多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计

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1、 多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计本章主要内容：5.1 多高层钢筋混凝土结构的震害及其分析 5.2 选型、结构布置和设计原则 5.3 钢筋混凝土框架结构的抗震设计原则 5.4 抗震墙结构的抗震设计 5.5 框架抗震墙结构的抗震设计 5.1 多高层钢筋混凝土结构的震害及其分析 5.1.1 结构布置不合理而产生的震害 历次地震经验表明，通过合理抗震设计，钢 筋混凝土多层框架及框架抗震墙结构房屋 具有较好的抗震性能，应用十分广泛。虽然框架结构本身的抗震性能较好，能承受 较大的变形，但是，侧向位移大了容易引起非 结构构件(如填充墙、装修等)破坏，有时甚至 造成主体结构破

2、坏，这些破坏会造成很大经济 损失，也会威胁人身安全。所以，如果在地震区建造较高的框架结构， 必须选择既减轻重量，又能经受较大变形的隔 墙材料和构造做法。否则，就要严格控制框架 结构建造高度。5.1.1 结构布置不合理而产生的震害 1、扭转破坏如果建筑物的平面布置不当而 造成刚度中心和质量中心有较大的不重合 ，或者结构刚度有过大的突变，则极易使 结构在地震时由于过大的扭转或变形集中 而产生严重破坏。 2、薄弱层破坏结构刚度沿高度方向的突变， 使破坏集中在刚度薄弱的楼层，变形集中 在薄弱层。如果薄弱层在底层，地震时容 易倒塌。（如图示）5.1.1 结构布置不合理而产生的震害 3、应力集中结构竖向布

3、置产生很大的突变 时，在突变处由于应力集中会产生严重破 坏。（如图示）4、防震缝处碰撞防震缝如果宽度不够，其两侧 的结构单元在地震时就会相互碰撞产生震 害。5.1.2 框架结构的震害 国内外大量震害调查表明，未经抗震 设防的框架结构，在6度7度区主体结构 基本完好，填充墙有轻微裂缝；在8度9 度区主体结构局部破坏，填充墙及屋顶突 出部分严重开裂或倒塌；在10度区梁柱严 重破坏，少量倒塌，填充墙严重破坏。考 虑了抗震设防的框架结构，震害则相应减 轻。 震害调查还表明，下刚上柔的框架结 构(下部填充墙较多)，上部震害较重；上 刚下柔的框架结构(上部有填充墙)，下部 柱顶及柱底震害较重。5.1.2

4、框架结构的震害 一、框架梁、柱的震害框架梁、柱的震害主要反映在梁柱节点 处。一般情况是：柱的震害重于梁；柱顶震害重 于柱底；角柱震害重于内柱；短柱震害重于一般 柱。具体震害如下： 1、框架柱 (1)柱顶：柱顶周围有水平裂缝、斜裂 缝或交叉裂缝，重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋 拉断，纵筋压屈外凸呈灯笼状，上部梁、板倾斜 。主要原因是节点处柱端处于变号弯矩、剪力和 轴力复合作用之下，且三者均比较大，柱的箍筋 配置不足或锚固不好，致使箍筋失效，混凝土开 裂、剥落，同时纵筋压曲。（图示）5.1.2 框架结构的震害 (2)柱底：常见的震害是在离地面或楼 面100mm400mm处有周圈水平裂缝。柱底受力 状

5、态虽与柱顶相似，但由于其箍筋一般较密( 处在柱的纵筋搭接接头加密箍筋段)，故震害 较轻。（如图示）(3)柱身：当地震剪力较大而柱抗剪强 度不足时，柱身可能出现斜裂缝。（如图示）(4)角柱：在地震作用下房屋不可避免 地要发生扭转，角柱所受的附加扭转剪力最大 ，同时角柱又受有双向弯矩作用，而其所受的 横梁约束又比其它柱小，所以震害重于内柱。 （如图示）5.1.2 框架结构的震害 (5)短柱 当框架房屋中有错层、夹层或有半 高的填充墙，或不适当地设置某些拉梁时，容 易形成短柱。即：Hn为柱净高，hc为柱截面长边尺寸即高度。短柱的刚度大，所受的地震剪力大，易发生 剪切破坏，形成交叉裂缝，严重时产生脆性

