抗震框架設計

抗震框架設計一、結構選型與布置結構方案選擇房屋結構方案應根據(jù)使用要求、材料供應和施工條件進行必要的經濟技術比較，在滿足安全、適用和耐久性的前提下，盡可能做到經濟合理、技術先進。房屋的結構型式，應根據(jù)建筑物的功能、造型、房屋的高度、工程地質條件、工期等物質與技術條件來確定，根據(jù)教學要求，本次設計的主體房屋采用鋼筋混凝土框架結構。結構體系的選擇，與房屋內部的空間要求有關，還與所受的荷載性質及其大小有關。鋼筋混凝土框架結構可采用橫向框架承重、縱向框架承重和縱橫向框架承重體系等。鋼筋混凝土框架結構房屋按施工方法的不同可分為現(xiàn)澆整體式、裝配式和裝配整體式。地震區(qū)的混凝土框架結構主要采用現(xiàn)澆整體式框架。結構布置房屋的結構布置，既要滿足建筑在使用和造型上的要求，又必須考慮到結構布置合理，有利抗震。建筑及其抗側力結構的平面布置宜規(guī)則、對稱，體型力求簡單，并應具有良好的整體性。建筑的立面和剖面宜規(guī)則，結構的側向剛度宜均勻變化。房屋樓層不宜錯層。當建筑平面突出部分較長，結構剛度和荷載相差懸殊或房屋有較大錯層時，宜設防震縫將房屋劃分為平面規(guī)整、對稱的單元。（1）框架結構的承重方案通常有三種：1）橫向框架承重方案由橫向框架梁與柱構成主要承重框架，縱向由連系梁將橫向框架連成一空間結構體系。建議本次課程設計采用此方案。2）縱向框架承重方案由縱向框架梁與柱構成主要承重框架，橫向由連系梁將縱向框架連成一空間結構體系。此承重方案橫向剛度較差。3）縱橫向框架承重方案沿房屋縱橫向布置承重框架，當房屋的縱橫兩個方向的長度相等或接近時，或兩個方向柱列區(qū)格相近時，或有抗震設防要求時，宜采用此承重方案。有關各種承重方案具體特點及適用性詳見教材及相關參考書。（2）柱網與層高多層工業(yè)與民用房屋的平面與剖面尺寸，應按《建筑模數(shù)協(xié)調統(tǒng)一標準》和《廠房建筑模數(shù)協(xié)調標準》確定，設計時應滿足建筑上的功能要求，同時應盡可能地考慮構件的標準化。（3）板、梁、柱截面尺寸初估本次課程設計梁、柱截面采用矩形截面，截面尺寸應符合現(xiàn)行規(guī)范的構造要求。

