多层与高层钢筋混凝土框架结构抗震设计.ppt

《多层与高层钢筋混凝土框架结构抗震设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多层与高层钢筋混凝土框架结构抗震设计.ppt（295页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第8章 多层与高层钢筋混凝土框架结构抗震分析,汶川地震建筑震害案例,第一节 多层钢筋混凝土结构震害分析,一、场地影响产生的震害,1.共振效应,地震的振动传播周期场地的卓越周期结构自振周期,房屋破坏率与土层厚度关系,2.地基失效,唐山地震时，严重液化地区喷水高度可达8米，厂房沉降可达1米。天津地震时，海河故道及新近沉积土地区有近3000个喷水冒砂口成群出现，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可达5立方米。有时地面运动停止后，喷水现象可持续30分钟。,液化的震害：喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出现裂缝、滑移，造成桥梁破坏，等等。,地基土液化软土震陷断层错动,二、结构布置不合理引起的震害

2、,1.平面不规则引起扭转,马那瓜中央银行大厦,试问：那一幢破坏严重呢？,马那瓜美洲银行大厦,复杂体型高层建筑不断兴建,专家评委认为能实施这一方案，不仅能树立CCTV的标志性形象，也将翻开中国建筑界新的一页。,2.竖向不规则导致薄弱层破坏,3.防震缝宽度不足产生的震害,三、框架结构的震害,1.形成柱铰机制-强柱弱梁,2.框架柱的局部破坏,塑性铰处压弯破坏,海地地震柱脚剪切破坏,角柱破坏,3.框架梁的局部破坏,4.梁柱节点破坏,5.填充墙的震害,6.楼梯破坏,四、具有剪力墙结构的震害,第二节 结构选型、结构布置和设计原则,框架结构剪力墙结构框架-剪力墙结构筒体结构,一、结构选型,表8.1 现浇钢筋

3、混凝土房屋适用的最大高度（m）,二、结构布置,1.结构总体布置原则（1)抗震有利的建筑平面和立面对称、规则（2）明确地计算简图传力合理（3）变形缝（4）多道防线倪慧敏（5）整体性（6）两个主轴方向的动力特性相近2.建筑结构的规则性 是指建筑物的平、立面布置要对称、规则，其质量与刚度要变化均匀。,表8.2 平面不规则的主要类型,表8.3 竖向不规则的主要类型,3.竖向布置,当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋总高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.7 倍；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1

4、的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。,表8.4钢筋混凝土高层建筑结构适用的高宽比,抗震等级是确定结构构件抗震计算和抗震措施的标准。根据设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及构件在结构中的重要程度确定，共分四个等级，一级最高。,三、抗震等级,表8.7 现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级,四、延性和屈服机制 五、材料及连接六、楼梯间七、基础结构,第三节 钢筋混凝土框架结构抗震计算（重点）,一、设计步骤,二、水平地震作用计算,三、框架结构内力计算及水平位移计算,1.竖向荷载作用下的内力计算-分层法2.竖向荷载作用下的内力计算-弯矩二次分配法,力法和位移法的计算结果表明，竖向荷载作用下的多层多跨框架

5、，其侧向位移很小。,此法是对弯矩分配法的进一步简化，在忽略竖向荷载作用下框架结点侧移时采用。具体做法是将各结点的不平衡弯矩同时作分配和传递，并以两次分配为限。其计算步骤如下：（1）计算各结点的弯矩分配系数；（2）计算各跨梁在竖向荷载作用下的固端弯矩；（3）计算框架各结点的不平衡弯矩；（4）将各结点的不平衡弯矩同时进行分配，并向远端传递,再将 各结点不平衡弯矩分配一次后，即可结束。,3.竖向荷载的布置 恒荷载是长期作用在结构上的重力荷载，因此要按其实际布置情况计算其对结构构件的作用效应。确定活荷载的最不利位置，一般有四种方法。（1）分跨计算组合法：逐层逐跨单独作用在框架上，分别计算结构内力，根据

6、所设计构件的某指定截面，组合出最不利的内力。手算时工作量大，较少采用。（2）最不利活荷载位置法：对于每一控制截面，直接由影响线确定其最不利活荷载位置，然后进行内力计算。工作量大，一般不采用。（3）分层组合法：（4）满布荷载法：此法不考虑活荷载的不利布置，而将活荷载同时作用于各框架梁上进行内力分析。这样求得的结果与按考虑活荷载最不利位置所求得的结果相比，在支座处内力极为接近，在梁跨中则明显偏低。因此，应对梁的跨中弯矩进行调整，通常乘以1.11.2的系数。设计经验表明，在高层民用建筑中，当楼面活荷载不大于4kN/m2时，活荷载所产生的内力，相较于恒载和水平荷载产生的内力要小很多，因此采用此法的计算

