《建筑结构抗震》课程授课教案（讲义）第五章多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计5.3钢筋混凝土框架结构的抗震设计

教案及讲义建筑结构抗震第十四讲河北联合大学建筑工程学院

教案及讲义 建筑结构抗震 第十四讲 河北联合大学建筑工程学院

教案14课程名称《建筑结构抗震》授课专业土木工程授课内容第五章多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计5.3钢筋混凝土框架结构的抗震设计熟悉钢筋混凝土框架结构房屋抗震构造的一般规定：知识掌握纵向受力钢筋锚固长度、搭接长度的计算；教目标熟悉框架梁、框架柱、框架节点的抗震构造措施；学简述多层框架抗震设计实例的设计思路和方法。目能力培养学生进行框架结构房屋抗震计算和抗震构造措施等方面的设计能力标目标德育获取信息的能力：获取新知识的能力目标纵向受力钢筋锚固长度、搭接长度；重点框架梁、框架柱、框架节点的抗震构造措施。教材难点抗震构造措施的含义分析关键抗震设计规范教学设备多媒体、自制教学课件教教法结合规范，图表展示，以感观启发，分层次教学学方学法规范→查表→总结→思考法教学环节教学内容教师调控学生活动时间2'组织教学师生问好复习非抗震地区纵向受力钢筋锚固长度、搭5'导入新课教师提问，学生思考，接长度的计算1、讲述框架结构房屋抗震构造的一般规定；教师边演示课件内容边2、讲述框架梁、框架柱、框架节点的抗震构讲叙，出现图片时，提出新授造措施：78*问题，让学生回答，之后3、简述多层框架抗震设计实例的设计思路和给出正确答案。方法；课堂练习给出思考题、判断题分别让学生回答。5"学生总结→教师归纳”强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件”的设课后小结5'计原则在构造措施中的体现→课件展示结果看懂5.5多层框架抗震设计实例列表做作业作业5'通通过课件教学，调动了学生学习的积极性，掌握了相关教研室主任签字的基本知识，做到了理论与实际相结合，达到了教学目标课堂评价要求，教学效果较好。做到结合规范教学，达到了教学目标要求，教学效果较好

教案 14 课程名称 《建筑结构抗震》 授课专业 土木工程 授课内容 第五章多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计5.3钢筋混凝土框架结构的抗震设计 教 学 目 标 知识 目标 熟悉钢筋混凝土框架结构房屋抗震构造的一般规定； 掌握纵向受力钢筋锚固长度、搭接长度的计算； 熟悉框架梁、框架柱、框架节点的抗震构造措施； 简述多层框架抗震设计实例的设计思路和方法。 能力 目标 培养学生进行框架结构房屋抗震计算和抗震构造措施等方面的设计能力 德育 目标 获取信息的能力；获取新知识的能力 教 材 分 析 重点 纵向受力钢筋锚固长度、搭接长度； 框架梁、框架柱、框架节点的抗震构造措施。 难点 抗震构造措施的含义 关键 抗震设计规范 教学设备 多媒体、自制教学课件 教 学 方 法 教法 结合规范，图表展示，以感观启发，分层次教学 学法 规范→查表→总结→思考 教学环节 教学内容 教师调控学生活动 时间 组织教学 师生问好 2’ 导入新课 复习非抗震地区纵向受力钢筋锚固长度、搭 接长度的计算 教师提问，学生思考， 5’ 新授 1、讲述框架结构房屋抗震构造的一般规定； 2、讲述框架梁、框架柱、框架节点的抗震构 造措施； 3、简述多层框架抗震设计实例的设计思路和 方法； 教师边演示课件内容边 讲叙，出现图片时，提出 问题，让学生回答，之后 给出正确答案。 78’ 课堂练习 给出思考题、判断题 分别让学生回答。 5’ 课后小结 "强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件"的设 计原则在构造措施中的体现 学生总结→教师归纳 →课件展示结果 5’ 作业 看懂 5.5 多层框架抗震设计实例 列表做作业 5’ 课堂评价 通通过课件教学，调动了学生学习的积极性，掌握了相关 的基本知识，做到了理论与实际相结合，达到了教学目标 要求，教学效果较好。做到结合规范教学，达到了教学目 标要求，教学效果较好。 教研室主任签字

