第六章钢筋混凝土多高层结构抗震设计6.1 结构震害分析一、框架结构震害1. 结构层间屈服强度有明显薄弱楼层 框架结构在总体上设计不均匀时，将存在层间屈服强度特别弱的楼层强烈地震作用下，结构的薄弱层率先屈服，并形成塑性变形集中的现象图6.1 高层建筑的第5层倒塌图6.2 高层建筑的底层倒塌v 柱端破坏：框架结构破坏一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更易发生破坏一般发生柱端弯曲破坏，轻者发生水平或斜向裂缝，重者混凝土压酥，主筋外露、压屈和箍筋崩脱2. 柱端破坏3. 节点破坏当节点核心区无箍筋约束时，节点与柱端合并加重图6.3 节点破坏图6.4 短柱破坏 砌体填充墙刚度大强度低，作为框架结构第一道防线，首先承受地震作用而遭破坏，8度和8度以上地区，填充墙裂缝裂缝明显加重，甚至部分倒塌，震害规律一般是上轻下重 防震缝受限制，不能满足强震时实际侧移量时，造成相邻单元间碰撞产生震害如天津友谊宾馆，缝宽150mm，完全满足74规范要求，仍发生了碰撞唐山地震中6度区的北京市也发生类似情况如民航大楼，长途楼，北京饭店西楼都因防震缝、伸缩缝产生了震害4. 砌体填充墙破坏严重二、 防震缝破坏普遍图6.5 防震缝碰撞破坏1. 连梁震害三、抗震墙结构的震害 开洞抗震墙，由于洞口应力集中，在约束弯矩作用下连梁端部很容易形成垂直裂缝，连梁常常是高梁跨稿比小于2，还易形成斜向的剪切裂缝。
底层墙肢内力最大容易出现裂缝和破坏水平荷载下受拉的墙肢轴压力较小，甚至会出现拉力，墙肢底部容易出现水平裂缝2. 墙肢破坏 墙肢总高度和总宽度之比较小时，使总剪跨比较小，墙肢中的斜向裂缝可能贯通发生剪切破坏； 某个抗震墙肢剪跨比较小时，可能出现局部墙肢的破坏6.2 钢筋混凝土结构抗震设计基本要求1. 地震作用越大，房屋抗震要求越高不同设防烈度和场地上，结构的实际抗震能力会有差别，结构可能进入弹塑性状态的程度不同震害表明，未经抗震设计的钢筋混凝土结构，在7度区只有个别构件破坏，8度、9度破坏增多，因此，对不同设防烈度和场地可以有明显差别一、抗震等级2. 结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能，主、次要抗侧力构件的要求可以有区别如框架结构中的框架与框架抗震墙结构中的框架应有所不同3. 房屋越高，地震反应越大，其抗震要求越高4. 抗震等级划分：综合考虑地震作用，结构类型和房屋高度等因素划分抗震等级进行抗震设计，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；对同一建筑物中结构部分采用不同抗震等级1. 应使结构自振周期避开场地特征周期2. 钢筋混凝土结构适用的房屋最大高度二、 钢筋混凝土结构体系要求3. 结构布置的规则性1) 平面布置宜简单、对称、良好的整体性。
2) 建筑物立面和竖向剖面宜规则，侧向刚度宜均匀变化，竖向构件尺寸及强度宜自上而下逐渐减小，避免刚度和承载力的突变3) 建筑物平、立面复杂时，可考虑用防震缝将结构分割开不规则的定量界限1) 平面不规则的类型不规则类 型定义扭转不规则楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度地50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层扭转不规则平面凹凸不规则示例 平面局部不连续示例（大开洞） 2) 竖向不规则的类型不规则类 型定义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%竖向抗侧力构件不规则竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一层楼层的80%竖向抗侧力构件不连续示例: 错层 沿竖向的侧向刚度不规则:有柔软层竖向抗侧力结构屈服抗剪强度非均匀化: 有薄弱层4. 沿房屋高度的层间刚度和层间屈服强度的分布宜均匀1) 框架结构中各楼层中砌体填充墙数量应尽量相同。
