建筑结构系列电子教案第二部分文档格式.doc

建筑结构系列电子教案第二部分文档格式.doc

《建筑结构系列电子教案第二部分文档格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑结构系列电子教案第二部分文档格式.doc（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

•主要集中于梁柱节点处，且柱的震害重于梁；

角柱重于内柱；

短柱重于一般柱

①柱的震害：

•柱顶：

弯矩、剪力、轴力共同作用且都比较大；

柱箍筋失效，混凝土剥落，轴力压曲纵筋。

•柱底：

离地面100~400处有周圈水平裂缝，震害较轻

•柱身：

易因剪力大而出现斜裂缝

•短柱破坏严重。

•框架柱的震害

②框架梁的震害:

•一般梁的震害较轻，通常在梁的两端节点附近产生竖向裂缝或斜裂缝，严重时将出现塑性较。

③梁柱节点的震害：

•节点主要承受剪力和压力，当节点核心抗剪强度不足时引起剪切破坏。

2.填充墙的震害：

•交叉斜裂缝。

在大震时，填充墙大部分倒塌。

框架结构下部填充墙破坏重于上部.

3.其他震害:

•位于软弱地基上的高大柔性建筑物，因类共振而在低度下破坏严重。

•软弱地基或液化土层上的框架结构，常因地基不均匀沉降而倾斜甚至倒塌。

•防震缝两侧碰撞

•结构沿竖向刚度突变，在薄弱层产生过大变形甚至倒塌。

4.2钢筋混凝土结构抗震设计的特点

一P-Δ效应

1.一阶计算分析：

重力和水平荷载下内力和位移叠加，不考虑重力和水平荷载之间的相互作用

2.重力二阶效应（P-Δ效应）：

•重力荷载P对水平位移Δ的效应称为P-Δ效应

•当水平荷载在建筑上产生位移Δ时，引起重力荷载P对墙柱轴的偏心，从而对结构产生附加外弯矩，附加外弯矩进一步产生位移（附加位移）

•附加力使构件受力超过其承载力，附加位移使结构超过总位移加大而超过其允许值，引起结构倒塌（尤其重力P大，刚度小（Δ大），抗震设计应考虑

二P-Δ曲线

1.单柱的P-Δ曲线：

悬臂柱：

A点：

对应于柱屈服B点：

对应于柱破坏

对应于柱一端开始屈服B点：

对应于柱另一端开始屈服C点：

2.群柱的P-Δ曲线：

对应于某柱一端开始屈服B点：

对应于全部柱端屈服C点：

对应于整个楼层破坏

三钢筋混凝土结构设计特点

小震：

结构处于弹性阶段，变形可恢复---范围1

中震：

结构处于弹塑性阶段，保证坏而可修---范围2

大震：

结构处于弹塑性阶段，坏而不倒---范围2

抗震设计时应考虑重力二阶P-Δ效应：

一般当结构在地震作用下的重力附加弯矩大于初始弯矩10%时，应计入重力二阶效应的不利影响

4.3抗震设计的一般要求

一、结构体系选择

•结构体系的选择应注意：

•使结构的自振周期避开场地特征周期

•选择合理的基础形式，保证基础有足够的埋深（天然基础：

d≥H/15，桩基：

d≥H/18）

•不得超过规范规定的结构体系相应的最大适用高度和高宽比限制见表4.1和4.2

多高层钢筋混凝土房屋适用最大高度（H）

•1房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）。

•2框架核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；

•3部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构；

•4乙类建筑可按本地区抗震设防烈度确定适用的最大高度；

•5超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。

多高层钢筋混凝土房屋适用最大高宽比

二、结构布置---平面

•建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并具有良好的整体性。

•应尽量避免下表所列的平面不规则的情况

•建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变

•应尽量避免下表所列的竖向不规则的情况

Ø

平面不规则：

①扭转不规则，

②楼板凹凸不规则

③楼板局部不连续

竖向不规则：

①侧向刚度不规则

②竖向抗侧力构件不连续

③楼层承载力突变

平面不规则---①扭转不规则

平面不规则---②凹凸不规则

结构平面凹进的一侧尺寸过大，即l/Bmax>

0.3

楼板局部不连续:

①有效宽度小于典型宽度的50%

②开洞面积大于楼面面积的30％

③较大的楼层错层

竖向不规则---①侧向刚度不规则

（1）沿竖向侧向刚度K（层剪力/层间位移）不规则:

