框架结构抗震设计ppt课件

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1、第五章第五章 多层及高层多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计钢筋混凝土房屋抗震设计第五章内容提要第五章内容提要5.1 概述概述5.2 抗震设计的普通要求抗震设计的普通要求5.3 框架构造内力与位移计算框架构造内力与位移计算5.4 框架构造构件设计框架构造构件设计5.5 框架构造的抗震设计步骤框架构造的抗震设计步骤5.6 框架构造设计例题框架构造设计例题5.1 概述概述5.1.1 多层与高层多层与高层1. 对于多层建筑与高层建筑的划分，全世界对于多层建筑与高层建筑的划分，全世界至今没有一致的规范，在不同国家，不同至今没有一致的规范，在不同国家，不同年代，其规定不尽一样。年代，其规定不尽一样。美国规定

2、：高度在美国规定：高度在2225m以上或以上或7层以上层以上的建筑为高层建筑。的建筑为高层建筑。英国规定：高度英国规定：高度24.3m以上的建筑为高层建以上的建筑为高层建筑。筑。多层与高层多层与高层法国规定：居住建筑高度法国规定：居住建筑高度50m以上，其他建筑高度为以上，其他建筑高度为28m以上的建筑为高层建筑。以上的建筑为高层建筑。日本规定：高度超越日本规定：高度超越31m或或8层以上的建筑为高层建筑，层以上的建筑为高层建筑，30层以上的住宅规定为超高层建筑。层以上的住宅规定为超高层建筑。多层与高层多层与高层2. 结合国科教文合国科教文组织所属的世界高所属的世界高层建筑委建筑委员会建会建议

3、，将高将高层建筑划分建筑划分为以下四以下四类： 第一第一类高高层建筑：建筑：916层高度高度50m 第二第二类高高层建筑：建筑：1725层高度高度75m 第三第三类高高层建筑：建筑：2640层高度高度100m 第四第四类高高层建筑：建筑：40层以上高度以上高度100m 多层与高层多层与高层3. 我国其他有关我国其他有关规范中范中规定：定：GBJ45-82中中规定定10层及及10层以上的住宅和建筑高度超越以上的住宅和建筑高度超越24m的其他民用建的其他民用建筑筑为高高层建筑。建筑。JBJ3-90中中规定定10层和和10层以上的民用建筑以上的民用建筑为高高层建筑。此建筑。此规定定仅限于限于钢筋筋砼

4、构造，其高度不超越构造，其高度不超越200m。构造体系构造体系n5.1.2 多层及高层建筑构造体系多层及高层建筑构造体系n1.框架构造体系框架构造体系n2.剪力墙构造体系剪力墙构造体系n3.框架框架-剪力墙构造体系剪力墙构造体系n4.筒体构造体系筒体构造体系框架构造体系框架构造体系典型的平面典型的平面图剪力墙构造平面图剪力墙构造平面图(a)(b)(c)(d)(e)(f)框架框架剪力剪力墙构造平面构造平面图筒体筒中筒构造平面图及楼板布置筒体筒中筒构造平面图及楼板布置n筒体构造系筒体构造系筒体构造的转换层筒体构造的转换层框架构造震害框架构造震害n5.1.3 框架构造的震害及其分析框架构造的震害及其

5、分析n1.柱端弯剪破坏。柱端弯剪破坏。n因柱端弯矩、剪力、轴力都较大。因柱端弯矩、剪力、轴力都较大。n2.柱身剪力破坏。柱身剪力破坏。 n由剪力、扭矩复协作用引起。由剪力、扭矩复协作用引起。 框架构造震害框架构造震害n3.角柱破坏。角柱破坏。n当房屋发生改动时，角柱受剪最大；同时又因双向受弯。当房屋发生改动时，角柱受剪最大；同时又因双向受弯。所以震害比内柱重。所以震害比内柱重。n4. 短柱破坏。短柱破坏。n长细比长细比4或柱高与短边之比或柱高与短边之比4时为短柱时为短柱n短柱刚度大，分配到的地震剪力也大，常发生剪切破坏。短柱刚度大，分配到的地震剪力也大，常发生剪切破坏。 框架构造震害框架构造震

6、害n5. 梁柱节点破坏梁柱节点破坏n因箍筋缺乏，在剪压作用下节点区破坏。因箍筋缺乏，在剪压作用下节点区破坏。n6. 梁端纵筋锚固缺乏，产生锚固破坏。梁端纵筋锚固缺乏，产生锚固破坏。n7. 梁端剪切破坏。梁端剪切破坏。n8. 填充墙破坏填充墙破坏n因框架层间位移较大，而砖砌体的极限变形很小。这样，因框架层间位移较大，而砖砌体的极限变形很小。这样，在地震作用下填充墙容易产生裂痕，甚至倒塌。在地震作用下填充墙容易产生裂痕，甚至倒塌。 5.2 抗震设计的普通要求抗震设计的普通要求n5.2.1 构造体系选择构造体系选择n5.2.2 构造布置构造布置n5.2.3 构造抗震等级构造抗震等级构造体系选择构造体

7、系选择n5.2.1 构造体系构造体系选择n1. 房屋最大适用高度房屋最大适用高度 n在思索地震烈度、在思索地震烈度、场地土、抗震性能、运用地土、抗震性能、运用要求、要求、经济效果等要素，并在效果等要素，并在总结震害震害阅历的根底上，的根底上，对现浇钢筋混凝土房屋的适用高度筋混凝土房屋的适用高度给出了出了规定，定，见表表5-1。n对于平面和于平面和竖向均不向均不规那么的构造或建造与那么的构造或建造与类场地的构地的构造，适用最大高度造，适用最大高度应适当降低。适当降低。房屋适用的最大高度房屋适用的最大高度表表5-1 现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度构造类型构造类型地

