教学PPT混凝土框架结构抗震设计.ppt

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1、混凝土框架结构抗震设计混凝土框架结构抗震设计2024-5-10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一、水平荷载作用下的反弯点法 4.5 4.5 框架结构抗震设计框架结构抗震设计2024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计3（1）求各柱剪力时求各柱剪力时，假定各柱上下端都不发生角位移，即认为梁的线刚度，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假定除底层以外的各层柱的上下端

2、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柱，则假定其反弯点距支座2/3柱高处。柱高处。即反弯点位置是定值。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。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：基本假定：求框架的内力步骤：求出各柱内剪力求出各柱内剪力 确定反弯点位置确定反弯点位置 各柱端弯矩各柱端弯矩梁端弯矩梁端弯矩 整个框架内力整个框架内力 2024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计4 mkj

3、kjmjkjjFjVVVVVV121设框架有n n层，每层有m m个柱，以第j 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：则按水平力平衡条件得层间总剪力为：1nFjjjknkk jVF FFFF VFj层间总剪力层间总剪力2024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计5框架受侧向荷载时，框架柱内的剪力柱内的剪力：jjjkjkuhiV21212i/h2 称为柱的抗侧刚度柱的抗侧刚度（抗剪刚度）（抗剪刚度）由假定假定1mkjjkFjjhiVu1212FjmkjkjkjkViiV1由假定假定2可求出各柱的杆端弯矩柱的杆端弯矩对于底层

4、柱3111hVMktkc柱顶：32111hVM:kbkc柱底对于上部各层柱2jjkbcjktcjkhVMM2024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计6由假定假定3 （节点平衡条件）可求出梁端弯矩梁端弯矩)(dcucrblblblbMMiiiM)(dcucrblbrbrbMMiiiM二、水平荷载作用下的二、水平荷载作用下的 D 值法值法（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2024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计72、修正

5、后的柱抗侧移刚度考虑柱上下端节点的弹性约束作用后，柱的抗侧移刚度柱的抗侧移刚度为：212hiDc2024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计8推导的基本假定基本假定为：（1）柱柱AB及与其上下相邻的柱的线刚度均为ic;(2)柱柱AB及与其上下相邻的柱的层间位移均为uj（3）柱柱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 层层 k 柱柱抗侧移刚度抗侧移刚度212jcjjkjkhiuVDFjmkjkjkjkVDDV1框架柱内的剪力柱内的剪力2024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计9比较比较反弯点法反弯点法和和修正反弯点法修正反弯点法D值法值法的

6、抗侧移刚度：的抗侧移刚度：212hic212hiDc后者多了一个修正系数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反映节点转动降低了柱的抗侧移能力节点转动大小节点转动大小：取决于梁对柱节点转动的约束程度，梁越刚取决于梁对柱节点转动的约束程度，梁越刚 对柱的对柱的约束能力越大约束能力越大 节点转角越小节点转角越小 越接近越接近1。当框架梁线刚度当框架梁线刚度 K=,=1反弯点法和反弯点法和D值法的抗侧移刚度相等值法的抗侧移刚度相等求出D值后则得：FjmkjkjkjkVDDV1FjmkhihiFjmkjkjkjkVViiVjjkjjk112121222024-5-10第12讲 混凝土框

7、架结构抗震设计10比较比较反弯点法反弯点法和和修正反弯点法修正反弯点法D值法值法的抗侧移刚度：的抗侧移刚度：212hic212hiDc后者多了一个修正系数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反映节点转动降低了柱的抗侧移能力节点转动大小节点转动大小：取决于梁对柱节点转动的约束程度，梁越刚取决于梁对柱节点转动的约束程度，梁越刚 对柱的对柱的约束能力越大约束能力越大 节点转角越小节点转角越小 越接近越接近1。当框架梁线刚度当框架梁线刚度 K=,=1反弯点法和反弯点法和D值法的抗侧移刚度相等值法的抗侧移刚度相等求出D值后则得：FjmkjkjkjkVDDV1FjmkhihiFjmkjk

8、jkjkVViiVjjkjjk112121222024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计11D值法关键在于求值法关键在于求、K,详见下表：详见下表：2024-5-10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、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，若柱上下端转角相同，反弯点则在柱高中点反弯点则在柱高中点；若柱上下端转角不同，若柱上下端转角不同，则反弯点偏向转角大的一端则反弯点偏向转角大的一端，即偏向约，即偏向约束刚度较小的一端。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；侧向外荷载形式；梁柱线