6、错断 。(如图示)5.1.2 框架结构的震害 通常在梁的两端节点附近产生 周圈的竖向裂缝和斜裂缝。这是由于水平地震的反复作用 ，在梁端产生较大的变号弯矩，当超过 混凝土抗拉强度时，便产生周圈裂缝， 严重时梁端纵向钢筋屈服，截面曲率剧 增，出现塑性铰。若箍筋数量不足、间距过大或 弯起钢筋不多，由于无法承担强烈地震 作用引起的附加剪力，梁端将出现斜向 裂缝或混凝土剪压破坏。（如图示）2、框架梁5.1.2 框架结构的震害 3、梁柱节点 在反复地震作用下，节点的破 坏机理十分复杂，节点主要承受剪力和压 力，由节点两侧梁端的反号弯矩引起节点 核芯区(指梁、柱交汇的部位)很大的剪力 ，使核芯区混凝土处于剪

7、压复合应力状态 。节点核芯区在强震作用下破坏的实例较 多，主要表现为：节点核芯区因抗剪强度不足而 引起的剪切破坏。破坏时，核芯区产生斜 向对角的通长裂缝，节点区内的箍筋屈服 、外鼓甚至崩断。5.1.2 框架结构的震害 3、梁柱节点 当节点区剪压比(核芯区平 均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计 值之比)较大时，箍筋可能并未达到屈 服，而是混凝土被剪压酥碎成块而发 生破坏。由于构造措施不当或因图施 工方便，致使节点区的箍筋过稀而产 生脆性破坏，或由于交于节点核芯区 的钢筋过密而影响混凝土浇筑质量引 起剪切破坏。(如图示)5.1.2 框架结构的震害 1、在水平地震作用下，填充墙与框 架是共同工作的，一

8、方面墙体受到框架 的约束，另一方面框架受到填充墙的支 撑。由于填充墙框架侧向刚度大， 故受到的地震作用较大，而砖填充墙的 抗剪强度又较低，变形能力小，所以填 充墙的震害重于框架，其破坏较早也较 严重。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，将 在墙面形成交叉裂缝，端墙、窗间墙及 门窗洞口边角部位的破坏更为严重。 二、填充墙和抗震墙的震害5.1.2 框架结构的震害 烈度在9度以上时，填充墙大 部分倒塌，空心砖填充墙尤为严重。由 于框架变形一般属于剪切型，下部层间 位移较大，故填充墙的震害呈现“下重 上轻”的现象。填充墙的破坏程度，一方面与 地震烈度有关，另一方面也与设计或构

9、 造是否合理有关。例如，填充墙没有钢 筋与框架拉结，或拉结不能满足强地震 时的要求；墙体施工质量差，砂浆强度 等级过低，灰缝不饱满；墙上的门窗孔 洞过大或开孔过多等，都将加重填充墙 的震害。（如图示）二、填充墙和抗震墙的震害5.1.2 框架结构的震害 (1)墙的底部发生破坏，表现为 受压区混凝土的大片压碎剥落，钢 筋压屈。(2)墙体发生剪切破坏。(3)抗震墙墙肢之间的连梁产生 剪切破坏。抗震墙的破坏形式二、填充墙和抗震墙的震害2、抗震墙的破坏形式有：弹性范围有约束屈 服范围无约束屈 服范围钢筋混凝土结构的抗震设计特点使用阶段或在常遇地震作用时，结构在弹性范围工作；在基本烈度地震作用时,结构在弹

10、塑性范围工作;在罕遇烈度地震作用时,结构亦在弹塑性范围工作;程度不同5-2 抗震设计一般规定多层与高层钢筋混凝土房屋的抗震设计 包括按抗震设防标准进行结构选型、总体布置 、抗震计算和构造措施等。现主要就钢筋混凝土框架及框架-抗震 墙房屋的抗震设计一般规定叙述如下：5-2 抗震设计一般规定5-2 抗震设计一般规定一、结构体系的选择 不同的结构体系具有不同的抗震性能、使 用效果和经济指标，其适用范围也就不同。 抗震规范在考虑了地震烈度、场地土 、抗震性能、使用要求及经济效果等因素和总 结地震经验的基础上，对地震区多、高层房屋 适用的最大高度给出了规定，如下表。50100120130框架-抗震墙结构