8、地 震震 烈烈 度度6度度7度度8度度9度度框架框架60554525框架框架-抗震墙抗震墙13012010050抗震墙抗震墙14012010060部分框支抗震墙部分框支抗震墙12010080不应采用不应采用框架框架-中心筒中心筒15013010070筒中筒筒中筒18015012080板柱板柱-抗震墙抗震墙403530不应采用不应采用房屋的最大高宽比房屋的最大高宽比n2. 高层建筑的最大高宽比高层建筑的最大高宽比n高层建筑的高宽比普通不宜超越下表表高层建筑的高宽比普通不宜超越下表表5-2的限值。的限值。构造类型构造类型非抗震设计非抗震设计地地 震震 烈烈 度度6、7度度8度度9度度框架、板柱框架

9、、板柱-抗震墙抗震墙4432框架框架-抗震墙抗震墙5543抗震墙抗震墙6654筒体筒体6654根底的选择根底的选择n3.选择合理的根底方式及埋置深度选择合理的根底方式及埋置深度n埋置深度，我国埋置深度，我国规定：规定：n采用天然地基时，可不小于建筑高度的采用天然地基时，可不小于建筑高度的1/15；n采用桩基时，可不小于建筑高度的采用桩基时，可不小于建筑高度的1/18，桩的长度不计，桩的长度不计入根底埋置深度。入根底埋置深度。n当根底落在基岩上时，埋深可根据工程详细情况确定，可当根底落在基岩上时，埋深可根据工程详细情况确定，可不设地下室，但应采取地锚等措施。不设地下室，但应采取地锚等措施。根底的

10、选择根底的选择n常用的根底方式常用的根底方式n独立根底；独立根底；n条形根底、十字交叉根底；条形根底、十字交叉根底；n筏板根底：梁板式、平板式；筏板根底：梁板式、平板式；n箱形根底：由底板、顶板及纵横墙体构成；箱形根底：由底板、顶板及纵横墙体构成；n桩根底深根底：磨擦桩、端承桩；桩根底深根底：磨擦桩、端承桩；独立根底独立根底根底的方式根底的方式筏板根底筏板根底条形根底条形根底十字形根底十字形根底箱形根底箱形根底根底的方式根底的方式n桩根底桩根底桩桩承台承台5.2.2 构造布置构造布置n1.多高多高层钢筋混凝土构造房屋构造布置的根本原那么是：筋混凝土构造房屋构造布置的根本原那么是：n构造平面布置

11、构造平面布置n平面布置力求平面布置力求简单规那么；那么；n构造的主要抗构造的主要抗侧力构件力构件应对称均匀布置；称均匀布置；n尽量使构造的尽量使构造的刚心与心与质心重合。心重合。构造布置构造布置n构造的构造的竖向布置向布置n应使其使其质量沿高度方向均匀分布；量沿高度方向均匀分布；n防止构造防止构造刚度突度突变；n应尽能尽能够降低建筑物的重心，以利构造的整体降低建筑物的重心，以利构造的整体稳定性。定性。n 合理地合理地设置防震置防震缝P.85-86P.85-86n 加加强楼屋盖的整体性楼屋盖的整体性框架构造体系框架构造体系n2.框架构造种框架构造种类n按照施工方法不同分按照施工方法不同分为：n整

12、体式整体式现浇框架。整体性好，抗震才干框架。整体性好，抗震才干强。n装配式装配式梁、柱等构梁、柱等构为预制。施工速度快，整体性差。制。施工速度快，整体性差。n装配整体式装配整体式部分构件部分构件预制，其他部分制，其他部分现浇。工程中常。工程中常见的是柱子的是柱子现浇，梁、板，梁、板预制，做整体制，做整体浇筑筑层。框架构造布置框架构造布置n3. 框架构造布置框架构造布置n按照构造布置不同，框架构造可分为三种布置方案：按照构造布置不同，框架构造可分为三种布置方案：n横向承重方案横向承重方案n纵向承重方案纵向承重方案n纵横向承重方案纵横向承重方案横向承重框架横向承重框架纵向承重框架纵向承重框架纵横向

13、承重框架纵横向承重框架框架构造布置框架构造布置n(1)(1)为抵抗不同方向的地震作用，承重框架宜双向抵抗不同方向的地震作用，承重框架宜双向设置。置。n常常见框架的柱网方式有方格式与内廊式两框架的柱网方式有方格式与内廊式两类，见图5-35-3。 方格式柱网方格式柱网内廊式柱网内廊式柱网框架构造布置框架构造布置n框架构造剖面图框架构造剖面图多层多跨框架多层多跨框架复式框架缺梁复式框架缺梁框架构造布置框架构造布置n(2)(2)楼楼电梯梯间不宜不宜设在构造在构造单元的两端及拐角元的两端及拐角处。由于。由于单元元角部改角部改动应力大，受力复力大，受力复杂，容易呵斥破坏。，容易呵斥破坏。n(3)(3)框架

