地震工程第四章

《地震工程第四章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地震工程第四章（105页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第四章 多层和高层钢筋混凝土房屋的震害与设计对策,4.1钢筋混凝土结构的震害及其规律 4.1.1 钢筋混凝土框架结构的震害及规范的相关要求 1.结构在强震作用整体倒塌破坏 原因：在强震下，框架结构的薄弱楼层率先屈服，形成弹塑性变形集中区域；较少的冗余度易导致结构连续倒塌。或由于烈度过度，作用效应远远超过结构抗力，从而导致结构整体倒塌。,对策：注重抗震概念设计；尽量设置多道抗震防线，如采取增加斜支撑或柱子两侧增加钢筋混凝土翼墙作为第一道防线。但需注意，框架结构的砌体填充墙够不上一道防线，基本上只考虑其对结构的不利影响。,2.存在薄弱层结构在大震中倒塌示例 刚度小的楼层柔层、软弱层 薄弱层 承载力

2、小的楼层弱层、薄弱层 都江堰市某住宅小区钢筋混凝土框架结构底部1，2层薄弱，地震作用远远超出楼层抗震承载力，汶川地震中底部两层完全坍塌。,日本的老抗震规范允许建筑物在五层以上较弱，结果在1995年的阪神地震中，相当比例的钢筋混凝土框架结构在第5层倒塌。 对策：进行薄弱层的弹塑性变形验算。,3.柱端和节点的破坏 框架结构的震害一般情况：柱重于梁，柱顶重于柱底，边、角柱重于内柱。普通柱多发生弯曲破坏，轻者水平或斜向断裂，重者混凝土压酥，钢筋外露，箍筋崩脱。,对策：按“强柱弱梁”原则设计，以实现Mucy Muby，即按规范要求调整柱端弯矩。,当节点核心区箍筋约束不足或无钢筋时，节点和柱端破坏合并加重

3、。 对策：要求施工时不在梁底标高处留施工缝，以便保证节点处的箍筋数量和施工质量。,填充墙的不合理设置，往往会使普通柱因侧向变形受到约束而形成短柱，从而在地震中发生严重的剪切破坏。,对策： 尽量避免因填充墙设置而形成短柱； 不论是实际的短柱还是因填充墙设置而形成的短柱，当剪跨比不大于2时，应沿全高加密箍筋并优先考虑采用复合螺旋箍或井字复合箍（一级抗震时，柱每侧纵向钢筋配筋率尚不宜小于1.2%）；对剪跨比小于1.5的超短柱，应采取专门的加强措施（如增设交叉斜筋、外包钢板箍、增加型钢等）。,4.单跨框架结构破坏较为严重 单跨框架结构由于抗侧刚度小，赘余度少，耗能能力弱，当柱子出现塑性铰后，发生连续倒

4、塌的可能性大。震害表现为较高的单跨框架结构破坏严重，甚至倒塌。,对策：规范2008版规定，多层建筑不宜采用单跨框架结构，高层建筑不应采用单跨框架结构。,5.非结构构件（填充墙、围护墙等）的破坏普遍且较重 框架结构的砌体填充墙和围护墙刚度较大而承载力低，变形能力差，在8度及8度以上地区墙体的裂缝明显加重。如拉结措施不当，极易造成倒塌。震害特点：上轻下重，空心砌体重于实心砌体墙，圆弧型填充墙重于直线型填充墙。,对策：按规范（2008年版）3.7节和第13章规定采用抗震措施。,6.防震缝处的震害严重 因防震缝宽度不足而使相邻建筑在地震中严重碰撞，进而可导致建筑物损毁。,对策： 正确理解规范的相关规定

5、：应尽可能规则建筑的平立面布置，尽量避免设置防震缝；如必须设缝，缝宽应满足要求。 对8、9度设防的框架结构，当防震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，可在缝两侧房屋尽端沿全度设置垂直于防震缝的抗撞墙，详见规范6.1.4条第二款。既有建筑物加固改造中，发现缝宽不足时，也可设抗撞墙。,4.1.2具有抗震墙的钢筋混凝土结构的震害及规范的相关要求 这里系指钢筋混凝土剪力墙结构和框架剪力墙结构。历次震害表明，具有抗震墙的钢筋混凝土房屋有较好的抗震性能，其震害一般较轻。在汶川地震中，剪力墙结构和框架剪力墙结构房屋无一例倒塌，绝大部分结构主体基本完好或轻微损坏，小部分中等损坏。,1.连梁的破坏较为普遍 当