（2）局部收进水平尺寸大于相邻下一层的25％

内收：

H1/H>

0.2：

B1<

0.75B

外挑：

B<

0.9B1且水平外挑尺寸a>

4m

竖向不规则---②竖向抗侧力构件不连续

竖向抗侧力构件（柱、剪力墙、支撑）在某层中断，其内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递

楼层承载力突变：

（层间受剪承载力变小）

二、结构布置---不规则结构

n不规则结构：

个别项目超过不规则类型的指标

n特别不规则结构：

有多项超过不规则类型的指标，或某一项超过不规则指标较多

n严重不规则结构：

多个项目超过不规则的指标比较多，或某一项超过了严重不规则指标的上限

1平面柱网布置：

方格式或内廊式

承重框架应双向设置，使结构在两个主轴方向动力特性相近

2立面刚度沿高度不宜突变，以免出现薄弱层

避免出现错层和短柱。

3非承重构件材料：

轻质，平面、立面均匀对称布置。

1抗震墙宜贯通房屋全高，且横向与纵向的抗震墙宜相连。

2抗震墙宜设置在墙面不需要开大洞口的位置。

3房屋较长时刚度较大的纵向抗震墙不宜设置在房屋的端开间。

4抗震墙洞口宜上下对齐；

形成明显的墙肢和连梁。

5一、二级抗震墙的洞口连梁，跨高比不宜大于5，且梁截面高度不宜小于400mm。

1.应尽量减轻结构自重并降低重心位置:

轻质填充墙、地下室布置大型设备等

2.楼梯间、电梯间不宜设在单元两端及拐角，以避免扭转等破坏

3.同一结构单元宜将框架梁设置在同一标高处，避免出现错层，以免造成短柱破坏

1选用合理的建筑结构方案，尽量避免设置防震缝

2当建筑平面突出部分较长，结构刚度和荷载相差悬殊或房屋有较大错层时，可设置防震缝

3防震缝应有一定的宽度。

最小宽度应符合下列要求：

•房屋高度在15米以下时，为70mm;

•房屋高度超过15米，随烈度和房屋高度的增加而相应增加：

6、7、8、9度相应每增加5、4、3、2米，防震缝宽度增加20mm.

•框架-抗震墙结构房屋的缝宽可按以上规定的70%取用；

•抗震墙房屋的缝宽可按以上规定的50%取用，且均不得小于70mm.

4.防震缝应沿房屋全高设置，基础可不分开。

5.一般情况下，三缝合一考虑

n延性：

在中等地震烈度下，结构进入弹塑性状态，允许结构某些部位屈服，形成塑性铰，结构通过塑性变形耗散地震能，但必须保证结构的承载能力，结构不破坏，这种性质为延性。

延性越好，抗震能力越强。

而影响延性的因素有截面应力性质，材料，配筋和构造等。

在抗震设计中延性要求体现为对结构和构件采取一系列抗震措施。

n不同高度、不同烈度、不同体系的钢筋混凝土房屋结构，延性与耗能要求不同，通过抗震等级，区分对结构的延性与耗能的不同要求，

n抗震等级共分四级，一级要求最高，四级最低

n不同抗震等级，采取不同抗震措施

结构抗震等级的划分

表中的烈度：

确定抗震等级的烈度与下列因素有关:

①建筑类别（甲类，乙类，丙类，丁类）

②设防烈度

③场地

确定抗震等级的参数：

设防烈度，结构类型，房屋高度。

抗震等级特点:

①房屋越高，结构地震反应越大，对延性的要求越高，其抗震等级也越高。

②对次要抗侧力构件的抗震要求可低于主要抗侧力构件，如：

同样是框架，在框架-抗震墙结构和框架结构中地位不同，抗震等级也不同。

③烈度越高，地震反应越大，对延性的要求越高，其抗震等级也越高。

设计时，根据抗震等级的不同，采用不同的计算和构造措施，使房屋抗震设计更加经济合理

不同抗震等级，采取不同抗震措施

n抗震措施：

n计算措施—地震作用计算和抗力计算以外的计算，主要是调整或放大组合的内力计算值，用调整或放大后的内力作为设计值

n抗震构造措施—保证结构构件具有足够的延性与耗能的构造措施

4.4抗震等级划分

思考题：

钢筋混凝土框架—剪力墙房屋结构，高60m，丙类建筑，8度设防。

确定：

Ⅰ类场地时，框架、剪力墙的抗震等级；

Ⅲ类场地时，框架、剪力墙的抗震等级

4.5钢筋砼框架结构抗震设计

—内力和位移计算

结构承载力抗震设计内容：

①计算结构自振周期

②计算水平地震作用

③结构内力分析

④截面抗震验算

结构位移抗震验算内容：

①弹性层间位移验算

②弹塑性层间位移验算

一、地震作用计算

•计算方法常用的有：

底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法；

各方法的适用条件已有描述

•作为手算方法（底部剪力法），一般可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑地震作用，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力结构承担。