讲义14S5.3钢筋混凝土士框架结构的抗震设计5.3.1框架结构的设计的步骤框架结构平面布置确定后，根据实际经验或参考已有的工程设计及对柱子轴压比等控制值，初步确定梁柱的截面尺寸和材料强度等级，继而进行结构水平地震作用和位移计算，验算是否满足规范限值要求，然后再作地震荷载和重力荷载下的内力分析，将其组合后进行承载力验算。5.3.2框架结构设计要注意的问题（1）只对纵、横两个主轴方向进行抗震计算（2）梁柱的中线宜重合（3）框架柱的高度和宽度均不应小于300mm（4）应注意避免形成短柱（5）竖向非地震荷载作用时，可用弯矩调幅法来考虑框架梁的塑性内力重分布，调幅系数：现浇框架取为0.8～0.9；装配整体式框架取为0.7～0.8，地震作用引起的内力不应进行调幅。（6）注意基础系梁的设置（场地类别，荷载，基础埋深，土质）5.3.3水平地震作用下框架水平位移验算及内力分析1.水平地震作用计算一般情况，对于高度不超过40米以剪切变形为主，且质量刚度沿高度分布均匀的框架结构，可采用底部剪力法计算地震作用。(1)结构的基本周期T =1.7α/urαo为考虑填中墙影响的周期调整系数。民用框架α=0.5~0.6；框架-抗震墙%=0.7~0.8；抗震墙、以考虑填充墙刚度的框架结构α=1.0r=yaD对层数不多的工业厂房框架，其基本周期近似取：T=0.33+0.00069H2/3/B（2）水平地震作用的计算步骤为：①求结构计算单元的总水平地震作用Fek=α,Geq②求各质点的水平地震作用G,H,_(1-8,)FekF =ZG,H,j=l③求楼层地震剪力标准值

讲义 14 §5.3 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 5.3.1 框架结构的设计的步骤 框架结构平面布置确定后,根据实际经验或参考已有的工程设计及对柱子轴压比等控制 值，初步确定梁柱的截面尺寸和材料强度等级，继而进行结构水平地震作用和位移计算，验 算是否满足规范限值要求，然后再作地震荷载和重力荷载下的内力分析，将其组合后进行承 载力验算。 5.3.2 框架结构设计要注意的问题 （1）只对纵、横两个主轴方向进行抗震计算 （2）梁柱的中线宜重合 （3）框架柱的高度和宽度均不应小于 300mm （4）应注意避免形成短柱 （5）竖向非地震荷载作用时，可用弯矩调幅法来考虑框架梁的塑性内力重分布，调幅系数： 现浇框架取为 0.8～0.9；装配整体式框架取为 0.7～0.8，地震作用引起的内力不应进行调幅。 （6）注意基础系梁的设置（场地类别，荷载，基础埋深，土质） 5.3.3 水平地震作用下框架水平位移验算及内力分析 1.水平地震作用计算 一般情况，对于高度不超过 40 米以剪切变形为主，且质量刚度沿高度分布均匀的框 架结构，可采用底部剪力法计算地震作用。 (1)结构的基本周期 T1 7 0 uT =1.   0 为考虑填中墙影响的周期调整系数。 民用框架  0 = 0.5 ~ 0.6 ；框架-抗震墙  0 = 0.7 ~ 0.8 ；抗震墙、以考虑填充墙刚度的框 架结构 0 =1.0 =  = n i Gi T D V u 1 对层数不多的工业厂房框架，其基本周期近似取： 2 3 1 T = 0.33+ 0.00069H / B （2）水平地震作用的计算步骤为： ①求结构计算单元的总水平地震作用 FEK = 1Geq ②求各质点的水平地震作用 n n Ek j j j i i i F G H G H F (1 ) 1 = −  = ③求楼层地震剪力标准值

