《框架柱抗震结构》课件

框架柱抗震结构了解建筑结构安全核心掌握抗震设计关键技术提升工程实践能力什么是框架柱抗震结构？基本定义与其他结构区别由梁柱组成的承重骨架灵活空间划分承担竖向荷载与水平地震力良好延性变形能力抗侧力性能适中抗震设计的重要性7%

5.12中国国土汶川地震位于环太平洋地震带里氏震级，造成严重伤亡70%建筑损失地震中建筑结构损失比例框架结构体系分类框架剪力墙-混合承重体系单独框架纯框架承重框架核心筒-高层建筑优选框架柱的作用与地位竖向承重传递重力荷载至基础抵抗水平力吸收地震能量保障整体稳定结构系统关键组成框架柱抗震结构发展历程11950-1970基础理论研究唐山地震21976促进抗震规范完善年代31990性能化设计引入汶川地震后42008抗震设计全面提升地震动的基本概念地震波类型地震动参数反应谱纵波、横波、表面波加速度、速度、位移结构响应分析基础建筑抗震设防类别一级医院、消防站等二级学校、商场等三级普通住宅四级临时建筑框架柱受力特点轴压弯矩剪力竖向荷载产生压力地震力产生弯曲横向力引起剪切构件强度与变形性能局部屈服整体屈服材料进入弹塑性阶段结构产生永久变形可恢复性变形能量吸收显著延性设计控制破坏模式保障塑性变形能力框架剪力墙体系抗震性能比-较性能指标纯框架框架-剪力墙侧移刚度较低高延性能力优秀良好能量耗散较均匀集中于关键部位适用高度中低层高层抗震设防烈度与规范要求度9特殊加强措施度8严格抗震构造度7常规抗震设计度6基本抗震要求框架柱抗震设计总则安全性延性承载能力保障塑性变形能力节点强化强柱弱梁连接部位加强控制破坏顺序材料性能及要求C30400MPa混凝土最低等级钢筋抗拉强度抗震框架常用标准HRB400常用钢筋200GPa弹性模量钢筋弹性变形系数截面形式与选择方形截面矩形截面圆形截面施工简便双向刚度差异各向同性特性常用于内部柱空间有限场景适用适合多向地震柱纵筋、箍筋配置要求纵筋配筋率1%-5%箍筋间距不大于构件截面小边尺寸角部加密保障核心区约束构造措施加强区端部加密区范围1柱高1/6且不小于500mm箍筋间距减小2普通区域间距的1/2加密区构造要求3首个箍筋距节点不大于50mm加强区延性提升4约束混凝土提高承载力联结节点抗震构造节点核心区构造水平拉结筋通过节点保证约束效应钢筋弯钩锚固135°弯钩伸入端部不小于10d节点区箍筋加密保障节点区剪切强度防止脆性破坏层高、柱高比对抗震性能影响框架柱体系布置原则规则布置柱网均匀分布平面对称减少扭转效应竖向连续传力路径明确刚度均匀避免薄弱层剪力弯矩分配与优化-地震作用下力分布基底剪力向上分配柱剪力承担比例与刚度成正比弯矩传递考虑端部约束条件软弱层与短柱现象软弱层短柱效应刚度突变层填充墙造成有效长度减小常见于首层架空剪切破坏风险解决方案解决方案•加设支撑或墙•设置隔断缝•增大柱截面•加强箍筋构造楼板与柱的协作机制刚性楼板假定水平力传递柱板连接平面内无变形楼板分配作用至竖向构传递剪力与弯矩件楼梯间、电梯井及核心筒处理楼梯间处理电梯井核心筒设计与主体结构弹性连接剪力墙围护高刚度抗侧力体系设置滑动支座整体性保障与周边框架协同工作基础设计与柱底锚固基础类型选择柱底锚固构造•独立基础•纵筋弯折或直锚•条形基础•锚固长度满足规范•筏板基础•设置拉接筋•桩基础•基础上表面加密横向加固与支撑系统加腋处理减小应力集中钢支撑提高侧向刚度柱包钢加固提升承载力纤维材料包裹增加延性不规则场地及变形缝布置变形缝设置不规则平面地形适应每40-80米设置分割成规则单元台阶式基础形状简单化独立抗震计算错层设计屋盖结构与楼层转折区构造屋盖连接1屋盖与框架可靠连接转角处理2加强箍筋密度挑檐构造3限制悬挑长度楼层转换4转换层加强设计力学性能与极限承载力框架柱的破坏模式延性破坏脆性破坏弯曲破坏剪切破坏塑性铰发展突然失效大变形警示无明显预警裂缝发展水平裂缝弯曲斜裂缝剪切垂直裂缝轴压受力性能分析方法静力弹性分析等效地震力动力弹性分析反应谱法时程分析非线性动力响应滞回性能与能量耗散加载变形构件受力变形达到屈服状态反向加载卸载形成滞回环残余变形产生柱梁节点力学性能-受力传递机制破坏模式加固措施梁端弯矩传递剪切滑移核心区箍筋加密节点区剪力对角拉裂通过钢筋设置轴压比与抗震性能关系层间位移角与抗震延性1/5501/250弹性限值弹塑性限值常规结构限值罕遇地震下限值1/50极限位移角破坏前极限状态楼层剪力分析基底剪力计算总地震作用力楼层剪力分配基于质量与高度构件剪力按刚度比例分配剪力调整考虑扭转效应抗震设计计算流程概述结构方案选定体系类型确定初步布置构件荷载计算恒载、活载计算地震作用确定内力分析分析模型建立结构受力计算构件设计截面尺寸确定配筋计算与校核框架柱截面设计方法设计步骤主要内容初步确定截面按轴压比控制承载力验算组合内力校核弯矩放大考虑二阶效应配筋设计轴压-弯矩联合作用构造要求满足规范最低要求轴力弯矩互作曲线绘制-互作曲线意义设计应用双向弯曲综合表示承载能力配筋方案确定三维互作面不同内力组合验算安全储备评估复杂受力分析地震作用下内力计算地震荷载组合水平力分配

