理论教育 建筑结构抗震设计-抗震计算与分配规则

建筑结构抗震设计-抗震计算与分配规则

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:图6-17底部框架—抗震墙砌体房屋倾覆力矩及柱轴力地震倾覆力矩的分配地震倾覆力矩形成楼层转角,而不是侧移。因此,按抗震设计规范,可将倾覆力矩近似地按底部抗震墙和框架的有效侧向刚度的比例分配确定。若考虑上部墙体与托墙梁的组合作用,应计入地震时墙体开裂对组合作用的不利影响,可调整有关的弯矩系数、轴力系数等计算参数。偏于安全,可简化计算。

建筑结构抗震设计-抗震计算与分配规则

1)水平地震作用及层间地震剪力计算

对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的底部框架抗震墙砌体房屋,抗震计算可采用底部剪力法,按前述方法计算,计算过程中不需考虑顶部附加地震作用。

底部框架—抗震墙砌体房屋的地震作用效应,应按下列规定调整:

(1)对底层框架—抗震墙砌体房屋,底层的纵向和横向地震剪力设计值均应乘以增大系数;其值应允许根据第二层与底层侧向刚度比值的大小在1.2~1.5范围内选用,第二层与底层侧向刚度比值大者应取大值。

式中:η1——房屋底层剪力增大系数;

λ1——房屋二层与底层侧移刚度之比;

K1,K2——底层、二层的侧移刚度;

Kf1——底层一榀框架的侧移刚度;

Kw1——底层一片钢筋混凝土抗震墙的侧移刚度;

Kbw1——底层一片砌体抗震墙的侧移刚度;

Kbw2——二层一片砌体抗震墙的侧移刚度。

按式(6-22)计算的η1<1.2时,取η1=1.2;当η1>1.5时,取η1=1.5。

(2)对底部两层框架—抗震墙房屋,底层和第二层的纵向和横向地震剪力设计值亦均应乘以增大系数;其值应允许根据侧向刚度比在1.2~1.5范围内选用,第三层与第二层侧向刚度比值大者应取大值。

第三层与底部第二层的侧移刚度比,也可参照上述方法计算。

2)地震剪力分配

(1)上部砌体部分水平地震剪力应按下列原则分配:

①现浇和装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖等刚性楼盖建筑,宜按抗侧力构件侧移刚度的比例分配。

②普通预制板装配式钢筋混凝土楼、屋盖的建筑,按抗侧力构件侧移刚度比例和其从属面积上重力荷载代表值比例的平均值分配。

(2)底部框架和抗震墙的剪力需要考虑两道设防的思想来分配,具体如下:

①抗震墙的地震剪力

地震期间,当抗震墙未开裂时,由于其具有很大的初始弹性刚度,而框架侧移刚度小,当按刚度分配地震剪力时,绝大部分的底层地震剪力分配给抗震墙。因此,《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定:底层或底部两层的纵向和横向地震剪力设计值应全部由该方向的抗震墙承担,并按各抗震墙侧向刚度比例分配。

一片钢筋混凝土抗震墙所承担的地震剪力为

一片砖砌体抗震墙所承担的地震剪力为

②框架柱的地震剪力

底层抗震墙开裂之后,由于刚度下降,此时,框架柱和抗震墙之间会发生内力重分配。底层框架作为第二道防线,其地震剪力设计值可按底层框架和抗震墙的有效侧向刚度进行分配。有效侧向刚度的取值为:框架不折减,混凝土墙或配筋混凝土小砌块砌体墙可乘以折减系数0.30;约束普通砖砌体或小砌块砌体抗震墙可乘以折减系数0.20。底层框架承担的地震剪力可按下式计算:

式中:Vf——一榀框架承担的地震剪力;

Kf——一榀框架的弹性刚度;

Kw——一片钢筋混凝土抗震墙的弹性刚度;

Kbw——一片砖抗震墙的弹性刚度;

