地震工程第四章

1、第四章 多层和高层钢筋混凝土房屋的震害与设计对策 v4.1钢筋混凝土结构的震害及其规律v4.1.1 钢筋混凝土框架结构的震害及规范的相关要求v1.结构在强震作用整体倒塌破坏v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。v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。v2.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 薄弱层承载力小

2、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。v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。v对策：进行薄弱层的弹塑性变形验算。v3.柱端和节点的破坏v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。v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。v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。v

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。v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。v对策：v尽量避免因填充墙设置而形成短柱；v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）。v4.单跨框架结构破坏较为严重v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，发生连续倒塌的

4、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。v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。v5.非结构构件（填充墙、围护墙等）的破坏普遍且较重v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。v对策：按规范（2008年版）3.7节和第13章规定采用抗震措施。v6.防震缝处的震害严重v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。v对策：v正确理解规范的相关规定：应

5、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。v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。v4.1.2具有抗震墙的钢筋混凝土结构的震害及规范的相关要求v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。v1.连梁的破坏较为普遍v当连梁

6、跨高比较大时（l/h5，高规中用剪跨比），连梁出现弯曲破坏。v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4-33v对策：按高规关于实现连梁强剪弱弯的相关规定执行。v2.强震下剪力墙墙肢的破坏v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。v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。v当墙肢高宽比较大且措施得当时，则出现弯曲破坏。v对策：使墙肢高宽比不小于2；认真执行关于底部加

7、强部位的相关规定。v4.2钢筋混凝土结构的受力特点与适用范围v 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。v4.2.1常用结构体系的受力特点v1.框架结构体系v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，限制高层

8、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。 v梁侧加腋：v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。v 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、电梯间

9、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。v2.剪力墙结构体系v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。v剪力墙结构的墙体间距不能太大

10、，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v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。v变形方面，在水平作用下，单独的剪力墙侧移曲线为弯曲型

11、，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。v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，过多地增加

12、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。v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。v4.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成的筒，其变

13、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。v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，高度不宜低于60m；尽

14、可能避免角柱受拉。v4.2.2各种结构体系适用的最大高度（略）v4.3多层钢筋混凝土房屋结构布置v4.3.1抗震设计的基本原则v1.要求v根据房屋高度等选择合理的结构体系；v尽量采用规则结构，不应采用严重不规则结构；v组织多道抗震防线；v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）；v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；v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。v2.三水准抗震设防目标和两阶段设计方法v三水准设防目标：小震不坏，中震可修，大震不倒v两阶段设计方法 第一阶段：小震下的截面抗震验 算和弹

15、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）v4.3.2结构平面布置v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。v4.3.3结构竖向布置v总体要求见高规（JGJ032002）第4.4.1条。v为避免形成软弱

16、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。v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。v对抗震不利的结构构件的竖向布置v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。v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

17、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，设计人员根据实际情况确定。v4.3.4变形缝的处理v总的原则：设置三缝（防震缝、伸缩缝、沉降缝）可以防止和减少温度变化、混凝土收缩、地基不均匀沉降及地震等对结构的不利影响；但会产生使用不便、构造上难于处理、增大施工难度诸方面的问题。应调整建筑结构的平面形状和布置，采取构造和施工措施，尽量不设或少设缝；当需要设缝时，应保证缝的宽度，注意一缝多用和分得彻底（如不要在房屋高低层处采用牛腿托梁的连接方式）。v1.防震缝v防震缝的宽度：两侧结构体系不同时，应按不利的结构类型确定；两侧的房屋高度不同时，应按较低的房屋

18、高度确定。v2.伸缩缝v后浇带问题：混凝土可在主体混凝土施工后60d浇注，至少不应小于30d，后浇混凝土浇筑时的温度宜低于主体混凝土浇筑时的温度；后浇带应贯通建筑物的整个横断面，将全部结构墙、梁和板分开，后浇带处钢筋搭接应选择对结构影响较小的部位曲线通过，不要在一个竖向面内；后浇带两侧结构的支撑模板不应全部拆除。v3.沉降缝v处 放设沉降缝 理 不 抗采用端承桩或刚度较大的基础 均 调压力差层数较多部分用箱 匀 调采取设计与施工措施 基、筏基，层数少部 沉 分用交叉基础 降 调时间差先施工主楼，待主楼 沉降基本完成再施工 裙房高层建筑主楼与 采用端承桩 裙房不留永久 沉降缝的条件 调压力差或时