14、框架刚度沿高度不宜突度沿高度不宜突变，以免呵斥薄弱，以免呵斥薄弱层。n(4) (4) 宜将框架梁宜将框架梁设置在同一置在同一标高高处，尽能，尽能够不采用复式框架，不采用复式框架，防止出防止出现错层和和夹层，呵斥短柱破坏，呵斥短柱破坏框架构造布置框架构造布置n(5)(5)出屋面小房出屋面小房间不要做成不要做成砖混构造，可将框架柱延伸上去混构造，可将框架柱延伸上去或做或做钢木木轻型构造，以防鞭端效型构造，以防鞭端效应呵斥构造破坏。呵斥构造破坏。n(6)(6)梁与柱的梁与柱的轴线宜重合，不能重合宜重合，不能重合时其最大偏心距不宜大其最大偏心距不宜大于柱于柱宽的的1/41/4。n(7)(7)框架构造中

15、填充框架构造中填充墙的要求的要求n非承重非承重墙体的体的资料料应优先采用先采用轻质墙体体资料。料。框架构造布置框架构造布置n 刚性性非非承承重重墙体体的的布布置置，在在平平面面和和竖向向的的布布置置宜宜均均匀匀对称，防止构成薄弱称，防止构成薄弱层或短柱。或短柱。n 墙体体与与构构造造体体系系应有有可可靠靠的的衔接接或或拉拉结，应能能顺应不不同方向的同方向的层间位移。位移。n 砌体填充砌体填充墙宜与梁柱宜与梁柱轴线位于同一平面内。位于同一平面内。抗震缝布置抗震缝布置n4. 抗震缝布置抗震缝布置n对于体形复杂、平立面特别不规那么的建筑构造，可对于体形复杂、平立面特别不规那么的建筑构造，可按实践需求

16、在适当部位设置防震缝。按实践需求在适当部位设置防震缝。n防震缝应根据抗震设防烈度、构造资料种类、构造类防震缝应根据抗震设防烈度、构造资料种类、构造类型、构造单元的高度和高差情况，留有足够的宽度。型、构造单元的高度和高差情况，留有足够的宽度。n当设置伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要当设置伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要求。求。 n规定，防震缝最小宽度应符合以下要求：规定，防震缝最小宽度应符合以下要求：n1.框架构造房屋的防震缝宽度，当高度不超越框架构造房屋的防震缝宽度，当高度不超越15m时可采时可采用用70mm；超越；超越15m时度、时度、7度、度、8度和度和9度相应每添加高度相

17、应每添加高度度5m、4m、3m和和2m，宜加宽，宜加宽20mm。n2.框架框架-剪力墙构造房屋，其防震缝宽度可采用框架构造剪力墙构造房屋，其防震缝宽度可采用框架构造房屋规定数值的房屋规定数值的70，但不宜小于，但不宜小于70mm。 n3.防震缝两侧构造体系不同时，防震缝宽度按不利体系思防震缝两侧构造体系不同时，防震缝宽度按不利体系思索，并按低的房屋高度计算缝宽。索，并按低的房屋高度计算缝宽。抗震缝布置抗震缝布置n框架构造框架构造单独根底独根底连系梁的布置系梁的布置n框架构造框架构造单独根底有以下情况之一独根底有以下情况之一时，宜沿两个主，宜沿两个主轴方向方向设置根底置根底连系梁：系梁：n(1)

18、(1)一一级框架和框架和类场地的二地的二级框架。框架。n(2)(2)各柱基接受的重力荷各柱基接受的重力荷载代表代表值差差别较大。大。根底连系梁布置根底连系梁布置根底连系梁布置根底连系梁布置(3)(3)根底埋置较深，或各根底埋置深度差别较大。根底埋置较深，或各根底埋置深度差别较大。(4)(4)地基主要受力层范围内存在脆弱粘土层、液化土层和严重地基主要受力层范围内存在脆弱粘土层、液化土层和严重不均匀土层。不均匀土层。(5)(5)桩基承台之间。桩基承台之间。 5.2.3 构造抗震等级构造抗震等级1. 钢筋混凝土构造的地震反响特点钢筋混凝土构造的地震反响特点1地震作用越大房屋的抗震要求越高。地震作用越

19、大房屋的抗震要求越高。 不同的设防烈度和场地上，同样构造所具有的实践抗不同的设防烈度和场地上，同样构造所具有的实践抗震才干会有较大的差别。因此，对于不同设防烈度和震才干会有较大的差别。因此，对于不同设防烈度和场地的构造抗震要求应加以区别。场地的构造抗震要求应加以区别。构造抗震等级构造抗震等级2构造的抗震才干主要取决于抗侧力构件的性能，主、构造的抗震才干主要取决于抗侧力构件的性能，主、次要抗侧力构件的抗震要求应有所区别。次要抗侧力构件的抗震要求应有所区别。 例如：框架构造中的框架抗震要求应高于框架例如：框架构造中的框架抗震要求应高于框架-抗震墙抗震墙中的框架。框支墙构造的框架抗震要求更高。框架中

20、的框架。框支墙构造的框架抗震要求更高。框架-剪剪力墙构造中的剪力墙抗震要求应高于剪力墙构造中剪力墙构造中的剪力墙抗震要求应高于剪力墙构造中剪力墙。力墙。3房屋越高，地震反响越大，其抗震要求应越高。房屋越高，地震反响越大，其抗震要求应越高。构造抗震等级构造抗震等级2. 钢筋混凝土构造的抗震等级钢筋混凝土构造的抗震等级 根据设防烈度、构造类型和房屋高度等主根据设防烈度、构造类型和房屋高度等主要要素，将构造划分成要要素，将构造划分成4个抗震等级，见表个抗震等级，见表5-3。表表5-3 丙类多层及高层现浇钢筋混凝土构造的抗震等级丙类多层及高层现浇钢筋混凝土构造的抗震等级构造类型构造类型设防烈度设防烈度