7、精度可以满足工程设计要求。,4.内力调整 竖向荷载作用下梁端负弯矩较大，导致梁端的配筋量较大。可以考虑框架梁端塑性变形内力重分布，对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调幅。梁端弯矩调幅，还可以使框架在破坏时梁端先出现塑性铰，保证柱的相对安全，以满足“强柱弱梁”的设计原则。对于现浇框架，可取0.80.9。支座弯矩调幅降低后，梁跨中弯矩应相应增加。按调幅后的 梁端弯矩的平均值与跨中弯矩之和不应小于按简支梁计算的跨中 弯矩值，即可求得跨中弯矩。,5.水平荷载作用下结构的内力计算反弯点法,6.改进反弯点法（D值法）,四、内力组合及最不利内力1.控制截面及不利内力,控制截面：构件某一区段中对截面配筋起控制作用的

8、那些截面。最不利内力组合：控制截面处最大的内力组合。,在某些情况下，最大或最小内力不一定是最不利的。因为对大偏心截面而言，偏心距e0M/N越大，截面的配筋越多。因此有时候M虽然不是最大，但相应的N较小，此时偏心距最大，也能成为最不利内力。对于小偏心截面，当N可能不是最大，但相应的M比较大时，配筋反而需要多一些，会成为最不利内力。所以组合时常需考虑第四种情况,2.内力组合 框架结构上作用的竖向荷载有永久荷载、楼屋面活荷载、积灰荷载和雪荷载等；水平荷载有风荷载和地震作用。通过框架内力计算，可得到各种荷载作用下构件的内力标准值。结构设计时，应根据可能出现的最不利情况确定构件控制截面的内力设计值，进行

9、截面设计。多、高层钢筋混凝土框架结构抗震设计时，一般应考虑以下两种基本组合：,（1）有地震作用时的内力组合：除考虑地震作用外，还应考虑重力荷载代表值和其他活荷载的作用。对于普通框架结构，可只考虑水平地震作用和重力荷载代表值参与组合，而不考虑风荷载及竖向地震作用，其内力组合设计值S可写成：,（2）无地震作用时的内力组合：无地震作用时，框架结构受到全部恒荷载和活荷载的作用，其值一般要比重力荷载代表值大。且计算承载力时不引入承载力抗震调整系数，因此，某些控制截面在无地震作用时的组合内力有可能大于有地震作用时的内力组合，这种组合就可能对某些截面设计起控制作用。此时，其内力组合设计值S可写成：,当不考虑

10、楼面活荷载不利布置时，由式（8.13）和（8.15）可得到以下内力组合：,五。框架结构截面设计,SR/RE（8.21）S包含地震作用效应的结构构件内力组合设计值，包括组合的弯矩、剪力和轴向力设计值等；R结构构件非抗震设计时的承载力设计值，按各有关结构设计规范计算；RE承载力抗震调整系数，除另有规定外，按表8.16采用。,1.实现梁铰机制，避免柱铰机制,2.实现弯曲破坏，避免剪切破坏,3.实现强节点核芯区、强锚固,六。框架结构构造措施1.框架梁（1）截面尺寸：（2）纵向钢筋：（3）箍筋：2.框架柱（1）截面尺寸：（2）轴压比的限制：（3）纵向钢筋：（4）箍筋：3.节点核芯区,8.4 设计案例,1

11、、甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施所要求的设防烈度按上表确定抗震等级。,2、当框架-抗震墙结构有足够的抗震墙时,其框架部分是次要抗侧力构件,可按框架-抗震墙结构中的框架确定抗震等级。否则按框架结构确定等级。区分标准是看框架部分承受的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩的50%。,框架承受的地震倾覆力矩可按下式计算：,考题,3、裙房与主楼的等级,裙房顶部上下各一层应提高抗震措施,4、多层与高层建筑的地下室,一层以下根据具体情况按三级或按更低等级。9度时应专门研究。,图中c为抗震等级,不讲,三、建筑结构布置宜规则,四、合理设计结构破坏机制,1、框架结构,为了充分发挥整个结构的抗震能力

12、，较合理的地震破坏机制应为节点基本不破坏，梁比柱的屈服能早发生、多发生；同一层中，各柱两端屈服历程越长越好；底层柱底的塑性铰宜最晚发生。梁柱端的塑性铰出现得尽可能分散。,2、框架-抗震墙结构,抗震墙的各墙段（包括小开洞墙和联肢墙肢）的高宽比不宜小于2，使其成弯剪破坏。连梁宜在梁端塑性屈服，且有足够的变形能力，在墙段充分发挥抗震作用前不失效。,11月2日讲到这里。,五、构件在极限破坏前不发生明显的脆性破坏,主要抗侧力的钢筋混凝土构件的极限破坏应以构件弯曲时主筋受拉屈服破坏为主，应避免变形性能差的混凝土首先压溃或剪切破坏，以及钢筋锚固失效和粘接破坏。,延性破坏和脆性破坏两者的变形性能差别很大，与其

13、相关的因素有：抗剪和抗弯承载力之比、剪跨比、剪压比、轴压比、主筋率、配筋率、箍筋形式、混凝土和钢筋材料、钢筋连接和锚固方式等。,规范中许多规定都属于这方面的要求。,当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和刚度相差过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时，应考虑设防震缝。其最小宽度应符合下面要求：,高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。,1、防震缝,（1）钢筋混凝土框架房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用70mm，超过15m时，6、7、8、9度相应每增加高度5m、4m、3m、2m，宜加宽20mm。,六、防震缝与抗撞墙,（2）框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架规定数值