19、间差；主楼与 地基 条件较好，沉降差小 裙房间留后浇带，钢筋可连通， 沉降计算较可靠 待沉降稳定后浇混凝土4.3.5基础及地下室设计1.基础的选型 地基条件较好时，可采取天然地基和刚度较小的基础；反之，则应采用人工地基或竖向刚度较大的整体式基础。单独基础和条形基础不宜在高层建筑中应用。当采用桩基时，应尽可能采用单根或单排大直径桩，使上部结构的荷载由柱或墙直接传至桩顶，这样可减小基础底板的内力。保证基础埋深。2.地下室 从抗震的角度讲，有地下室的建筑物震害明显减轻。同一结构单元应全部设置地下室，且地下室应有相同的埋深。v4.4.1延性结构设计的几个概念v1.材料延性、构件延性和结构延性v延性可概

20、括为屈服后的变形能力，通常用延性比来表示。材料延性 、 分别为材料的屈服应变和极限应变。钢筋混凝土构件延性 或 、 分别为截面钢筋屈服时的跨中挠度与曲率 参见书中 图4-55 、 分别为截面达极限状态时的极限挠度与极限曲率 yyu/uyyu/yuff /yfufu结构延性 、 分别为结构开始屈服时的位移 和结构破坏时的位移（见书中图4- 56）地震作用大小与结构弹塑性变形（延性比）的关系 yu /yua)为弹性结构的地震作用与变形关系b)为弹塑性结构的地震作用与变形的关系令两者阴影的面积（耗能能力）相等，可得 ， 与 的关系见书中图4-57.121/0rSPPrS /0rSPP /0v2.结构

21、与构件的滞回特性v前已述及，构件的荷载位移滞回曲线表达了在反复周期荷载下的受力和变形性能，是构件强度、刚度、延性和吸收能量等特征的综合反映。v图（a）为理想的弹塑性滞回曲线。（b）的滞回环面积约为（a）的70%80%。（c）为较高轴压比框架柱的滞回曲线。（d)为低轴力下矮墙的滞回曲线（注意滑移捏拢现象）。v通常要求结构的延性系数为35。梁的延性系数可达到515，对混凝土具有良好约束的柱的延性系数可达46，采用合理措施处理的剪力墙的延性系数也可达46。v4.4.2延性框架结构的设计要点v当结构反应进入非线性阶段，强度不再是控制设计的唯一指标，变形能力与强度同等重要，抗震设计应符合双控条件。v延性

22、框架设计的一般原则：v（1）强柱弱梁v要求柱端截面屈服弯矩大于梁端截面屈服弯矩，使塑性铰尽可能出现在梁端。这样做，一方面使结构在强震下形成总体机制；另一方面，作为受弯构件的梁，可以有较高的延性。但应注意不允许在梁的跨中出现塑性铰（书中图4-59）。v（2）强剪弱弯v实质是控制梁柱的破坏形态，使构件的受剪承载力大于受弯承载力，从而发生延性较好的弯曲破坏，避免脆性的剪切破坏。v1）梁、柱剪跨比限制v柱的剪跨比 。当时2，柱以弯曲变形为主，称为长柱，只要处理得当能发生延性较好的弯曲破坏；当时1.5 2，兼有弯曲和剪切变形，称短柱，发生以剪切为主的破坏；当时 1.5，以剪切变形为主，称极短柱，其剪切破

23、坏没有延性。)/(0Vhv在近似假定反弯点在柱高中点时，即当 4时，应沿柱全高范围加密箍筋。v对于梁，则要求 。当梁的跨度较小而梁的内力较大时，宜首先考虑加大梁宽。v2）梁柱剪压比限制v要求 ，实质是限制构件的最小截面尺寸。目的是防止在箍筋未充分发挥作用之前，构件发生脆性的斜压破坏。 0/hHn0/4nlh 0/bhfVcv3）柱轴压比限制及箍筋体积配箍率轴压比限制 箍筋体积配筋率 同一截面箍筋总长，重叠部分只记一次。 ，延性； ，延性。但当 增大到一定数值时，延性不随 的提高而增加。限制轴压比的实质是控制柱截面的受压区高度，争取实现柱发生弯曲破坏。 NAfNcN/SAlAnlAnSlllac