6、连梁跨高比较大时（l/h5，高规中用剪跨比），连梁出现弯曲破坏。 当连梁跨高比不大于5时，可能同时出现弯曲裂缝和剪切裂缝；当连梁的跨高比很小时（ l/h 2），将出现严重的X形裂缝。图4-33 对策：按高规关于实现连梁强剪弱弯的相关规定执行。,2.强震下剪力墙墙肢的破坏 当墙肢（包括总体墙肢和由于开洞形成的局部墙肢）高宽比较小时，出现斜向裂缝以致剪切破坏。 在框架剪力墙结构中由于变形协调，在框支剪力墙结构中由于向下部楼层的落地剪力墙卸载，都将导致剪力增大，从而使墙体剪跨比减小，而在底部楼层出现剪切破坏。 当墙肢高宽比较大且措施得当时，则出现弯曲破坏。 对策：使墙肢高宽比不小于2；认真执行关于底

7、部加强部位的相关规定。,4.2钢筋混凝土结构的受力特点与适用范围 当前，我国的高层建筑中钢筋混凝土结构占主导地位。选择结构体系时应考虑对结构内力进行宏观控制，在结构平面位置上注意充分发挥主要竖向构件的作用，使其在恒载作用下产生的压应力大于水平作用引起的拉应力，避免在竖向构件中出现纯拉力和拔起基础。特别注意在进行各类结构体系布置时，保证外部构件受压。,4.2.1常用结构体系的受力特点 1.框架结构体系 框架结构自振周期较长，对地震作用不敏感，通过合理的设计，可使框架结构各部分刚度比较均匀，并使结构有较好的延性，获得较好的抗震性能。其主要缺点是：结构侧向刚度较小，地震时非结构构件破坏较严重，限制高

8、层框架结构的位移很不经济，因而难于建得很高。地震区应优先采用现浇框架结构。,框架结构的变形特点 总体剪切变形：由梁柱弯曲变形产生，占总 体变形的90%以上，特点为 总体变形 下部相对位移大 （剪切型） 总体弯曲变形：由柱轴向变形产生，占总 体 变形的10%以下，特点为 上部 相对位移大 框架结构布置一般规定 框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系。主体结构除个别部位外，不应采用铰接。,梁侧加腋： 框架结构梁、柱中心线宜重合。当梁柱中心线不重合时，其偏心距不宜大于柱截面在该方向宽度的1/4，若不满足此条件，则需在梁端部的侧面加腋。,抗震设计的框架结构不应采用部分由砌体墙承重的混合形式。框架结构的楼、

9、电梯间及局部出屋面的电梯机房、水箱间等，应采用框架承重。楼梯及休息平台宜用柱支承。局部突出屋面的结构不宜布置在房屋的尽端。当仅布置少量剪力墙作为电梯间的围护墙时，结构分析计算时应考虑剪力墙与框架协调工作。如楼、电梯间使结构产生较大偏心时，宜将剪力墙减薄、开竖缝、开结构洞。当框架结构利用砌体填充墙作为抗侧力构件时，除应保证填充墙与主体结构共同工作外，还应设置一定数量的多余墙体。,2.剪力墙结构体系 剪力墙结构抗侧刚度大，整体性好，在国内外历次大地震中，剪力墙结构体系表现出良好的抗震性能，震害较轻。目前，我国1030层高层住宅多采用剪力墙结构体系。剪力墙结构的变形呈弯曲型。 剪力墙结构的墙体间距不

10、能太大，平面布置不够灵活。为满足某些楼层（底部）大面积公共房间的要求，可将剪力墙结构底部一层或几层的部分剪力墙取消，用框架代替，形成部分框支剪力墙结构，设计时应注意这种结构体系存在上下刚度突变问题。,3.框架剪力墙结构体系 框架剪力墙结构兼有框架结构平面布置灵活、可获得较大的使用空间和剪力墙结构强度、刚度大，侧向位移小的优点。其可建高度与剪力墙结构大体相当。 受力变形特征 在受力方面，由于剪力墙刚度大，将承担大部分水平作用（有时可达8090%），是抗侧力的主体。框架承受的剪力沿高度方向比较均匀，各层梁柱的内力趋于均匀，则构件截面尺寸和配筋亦趋于均匀。,变形方面，在水平作用下，单独的剪力墙侧移曲

11、线为弯曲型，单独的框架侧移曲线为剪切型，两者通过梁、楼板等水平构件的协同工作，框架剪力墙结构的侧移曲线一般呈弯剪型。 当采用剪力墙筒体作为基本单元置于结构内部而形成核心筒，则与外部柱子组成框架核心筒结构体系，高规和抗震规范将其归为筒体结构体系，但其受力状态尚属框架剪力墙结构。此外，板柱剪力墙结构体系在受力状态上也可属于框架剪力墙结构。,结构布置 剪力墙的数量：框架剪力墙结构中，结构的抗侧刚度主要取决于剪力墙的等效抗弯刚度。但侧移与剪力墙的（等效）抗弯刚度并不成反比（如某框剪结构的剪力墙（等效）抗弯刚度增加1倍，顶点相对位移仅减少不到20%），这是因为当结构刚度加大时，地震作用也会随之加大，因此