14、的50%，且不宜小于70mm。,（3）防震缝两侧结构类型不 同时，按不利体系考虑，并按低的房屋高度计算 缝宽。,考题,8、9度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧的结构，当结构高度、刚度或层高相差较大时，可在防震缝两侧房屋的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙。,2、抗撞墙,每一侧的数量不应少于两道。宜分别对称布置，墙肢的长度可不大于一个柱距。,内力应按考虑和不考虑抗撞墙两种情况进行分析，按不利情况取值。,抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密。,2、钢筋混凝土框架的梁、柱构件应避免剪切破坏,“强剪弱弯”,构件弯曲破坏形成的极限剪力应小于构件斜截面的极限剪力。,七、钢筋混凝土框架的结构体系,1、钢筋混

15、凝土框架结构宜对称布置,3、钢筋混凝土框架的梁、柱构 件之间应设置成“强柱弱梁”,4、梁柱节点的承载力宜大于梁、柱构件的承载力。,“更强的节点”,抗震墙的一般布置原则是“均匀、分散、对称、周边”。,八、框架-剪力墙结构的结构布置,1、抗震墙布置的基本原则 框架-抗震墙结构中的抗震墙宜沿主轴方向双向布置，贯通房屋全高，且横向与纵向抗震墙宜相连，互为翼墙，以提高其刚度和承载能力。,一般情况下，宜布置在竖向荷载较大处，平面形状变化处和楼梯间、电梯间等。,2、抗震墙布置位置的选择,考题,3、抗震墙布置的具体要求,（1）楼（电）梯间、竖井等使楼面开洞的竖向通道，不 宜设在结构单元端部角区及凹角处；,这种

16、竖向通道不宜独立设在柱网之外的中间位置。,（2）纵横向抗震墙成组布置,纵横向抗震墙宜合并布置为L形、T形和口字形。,（3）合理调整抗震墙的长度,为了保证抗震墙具有足够的的延性,不发生脆性的剪切破坏，每一道抗震墙（包括单片墙、小开口墙和联肢墙）不应过长，总高度与总长度之比宜大于2。,较长的单片墙可以留出结构洞口，划分成联肢墙的两个墙肢。,（4）抗震墙的最大间距,抗震墙间距不应过大。,抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比宜满足下表要求：,抗震墙之间的楼、屋盖有较大开洞时，长宽比还应减小。,当超过上述要求时，应计入楼盖平面内的变形影响。,抗震墙的端部钢筋配置在柱截面内。,4、抗震墙的边框梁、柱,框架

17、梁应保留，当无法设置明梁时应设置暗梁。,暗梁的高度、纵筋、箍筋与明梁相同，配置在墙身内。,第6章 钢筋混凝土框架构件设计,6.1 延性耗能框架的概念设计,为实现抗震设防目标，钢筋混凝土框架除了具有足够的承载力和刚度外，还应具有良好的延性和耗能能力。延性是指强度或承载力没有大幅度下降情况下的屈服后的变形能力。耗能能力是用往复荷载作用下构件或结构的力-变形滞回曲线包含的面积度量。钢筋混凝土框架结构抗震性能的认识梁铰机制（整体机制）优于柱铰机制（局部机制）梁铰机制：是指塑性较出在梁端，除柱脚外，柱端无塑性铰。柱铰机制：是指在同一层所有柱的上、下端形成塑性较。梁是受弯构件，容易实现大的延性和耗能能力，

18、柱是压弯构件，尤其是轴压比大的柱，不容易实现大的延性和耗能力。设计中，需要通过加大柱脚固定端截面的承载力，推迟柱脚出铰；通过“强柱弱梁”，尽量减少柱较。,2.弯曲破坏优于剪切破坏,梁和柱的剪切破坏是吹脆性破坏，延性小。梁和柱的弯曲破坏是延性破坏，耗能能力大。,3.大偏压破坏优于小偏压破坏钢筋混凝土小偏心受压柱的延性和耗能能力显著低于大偏心受压柱，主要是因为小偏压柱相对受压区高度大，延性和耗能能力降低。,4.不允许核芯区破坏以及纵筋在核芯区的锚固破坏,为了使钢筋混凝土框架成为延性耗能框架，应采用以下的 抗震概念设计：强柱弱梁强剪弱梁强核芯区、强锚固局部加强限制柱轴压比，加强柱箍筋对混凝土的约束,

19、6.2 框架梁抗震设计,6.2.1 框架梁的破坏形态和延性,影响梁的延性和耗能的主要因素有：破坏形态，截面混凝土相对压区高度，塑性铰区混凝土约束程度等。,梁的破坏形态,弯曲破坏 延性大。,剪切破坏 延性小，是耗能差的脆性破坏。,少筋破坏,适筋破坏,超筋破坏,6.2.2 梁截面抗弯设计,梁截面抗弯配筋与延性,第4章 设计要求及荷载效应组合,4.1 承载力验算 高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的各种外荷载作用下，各个构件及其连接均有足够的承载力。,无地震作用组合时,有地震作用组合时,不考虑地震作用和考虑地震作用时，构件内力设计值。,承载力抗震调整系数，小于1。,不考虑地震作用和考虑地震作用