24、orssvvv)(22211121vlNvvv对于轴压比较高的情况，试验表明，在矩形柱或圆形柱内设置矩形核心柱（书中图4-62），可以起到既提高柱承载力又提高柱变形能力的作用。v研究还表明，矩形柱采用连续矩形复合螺旋箍（书中图4-63），可明显地地提高其延性。v（3）强节点，强锚固v在梁、柱塑性铰的出现过程完成之前，节点区不过早破坏和不发生纵向钢筋的拔出破坏。v4.4.3延性剪力墙结构设计要点1.延性剪力墙结构的设计概念强墙肢、弱连梁按JGT3-91：当 墙片开洞较小，工作状态近似于整体墙。 墙片开洞不大，连梁对墙肢的约束不强。联肢墙 若 则工作状态近似于各独立墙肢。 当 墙片开洞较大，工作状

25、态近似于框架。 在设计中，联肢墙易于控制，实况预期的耗能和抗倒塌目标。 /,10n/,10n/,10n1v 争取实现的联肢墙破坏形态：连梁先于墙肢屈服，使塑性变形和耗能分散于连梁之中；允许墙肢屈服（但避免其斜截面破坏），以降低对连梁延性和耗能的要求。以上概括为“强墙肢，弱连梁”。v 实现强墙肢弱连梁的方法：在进行合理结构布置的基础上，对按弹性计算的连梁的刚度予以折减（折减系数不宜小于0.5），从而减小连梁的内力设计值，降低连梁的承载力。v（2）强剪弱弯v墙肢可能出现的破坏：v底部受拉筋屈服的弯曲破坏 争取实现v剪拉破坏 通过分布钢筋最小配箍率避免 剪压破坏 按强剪弱弯设计来避免平面外错断 设置

26、剪力墙边缘构件避免施工界面上的滑移破坏（一级抗震） 配置抗滑移钢筋避免连梁可能出现的破坏：弯曲破坏 争取实现剪切破坏 通过强剪弱弯等设计来避免v（3）限制剪压比v剪压比过大，会使构件在抗剪钢筋未屈服的情况下混凝土发生破坏（构件斜压破坏）。限制构件有效截面的平均剪应力与混凝土轴心抗压强度的比值，就是限制剪力设计值，也可理解为限制构件的最小截面。v（4）限制墙肢轴压比v剪力墙墙肢的轴压比是影响其延性的主要因素之一。由书中图4-64可见，轴压比为0.2的剪力墙较轴压比为0.4的剪力墙在变形能力、滞回环面积（耗能能力）上要好得多。v2.延性墙肢设计v（1）避免小剪跨比v对于悬臂墙肢，剪跨比也可理解为墙

27、肢高度与其截面高度之比，或墙肢高宽比。v 时，以弯曲变形为主，可以实现延性弯曲破坏。v 时，剪切变形占相当比例，通过强剪弱弯设计，有可能实现有一定延性的弯曲、剪切破坏。v 时，称之为矮墙，发生脆性的剪切破坏，应予避免。v较长的剪切墙宜开设洞口，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间设弱连梁，每个墙段的高宽比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8m。2211v（2）设置底部加强部位v 按强墙肢、弱连梁设计的剪力墙，塑性铰的长度一般为0.30.8倍墙肢截面，故对塑性铰范围及其以上相邻的一定高度范围应予加强。我国规范规定：一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢高度的1/8和底部两层二者的较大值，在此范