V=将Vi分配结各榻典型框架的各根柱DuVD,=DV, =D,/=i2.内力计算（1）反弯点法反弯点法适用条件：层数较少，梁柱线刚度比大于3时。反弯点位置：上部0.5H，底层0.67H，如下图所示。框架在水平节点力作用下的弯矩图内力计算步骤：层间剪力分配到柱——计算柱弯矩——根据节点平衡计算梁弯矩——求出梁端剪力柱子的轴力注意：梁端的剪力为梁两端弯矩之和除以梁跨度。结点左右梁端剪力之和即为柱的层间轴力增量。对中柱，当两边梁的跨度相近时，轴力近似为零。由于地震荷载的方向是可变的，故梁柱端的弯矩，剪力的轴力方向也是变化的。（2）D值法（修正反弯点法）①计算柱的抗侧刚度12iD,=α-i.=E,I,/hh2α二考虑柱上下端节点弹性约束的修正系数，由梁柱线刚度比定

④将 Vi 分配给各榀典型框架的各根柱 2.内力计算 （1）反弯点法 反弯点法适用条件：层数较少，梁柱线刚度比大于 3 时。 反弯点位置：上部 0.5H，底层 0.67H，如下图所示。 框架在水平节点力作用下的弯矩图 内力计算步骤： 层间剪力分配到柱——计算柱弯矩——根据节点平衡计算梁弯矩——求出梁端剪力—— 柱子的轴力 注意：梁端的剪力为梁两端弯矩之和除以梁跨度。结点左右梁端剪力之和即为柱的层间轴力 增量。对中柱，当两边梁的跨度相近时，轴力近似为零。由于地震荷载的方向是可变的，故 梁柱端的弯矩，剪力的轴力方向也是变化的。 （2）D 值法（修正反弯点法） ①计算柱的抗侧刚度 2 12 h i D c ij =  i c = Ec I c / h  —考虑柱上下端节点弹性约束的修正系数，由梁柱线刚度比定。 = = n j i i Di Dij i ij ij V D D V = = = n j i Vi Fi

a取值边柱中柱KI一般层K,K,kα=KJKK2+kCK.K31k,+k,K_k+k,+k,+kk=?2k.2keK?K60.5+k底层Ksα=2+kKK.cK=kak_ks+kskk.②计算楼层总抗侧刚度D,=ZD,j=③计算第i层第i根柱所分配的剪力DuV,V,=D,④计算各柱反弯点高度位置yh=(+yi+y, +y,)hyo—标准反弯点高度比，查附表5-1P181yi一上、下梁线刚度不同，对Vo的修正值，查附表5-3P185J2，y3一上、下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。查附表5-4P185③求柱端弯矩一一根据节点平衡计算梁弯矩一一求出梁端剪力一一柱子的轴力注意：梁端的剪力为梁两端弯矩之和除以梁跨度。结点左右梁端剪力之和即为柱的层间轴力增量。对中柱，当两边梁的跨度相近时，轴力近似为零。由于地震荷载的方向是可变的，故梁柱端的弯矩，剪力的轴力方向也是变化的。3，框架结构水平位移验算在第一阶段按小震（多遇地震）作用下，其层间弹性位移，应符合下式要求：VAu=ZDAu.≤[o.h

②计算楼层总抗侧刚度 = = n j i Di Dij ③计算第 i 层第 j 根柱所分配的剪力 i i ij ij V D D V = ④计算各柱反弯点高度位置 yh = (y0 + y1 + y2 + y3 )h 0 y —标准反弯点高度比，查附表 5-1 P181 1 y —上、下梁线刚度不同，对 0 y 的修正值，查附表 5-3 P185 2 y ， 3 y —上、下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。查附表 5-4 P185 ⑤求柱端弯矩——根据节点平衡计算梁弯矩——求出梁端剪力——柱子的轴力 注意：梁端的剪力为梁两端弯矩之和除以梁跨度。结点左右梁端剪力之和即为柱的层间轴力 增量。对中柱，当两边梁的跨度相近时，轴力近似为零。由于地震荷载的方向是可变的，故 梁柱端的弯矩，剪力的轴力方向也是变化的。 3.框架结构水平位移验算 在第一阶段按小震（多遇地震）作用下，其层间弹性位移，应符合下式要求： ue   e h   = D V u i e 1 2 2 c k k k k + = 1 2 3 4 2 c k k k k k k + + + = 3 c k k k = 边柱 中柱 一般层 底层 Kc K2 K1 Kc K4 K1 K2 K3 5 6 c k k k k + = K3 Kc K5 Kc K6 2 k k  = + α取值 0.5 2 k k  + = +