20、时，构件的承载力设计值。,设计高层建筑结构时，分别计算各种荷载作用下的内力和位移，然后从不同工况的荷载组合中找到最不利内力及位移，进行结构设计。,（4-1）,（4-2）,4.2 侧移限制,4.2.1 使用阶段层间位移限制,限制层间位移公式,荷载效应组合所得结构楼层层间位移,该层层高,层间转角,限制测向变形的主要原因：a.要防止主体结构开裂和损坏b.要防止填充墙及装修开裂和损坏c.过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用d.过大的侧移会使结构产生附加内力（效应）,在正常使用状态下（风荷载和小地震作用）的限值按表4-2选用。,钢结构 1/300,（4-3）,4.2.2 防止倒塌层间位移限制,罕

21、遇地震作用下，为防止结构倒塌，要限制结构的最大弹塑性层间位移。罕遇地震作用下 的限值按表4-3选用。,4.3 舒适度要求,4.4 稳定和抗倾覆（自阅）,钢结构 1/50,在风荷载作用下高度超过150米的高层建筑住宅、公寓结构顶点最大加速度不大于0.15m/s2办公、旅馆 结构顶点最大加速度不大于0.25m/s2,（效应）,4.5 抗震结构延性要求和抗震等级,抗震结构设计除了满足抗震承载力及侧移限制要求外，都要满足延性要求和具有良好的耗能性能，这是实现“中震可修、大震不倒”的基本措施。钢结构的材料本身就具有良好的延性，而钢筋混凝土结构要通过延性设计，才能实现延性结构。,1。柔刚争论,2.延性，耗

22、能性能,4.5.1 延性结构的概念,延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不 降低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表 示延性，即塑性变形能力的大小。构件延性比是极限变形（曲率、转角 或挠度）与屈 服变形（、或）的比值。结构延性比通常是指达到极限时顶点位移 与屈服时顶点位 移 的比值。,当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力）不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结构可降低对结构的承载力要求，也可以说，延性结构是用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用；反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承

23、载力抵抗地震。对于地震发生概率极少的抗震结构，延性结构是一种经济的设计对策。,混凝土及砌体结构设计课程考试大纲课程性质和目的本课程是土木工程专业的重要专业方向课,属限选课。授课时数：40学时，计 2.5学分。设置本课程的目的是使学生掌握结构设计基本原理和基本方法，具有一般工业与民用建筑结构设计的能力，并为学习后续选修课、进行毕业设计和从事土木工程结构设计、施工、监理和管理工作奠定坚实的基础。课程内容本课程包括单层工业厂房、多层框架结构房屋和砌体结构房屋的设计计算、构造要求及施工图绘制等，是实践性很强的必修专业方向课。本课程的任务是使学生掌握上述三类结构设计的基本原理和基本方法，具有一般工业与民

24、用建筑结构设计能力，并为学习后续选修课、进行毕业设计打下基础。培养科学、严谨、实事求是的工作作风，为今后进一步深造及迅速适应建筑结构的发展，为将来从事土木工程结构设计、施工、监理和管理工作奠定坚实的基础。,各章考试主要内容及考试要求 第一章 单层厂房结构设计考核知识点：等高排架的计算模型，内力组合方法，柱下独立基础设计，厂房空间工作性能。考核要求：准确掌握等高排架的荷载计算、内力分析,特别是内力组合方法。基本掌握矩形及工形截面排架柱、柱下独立基础、牛腿的设计方法及构造要求。理解各结构构件及支撑系统的作用、荷载的传递路线以及保证厂房整体工作的重要性。了解单层厂房结构的组成及结构布置的特点。了解厂

25、房空间工作性能，各主要承重构件的合理选型、受力特点和设计要点。,第二章 多层框架结构设计考核知识点：分层法，反弯点法，D值法，内力图及内力组合，侧移类型。考核要求：准确掌握一般多层框架计算简图的确定方法，框架 结构内力分析和侧移的实用计算方法。掌握框架结构内力组合、构件的截面设计方法及构 造要求。理解多层框架结构的组成及结构布置的特点。了解多层框架房屋的基础类型，并掌握条形基础简 化设计方法（如倒梁法）。,第三章 砌体结构设计考核知识点：无筋砌体、配筋砌体受压构件，刚性梁垫，刚性方案多层房屋墙体计算简图，墙、柱高厚比验算，挑梁，墙梁，构造要求。考核要求：准确掌握无筋砌体、配筋砌体受压构件及梁下

26、砌体局部受压承载力的影响因素及计算方法。准确掌握刚性方案多层房屋墙体设计及墙、柱高厚比的影响因素及验算方法。基本掌握过梁、挑梁的受力特点和设计方法，掌握墙体设计中的构造要求。理解概率极限状态设计方法的概念，理解砌体强度设计值的确定方法；理解砌体抗压强度及其主要影响因素；理解墙梁的受力特点和设计方法。了解各类砌体的特点及选用方法；了解砌体的变形性能；了解混合结构房屋的结构布置方案及空间工作性能。,大纲说明 本考试大纲对概念，方法，技术等的认知程度由低到高分为四个层次：了解、理解、基本掌握、掌握。考试教材：混凝土结构(中册).东南大学，同济大学，天津大学合编.中国建筑工业出版社，2003砌体结构.