2) 主要抗侧力竖向构件，特别是框架柱其截面尺寸，材料强度和配筋量的改变不宜集中在同一楼层内3) 框支层的刚度不应小于相邻上层刚度的50%，落地抗震墙数量不应小于上部抗震墙数量的50%4) 应纠正“增加构件承载力总是有利无害”的非抗震设计概念5. 宜布置成双向框架1. 框架填充墙结构是性能较差的多道抗震防线结构第一道防线：砌体填充墙，刚度大，承载力低，实际上是与框架共同工作，但抗震性能差；第二道防线：框架结构，一旦填充墙达到承载力，刚度退化快，地震作用转化给框架2. 框架抗震墙结构是具有良好性能的多道抗震防线结构其中抗震墙既是主要抗侧力构件又是第一道防线因此抗震墙应有足够的数量三、 结构宜有多道抗震防线2. 框架抗震墙结构的破坏机制破坏形态为弯剪破坏，且塑性屈服宜发生在柱底，连梁应在梁端塑性屈服条件：控制各墙段高宽比不宜小于2.四、 合理设计结构破坏机制1. 框架结构的破坏机制1) 节点基本不坏，梁比柱的屈服早发生、多发生2) 同一层中各柱两端的屈服历程越长越好，底层柱的塑性铰较晚形成3) 概念设计理念： 强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱杆件图6.6 强梁弱柱型破坏图6.7 强柱弱梁型破坏五、控制构件在极限破坏前不发生 明显的脆性破坏1. 轴压比限制1) 目的:控制偏心受拉边钢筋先达到抗压强度，防止受压边混凝土先达到其极限压应变。
2) 轴压比对柱变形能力的影响，轴压比增加柱变形能力急剧降低，需进行限制，但又要符合技术水平和经济条件3) 轴压比的确定相应轴压比分别为0.79, 0.860.88, 0.84对常用的I、II、III级钢筋， 分别为0.745, 0.6630.667, 0.645对称配筋时 规范 轴压比的规定表6.16结果类型抗震等级一二三框架结构0.70.80.9框架-抗震墙板柱-抗震墙及筒体0.750.850.95部分框支抗震墙0.60.7柱轴压比限值1) 剪压比影响配箍率太大时，不能充分发挥箍筋强度，发生斜压破坏；剪压比对截面变形有影响；实际上是限制最小截面尺寸2) 剪压比限值2. 剪压比限制剪跨比大于2的矩形框架剪跨比不大于2的矩形框架6.3 钢筋混凝土框架结构抗震设计内力组合1. 需考虑的内力组合项一、结构抗震设计内力组合情况（内力计算略）（1）(6.1)（2）(6.2)（3）(6.3)式中 重力作用分项系数，取 水平地震作用分项系数，取 可变荷载作用分项系数，取 风荷载作用分项系数，取 风荷载组合系数，一般结构取 ， 对风荷载起控制作用的高层建筑=0. 2 重力荷载代表值效应 水平地震作用标准值效应，尚应乘以 相应的增大系数或调整系数 风荷载标准值效应 永久荷载代表值效应 可变荷载标准值效应2. 承载力验算式(6.4)式中 结构构件内力组合的设计值，包括 组合的弯矩、轴向力和剪力设计值 结构构件承载力设计值 承载力抗震调整系数，按表5.12采用对于某些需考虑竖向地震作用的结构，尚需按下式验算：(6.5)式中 竖向地震作用标准值效应，尚 乘以相应的增大系数或调整系数3. 梁端内力不利组合梁端负弯矩按下式计算取大值：(6.6)梁端正弯矩按下式计算：(6.7)梁端剪力，取下面两式中较大值：(6.8)梁跨中正弯矩，取下面两式中较大值：式中 结构重要性系数，对于安全等级为一级、 二级、三级的结构构件分别取1.1，1.0，0.9 由重力荷载代表值在梁内产生的弯矩 由地震作用在梁内产生的弯矩标准值 由恒载在梁内产生的弯矩标准值 由活载在梁内产生的弯矩标准值 由重力荷载代表值在梁内产生的剪力标准值 由地震作用在梁内产生的剪力标准值 由恒载在梁内产生的剪力标准值 由活载在梁内产生的剪力标准值1) 单向偏心受压2) 双向偏心受压3. 