征周期TTgg根据建筑场地类别和地震分组，查表根据建筑场地类别和地震分组，查表33--22得特征周期得特征周期TTgg。。（（22）取结构阻尼系数）取结构阻尼系数ζζ==0.050.05（（33）确定水平地震影响系数）确定水平地震影响系数根据设防烈度，查表根据设防烈度，查表33--33得：得：ααmaxmax按照反应谱确定水平地震影响系数：按照反应谱确定水平地震影响系数：αα11抗震计算设计（框架内力计算）抗震计算设计（框架内力计算）7.77.7计算底部总剪力计算底部总剪力7.87.8是否考