27、刘立新主编.武汉理工大学出版社，2003参考教材：混凝土结构设计.周克荣，顾祥林，苏小卒编.同济大学出版社，2001（试题在突出重点的同时，要注意内容的覆盖面）试题类型：选择题20、简答题40、计算题40。难度等级：试题的难度等级分为简单，中等难度，较难或难三个等级，大致的比例是 40：45：15。成绩构成：平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。考试时间：120分钟。江苏科技大学土木工程系 2003.12,了解1.多层框架结构的组成及结构布置的特点；2.多层框架房屋的基础类型。掌握一般多层框架计算简图的确定方法；框架结构内力分析(分层法、反弯点法及D值法)；侧移的实用计算方法；框架结构构件的

28、截面设计方法及构造要求；条形基础简化设计方法（如倒梁法）。,混凝土及砌体结构设计总复习,多层框架结构设计,了解砌体结构在建筑工程中的作用和地位；块体材料和砂浆的种类及其相应的性能；各类砌体的特点及选用方法；砌体变形性能；混合结构房屋的结构布置方案及空间工作性能。理解砌体抗压强度及其主要影响因素；砌体抗拉、抗弯及抗剪强度；无筋砌体受压构件的受力特点。掌握砌体强度设计值的确定方法并正确使用；无筋砌体受压构件、砌体及梁下砌体局部受压承载力计算方法；刚性方案多层房屋墙体设计及墙、柱高厚比验算方法；过梁、墙梁和挑梁的受力特点和设计方法；墙体设计中的构造要求。,砌体结构设计,了解单层厂房结构的组成及结构布

29、置的特点；厂房空间工作性能，各主要承重构件的合理选型、受力特点和设计要点。理解各结构构件及支撑系统的作用、荷载的传递路线以及保证厂房整体工作的重要性。掌握等高排架的荷载计算、内力分析及内力组合方法；矩形及工形截面排架柱、柱下独立基础、牛腿的设计方法及构造要求。,单层厂房结构设计,第七章 多层和高层钢筋混凝土结构房屋抗震设计,第一节 概述框架结构房屋具有建筑平面布置灵活，可任意分隔房间的特点，容易满足生产工艺和使用要求。一般在十层（30m)以上的建筑就较少使用框架结构。而需在房屋适当部位增设若干钢筋混凝土抗震墙形成钢筋混凝土框架-抗震墙结构。对于分割比较固定的高层住宅楼，一般较多采用抗震墙结构。

30、对于更高层的建筑或超高层建筑可采用框架-筒体结构、筒体结构。,第二节 震害及分析,一、框架梁、柱的震害框架的震害主要集中于梁柱节点处，总的是柱的震害重于梁；柱顶震害重于柱低；角柱重于内柱；短柱重于一般柱。二、填充墙的震害填充墙在地震发生时就可能出现斜裂缝，在随后的反复地震作用下墙面形成交叉裂缝。从总体上看，框架结构的下部填充墙破坏重于上部，这是因为框架结构的变形为剪切型，下部层间变形大。而在框架-抗震墙结构上部填充墙的破坏重于下部。,三、抗震墙的震害抗震墙的震害主要表现在墙肢之间连梁产生剪切破坏，这主要是由于连梁跨度小，高度大形成深梁，剪跨比小而剪切效应十分明显，在反复和在作用下形成X形剪切裂

31、缝。四、其他震害位于较弱地基上的高大柔性建筑物，有时即使烈度不高，但结构物的破坏比预计的破坏的严重很多。抗震缝两侧结构单元，在地震时可能会产生相向的位移，发生碰撞而破坏。,第三节 结构抗震设计原则,一、结构体系的选择原则抗震规范对地震区的多、高层房屋最大使用高度作了规定。选择结构体系，应注意到以下几点：使结构的自振周期避开场地特征周期；注意选择合理的基础形式，保证基础有足够的埋深，有条件时尽量设置地下室。二、结构布置结构布置要简单规整，刚度分布匀称，尽量使刚度中心与质量中心一致。所谓的规则建筑是指在平面上局部突出部分的长度不宜大于其宽度，同时楼层之间的刚度相差不宜大于30%，且连续三层总的刚度

32、降低不超过50%。,框架和抗震墙均宜双向设置，框架梁与柱中线之间偏心距不宜大于柱宽的1/4。为了使楼盖、无盖有效的将楼层地震建立传给抗震墙，抗墙之间无大洞口的楼盖、屋盖的长宽比，不宜超过表7-2的规定。超过时，应考虑楼盖平面内变形的影响。框架-抗震墙结中的抗震墙设置，应符合下列要求：抗震墙宜贯通房屋全高，且横向与纵向抗震墙宜相连。洞口梁不宜小于层高的1/5。房屋较长时，纵向抗震墙不宜设置在端开间。,在结构布置中还有一些应注意的问题是：楼梯间、电梯见不宜设在单元的两端及拐角处因为单角扭转应力大，受力复杂，容易造成破坏。三、抗震缝的设置尽量避免设置防震缝，但建筑平面突出部分长，结构刚度荷载相差悬殊