21、6度度7度度8度度9度度框架构造框架构造高度高度m 30 30 3030 303025框架框架四四三三三三二二二二一一一一剧场体育馆等大跨公共建筑剧场体育馆等大跨公共建筑三三二二二二一一框架框架-抗震墙构造抗震墙构造高度高度m 60 60 60 60 60 6050框架框架四四三三三三二二二二一一一一抗震墙抗震墙三三二二一一一一抗震墙构造抗震墙构造高度高度m 80 80 80 80 80 80 60普通抗震墙普通抗震墙四四三三三三二二二二一一一一部分框支抗震墙部分框支抗震墙构造构造落地抗震墙底部加强部位落地抗震墙底部加强部位三三二二二二一一不应不应采用采用不应不应采用采用框支层框架框支层框架二

22、二二二一一一一筒体构造筒体构造框架框架-中心筒中心筒框架框架三三二二一一一一中心筒中心筒二二二二一一一一筒中筒筒中筒内筒内筒三三二二一一一一外筒外筒三三二二一一一一板柱板柱-抗震墙构造抗震墙构造板柱的柱板柱的柱三三二二一一不应不应采用采用抗震墙抗震墙二二二二二二关于确定构造抗震等级的阐明关于确定构造抗震等级的阐明n1. 表表5-3中的抗震等中的抗震等级是按丙是按丙类建筑划分的。建筑划分的。对于甲、乙、丁于甲、乙、丁类建筑建筑应先确定抗震构造措施所要求的先确定抗震构造措施所要求的设防烈度，再按表防烈度，再按表5-3确定抗震等确定抗震等级。n2. 部分框支抗震部分框支抗震墙构造中，抗震构造中，抗震

23、墙加加强部位以上的普通部位，部位以上的普通部位，应允允许按按抗震抗震墙构造确定其抗震等构造确定其抗震等级。n3. 建筑建筑为类场地地时，除，除6度外可按降低一度度外可按降低一度对应的抗震等的抗震等级采取构造采取构造措施，但相措施，但相应的的计算要求不降低。算要求不降低。n4. 接近或等于高度分界接近或等于高度分界时，应结合房屋不合房屋不规那么程度及那么程度及场地、地基条件地、地基条件确定抗震等确定抗震等级。n5. 框架框架-抗震抗震墙构造中，当取根本振型构造中，当取根本振型计算地震作用算地震作用时，如抗震，如抗震墙底部接底部接受的地震受的地震倾覆力矩不大于构造覆力矩不大于构造总地震地震倾覆力矩

24、的覆力矩的50%，那么框架部分的，那么框架部分的抗震等抗震等级应按框架构造确定。按框架构造确定。关于确定构造抗震等级的阐明续n6. 裙房与主楼相连，除应按裙房本身确定外，不应低于主楼的抗震裙房与主楼相连，除应按裙房本身确定外，不应低于主楼的抗震等级。主楼构造在裙房屋面及上下各一层应适当加强抗震构造措施。等级。主楼构造在裙房屋面及上下各一层应适当加强抗震构造措施。裙房与主楼分别时，应按裙房本身构造确定抗震等级。裙房与主楼分别时，应按裙房本身构造确定抗震等级。n7. 当地下室顶板作为上部构造嵌固部位时，地下一层的抗震等级应当地下室顶板作为上部构造嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部构造一样。地下

25、二层以下包括地下二层的抗震等级可以降与上部构造一样。地下二层以下包括地下二层的抗震等级可以降低，可按三级或更低等级。地下室中无上部构造的部分，可根据详细低，可按三级或更低等级。地下室中无上部构造的部分，可根据详细情况采用三级或更低等级。情况采用三级或更低等级。9度时应专门研讨。度时应专门研讨。5.3 框架构造内力与位移计算框架构造内力与位移计算n5.3.1 框架构造的程度地震作用计算框架构造的程度地震作用计算 n5.3.2 程度地震作用下框架内力的计算程度地震作用下框架内力的计算n5.3.3 竖向荷载下框架内力的计算竖向荷载下框架内力的计算n5.3.4 内力组合内力组合n5.3.5 框架构造位

26、移验算框架构造位移验算5.3.1 框架构造的程度地震作用计算框架构造的程度地震作用计算n1.程度地震作用的计算方法程度地震作用的计算方法n1底部剪力法留意适用范围底部剪力法留意适用范围n2振型分解反响谱法振型分解反响谱法5.3.1 框架构造的程度地震作用计算n2.构造自振周期的构造自振周期的计算算n普通可采用普通可采用顶点位移法点位移法计算框架构造的自振周期。公式算框架构造的自振周期。公式如下：如下：n式中：式中：T 周期折减系数。当采用周期折减系数。当采用实砌填充砌填充墙时取取T 0.60.7；当采用；当采用轻质或外挂或外挂墙板板时取取T 0.8。nuT假假设以各楼以各楼层出的重力荷出的重力

27、荷载Gi为程度荷程度荷载，按，按弹性性方法求出主体构造方法求出主体构造顶部的位移部的位移m。框架构造的计算简图框架构造的计算简图n3.空间构造空间构造n框架构造是一个由横框架构造是一个由横向框架和纵向框架组向框架和纵向框架组成的空间构造。成的空间构造。平面计算单元平面计算单元n4.平面计算单元平面计算单元n为了简化，计算内力时可以忽略框架的空间作用，简化为了简化，计算内力时可以忽略框架的空间作用，简化为假设干个横向平面为假设干个横向平面 框架和纵向平面框框架和纵向平面框架来分别计算。架来分别计算。风荷载风荷载风荷载风荷载荷载或作用力荷载或作用力n5.各榀平面框架承当的荷载或作用力各榀平面框架承