28、围内调整墙肢截面剪力设计值；在此范围及其上一层设约束边缘构件等，并对一级抗震的剪力墙截面弯矩设计值按墙底截面组合弯矩计算值采用（一级抗震剪力墙的其他部位截面弯矩设计值可按墙肢组合计算值的1.2倍采用）。v（3）墙肢部位设置钢骨v 为提高剪力墙的抗震性能，可在墙肢的端部设置钢骨，成为无边框钢骨混凝土剪力墙，一般应使钢骨强轴与墙轴线平行，以增强墙的平面外刚度。当剪力墙设置于钢骨混凝土柱之间或钢骨混凝土梁柱框架之间并形成整体时，则成为有边框钢骨混凝土剪力墙，多用于框架剪力墙结构。v 对无边框钢骨混凝土剪力墙的试验表明：其压弯破坏过程较带暗柱的钢筋混凝土剪力墙承载力下降缓慢，变形能力增强，且不产生平面

29、外错断；其受剪破坏也较带暗柱剪力墙表现出延性的改善。v 单层带边框钢骨混凝土剪力墙与无边框钢骨混凝土剪力墙抗侧力性能的主要区别是：由于边框钢骨混凝土柱具有较大的抗弯能力，致使水平承载力降低缓慢；由于边框梁柱的约束作用，钢筋混凝土腹板部分的受剪承载力也有所提高。其他如墙肢斜截面受剪承载力、约束边缘构件、分布钢筋最小配筋率等见书。v3.延性连梁设计v剪力墙结构的连梁的跨高比往往小于2.5，甚至小于1.0，为争取实现强墙肢弱连梁和连梁的强剪弱弯，可采用下列措施：v（1）降低连梁的内力v有两种方式：计算小震作用下的内力和位移时，对连梁的刚度进行折减，以减小连梁的弯矩和剪力；按连梁的弹性刚度计算内力和位

30、移，然后降低弯矩较大楼层连梁的弯矩，同时增大弯矩较小楼层的弯矩，以保证内力平衡。v（2）开缝钢筋混凝土连梁v实质是降低连梁的刚度，做法见书中图4-67.v（3）交叉配筋和菱形配筋连梁v做法见书中4-68.目的是增强连梁的抗震能力。为防止交叉斜筋被压屈，可采用4根钢筋用矩形箍或螺旋箍绑成斜柱，两个方向的斜柱形成交叉斜撑。v（4）钢板混凝土连梁v钢板的作用：提高连梁的受剪承载力；防止斜裂缝的产生和发展；减少箍筋用量，方便施工。同时，外包混凝土解决了钢板的防火问题，并提供侧向约束，防止钢板平面外失稳。v4.5钢筋混凝土结构抗震措施v4.5.1框架结构抗震措施v关于延性框架设计的几个问题：v（1）强柱

31、弱梁表达式v 分别为同一节点两侧（上下）梁端、柱端弯矩；v 分别为同一节点两侧（上下）梁、柱配筋后可抵抗的弯矩。v（2）当框架梁较强时，会使水平作用下柱中轴力增大，进而降低柱的延性。v（3）在进行强柱弱梁设计时，应当取一定宽度的楼板作为梁的翼缘，考虑此范围楼板中钢筋对梁极限抗弯的影响。bbuccuMMMMcbMM ,cubuMM,v（4）要有合理的结构方案同时也应注意到难于做到强柱弱梁的情况（如梁的跨度很大或截面过大）。v1.框架梁截面设计和配筋构造v从抗震的角度，主要是保证梁的延性，按强剪弱弯设计。v受拉钢筋数量，压区高度，延性 。v受压钢筋数量，压区高度，延性 。v在延性框架中，可考虑采用

32、扁梁，但梁宽不宜超过柱宽。v梁端塑性铰区，设计中称之为箍筋加密区，要注意保证加密区的长度、箍筋最大间距、最小直径等问题；不能采用弯起钢筋抗剪。v2.框架柱截面设计和配筋构件v由于地震作用的不确定性、计算模型与实际情况的差异等原因，很有可能在柱中出现塑性铰，因此在设计中对柱子的延性应予高度重视。影响框架柱延性的几个重要参数：a)剪跨比 （ ） 为长柱，多数发生弯曲破坏； （ ） 为短柱，多数出现剪切破坏，当提 高混凝土等级并配有足够的抗剪箍 筋时，可出现剪压破坏； （ ） 为极短柱，发生剪切斜拉破坏，几乎 没有延性。应避免短柱，特别应避免同 一楼层中同时存在长柱和短柱并用的情 况。225 . 1