33、或房屋有较大错层时，则必须设置防震缝。缝最小宽度应符合下列要求：房屋高度在15m以下时为70mm;房屋高度超过15m时，缝宽随烈度和房屋高度的增加而相应增加：6度、7度、8度和9度相应的每增加5m、4m、3m、2m，宜加宽20mm。抗震缝应沿房屋全高设置。,第四节 框架结构的抗震设计,一、抗震设计步骤在确定结构方案和结构布置是要考虑是机构的自振周期避开场地卓越周期，否则应调整结构平面，直到满足为止。,二、地震作用计算,框架结构地震作用的计算有三种方法，即底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法。对于高度不超过40m，以剪切变形为主且刚度和质量沿房屋高度分布比较均匀的建筑，通常采用底部剪力法。但

34、采用底部剪力法确定底部总地震剪力时要引用结构基本周期T1。这里介绍结构基本周期T1的简易近似求法。工程中常用的经验公式有：民用框架和框架-抗震墙房屋,多层钢筋混凝土框架厂房这类方法精度较低,可用于初步设计阶段估算结构自振周期。,三、水平地震作用下框架内力分析,楼层地震剪力计算和框架住地震剪力分配-D值法 根据底部剪力法或振型分解反应谱法求得了各楼层质点的水平地震作用。求得结构第i层的地震剪力后，再按各柱的刚度求其所承担的地震剪力。-第i层第k根柱分配到的水平地震引起的剪力；-第i层第k根柱的刚度；-第i层所有柱刚度之和。,柱的侧移刚度D按下式计算：当柱端固定无转动时,当梁柱线刚度之比i大于3时

35、可近似采用上式，当梁柱线刚度之比i小于3时，因误差较大，需修正。为柱的线刚度；-柱的计算高度；,柱端弯矩计算 根据上面算得的柱中地震剪力，去确定柱端弯矩的关键在于确定柱的反弯点位置，当梁柱线刚度之比 大于3时，可近似认为底层柱的反弯点在2/3h处，其他各层均位于1/2h初，当梁柱线刚度之比 小于3时，D值法的反弯点高度按下式确定：当确定了柱的反弯点高度后，即可按下式确定柱端弯矩：,梁端弯矩、剪力和柱的轴力计算 在求得了柱端弯矩后，根据节电的平衡可得到两端总弯矩，再按梁的线刚度分配到各两端。求得了梁端弯矩，根据梁脱离体平衡可求的两端的剪力。柱的轴力就是节点左右两端剪力之和。D值法计算框架水平和在

36、作用下内力的步骤如下：计算梁、柱线刚度；计算梁、柱相对线刚度比；计算柱的侧移刚度D值;,计算各柱所分配的剪力；计算柱的反弯点高度；根据节点平衡条件和两端转动刚度确定梁端弯矩。,四、竖向荷载作用下的框架内力分析,竖向荷载作用下，框架梁柱内力计算，两端的剪力可根据梁脱离体的平衡求得，柱的轴力可忽略梁柱的连续性近似按简支梁的反力求得。对现浇装配整体式框架在竖向荷载作用下的梁端负弯矩可考虑塑性内力重分布乘以调整系数。对于装配式结构 对于现浇结构,五、梁柱截面内力组合和截面设计,内力组合 进行截面设计时，须先求得控制截面上的最不利内力。对于框架梁，一般选梁的两端和跨中截面为其控制截面。内力不利组合就是控

37、制截面上某项内力最大的内力组合。框架结构的抗震设计中，应考虑下面几种荷载效应与地震作用效应的基本组合。(1)（7.32）(2)（7.33）(3)（7.34）,在上述几种荷载组合中,取最不利的情况进行结构截面设计,设计时框架梁柱应满足下式:（7.35）式中-结构构件内力组合的设计值-结构构件承载力设计值-承载力抗震调整系数 对于一般的框架结构,可不考虑风荷载的组合。因此前面三种基本组合只需考虑(1)、（3）两种，而且第一种组合精确的表达应该将恒载和活载分别乘各自的荷载分项数。下面将梁柱的内力不利组合列出，为了便于和其它荷载组合的内力值比较，以确定最不利组合，考虑将（7.35）式中抗震调整系数放到

38、等式左边。,（1）梁的内力不利组合。梁端负弯矩，取下面两式中较大值：（7.36）梁端正弯矩：（7.37）梁端剪力，取下面两式中较大值：（7.38）,梁跨中正弯矩，取下面两式中较大值：,(2)柱的内力不利组合单向偏心受压分别按下面两组内力组合计算截面配筋，取较大值作为截面配筋依据：（7.40a)(7.40b),双向偏心受压 当地震沿结构横向作用时，其内力组合为：(7.41)当地震沿结构纵向作用时，其内力组合为：(7.42),当不考虑地震作用时，其内力组合为：(7.43)根据上面三组内力计算配筋，取较大值作为截面的配筋 依据。框架梁的截面设计（1）梁的正截面受弯承载力计算 求出梁的控制截面的不利组