28、当的荷载或作用力n竖向荷载恒载、活载：根据荷载传送途径，分别由横竖向荷载恒载、活载：根据荷载传送途径，分别由横向框架、纵向框架承当。向框架、纵向框架承当。n风荷载：每榀框架只承当计算单元范围内的风荷载值。风荷载：每榀框架只承当计算单元范围内的风荷载值。n程度地震作用：每榀框架承当的程度力按各榀框架的侧向程度地震作用：每榀框架承当的程度力按各榀框架的侧向刚度分配。刚度分配。荷载传送单向板荷载传送单向板1m宽板带宽板带框架梁框架梁框架柱框架柱框架梁框架梁框架梁集中荷载负荷面积框架梁集中荷载负荷面积荷载传送双向板荷载传送双向板框架梁框架梁框架柱框架柱计算简图计算简图n6.计算简图计算简图n在平面框架

29、计算简图中，框架杆件用轴线表示。在平面框架计算简图中，框架杆件用轴线表示。计算简图计算简图n底层柱固定端取在根底顶面。底层柱固定端取在根底顶面。n除底层外，各层高度取层高。除底层外，各层高度取层高。n跨度按柱轴线位置确定。跨度按柱轴线位置确定。竖向荷载和风荷载下的计算简图竖向荷载和风荷载下的计算简图风荷载风荷载 或或地震作用地震作用根底顶面根底顶面计算简图计算简图n梁柱梁柱刚度确定度确定n梁截面梁截面惯性矩性矩计算，思索算，思索现浇楼板作用：楼板作用：n一一边有楼板：有楼板：Ib=1.5I0n两两边有楼板：有楼板：Ib=2.0I0nI0按梁的矩形截面按梁的矩形截面bh计算。算。n柱截面柱截面惯

30、性矩性矩计算：算：n按照柱子按照柱子实践截面尺寸确定践截面尺寸确定 Ic计算简图计算简图n框架上的荷载有：框架上的荷载有：n永久荷载、可变荷载、风荷载、地震作用；永久荷载、可变荷载、风荷载、地震作用；n按照前面所述荷载传送方式计算确定：荷载分布方式和按照前面所述荷载传送方式计算确定：荷载分布方式和荷载数值；荷载数值；n永久荷载和可变荷载分开计算；永久荷载和可变荷载分开计算；n先计算荷载规范值，然后计算框架内力规范值，最后内先计算荷载规范值，然后计算框架内力规范值，最后内力组合时再思索荷载分项系数得内力组合设计值。力组合时再思索荷载分项系数得内力组合设计值。5.3.2 程度荷载下框架内力计算程度

31、荷载下框架内力计算n1.计算机分析方法：采用计算机程序计算。计算机分析方法：采用计算机程序计算。n(1)中国建筑科学研讨院研制的程序中国建筑科学研讨院研制的程序PK和和PM、 TBSA等等可用于计算多高层建筑构造。可用于计算多高层建筑构造。n(2)由美国加州大学伯克利分校土木系由美国加州大学伯克利分校土木系E. L. Wilson教授等教授等研制的研制的ETABS和和Super-ETABS，是计算三维高层建筑构，是计算三维高层建筑构造的公用程序。造的公用程序。计算机程序简介续n(3)大型构造分析程序系统大型构造分析程序系统SAP(如如SAP2000)，堪称世界，堪称世界最有影响的著名程序之一。

32、最有影响的著名程序之一。n由美国加州大学伯克利分校土木系由美国加州大学伯克利分校土木系E. L. Wilson教授等教授等研制。程序的主要功能：二维和三维桁架、网架构造分研制。程序的主要功能：二维和三维桁架、网架构造分析；二维和三维框架构造分析；平面应力和平面应变问析；二维和三维框架构造分析；平面应力和平面应变问题分析；弹性力学空间问题分析；板壳应力分析；构造题分析；弹性力学空间问题分析；板壳应力分析；构造的静力和动力分析等。的静力和动力分析等。用用D值法计算框架内力的步骤值法计算框架内力的步骤n2.手算方法：手算方法：n 采用反弯点法用于初步采用反弯点法用于初步设计估算估算n D值法改良的反

33、弯点法，精度法改良的反弯点法，精度较好好n3.用用D值法法计算程度荷算程度荷载下框架内力的步下框架内力的步骤n(1)计算各算各层柱的柱的侧移移刚度度Dn计算柱子的算柱子的线刚度：度：用D值法计算框架内力的步骤续n计算第计算第i层第层第j根柱子的侧移刚度：根柱子的侧移刚度：n其中：其中：h为层高；为层高； 为修正系数，查表为修正系数，查表5.4P.106。普通层普通层底层底层梁的线刚度梁的线刚度用D值法计算框架内力的步骤续n(2) 计算各根柱所分配的剪力计算各根柱所分配的剪力n知第知第i层层间地震剪力：层层间地震剪力：Vin计算第计算第i层第层第j根柱子的剪力：根柱子的剪力：n其中，其中， 表示

