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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7/25/20221第五章内容提要第五章内容提要5.1 概述概述5.2 抗震设计的一般要求抗震设计的一般要求5.3 框架结构内力与位移计算框架结构内力与位移计算5.4 框架结构构件设计框架结构构件设计5.5 框架结构的抗震设计步骤框架结构的抗震设计步骤5.6 框架结构设计例题框架结构设计例题7/25/202225.1 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，全世界至今没有统一对于多层建筑与高层建筑的划分，全世界至今没有统一的标准，在不同国家，不同年代，其规定不尽相同的标准，在不同国家，不同年代，其规定不尽相同美国规定美国规定：高度在：高度在2225m以上或以上或7层以上的建筑为高层以上的建筑为高层建筑英国规定英国规定：高度：高度24.3m以上的建筑为高层建筑以上的建筑为高层建筑7/25/20223多层与高层多层与高层法国规定法国规定：居住建筑高度：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日本规定：高度超过：高度超过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7/25/20224多层与高层多层与高层2.联合国科教文组织所属的世界高层建筑委员会建议，联合国科教文组织所属的世界高层建筑委员会建议，将高层建筑划分为以下四类：将高层建筑划分为以下四类：第一类高层建筑：第一类高层建筑：916层（高度层（高度50m）第二类高层建筑：第二类高层建筑：1725层（高度层（高度75m）第三类高层建筑：第三类高层建筑：2640层（高度层（高度100m）第四类高层建筑：第四类高层建筑：40层以上（高度层以上（高度100m）7/25/20225多层与高层多层与高层3.我国其他有关规范中规定：我国其他有关规范中规定：高层民用建筑设计防火规范（高层民用建筑设计防火规范（GBJ45-82）中规定）中规定10层及层及10层以上的住宅和建筑高度超过层以上的住宅和建筑高度超过24m的其他民用建的其他民用建筑为高层建筑筑为高层建筑钢筋砼高层建筑结构设计与施工规程（钢筋砼高层建筑结构设计与施工规程（JBJ3-90）中）中规定规定10层和层和10层以上的民用建筑为高层建筑此规定仅层以上的民用建筑为高层建筑此规定仅限于钢筋砼结构，其高度不超过限于钢筋砼结构，其高度不超过200m。

7/25/20226结构体系结构体系n5.1.2 多层及高层建筑结构体系多层及高层建筑结构体系n1.框架结构体系框架结构体系n2.剪力墙结构体系剪力墙结构体系n3.框架框架-剪力墙结构体系剪力墙结构体系n4.筒体结构体系筒体结构体系7/25/20227框架结构体系框架结构体系典型的平面图典型的平面图7/25/20228剪力墙结构平面图剪力墙结构平面图(a)(b)(c)(d)(e)(f)7/25/20229框架框架剪力墙结构平面图剪力墙结构平面图7/25/202210筒体（筒中筒）结构平面图及楼板布置筒体（筒中筒）结构平面图及楼板布置7/25/202211n筒体结构系筒体结构系7/25/202212筒体结构的转换层筒体结构的转换层7/25/202213框架结构震害框架结构震害n5.1.3 框架结构的震害及其分析框架结构的震害及其分析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、扭矩复合作用引起由剪力、扭矩复合作用引起7/25/202214框架结构震害框架结构震害n3.角柱破坏角柱破坏n当房屋发生扭转时，角柱受剪最大；同时又因双向受弯。

当房屋发生扭转时，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 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-抗震墙结构抗震墙结构高度（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结构抗震墙结构高度（高度（m）80 80 80 80 80 80 60一般抗震墙一般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结构结构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二二二二一一一一筒体结构筒体结构框架框架-核心筒核心筒框架框架三三二二一一一一核心筒核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-抗震墙结构抗震墙结构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结构抗震等级的说明关于确定结构抗震等级的说明n1.表表5-3中的抗震等级是中的抗震等级是按丙类建筑划分按丙类建筑划分的。

对于甲、乙、丁类建筑应的对于甲、乙、丁类建筑应先确定抗震构造措施所要求的设防烈度，再按表先确定抗震构造措施所要求的设防烈度，再按表5-3确定抗震等级确定抗震等级n2.部分框支抗震墙结构中，抗震墙加强部位以上的一般部位，应允许按部分框支抗震墙结构中，抗震墙加强部位以上的一般部位，应允许按抗震墙结构确定其抗震等级抗震墙结构确定其抗震等级n3.建筑为建筑为类场地时，除类场地时，除6度外可按降低一度对应的抗震等级采取构造度外可按降低一度对应的抗震等级采取构造措施，但相应的计算要求不降低措施，但相应的计算要求不降低n4.接近或等于高度分界时，应结合房屋不规则程度及场地、地基条件确接近或等于高度分界时，应结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级定抗震等级n5.框架框架-抗震墙结构中，当取基本振型计算地震作用时，如抗震墙底部抗震墙结构中，当取基本振型计算地震作用时，如抗震墙底部承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的50%，则框架部分的，则框架部分的抗震等级应按框架结构确定抗震等级应按框架结构确定7/25/202243关于确定结构抗震等级的说明续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。