1） 板的厚度h簡支單向板：h三l/35（1為板的跨度）；簡支雙向板：h三1/45（1為板的較小跨度）；連續(xù)單向板：h三1/40（1為板的跨度）；連續(xù)雙向板：h三1/50（1為板的較小跨度）。最小厚度：單向板：屋面板：60mm民用建筑樓板：60mm工業(yè)建筑樓板：70mm雙向板：80mm2） 框架梁截面高度：h=（1/12?1/8）1（1為梁的跨度）b截面寬度：b=（1/3?1/2）hb b截面寬度不宜小于200mm；截面高寬比不宜大于4；凈跨與截面高度之比不宜小于44。3） 連系梁截面高度：hb=（1/12?1/8）1（1為梁的跨度）b截面寬度可同墻厚。4） 次梁截面高度：hb=（1/12?1/8）1（1為梁的跨度）b截面寬度：b=（1/3?1/2）hbb5） 框架柱框架柱的截面尺寸一般根據(jù)柱軸壓比限值控制，可按下列公式估算NN才FgEn式中：N——柱的軸向壓力設計值，可由該柱負荷面積大小，根據(jù)豎向荷載的經驗數(shù)據(jù)估算；F——按簡支狀態(tài)計算的柱負載面積；g——折算單位建筑面積上的重力荷載代表值，可按實際荷載計算，也可近似取E12?15kN/m'；B 考慮地震組合后柱軸力增大系數(shù)，取1.2?1.3；n——驗算截面以上樓層層數(shù)；A——框架柱截面面積，A=bh；LcNJ——框架柱軸壓比限值，一級、二級和三級抗震等級分別取0.7、0.8和0.9。柱截面高度與寬度均不宜小于300mm,剪跨比宜大于2,柱截面長邊與短邊的邊長比不宜大于3。同一平面內框架柱與框架梁中心線的偏心距不宜大于柱截面在該方向邊長的1/4。二、框架結構的計算簡圖框架的計算單元框架結構是空間結構，設計時通常近似按兩個方向的平面框架分別計算。圖1為橫向承重框架結構KJ-3的計算單元選取。動力計算簡圖多自由度體系動力計算簡圖采用層間模型，即每層樓面及屋面作為一個質點，樓面與樓面（屋面）之間的豎向構件（如墻、柱等）的質量分別向上、向下集結到樓面及屋面質點處。內力計算簡圖（1） 框架跨度：取柱中心線之間的距離；（2） 框架高度：底層高度取基礎頂面到二層梁面之間的距離，其余層取層高。（3）坡度W1/8的斜梁或折線形橫梁簡化為水平橫梁。十L/2L/24十L/2L/24圖1KJ-3的計算單元三、重力荷載代表值計算計算地震作用時，建筑的重力荷載代表值應取結構和構配件自重標準值和各可變荷載組合值之和。各可變荷載的組合值系數(shù)見抗震結構教材或《建筑結構抗震規(guī)范》。多自由度體系各質點的重力荷載代表值Gi取本層樓面重力荷載代表值和相鄰層層間豎向構件全部重力荷載代表值的一半之和。各類荷載的取值主要根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001）及設計任務書的有關規(guī)定選用。四、框架剛度計算框架梁的線剛度：ib=EIb/l；框架柱的線剛度：i=EI/H。bbccc對于現(xiàn)澆整體式框架梁：中框架梁：Ib=2.OI0b0邊框架梁：Ib=1.5I0b0其中，I0為按矩形截面計算框架梁的慣性矩。五、框架自振周期計算可采用能量法、等效質量法或頂點位移法計算結構基本自振周期耳。1.能量法乏Gu21ii ,g工Guii1=1式中：u——計算結構自振周期用的i樓層的假想側移（m）,即假想集中在各層樓面i處的重力代表值G.作為水平荷載而算出的i樓層的側移；i屮T——結構基本自振周期考慮非承重磚墻影響的折減系數(shù)，一般框架結構取0.6?0.7。2.等效質量法T=2k-m81 eqm——等效質量；eq8——體系在等效質奌處,受單位水平力所產生所水平位移。3?頂點位移法T=1.7a-,-u1 TT式中：uT——計算結構自振周期用的結構頂點假想側移（m）,即假想集中在各層樓面處的重力代表值G.作為水平荷載而算出的結構頂點位移；i六、多遇水平地震作用計算對于房屋高度不超過40m，質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構，以剪切變形為主，扭轉效應可忽略不計的結構可采用底部剪力法計算結構多遇水平地震作用，其主要計算步驟為：1?計算結構等效總重力荷載代表值：G=0.85》G；eqi2?由結構的基本自振周期T1，根據(jù)地震影響系數(shù)曲線確定結構的地震影響系數(shù)a1；混凝土結構的阻尼比:取0.05；計算總水平地震作用標準值：FEk=a1Geq；Ek1eq計算各質點多遇水平地震作用標準值：（1） T>1.4T1g