39、合弯矩后，即可按一般钢筋混凝土受弯构件计算方法进行配筋计算。,（2）梁的斜截面受剪承载力计算剪压比的限制，如果梁的剪压比过大，混凝土就会过早破坏箍筋未充分发挥作用。为此，必须对剪压比加以限制。(7.44)按“强剪弱弯”的原则调整梁的截面剪力，为了避免 梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，调整梁端部截面组合剪力设计值:,斜截面受剪承载力的验算应考虑在反复荷载作用下，混凝土斜截面强度有所降低，其验算表达式为：(7.46)对集中荷载作用下的框架梁，其斜截面受剪承载力应按下式验算：(7.47)框架柱的设计（1）柱的正截面承载力计算按一般钢筋混凝土偏心受压构件计算方法进行配筋计算。,轴压比的限制：抗震规范对柱的

40、轴压比做了如下限制一级框架柱为0.7，二级框架柱为0.8，三级框架柱为0.9。按“强柱弱梁”原则复核柱的配筋，柱端组合的弯矩应符合下列公式要求：一级(7.48)二级(7.49)由于框架底层柱底过早出现塑性铰将影响整个框架的变形能力，从而对框架造成不利影响。同时，框架梁出现塑性铰后，由于内力重分布，使底层框架柱的反弯点位置具有较大的不确定性，抗震规范规定，一级框架底层柱底组合的弯矩设计值，应乘以增大系数，一级时1.5，二级时1.25，三级时1.15。,（2）柱的斜截面承载力的计算：剪压比的限制为了防止构件截面的剪压比过大在箍筋屈服前，混凝土过早的发生剪切破坏，必须限制柱的剪压比，亦即限制柱的截面

41、最小尺寸。(7.50)按“强剪弱弯”的原则调整柱的截面剪力 为了防止柱在压弯破坏前发生剪切破坏，对柱的端部截面组合剪力设计值按下式予以调整：(7.51),-柱剪力增大系数，一级1.4，二级1.2，三级1.1。、-分别为柱的上、下端顺时针或逆时针向截面组合的弯矩设计值。斜截面受剪承载力的验算 框架柱斜截面抗震承载力计算公式基本同常规荷载作用下柱的斜截面承载力计算公式，但应除以RE，并乘以强度降低系数0.8，其验算公式如下：(7.52a),框架节点设计（1）节点剪压比的控制 为了避免过早出现斜裂缝，应限制节点核心区的剪应力，使满足下列条件，否则应加大柱截面尺寸或提高混凝土强度等级。（7.53）（2

42、）框架节点受剪承载力的验算 一、二级框架节点核心区的截面抗震验算，应符合下式要求：,（3）节点核心区组合剪力设计值（7.59）（7.60）经整理后得(7.61),六、框架结构水平位移验算框架结构由于其侧移刚度小，因而其水平位移较大。太大的水平位移将是结构偏心加剧，此时竖向荷载将使结构产生较大的附加内力，这就是所谓的P效应，严重时将使结构倒塌。另外，过大的水平位移造成抗震缝两侧相邻单元之间的碰撞以及造成如填充墙、玻璃等非结构构件的破坏等。因此，在进行了结构强度验算后，还需验算结构的水平位移。按抗震规范的二阶段设计法，要求先进行多遇地震作用下的弹性变形验算，使满足使用要求，然后再进行罕遇地震作用下

43、的弹塑性变形验算，以防止倒塌。,多遇地震作用下框架结构水平位移验算 框架结构的层间位移应满足下式要求：设 和 分别为第i层第k根柱柱端相对水平位移和地震剪力，为该柱侧移刚度，根据柱的侧移刚度定义，得：将i层所有柱端剪力叠加起来，即得该层的地震剪力：假定楼盖刚度在平面内为无穷大，故同一层柱的相对水平位移相同，得：,罕遇地震作用下框架结构弹塑性水平位移验算（1）下列框架结构宜进行高于本地区设防烈度预估和罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性水平位移验算：79度时楼层屈服强度系数 小于0.5的框架结构。甲类建筑中的框架结构。（2）结构薄弱层的确定：楼层屈服强度系数 沿高度分布比较均匀的框架结构，可取底层。楼层

44、屈服强度系数 沿高度分布不均匀的结构，可取 最小或相对较小的楼层二到三处。（3）楼层屈服强度系数 的计算楼层屈服强度系数的计算：,层间屈服剪力应按构件实际配筋和材料强度标准值确定。梁柱屈服弯矩计算梁的屈服弯矩为：柱的屈服弯矩为：计算柱端有效弯矩计算第i层第k根柱的屈服剪力,计算第i层的屈服剪力（4）层间弹塑性水平位移的计算其中，为罕遇地震作用下结构按弹性分析的层间 水平位 移，可按下式计算：,（5）罕遇地震作用下框架结构弹塑性水平位移验算,第五节 抗震墙结构的抗震设计一、一般规定 抗震墙可分为整体墙、整体小开口墙、小开口墙、壁式框架、双肢或联肢墙及大开口墙等。墙的划分主要依据是抗震墙的整体性系