1.计算单元：

按抗震缝划分的结构单元，各层Gi集中于楼、屋盖处。

2.结构基本周期Ｔ１的确定：

Δ---结构主体顶点假想位移（m），将集中各楼面处的Gi假想成水平荷载，按弹性法求得结构顶点假想位移。

•经验公式：

框架、框架－抗震墙房屋：

•水平地震作用计算：

采用底部剪力法或振型分解反应谱法

二、水平地震作用下框架内力分析

—Ｄ值法

•由底部剪力法水平地震作用Fi求得之后，按静力平衡可得到各楼层剪力

楼层剪力在各柱之间如何分配——Ｄ值法

D值法---计算要点

1.计算各柱的侧移刚度D

2.确定柱反弯点高度yh

3.计算各楼层总剪力Vi：

4.分层求各柱剪力Vij

5.求各柱端弯距Mc

6.求各梁端弯距Mb

7.求梁端剪力

8.求柱轴力

D值法---1.计算柱侧移刚度

q一般梁柱节点处在受荷时会产生转动，此时，应根据柱所处位置的不同、相连梁柱线刚度的比值不同，对柱的侧移刚度进行修正

D值法---节点转角影响系数α

一般层

顶层

D值法---2.确定反弯点高度

q框架柱反弯点高度取决于柱上下端转角的大小，即上下端的约束程度。

q反弯点向约束较弱的一端靠近

柱反弯点位置的主要影响因素：

（1）结构总层数及该层所在位置；

（2）梁柱线刚度比；

（3）荷载形式（均布，倒三角形）；

（4）刚度比；

（5）上下层层高比。

上层梁与下层梁

D值法---2.确定反弯点高度

标准反弯点高度y0：

由规则框架采用力学方法求解得出。

根据n、m、K查表4-11（倒三角节点荷载）

D值法---上下层梁线刚度比修正Y1

q当上下层梁的线刚度之和不相等时，柱上下端所受约束程度不同，则转角不同，导致反弯点往转角较小的一端移动。

qY1由及K查

附表4-12

D值法---上下层高度变化修正Y2Y3

q当上层或下层柱高度与本层柱高不相等时，柱上下端所受约束程度不同，导致上下端转角不同，使反弯点向转角较小的一端移动。

qY2由及K查附表4-13

qY3由及K查附表4-13

qD值法---3.计算楼层总剪力

各楼层总剪力Vi=Pi+Pi+1+…+Pn,

即计算楼层以上各楼层所受水平力之和。

D值法---4.计算柱剪力

各柱剪力（不考虑横梁的轴向变形）

D值法---5.计算柱端弯距

柱端弯矩:

按悬臂构件，作柱弯距图。

（D值法---6.计算梁端弯距

梁端弯矩:

q由节点弯距平衡条件求得。

边节点a:

中间节点b:

D值法---7.计算梁端剪力

梁端剪力:

q由图所示的梁受力图：

D值法---8.计算柱轴力

柱轴力:

q为计算截面以上各层节点左右梁端剪力之和：

•手算方法多用：

分层法和力矩二次分配法

•竖向荷载作用梁端负弯矩可考虑塑性内力重分布，乘以调幅系数

•调幅系数的取值：

•对于装配式结构，0.7~0.8

•对于现浇结构：

0.8~0.9

•调幅后，梁的跨中弯矩相应增加

4.5钢筋砼框架结构抗震设计

—结构承载力验算

四、框架内力组合

1.内力组合的目的：

框架结构上的荷载（作用）：

永久荷载、竖向活荷载、风荷载、地震作用

各种荷载（作用）都将在框架结构中产生效应（内力和变形），而内力组合可求框架梁柱的最不利内力

2.控制截面：

结构在各种荷载作用下，构件内力最不利的截面，对构件配筋起控制作用的截面。

一个构件可能有几个控制截面

①梁的控制截面（3个）及最不利内力种类：

梁的两端支座截面：

最大负弯矩（－Mmax）

最大剪力（Vmax）

②柱的控制截面（2个）及最不利内力种类：

柱的上下端截面：

＋Mmax及相应的N及V

－Mmax及相应的N及V

Nmin及相应的M及V

Nmax及相应的M及V

要求：

1，2项要求相应的值取尽可能小

3，4项要求相应的值取尽可能大

可能出现的正弯矩（＋M）

梁的跨中截面：

最大正弯矩（＋Mmax）

可能出现的负弯矩（－M

3.内力组合方式:

（1）有地震作用参与组合

（2）无地震作用参与组合

3.内力组合方式---有地震作用参与组合

展开：

1.2（1.0）重力荷载代表值下内力+1.3地震作用内力

即：

1.2（恒载+0.5活载）+1.3地震

3.内力组合方式---无地震作用参与组合

展开:

1.当永久荷载起控制作用时:

1.35恒+1.4×

0.7活

2.当可变荷载起控制作用时（多层框架）:

1.2（1.0）恒+1.4活+1.4×

0.6×

风

1.2（1.0）恒+1.4风+1.4×

0.7×

活

内力组合分类表

n恒载引起的内力在任何一种组合中都必须考虑。

n恒载及竖向荷载对结构有利时，分项系数取1.0

n楼面活载大于等于4.0kN/m2时，分项系数取1.3

n地震组合项前乘以抗震承载力调整系数γRE（小于1.0），以考虑地震时构件的可靠度可适当降低。

—位移验算

五、位移计算

•1.弹性变形验算（多遇地震下）

•2.弹塑性变形验算（罕遇地震下）

1.框架梁的设计

2.框架柱的设计

3.梁柱节点设计

4.梁柱节点构造