34、第表示第i层一切柱子侧移刚度之和。层一切柱子侧移刚度之和。用D值法计算框架内力的步骤续n(3)确定柱子反弯点高度确定柱子反弯点高度yn柱子的反弯点高度：柱子的反弯点高度： y=(y0+y1+y2+y3)h (5-9)ny0 规范反弯点高度比，范反弯点高度比，查表表5.5；n根据框架根据框架总层数数m、柱所在、柱所在层n和平均和平均线刚度比度比 查表表5.5见P.107。修正系数：修正系数：y1 、y2 、y3 K1+K2K3+K4n上下层梁刚度不同的修正系数上下层梁刚度不同的修正系数 y1，查表查表5.6留意正负号。留意正负号。n上、下层层高与本层层高不同上、下层层高与本层层高不同的修正系数的

35、修正系数y2 和和y3查表查表5.7。用D值法计算框架内力的步骤续n(4)计算柱端弯矩计算柱端弯矩Mcn柱子上端弯矩：柱子上端弯矩：n柱子上端弯矩：柱子上端弯矩：h-yyh用D值法计算框架内力的步骤续n(5)计算梁端弯矩计算梁端弯矩Mbn由节点平衡条件得：由节点平衡条件得：用D值法计算框架内力的步骤续n(6)计算梁端剪力算梁端剪力Vbn(7)计算柱子的算柱子的轴力力Nn柱子柱子轴力力为各各层梁端剪力的代数和：梁端剪力的代数和：n N=Vbi边柱边柱中柱中柱用D值法计算框架内力的步骤续n(8)画出程度荷画出程度荷载下框架的内力下框架的内力图n弯矩弯矩图n轴力力图n剪力剪力图5.3.3 竖向荷载下

36、框架内力的计算竖向荷载下框架内力的计算1.计算方法算方法1分分层法法按本按本层梁和上下柱梁和上下柱组成的成的计算算单元，将整个框架分成元，将整个框架分成假假设干个开口框架；干个开口框架；然后按弯矩分配法然后按弯矩分配法计算各算各单元框架；元框架；最后再将柱端弯矩叠加，构成整体框架的弯矩最后再将柱端弯矩叠加，构成整体框架的弯矩图。竖向荷载下框架内力的计算续2弯矩二次分配法弯矩二次分配法计算各算各节点分配系数和固端弯矩；点分配系数和固端弯矩； 对各各节点的不平衡弯矩点的不平衡弯矩进展第一次分配，并向展第一次分配，并向远端端传送系数送系数为1/2； 再将因再将因传送弯矩而送弯矩而产生的不平衡弯矩生的

37、不平衡弯矩进展第二次分配，展第二次分配，整个整个计算算过程即告程即告终了，画出弯矩了，画出弯矩图。竖向荷载下框架内力的计算续n2.分层法计算步骤分层法计算步骤n(1)逐层取出开口框架计算简图逐层取出开口框架计算简图竖向荷载下框架内力的计算续n(2)计算出梁、柱的线刚度或相对线刚度。计算出梁、柱的线刚度或相对线刚度。n对柱线刚度作出调整：对柱线刚度作出调整：n底层柱线刚度不变，传送系数为底层柱线刚度不变，传送系数为1/2；n其他层柱线刚度乘以系数其他层柱线刚度乘以系数0.9，传送系数为，传送系数为1/3。竖向荷载下框架内力的计算续n(3)用弯矩分配法计算各开口框架弯矩。用弯矩分配法计算各开口框架

38、弯矩。n(4)把计算结果桉节点一一对应迭加，即得整个框架弯矩。把计算结果桉节点一一对应迭加，即得整个框架弯矩。n(5)假设节点不平衡弯矩值较大，可重新分配一次，但不再假设节点不平衡弯矩值较大，可重新分配一次，但不再传送。传送。弯矩二次分配法计算步骤弯矩二次分配法计算步骤n3.弯矩二次分配法计算步骤弯矩二次分配法计算步骤n(1)根据各杆件的线刚度计算各节点杆端弯矩分配系数；根据各杆件的线刚度计算各节点杆端弯矩分配系数；n(2)计算竖向荷载下各跨梁的固端弯矩；计算竖向荷载下各跨梁的固端弯矩；n(3)对各节点不平衡弯矩进展第一次分配；对各节点不平衡弯矩进展第一次分配；n(4)将一切杆端的分配弯矩向远

39、端传送，传送系数将一切杆端的分配弯矩向远端传送，传送系数1/2；n(5)对因传送弯矩而产生的不平衡弯矩进展第二次分配；对因传送弯矩而产生的不平衡弯矩进展第二次分配；n(6)将杆端的固端弯矩、分配弯矩和传送弯矩相加得最终杆将杆端的固端弯矩、分配弯矩和传送弯矩相加得最终杆端弯矩。端弯矩。 下面举例下面举例竖向荷载下框架的内力计算竖向荷载下框架的内力计算弯矩二次分配法弯矩二次分配法举例例竖向荷载下框架计算简图竖向荷载下框架计算简图n采用弯矩二次分采用弯矩二次分配法计算图示框配法计算图示框架的弯矩图。架的弯矩图。n图中图中i i为杆件相为杆件相对线刚度：对线刚度：i=1.0i=1.0i=1.0i=1.