45、数，可按下式计算：双肢墙 联肢墙,二、抗震墙结构的内力分析 等效刚度 抗侧力刚度采用按顶点位移相等的原则折算为竖向悬臂受弯构件的等效刚度。刚度沿竖向较均匀的剪力墙结构，其等效刚度 可分别按下列方法计算。（1）整体小开口墙 抗震墙的组合截面惯性矩取有洞口和无洞口截面惯性矩沿竖向加权平均值,等效刚度为（2）小开口墙 IW近似取组合截面惯性矩的80%（3）双肢墙、联肢墙及壁式框架 联肢墙及壁式框架 转换为带刚域框架（图7.11）刚域的范围由下式确定：,带洞口抗震墙在地震作用下内力近似计算对于洞口比较均匀的联肢墙及小开口墙，可利用等效刚度求得任何一道抗震墙第n层的地震剪力和弯矩，然后按以下方法求得各墙

46、的弯矩，剪力和轴力：连梁的剪力为上层和相邻下层墙肢的轴力差。当需要考虑连梁弯矩调幅影响时，根据连梁调幅系数，由max求得整体性系数，然后求出对应的连梁约束系数值。,抗震墙在偏心竖向荷载作用下的计算假定竖向荷载沿高度均匀分布，对双肢墙，计算方法如下：连梁剪力 连梁弯矩 式中,各层平均竖向荷载 墙肢弯矩,(7.107),墙肢轴力（7.108）抗震墙计算时应考虑的几个问题(1)抗震墙翼缘作用 计算地震作用,位移及抗震墙协同工作时,应考虑纵横墙相连的共同工作。,抗震墙的截面设计可近似不考虑翼缘的作用，但端部配筋可考虑部分翼缘的作用,但端部配筋可考虑部分翼缘范围内的配筋;改范围可取抗震厚度加两侧各2倍翼

47、缘墙厚度。（2）抗震墙有错位或转折情况的近似计算 抗震等级为一二级的抗震墙，当墙轴线错开距离不大于3倍连接墙厚度，且楼板为现浇时，由错位墙可近似按整体墙直线墙考虑。抗震等级为三级的抗震墙，当错开距离不大于6倍连接墙体厚度且不大于2.0m时，也可近似按整体墙考虑，但计算所得内力应乘以增大系数1.2，等效刚度应乘以折减系数0.8。,（3）联肢抗震墙的连梁调幅 当连梁弯矩过大，配筋率过高或剪力过大超过剪压比限值时，考虑弯矩调幅，其中静载弯矩调幅不大于20，地震弯矩调幅不大于30。连梁弯矩调幅后，应相应增加墙肢弯矩，以满足平衡条件。（4）楼板非刚度影响,三、抗震墙结构的截面设计在竖向荷载作用下的计算（

48、7.111)施工偏差影响系数；(7.112)墙厚；考虑平面外压屈系数；抗震墙净截面积；纵向钢筋面积,在地震力与竖向荷载共同作用下抗震墙截面设计（1）抗震墙底部和连梁端部截面组合的剪力设计值应满足下式要求：当连梁的高跨比小于1.5时宜满足下式：,（2）抗震墙底加强部位截面组合的剪力设计值应乘以下列增大系数 一级 1.1 二级 1.1 三级.四级 1.0 实配系数（3）抗震墙中净跨大于2.5倍梁高的连梁，其端部截面组合的剪力设计值应进行调整。,（4）抗震墙截面设计的弯矩取值如下：底部加强区各截面均应按墙底组合弯矩设计值并考虑相应轴力进行设计，墙顶组合弯矩设计值按顶部连梁约束弯矩采用，中间各截面的弯

49、矩设计值按上述两者之间的线性变化取值。底部加强部位的最上部截面A-A按纵向配筋实际面积、重力荷载代表值和材料强度标准值计算的实际正截面受弯承载力，不应大于相邻一般部位实际的正截面受弯承载力。,（5）双肢抗震墙截面设计的内力取值（6）偏心受压及偏心受拉抗震墙的正截面承载力计算：矩形、T形和工字形截面偏心受压抗震墙的正截面承载力可按下式计算：(7.130)(7.131),矩形截面大偏心受拉抗震墙正截面承载力可按下列近似公式验算：(7.144)（7）偏心受压抗震墙斜截面受剪承载力计算偏心受压抗震墙截面承载力按下式验算：(7.147),偏心受拉抗震墙截面承载力按下式验算：(7.148)（8）抗震墙连梁

50、斜截面受剪承载力计算 当连梁的高跨比大于2.5时，其斜截面受剪承载力可按框架梁的斜截面受剪承载力公式（7.46）验算。当连梁的高跨比小于等于2.5时应按下式计算：(7.150),（9）抗震墙施工缝的受剪验算：抗震墙的水平施工缝是受剪的薄弱部位，特别是当剪应力较高，轴压力较小，甚至出现拉应力时，一级抗震墙的施工缝截面应进行受剪验算，此时只考虑钢筋及摩擦力的作用，施工缝的受剪承载力按下式验算：(7.151)当不满足式（7.151）要求时，应补充短钢筋，在施工缝的上下应满足锚固长度。,第六节 框架抗震墙结构的抗震设计一、框架抗震墙结构的受力特点抗震墙是竖向悬臂弯曲结构，其变形曲线是悬臂梁型，越向上挠