33、5 . 14/hHn4/3hHn3/hHnb)轴压比 轴压比影响压弯件的破坏形态。对长柱决定其是大偏压破坏还是小偏压破坏；对短柱，决定其是剪压破坏还是剪拉破坏。c)剪压比剪压比剪压比不能过小，否则构件将过早开裂并发生斜压破坏，箍筋达不到屈服。ccchbfV0框架柱正截面抗弯要点按强柱弱梁增大柱端弯矩的三种情况：a)一般： （A） （9度和一级还应满足）（B） （一级）； （二级）； （三级）b)底层柱底：一级、二级、三级柱端弯矩分别乘以1.5、1.25和1.15。c)角柱：按式（A）、（B）或底层柱底调整的柱端弯矩再乘以1.1。 柱内纵筋配置：截面尺寸大于400mm的柱，纵筋间距不宜大于200

34、mm，纵筋净距不应小于50mm。柱的纵筋不应与箍筋、拉筋及预埋件焊接。框架柱斜截面抗剪要点a)按强剪弱弯调整柱端剪力b)剪压比限值 其中 未经调整的弯矩、剪力设计值。c)按强剪弱弯计算所得箍筋的配置 长柱：只需配置在柱端塑性铰区，其余部分的箍筋按未经调整的剪力设计值计算配置。 短柱（包括极短柱）：沿柱全高配置强剪弱弯计算所得的箍筋。bcMMbuacMM2 . 14 . 12 . 11 . 1)/(0hVMccccVM ,轴压比限制及配筋a)限制轴压比的意义前面已述。b)三、四级框架柱加密区箍筋间距（非柱根处）例 某三级框架柱，截面尺寸600mm600mm，采用C30混凝土，轴压比 ，采用普通箍

35、、复合箍，箍筋直径10，配筋见图。试确定非柱根处加密区箍筋间距S。解：要求取 可取s=130mm6 . 0c11. 0c11. 0cmmsslllaffvvVyvccc9 .13210875. 054054085 .78%875. 0210/7 .1611. 0/2221得由 在用软件设计三、四级框架时，对箍筋间距的设定宜进行人工干预。否则只出现间距100mm或150mm。c)配筋形式 配筋形式对约束核心区混凝土的效果影响很大。对于矩形箍，关键在于无支长度，所以要限制箍筋肢距。箍筋配置要求箍筋加密区：一切可能出现剪切破坏部位所对应的区域。具体分三种情况：a)柱端b)沿柱全高（ ； 一、二级框架

36、的角柱；需要提高变形能力的柱）c)遇有刚性地坪及填充墙沿柱全高砌筑的情况（书中图4-75）。3.框架节点核心区截面设计和配筋构造节点核心区截面设计和配筋构造 为体现强节点的原则，需提高节点区的剪力设计值，即抗震规范中公式（D.1.1-1）和（D.1.1-2)计算 ，式中的 即为节点剪力增大系数。4/hHnjVjb 为避免节点核心区混凝土不过早出现裂缝，按下式限制节点区的平均剪应力：梁柱纵筋的锚固及搭接a)纵向受拉钢筋的最小抗震锚固长度一、二级 三级 四级 aaEll15. 1aaEll05. 1aaEllREjjccjjhbfV/ )3 . 0(b)纵筋的搭接长度 见书中表4-10c)纵向受力

37、钢筋的连接 见JGJ32002第6.5.3条d)节点区钢筋的锚固 书中图4-77（d）用于顶层端节点一般情况，应注意伸入梁内的柱外侧纵向钢筋截面面积不宜少于柱外侧全部纵向钢筋截面面积的65%；书中图4-77（e）用于梁柱配筋率较高的情况。aElElllEl4.5.2剪力墙结构抗震措施1.延性悬臂剪力墙的抗震措施悬臂剪力墙的破坏形态与控制截面 悬臂剪力墙的破坏形态主要取决于墙体的高宽比，其次取决于配筋情况，可能发生弯曲破坏、剪切破坏（剪压破坏）、剪切破坏（剪拉破坏）和滑移破坏。 控制截面：底部截面；墙厚或配筋发生变化的截面。影响悬臂剪力墙延性的因素 有无翼缘；轴压比；端部钢筋与分布钢筋的分配比例