40、0i=1.242i=1.242杆端转动刚度和弯矩传送系数杆端转动刚度和弯矩传送系数n杆端的转动刚度：杆端的转动刚度：n远端固定：远端固定：S=4i ；传送系数；传送系数C=0.5n远端滑动：远端滑动：S=i ； 传送系数传送系数C=1n远端铰支：远端铰支：S=3i ；传送系数；传送系数C=0n远端自在：远端自在：S=0 计算各节点的杆端弯矩分配系数计算各节点的杆端弯矩分配系数n设杆端近端杆端近端为A，远端端为jn杆端分配系数杆端分配系数为：n n 汇交于交于A节点的各杆点的各杆转动刚度之和。度之和。nSAj 汇交于交于A节点的点的Aj杆的杆的A端端转动刚度。度。计算各杆固端弯矩计算各杆固端弯矩

41、n均布荷载下的固端弯矩顺时针为正：均布荷载下的固端弯矩顺时针为正：n两端固定：两端固定：n一端固定另一端滑动支座：一端固定另一端滑动支座：计算图形计算图形n利用对称性，取半利用对称性，取半个框架计算，计算个框架计算，计算图形如图。图形如图。固端弯矩和分配系数标注到图上固端弯矩和分配系数标注到图上120.6固端弯矩固端弯矩将节点不平衡弯矩进展第一次分配将节点不平衡弯矩进展第一次分配78.5-98.4红框内是第一次红框内是第一次分配的弯矩分配的弯矩不平衡弯矩不平衡弯矩-120.696.2120.6将分配后的弯矩向远端传送将分配后的弯矩向远端传送将传送来的弯矩将传送来的弯矩写在线下面写在线下面柱下端

42、柱下端柱下端柱下端进展第二次分配进展第二次分配-3.5蓝框内是第二次分蓝框内是第二次分配的弯矩配的弯矩23.7-13.111.8不平衡弯矩不平衡弯矩最后，计算杆端弯矩最后，计算杆端弯矩红框内是杆端红框内是杆端最终弯矩值最终弯矩值整个计算图整个计算图n计算终了，画出计算终了，画出弯矩图，整个框弯矩图，整个框架弯矩图见下页架弯矩图见下页竖向荷向荷载下的框架弯矩下的框架弯矩图 (kNm)竖向荷载下框架内力的计算续n4. 梁端的弯矩调幅梁端的弯矩调幅n由于钢筋混凝土构造具有塑性内力重分布性能，在竖向荷由于钢筋混凝土构造具有塑性内力重分布性能，在竖向荷载作用下可以思索适当降低梁端弯矩，即进展弯矩调幅。载

43、作用下可以思索适当降低梁端弯矩，即进展弯矩调幅。调幅系数调幅系数 如下：如下：n(1)现浇框架构造：现浇框架构造： =0.8-0.9n(2)装配整体式框架：装配整体式框架： =0.7-0.8n竖向荷载下的弯矩先调幅，再与其它荷载下的弯矩组合。竖向荷载下的弯矩先调幅，再与其它荷载下的弯矩组合。竖向荷载下框架内力的计算续n调幅后跨中弯矩为：调幅后跨中弯矩为：n梁端弯矩调幅后，跨中梁端弯矩调幅后，跨中弯矩应相应添加，并且弯矩应相应添加，并且调幅后的跨中弯矩不应调幅后的跨中弯矩不应小于简支情况下跨中弯小于简支情况下跨中弯矩的矩的50%。调幅后调幅后调幅前调幅前活荷载的不利布置活荷载的不利布置n5. 关

44、于活荷载的不利布置关于活荷载的不利布置n(1)逐跨布置法逐跨布置法n将活荷载逐层逐跨单独作用将活荷载逐层逐跨单独作用在构造上，分别计算构造内在构造上，分别计算构造内力，在对控制截面叠加出最力，在对控制截面叠加出最不利内力。不利内力。n例如：图示三跨四层框架。例如：图示三跨四层框架。活荷载的不利布置活荷载的不利布置n图示三跨四层框架。图示三跨四层框架。n有有12种布置下的框架内力种布置下的框架内力计算，然后还要对控制截面计算，然后还要对控制截面进展内力叠加组合，从中找进展内力叠加组合，从中找出最不利内力。出最不利内力。n可见，计算任务量宏大。可见，计算任务量宏大。活荷载的不利布置活荷载的不利布置

45、n(2)最不利位置法最不利位置法n对每一控制截面由影响线对每一控制截面由影响线确定最不利荷载布置，然确定最不利荷载布置，然后进展内力计算。后进展内力计算。n图示为荷载下的框架杆件图示为荷载下的框架杆件变形曲线，圆点表示受拉变形曲线，圆点表示受拉一侧。一侧。活荷载的不利布置活荷载的不利布置A2B2梁跨中最不利梁跨中最不利正弯矩正弯矩A2B2梁的梁的B2端最不端最不利负弯矩利负弯矩B2C2梁的梁的B2端最不端最不利负弯矩利负弯矩活荷载的不利布置活荷载的不利布置n(3)满跨布置跨布置n当活荷当活荷载不很大不很大( 5kN/m2)时，可以按，可以按满跨布置。跨布置。n当活荷当活荷载按按满跨布置跨布置时

46、，支座弯矩接近最不利布置，支座弯矩接近最不利布置值；但；但跨中弯矩偏小，跨中弯矩偏小，为了平安，可将跨中弯矩乘以了平安，可将跨中弯矩乘以1.1-1.2的的增大系数。增大系数。5.3.4 框架的内力组合框架的内力组合n1.1.控制截面控制截面n(1)(1)梁：两端截面及跨中截面。梁：两端截面及跨中截面。n(2)(2)柱：原那么上选择每层柱的上、下端作为控制截面。柱：原那么上选择每层柱的上、下端作为控制截面。n层数不多时，整根柱配筋一样。层数不多时，整根柱配筋一样。n层数较多时，分段配筋。层数较多时，分段配筋。 5.3.4 框架的内力组合续n2.内力内力组合合组合内力合内力设计值 n11.2恒恒+