GH頂層水平地震作用：F= /i(1-8)F+8F；nnnEknEk乞GHjjj=1其余各層水平地震作用：F=嘰(1-8)F。in nEk2LgHjjj=1式中：6——頂部附加地震作用系數(shù)；n(2)TV.4TGHFGHF=iiFin Ek乙GHjj七、框架各層地震力及彈性位移計算1.各層地震力各層水平地震作用相應各層的地震剪力標準值V.：V=￡F。ii i采用底部剪力法時，突出屋面的屋頂間、女兒墻等的地震作用效應，宜乘以增大系數(shù)3，此增大部分不應往下傳遞，但與該突出部分相連的構件應予計入。規(guī)則結構不進行扭轉耦聯(lián)計算時，平行地震作用方向兩個邊榀，其地震作用應乘以增大系數(shù)。一般情況下，短邊可按1.15采用，長邊可按1.05采用。2.位移計算多遇地震作用下的樓層內最大水平彈性層間位移驗算：△uW/h/550；e罕遇地震作用下薄弱層彈塑性變形驗算：△uWh/50。p八、 框架內力分析(1)水平地震作用下：采用D值法進行計算。(2)重力荷載效應作用下：采用彎矩二次分配法進行計算。九、 框架截面內力組合(1)控制截面及最不利內力1)框架梁：梁端支座截面：-M、+M、Vmaxmaxmax跨間截面：+M及可能出現(xiàn)的-Mmaxmax2)框架柱：上、下兩端截面。最不利內力：+M及相應的N、V；-M及相應的N、V；N及相應的M、V；maxmaxmaxN及相應的M、V；m.n(2)荷載效應組合本次課程設計荷載效應組合設計值僅考慮地震作用的效應組合：)S=yS+ySGGEEhEhK式中：Y、Y分別重力荷載代表值、水平地震作用的分項系數(shù)，各系數(shù)的取值按《建GEh筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)有關規(guī)定采用；S為重力荷載代表值的效應；SGEEhK為水平地震作用標準值的效應，尚應乘以相應的增大系數(shù)或調整系數(shù)。抗震驗算(三級框架)內力的調整柱端彎矩設計值調整三級框架的梁柱節(jié)點處除框架頂層和柱軸壓比小于0.15者外，柱端組合的彎距設計值應符合下式要求：工M=n工Mccb式中：工M——節(jié)點上下柱端截面順時針或反時針方向組合的彎矩設計值之和，可按c彈性分析分配；工M——節(jié)點左右梁端截面順時針或反時針方向組合的彎矩設計值之和；b耳——柱端彎矩增大系數(shù)，三級取1.1。c當框架柱反彎點不在柱的層高范圍內時，柱端截面組合的彎矩設計值可乘以1。c三級框架結構的底層，柱下端截面組合的彎矩設計值應乘以增大系數(shù)1.15。3)桿端剪力設計值調整(剪力設計值相應按調整后的柱端彎矩進行計算)。三級框架梁端截面組合的剪力設計值應按下式調整：V=1(Ml+Mr)/1+VvbbbnGbMl、Mr——分別為梁端截面順時針或反時針方向組合的彎矩設計值；bbV——梁在重力荷載代表值作用下，按簡支梁分析的梁端剪力設計值；Gb1——梁端剪力增大系數(shù)，三級取1.1。vb三級框架柱端的剪力設計值應按下式調整：V=1(Mb+Mt)/Hvbc cnMb、Mt—分別為柱端截面順時針或反時針方向組合的彎矩設計值；cc1——柱剪力增大系數(shù)，三級取1.1。vb三級框架的角柱經調整后的彎矩設計值、剪力設計值尚應乘以不小于1.10的增大系數(shù)。十、框架截面承載力計算(1)框架梁的截面設計1)框架梁正截面承載力計算考慮地震作用效應組合時：M<M/y或YM<MEuREREEu式中：Y——承載力抗震調整系數(shù)，取值詳見教材或《建筑抗震設計規(guī)范》；REM——考慮地震作用效應組合時梁截面組合的彎矩設計值；E

Mu——梁正截面承載力設計值。u2）框架梁斜截面承載力計算（a）截面尺寸的驗算考慮地震效應組合時，框架梁受剪截面應滿足跨高比大于2.5跨高比大于2.5時，跨高比不大于2.5時，（b）斜截面承載力計算考慮地震效應組合時：<—（0.20卩fbh）。y cc0RE<丄（0.15卩fbh）y cc0RE一般梁：集中荷載為主的梁VE1（一般梁：集中荷載為主的梁VE1（<——0.42fbh+1.25fyI t0 yvREVE<化+fyvAs^hs0丿梁截面的實際配箍筋還應滿足有關的構造要求。2）框架柱截面設計1）三級框架柱的軸壓比驗算：N「］卩=max<lu=0.9NAfNcc2） 框架柱正截面承載力計算框架柱一般采用對稱配筋，根據(jù)考慮抗震組合下的柱端截面的最不利的內力（M,N）設計值及其調整值，按對稱配筋的偏心受壓（或受拉）構件計算柱的受力鋼筋。其主要步驟如下：（a） 分組：將各層柱上、下端的各組內力（M.、N.）按大、小偏心分組：當NWiiiNb為大偏心，N>Nb為小偏心。Nb為大小偏壓界限破壞時的軸向壓力設計值Nb=afb .b b b1c§bh0b；（b） 選擇最不利內力：i） 大偏心組：M相近時，N小為不利；N相近時，M大為不利；ii） 小偏心組：M相近時，N大為不利；N相近時，M大為不利；（c） 配筋計算：將所選取的各最不利的內力M、N）代入鋼筋混凝土偏心受壓構件正截面承載力計算公式求出配筋，并取各配筋中的較大者作為該層柱的計算配筋。柱的實際配筋還應滿足有關的構造要求。3） 框架柱斜截面承載力計算（a）截面尺寸的驗算考慮地震效應組合時：

剪跨比大于2時， V<—G.20卩fbh）。y cc0RE剪跨比不大于2時，V<—（0.150卩fbh）。剪跨比不大于2時，V<cc0REV<化V<化+fyvAsvh+0.056Ns0剪跨比應按右式計算:Mc九=Vch0九為剪跨比，應按柱端截面組合的彎矩計算(調整后的)值Mc對應的截面組合的剪力計算(調整后的)值Vc及截面有效高度h0來確定，并取上下端計算結果的較大值;反彎點位于柱高中部的框架柱可按柱凈高與2倍柱截面