柱内力不利组合(6.9)(6.10)(6.11)当地震沿结构纵向作用时，其内力组合为：(6.12)当不考虑地震作用时，其内力组合为：(6.13)式中 分别为永久荷载和可变荷载标准值产生的 柱端弯矩 分别为永久荷载和可变荷载标准值产生的 柱端轴力 柱的轴向力设计值 分别为柱的 x 轴和 y 轴的柱端弯矩设计值 分别为地震作用对柱的 x 轴和 y 轴产生的 柱端弯矩标准值 分别为重力荷载代表值对柱的 x 轴和 y 轴 产生的柱端弯矩标准值 地震作用垂直于柱的 x 轴和 y 轴，柱所受到 的轴向力标准值 重力荷载代表值对柱产生的轴力 分别为永久荷载标准值对柱的 x 轴和 y 轴 产生的柱端弯矩 分别为可变荷载标准值对柱的 x 轴和 y 轴 产生的柱端弯矩6.3 钢筋混凝土框架结构抗震验算1. 控制强震作用下结构的破坏机制2. 控制构件的破坏形态，提高变形能力3. 体现能力控制的概念，并区别不同的抗震等级，在一定程度上实现“强柱弱梁” 、 “强节点弱杆件”、“强剪弱弯”的破坏原则。
4. 在安全、经济、合理的前提下转换为承载力设计表达式一、 地震作用效应调整1. 根据强柱弱梁原则进行柱弯矩值调整:9度和一级框架尚应符合式中二、抗震设计构件内力设计值调整(6.14)(6.15) 强柱系数，一级为1.4，二级为1.2 ， 三级为1.1 节点上下柱端弯矩设计值之和 节点左右梁端弯矩设计值之和 节点左右梁端抗弯承载之和9度和一级框架尚应符合2. 根据强剪弱弯原则进行剪力设计值调整框架梁剪力设计值调整(6.16) 梁剪力增大系数，一级为1.3， 二级为1.2，三级为1.1式中 梁左右端组合的弯矩设计值之和 梁净跨 梁重力荷载代表值作用下，按简支梁 分析的梁端截面剪力设计值 梁左、右实际抗弯承载力设计值框架柱剪力设计值调整9度和一级框架尚应符合(6.17)式中 柱剪力增大系数，一级为1.3， 二级为1.2，三级为1.1 柱上下端组合的弯矩设计值之和 柱净高 柱上下实际抗弯承载力设计值3. 根据强节点弱杆件进行节点核心区剪力设计值调整9度和一级框架尚应符合(6.18)式中 强节点系数，一级为1.35，二级为1.2 节点核心区组合的剪力设计值 柱计算高度，采用节点上下柱反弯点之间的距离1. 梁截面验算1) 正截面验算三、截面抗震验算截面限制条件计算公式(6.19)(一级)(二、三级) 承载力抗震调整系数一般为0.75考虑反复荷载下，混凝土强度有所降低，乘以折减系数2) 斜截面验算计算公式(6.20)对集中荷载作用下的框架梁，斜截面承载力按以下公式验算：(6.22) 计算截面剪跨比，取取 箍筋抗拉强度设计值 集中荷载作用点到支座边缘的距离 集中荷载作用点到支座边缘的距离 承载力抗震调整系数一般为0.85式中截面限制条件跨高比大于2.5的梁及剪跨比大于2的柱和抗震墙跨高比小于等于2.5的梁及剪跨比小于等于2的柱和抗震墙2. 柱截面验算1) 正截面验算2) 轴压比限制一级抗震柱为0.7，二级抗震柱为0.8，三级抗震柱为0.9(6.23) 承载力抗震调整系数一般为0.83) 斜截面验算公式柱受压时(6.24)柱出现拉力时(6.25)截面限制：剪跨比大于2的矩形框架柱剪跨比小于等于2的矩形框架柱3. 框架节点验算1) 节点受力柱传来轴力、弯矩、剪力；梁传来弯矩、剪力。
破坏：由于主拉应力引起的剪切破坏约束措施:设置足够的箍筋2) 影响节点承载力和延性的因素梁板的约束作用:有直交梁的中柱节点混凝土抗剪强度有明显提高轴压比较小时，压力的存在对混凝土抗剪强度有利，当轴压比大于0.60.8时，节点区混凝土抗剪强度随轴压力增加而下降轴压力的存在使节点延性降低剪压比和配箍率的影响：应对配箍率加以限制以使箍筋充分发挥作用，一般设计中通过限制剪压比（小于0.35)实现图6.8 交叉节点示意图 “强节点弱杆件”的概念设计要求：节点承载力不应低于其连接构件的承载力；多遇地震时，节点应在弹性范围内工作，罕遇地震时，节点承载力的降低不得危急竖向荷载的传递；梁、柱纵筋在节点区应有可靠的锚固。