47、1.4活活 可可变荷荷载控制的控制的组合合n21.35恒恒+0.71.4活活 永久荷永久荷载控制的控制的组合合n31.2恒恒+0.5活活+1.3震震 有地震作用的有地震作用的组合合n 组合合时采用表格采用表格计算。算。n 恒恒恒恒载下的内力下的内力规范范值n 活活活活载下的内力下的内力规范范值 5.3.4 框架的内力组合续n3.选取最不利内力用于配筋取最不利内力用于配筋计算算n(1)梁的最不利内力梁的最不利内力n 两端最大正两端最大正负弯矩和剪力思索地震左、右作用。弯矩和剪力思索地震左、右作用。n 跨中最大正弯矩，有跨中最大正弯矩，有时也能也能够出出现负弯矩。弯矩。n 梁端截面取柱梁端截面取柱

48、边缘内力内力组合合值用作配筋用作配筋计算。算。n 配筋配筋计算：当算：当层数不多数不多时，各，各层梁可一致配筋。梁可一致配筋。n 当当层数数较多多时，可按几，可按几层为一段一致配筋。一段一致配筋。 n按构件边缘内力进按构件边缘内力进展配筋计算。展配筋计算。 5.3.4 框架的内力组合续n(2)柱的最不利内力柱的最不利内力n 思索构造两个主思索构造两个主轴方向分方向分别组合。合。n 进展柱子两端内力展柱子两端内力组合，并思索地震左、右作用。合，并思索地震左、右作用。n 思索以下几思索以下几组组合：合：n 最大弯矩、及相最大弯矩、及相应的剪力和的剪力和轴力力n 最大最大轴力、及相力、及相应的弯矩和

49、剪力的弯矩和剪力n 最小最小轴力、及相力、及相应的弯矩和剪力的弯矩和剪力n 按柱按柱净高两端内力高两端内力组合合值进展配筋展配筋计算：算：层数不多数不多时，整根柱配筋一整根柱配筋一样。当。当层数数较多多时，分段配筋。，分段配筋。5.3.5 框架构造位移验算框架构造位移验算n1.多遇地震作用下层间弹性位移验算多遇地震作用下层间弹性位移验算n1层间地震剪力：层间地震剪力：Vin2层间刚度：层间刚度：n3层间弹性位移：层间弹性位移：n4层间弹性位移验算：层间弹性位移验算： 5.3.5 框架构造位移验算续n2.罕遇地震作用下罕遇地震作用下层间弹塑性位移塑性位移验算算n(1)楼楼层屈服屈服强度系数：度系

50、数：n其中：其中：nVei 按罕遇地震按罕遇地震计算的第算的第i层弹性剪力性剪力nVyi 按按实践配筋和践配筋和资料料规范范强度度计算的第算的第i层抗剪承抗剪承载力力n(2)计算罕遇地震作用下的算罕遇地震作用下的层间地震剪力地震剪力Vei 5.3.5 框架构造位移验算续n(3)层间屈服剪力屈服剪力Vyi确确实定定n 梁、柱的屈服弯矩可近似按下式梁、柱的屈服弯矩可近似按下式(P.71)计算：算：n梁：梁：n柱：柱：n留意：公式中所用留意：公式中所用记号与抗震号与抗震规范一范一样 5.3.5 框架构造位移验算续n 计算柱端的有效屈服弯矩算柱端的有效屈服弯矩n可根据不同的屈服机构，确定柱端的有效屈服

51、弯矩。可根据不同的屈服机构，确定柱端的有效屈服弯矩。 5.3.5 框架构造位移验算续n根据屈服机制，有下面根据屈服机制，有下面4种情况：种情况：n(a)当当 Myb Myc时，为强梁弱柱，柱端先出现塑性铰。时，为强梁弱柱，柱端先出现塑性铰。n柱端有效屈服弯矩为：柱端有效屈服弯矩为： 5.3.5 框架构造位移验算续n(b)当当 Myb Myc 时，为强柱弱梁，梁端先出现塑性铰。时，为强柱弱梁，梁端先出现塑性铰。n柱端有效屈服弯矩为：柱端有效屈服弯矩为： 5.3.5 框架构造位移验算续n(c)当当 Myb Myc ，且，且 ，那么，那么n柱端有效屈服弯矩为：柱端有效屈服弯矩为： 5.3.5 框架构

52、造位移验算续n(d)当当 Myb Myc ，且，且 ，那么，那么n柱端有效屈服弯矩为：柱端有效屈服弯矩为： 5.3.5 框架构造位移验算续n计算第算第i层第第j根柱的受剪承根柱的受剪承载力力n计算第算第i层的楼的楼层屈服剪力屈服剪力 5.3.5 框架构造位移验算续n(4)计算楼层屈服强度系数计算楼层屈服强度系数n第第i层的屈服强度系数：层的屈服强度系数：n(5)确定薄弱层确定薄弱层n根据楼层屈服强度系数根据楼层屈服强度系数 yi确定薄弱层位置。确定薄弱层位置。 5.3.5 框架构造位移验算续n(6)计算薄弱层的层间弹塑性位移计算薄弱层的层间弹塑性位移n薄弱层的弹性位移：薄弱层的弹性位移：n薄弱层的弹塑性位移：薄弱层的弹塑性位移：n其中弹塑性位移增大系数其中弹塑性位移增大系数 p查表查表3.16。n(7)薄弱层的弹塑性位移验算：薄弱层的弹塑性位移验算：本节终了