主楼结构在裙房屋面及上下各一层应适当加强抗震构造措施主楼结构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离时，应按裙房本身结构确定抗震等级裙房与主楼分离时，应按裙房本身结构确定抗震等级n7.当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层的抗震等级应当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同地下二层以下（包括地下二层）的抗震等级可以降与上部结构相同地下二层以下（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结构的部分，可根据具体低，可按三级或更低等级地下室中无上部结构的部分，可根据具体情况采用三级或更低等级情况采用三级或更低等级9度时应专门研究度时应专门研究7/25/2022445.3 框架结构内力与位移计算框架结构内力与位移计算n5.3.1 框架结构的水平地震作用计算框架结构的水平地震作用计算 n5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算水平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 框架结构位移验算框架结构位移验算7/25/2022455.3.1 框架结构的水平地震作用计算框架结构的水平地震作用计算n1.水平地震作用的计算方法水平地震作用的计算方法n（1）底部剪力法（注意适用范围）底部剪力法（注意适用范围）n（2）振型分解反应谱法）振型分解反应谱法7/25/2022465.3.1 框架结构的水平地震作用计算n2.结构自振周期的计算结构自振周期的计算n一般可采用一般可采用顶点位移法顶点位移法计算框架结构的自振周期。

公式计算框架结构的自振周期公式如下：如下：n式中：式中：T 周期折减系数周期折减系数当采用实实砌填充砌填充墙时墙时取取 T 0.60.7；当采用；当采用轻质轻质或外挂或外挂墙墙板板时时取取 T 0.8nuT假假设设以各楼以各楼层层出的重力荷出的重力荷载载Gi为为水平荷水平荷载载，按，按弹弹性性方法求出方法求出主体结构主体结构顶顶部的位移部的位移（m）7/25/202247框架结构的计算简图框架结构的计算简图n3.空间结构空间结构n框架结构是一个由框架结构是一个由横横向框架向框架和和纵向框架纵向框架组组成的空间结构成的空间结构7/25/202248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，为了简化，计算内力计算内力时可以忽略框架的空间作用，简化时可以忽略框架的空间作用，简化为若干个横向平面为若干个横向平面 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7/25/202249荷载或作用力荷载或作用力n5.各榀平面框架承担的荷载或作用力各榀平面框架承担的荷载或作用力n竖向荷载竖向荷载（恒载、活载）：根据荷载传递路径，分别由横（恒载、活载）：根据荷载传递路径，分别由横向框架、纵向框架承担。

向框架、纵向框架承担n风荷载风荷载：每榀框架只承担计算单元范围内的风荷载值每榀框架只承担计算单元范围内的风荷载值n水平地震作用水平地震作用：每榀框架承担的水平力按各榀框架的侧向：每榀框架承担的水平力按各榀框架的侧向刚度分配刚度分配7/25/202250荷载传递荷载传递（单向板单向板）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7/25/202251荷载传递荷载传递（双向板双向板）框架梁框架梁框架柱框架柱7/25/202252计算简图计算简图n6.计算简图计算简图n在平面框架计算简图中，框架杆件用在平面框架计算简图中，框架杆件用轴线轴线表示7/25/202253计算简图计算简图n底层柱底层柱固定端固定端取在基础顶面取在基础顶面n除底层外，除底层外，各层高度各层高度取层高n跨度跨度按柱轴线位置确定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基础顶面基础顶面7/25/202254计算简图计算简图n梁柱刚度确定梁柱刚度确定n梁截面惯性矩梁截面惯性矩计算，考虑现浇楼板作用：计算，考虑现浇楼板作用：n一边有楼板：一边有楼板：Ib=1.5I0n两边有楼板：两边有楼板：Ib=2.0I0nI0按梁的矩形截面按梁的矩形截面bh计算。

计算n柱截面惯性矩柱截面惯性矩计算：计算：n按照柱子实际截面尺寸确定按照柱子实际截面尺寸确定 Ic7/25/202255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递方式计算确定：荷载分布形式和按照前面所述荷载传递方式计算确定：荷载分布形式和荷载数值；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先计算先计算荷载标准值荷载标准值，然后计算框架，然后计算框架内力标准值内力标准值，最后内，最后内力组合时再考虑荷载分项系数得力组合时再考虑荷载分项系数得内力组合设计值内力组合设计值7/25/2022565.3.2 水平荷载下框架内力计算水平荷载下框架内力计算n1.计算机分析方法：计算机分析方法：采用计算机程序计算采用计算机程序计算n(1)中国建筑科学研究院研制的程序中国建筑科学研究院研制的程序PK和和PM、TBSA等可等可用于计算多高层建筑。