12、，过多地增加剪力墙的数量是不经济的，剪力墙的数量以满足位移限制条件为宜。,剪力墙的布置：剪力墙的布置应与建筑使用要求相结合，可以采用单片型、L型、型，型，或布置成筒型；当采用单片墙时，同一方向不宜少于3道；剪力墙布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近；剪力墙的布置要尽量对称，尽量接近结构外围布置；为保证楼盖在其自身平面内的刚度，楼盖构造和剪力墙间距要符合相关要求；剪力墙应贯通建筑全高，避免刚度突变，洞口宜上下对齐；较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较为均匀的若干墙段。,4.筒体结构体系 实腹筒：由不开洞或开洞较小的剪力墙所围成的筒，其变形为弯曲形。 框筒：由密柱和刚度很大的窗裙梁构成的墙片所围

13、成的筒，其变形为剪切形。框筒中存在剪力滞后现象：翼缘框架中角柱的轴力明显大于中间柱的轴力；腹板框架中角柱的轴力大于按线性分布的轴力。 桁架筒：将筒的四壁做成桁架形式。桁架筒较框筒节省材料。,筒中筒结构：用框筒或桁架筒作为外筒，实腹筒作为内筒，就形成筒中筒结构。外筒与内筒协调工作原理类似于框架剪力墙结构，其抗侧刚度很大，可建造50层以上的高层建筑。筒中筒结构的布置应使结构尽可能减少剪力滞后现象。主要包括：密柱，柱中距不超过4m；深梁，梁的跨高比小于4；洞口面积不宜大于墙面面积的60%；角柱截面积为其他柱截面积的1.52倍；矩形建筑平面的长宽比不应大于2；内筒宜居中；结构高宽比宜大于3，高度不宜低

14、于60m；尽可能避免角柱受拉。,4.2.2各种结构体系适用的最大高度（略） 4.3多层钢筋混凝土房屋结构布置 4.3.1抗震设计的基本原则 1.要求 根据房屋高度等选择合理的结构体系； 尽量采用规则结构，不应采用严重不规则结构； 组织多道抗震防线； 结构在两个主轴方向的动力特性宜接近（结构平面惯性矩最小的轴为主轴之一，另一主轴与之正交）； 使突出屋面的塔楼具有足够的承载力和延性，以能承受鞭梢效应的影响； 调整平面形状，采取构造和施工措施，尽量不设或少设缝。其余见规范。,2.三水准抗震设防目标和两阶段设计方法 三水准设防目标：小震不坏，中震可修，大震不倒 两阶段设计方法 第一阶段：小震下的截面抗

15、震验 算和弹性变形验算 （第一水准） 构造措施 （第二水准） 第二阶段：薄弱部位的弹塑性变 形验算 （第三水准）,4.3.2结构平面布置 结构平面布置基本要求：简单、规则、对称、减少偏心、减少应力集中，对相对薄弱、受力复杂的部位予以加强。需要注意的是：规则不要求一定对称，而对称不一定规则。书中图4-52（a）、（b）、（f）等都可做成几何对称形状，但都不一定是规则结构。如对于（a），要控制长宽比；对于（b），主要需防止“细腰”；对于（f），要避免过大外凸。另外在几何形状上规则的同时，还应尽量保证刚度分布的对称性。,4.3.3结构竖向布置 总体要求见高规（JGJ032002）第4.4.1条。 为

16、避免形成软弱层，限制楼层侧向刚度与其上部相邻楼层侧向刚度的比值；为避免形成薄弱层，限制层间受剪承载力与其相邻上一层受剪承载力的比值。 顶部楼层相对于下部楼层收进时，收进的部位越高、收进后的平面尺寸越小，结构的高振型反应越明显，故需对收进后的平面尺寸加以限制；当上部楼层相对于下部楼层外挑时，结构的扭转和竖向地震效应明显，故需限制外挑尺寸。,对抗震不利的结构构件的竖向布置 图中所示，在高规（JGJ032002）中归为复杂高层建筑结构，包括：带转换层结构、带加强层结构、错层结构、连体结构和多塔楼结构。 关于复杂体型高层建筑结构的高宽比：一般可按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比，但对突出建筑物很小的局部结构可不考虑；带有裙房时，当裙房的面积和刚度相对于上部塔楼较大时，可按裙房的高宽比考虑；其他场合，设计人员根据