11、25455560框架结构9876结构类型烈 度现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m)5-2 抗震设计一般规定一、结构体系的选择 注： 1、房屋高度指室外地面到主要屋面板板 顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）； 2、超过表内高度的房屋，应进行专门研 究和论证，采取有效的加强措施； 3、平面和竖向均不规则的结构或建造在 场地的 结构，使用的最大高度应适当降低（一般 降低 20%左右）。50100120130框架-抗震墙结构25455560框架结构9876结构类型烈 度现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m)5-2 抗震设计一般规定一、结构体系的选择 应当指出，表中数值并非是房屋高 度的限值，而只是我

12、国规范适用的高度 范围，即按规范规定设计可以满足抗震 要求的高度限值；当超过表中限值时， 必须进行专门研究，应有可靠的理论和 试验依据并采取有效措施，这在工程中 也是有先例的。50100120130框架-抗震墙结构25455560框架结构9876结构类型烈 度现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m)二、结构的抗震计算和构造措施应按抗震等级划分1、地震作用越大，房屋的抗震要求越高。 不同设防烈度和场地上，结构所具有的实际抗 震能力会有较大的差别，结构可能进入弹塑性 状态的程度也是不同的。从经济角度考虑，对 不同设防烈度和场地的结构抗震要求可以有明 显的差别。 2、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力

13、 构件的性能，主、次要抗侧力构件的抗震要求 可以有所区别。框架结构中的框架抗震要求应 高于框架抗震墙结构中的框架，框支层框架 抗震要求更高。框架抗震墙结构中抗震墙抗震 要求应高于抗震墙结构中的抗震墙。5-2 抗震设计一般规定二、结构的抗震计算和构造措施应按抗震等级划分3、房屋越高，地震反应越大，其抗震 要求应越高。 因此，综合考虑地震作用(包括区分设 防烈度、场地类别)，结构类型(包括区分 主、次抗侧力构件)和房屋高度等主要因 素，划分抗震等级进行抗震设计，是比较 经济合理的。这样，可以对同一设防烈度 的不同高度的房屋采用不同抗震等级设计 ；同一建筑物中不同结构部分也可以采用 不同抗震等级设计

14、。下表是规范规定的丙 类建筑抗震等级划分。5-2 抗震设计一般规定二、结构的抗震计算和构造措施应按抗震等级划分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。5-2 抗震设计一般规定下表为丙类建筑抗震等级的划分：一一一 抗震墙一一二二三三四 框架 5060 6060 6060 60高度（m)一剧场,体育馆等大跨度公共建筑一一二二三三四 框架 2530 3030 3030 30高度（m)框架 -抗 震墙 结构框架 结构结 构 类 型烈 度6879三二一三二现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级二、结构的抗震

15、计算和构造措施应按抗震等级划分5-2 抗震设计一般规定一一一 抗震墙一一二二三三四 框架 5060 6060 6060 60高度（m)一剧场,体育馆等大跨度公共建筑一一二二三三四 框架 2530 3030 3030 30高度（m)框架 -抗 震墙 结构框架 结构结 构 类 型烈 度6879三二一三二现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级注：1.建筑场地为类时，除6度外可按表内降低一度所对 应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降 低；2.接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度 及场地、地基条件确定抗震等级。二、结构的抗震计算和构造措施应按抗震等级划分5-2 抗震设计一般规定裙房与主楼的抗震等级：ccccc1图中c为抗震等级裙房与主楼分离时，应按裙房本身确 定抗震等级。 裙房与主楼相连，除应按裙房本身确定 外，不应低于主楼的抗震等级；主楼结 构在裙房顶层及相邻上下各一层应适当 加强抗震构造措施。二、结构的抗震计算和构造措施应按抗震等级划分5-2 抗震设计一般规定cc图中c为抗震等级当地下室顶层作为上部结构的嵌固端 时，地下一层的抗震等级应按上部结 构采用，地下一层以下结