1.0恒载+

0.5活载±

1.0地震反应谱法最不利组合控制时程分析法内力求解刚度比例分配考虑偶然偏心楼层位移与结构变形分析弹性分析位移放大确定初始位移乘以位移放大系数调整设计限值比较不满足时修改方案与允许值对比框架柱强度与配筋验算纵筋配筋率校核1%≤ρ≤5%箍筋间距验算s≤minh/4,8d,100mm剪压比验算λ=V/fcbh0≤

0.08工程案例高层办公楼框架剪力墙1-工程概况设计难点抗震亮点30层办公楼底部大空间框架柱加强型配筋框架-剪力墙结构转换层设计节点区特殊构造工程案例医院主楼抗震设2计工程基本信息一类抗震设防建筑地基设计难点软土地区差异沉降柱设计创新型钢混凝土柱应用抗震细部措施设备机房隔震处理工程案例学校教学楼3工程概况抗震要点•4层教学楼•变形缝分隔•框架结构•框架柱加大截面•8度设防•强柱弱梁严格执行•L形平面布置•特殊节点细部构造海外应用案例日本、美国地震区日本抗震理念隔震技术广泛应用性能设计超前发展美国抗震设计延性详图严格规定基于性能设计标准经验启示构造细节决定性能创新技术实用化框架柱抗震设计常见问题轴压比过大导致延性不足箍筋构造不当引起剪切破坏节点区配筋不足造成连接失效短柱效应未考虑导致早期破坏智能建造与新型构造技术技术装配式结构智能监测机器人施工BIM精确模拟与优化工厂化精确生产实时结构健康监测提高施工精度抗震结构未来发展方向高性能材料1高强混凝土、纤维增强组合结构钢-混凝土组合柱减震控制阻尼器、消能装置新规范发展性能化设计全面推广总结与课后思考实践应用将理论用于工程实践整合知识贯通各环节设计要点基本原理3掌握核心抗震设计理念。