V——楼层地震剪力。

3)地震倾覆力矩和框架柱的附加轴力

底部框架—抗震墙砌体房屋应由两种不同承重和抗侧力体系构成,且上重下轻。因此,对底层和底部两层框架—抗震墙砌体房屋,应考虑地震倾覆力矩对底层和底部两层结构构件的影响。

(1)地震倾覆力矩的计算

在底部框架—抗震墙砌体房屋中,作用于整个房屋底层的地震倾覆力矩为

式中:M1——作用于房屋底层的地震倾覆力矩;

Fi——i质点的水平地震作用标准值;

Hi——i质点计算高度;

H1——底层框架的计算高度。(www.daowen.com)

在底部两层框架—抗震墙砌体房屋中,作用于整个房屋第二层的地震倾覆力矩为

式中:M2——作用于整个房屋第二层的地震倾覆力矩;

H2——底部二层的计算高度。

图6-17 底部框架—抗震墙砌体房屋倾覆力矩及柱轴力

(2)地震倾覆力矩的分配

地震倾覆力矩形成楼层转角,而不是侧移。该力矩使底部抗震墙产生附加弯矩和底部框架柱产生附加轴力。因此,按抗震设计规范,可将倾覆力矩近似地按底部抗震墙和框架的有效侧向刚度的比例分配确定。

一片抗震墙承担的倾覆力矩为

一榀框架承担的倾覆力矩为

式中:——底层一片抗震墙的平面转动刚度为

——一榀框架沿自身平面内的转动刚度为

式中:I,Iφ——抗震墙水平截面和基础底面对形心轴的惯性矩

Cz,Cφ——地基抗压和抗弯刚度系数;

Ai——一榀框架中第i根柱子水平截面面积和基础底面积;

xi——第i根柱子到所在框架中和轴的距离。

由于框架承担的倾覆力矩的作用,在框架柱中产生的附加轴力可按下式计算:

另外,当抗震墙之间楼盖长宽比大于2.5时,框架柱各轴线承担的地震剪力和轴向力,尚应计入楼盖平面内变形的影响。

4)钢筋混凝土托墙梁的计算

对于钢筋混凝土托墙梁,在计算其地震组合内力时,应采用合适的计算简图。若考虑上部墙体与托墙梁的组合作用,应计入地震时墙体开裂对组合作用的不利影响,可调整有关的弯矩系数、轴力系数等计算参数。

偏于安全,可简化计算。对托墙梁上部各层墙体不开洞和跨中1/3范围内开一个洞口的情况,采用折减荷载的办法:托墙梁弯矩计算时,由重力荷载代表值产生的弯矩,四层以下全部计入组合,四层以上可有所折减,取不小于四层的数值计入组合;对托墙梁剪力计算时,由重力荷载产生的剪力不折减。

5)底部框架与抗震墙抗震验算

(1)底层框架柱的轴向力和剪力,应计入砖墙或小砌块墙引起的附加轴向力和附加剪力,其值可按下列公式确定:

式中:Vw——墙体承担的剪力设计值,柱两侧有墙时可取二者的较大值;

Nf——框架柱的附加轴压力设计值;

Vf——框架柱的附加剪力设计值;

Hf,l——分别为框架的层高和跨度。

(2)嵌砌于框架之间的普通砖墙或小砌块墙及两端框架柱,其抗震受剪承载力应按下式验算:

式中:V——嵌砌普通砖墙或小砌块墙及两端框架柱剪力设计值;

Aw0——砖墙或小砌块墙水平截面的计算面积,无洞口时取实际截面的1.25倍,有洞口时取截面净面积,但不计入宽度小于洞口高度1/4的墙肢截面面积;

——分别为底层框架柱上下端的正截面受弯承载力设计值,可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)非抗震设计的有关公式取等号计算;

H0——底层框架柱的计算高度,两侧均有砌体墙时取柱净高的2/3,其余情况取柱净高;

γREc——底层框架柱承载力抗震调整系数,可采用0.8;

γREw——嵌砌普通砖墙或小砌块墙承载力抗震调整系数,可采用0.9。

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