9、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。高变化。2024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计13（1）标准反弯点高度比标准反弯点高度比 yn标准框架各层柱的反弯点高度为标准框架各层柱的反弯点高度为 ynh，查表，查表(2)上下横梁线刚度变化时对反弯点高度比的修正值上下横梁线刚度变化时对反弯点高度比的修正值 y1，y1带带符号，底层不考虑符号，底层不考虑y1。(3)层高变化对反弯点的修正层高变化对反弯点的修正 y2、y3，y2、y3亦带符号，亦带符号，考虑上述因素后考虑上述因素后:)(321yyyyynh2

10、024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计142024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计15三、框架内力计算步骤：三、框架内力计算步骤：1）求框架柱的抗侧刚度）求框架柱的抗侧刚度 D；2）求各柱剪力）求各柱剪力 VjK=(Djk/Djk)VFj；3）求各柱反弯点高度）求各柱反弯点高度 yh,并由各柱并由各柱 Vjk 计算柱端弯矩计算柱端弯矩 M1 和和 M2；4)利用节点平衡并按刚度分配求梁端弯矩；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；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；利用梁端剪力和上柱轴力求下柱的轴力；2024-5-1

11、0第12讲 混凝土框架结构抗震设计164.5 4.5 钢筋混凝土框架的抗震设计钢筋混凝土框架的抗震设计一、一般概念一、一般概念1 1、梁与柱的弯曲延性、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。实验表明变形能力随轴压比增大而急剧降低。N N为组合轴压力设计值；为组合轴压力设计值；b b、h h为截面的短长边；为截面的短长边；fcfc为混为混凝土抗压强度设计值。凝土抗压强度设计值。轴压比：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，还是受压它

12、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。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。配筋率对延性影响也很大。2024-5-10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，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。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。截面中配置受压钢筋可以改善构件的弯曲延性。2 2、受剪构件的剪跨比及破坏特征、受剪构件的剪跨比及破坏特征h0 0为截面有效高度

13、。为截面有效高度。剪跨比：剪跨比：0/VhM构件在弯矩和剪力共同作用下构件在弯矩和剪力共同作用下,受剪破坏与剪跨比有关受剪破坏与剪跨比有关.当当 或构件为超配箍时或构件为超配箍时,发生斜压型破坏；发生斜压型破坏；5.11当当 且构件为低配箍时且构件为低配箍时,发生斜拉型破坏；发生斜拉型破坏；32脆性破坏脆性破坏325.11当当 且配筋箍适量时且配筋箍适量时,发生剪压破坏；发生剪压破坏；延性破坏延性破坏2024-5-10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。跨高比和柱的高厚比表示。

14、设反弯点在构件中央设反弯点在构件中央blclbVcVbMcM对于梁对于梁跨高比21212000bbbbbbbbbbhlhVlVhVM对于柱对于柱高宽比21212000cccccccccchlhVlVhVM2024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计191 1）平面或楼层有局部薄弱环节，不能发挥整体抗震能力。）平面或楼层有局部薄弱环节，不能发挥整体抗震能力。3 3、震坏房屋在设计上存在的问题、震坏房屋在设计上存在的问题2 2）梁柱变形能力不足，构件过早破坏；）梁柱变形能力不足，构件过早破坏；3 3）梁柱节点箍筋不足，节点受震破坏，梁柱失去了相互）梁柱节点箍筋不足，节点受震破坏，梁柱失去了相

15、互 之间的联系；之间的联系；4 4）砌体添充墙破坏；）砌体添充墙破坏；5 5）其他。）其他。2024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计201 1）框架塑性效应较多地发生在梁端，底层柱的塑性效应）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；较晚形成；4 4、框架结构抗震设计的正确指导思想、框架结构抗震设计的正确指导思想2 2）梁柱在弯曲破坏前，避免发生其它形式破坏，如剪切）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；破坏、粘结破坏等；3 3）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力；）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力；4 4）重视非

16、结构构件设计。）重视非结构构件设计。强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固2024-5-10第12讲 混凝土框架结构抗震设计21两种破坏形式两种破坏形式二、二、“强柱弱梁强柱弱梁”框架的抗震设计框架的抗震设计弱柱型弱柱型弱梁型弱梁型 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。力要大于梁的抗弯能力。2024-5-10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层和柱轴压比小于0.150.15者外，柱端组合弯矩设计值应符合下者外，柱端组合弯矩设计值应符合下列公式要求列公式要求bccMM9 9度和一级框架结构尚应符合：度和一级框架结构尚应符合：buacMM2.1cM-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；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