38、；混凝土强度等级；边缘构件。轴压比限制 一、二级抗震等级剪力墙的底部加强部位，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过书中表4-11的限值。边缘构件 应在剪力墙两端和洞口两侧（如为联肢墙）设置边缘构件。一、二级抗震剪力墙底部加强部位及相邻上一层应设置约束边缘构件（当剪肢轴压比一级9度不大于0.1、一级8度不大于0.2和二级不大于0.3时，可设置构造边缘构件）；一、二级的其他部位和三、四级抗震剪力墙，应设置构造边缘构件。v约束边缘构件与构造边缘构件的区别： 范围不同；纵筋最小配筋率不同；有无 的要求。剪力墙的水平与竖向分布钢筋配筋率 配置在同一截面内水平或竖向钢筋各肢 截面积之和; 截面宽度（

39、墙厚）； s 水平或竖向分布钢筋间距。sbAwshshsbAwswwswshAA ,wbv剪力墙钢筋的锚固和连接 抗震设计的剪力墙纵向钢筋的最小锚固长度应取 。 竖向及水平分布筋的搭接，一、二级剪力墙的加强位，接头位置应错开，每次连接的钢筋数量不宜超过总数量的50%，错开净距不宜小于500mm；其他情况的竖向及水平分布筋可在同一部位连接。分布钢筋的搭接长度不应小于1.2 。 暗柱及端柱内纵向钢筋的连接和锚固要求同框架柱。aElaEl水平施工缝截面滑移验算对一级抗震剪力墙，应进行水平施工缝抗滑移验算： 水平施工缝处剪力墙全部竖向钢筋截面面积（包括竖向分布钢筋、竖向插筋以及边缘构件纵向钢筋总截面面

40、积，不包括两侧翼墙纵向钢筋）。按强剪弱弯调整底部加强部位墙肢截面剪力设计值 9度时尚应符合 1.6（一级） = 1.4（二级） 1.2（三级） REsywNAfV/ )8 . 06 . 0(SAwvwVVwwwunMVMV/1 . 1vwv 考虑承载力抗震调整系数的剪力墙底部正截面抗弯承载力，按实际配筋和材料强度标准值计算；有翼墙时应计入墙两侧各一倍翼墙厚度范围内的纵向钢筋；v 考虑地震作用组合的剪力墙底部截面的弯矩设计值。v对基础承台，要按剪力墙出现塑性铰时达到的弯矩（并考虑有可能超强）进行设计。wumMwM2.延性联肢剪力墙的抗震措施联肢墙的破坏形态a)连梁先出现塑性铰破坏 当连梁较弱且具

41、有足够的延性时，塑性铰先在连梁端部出现，待墙肢底部出现塑性铰以后，形成如书中图4-83（a）所示的机制。众多的连梁端部塑性铰既可吸收地震能量，又能传递弯矩与剪力，最后形成于墙肢底部的塑性铰具有延性。可以说这种破坏形态是最为理想的破坏。b)整体悬臂墙式破坏 当连梁相对墙肢较强时，连梁不屈服，此时的联肢墙与整体悬臂墙类似，当底层出现塑性铰（如书中图4-83b）墙体破坏。只要墙肢不过早剪切破坏，仍属有延性的弯曲破坏。这种破坏形态也是可以接受的情况。c)连梁剪切破坏 连梁的抗剪承载力很小而首先剪切破坏，从而使联肢墙形成若干个单独墙肢。如墙肢处理得当，最后在墙肢底部出现塑性铰而形成机构（书中图4-83c

42、）。这种破坏也是属于延性的弯曲破坏，也是可以接受的破坏形态。d)墙肢剪切破坏 连梁不破坏，墙肢在形成塑性铰之前发生脆性的剪切破坏（书中图4-83d）。这种无延性，应予避免。连梁的受力与变形特点 与在垂直荷载作用下的情况不同，在水平作用下，剪力墙连梁是一个反弯构件（约束弯矩和剪力在梁的两端方向相反），这种反弯作用使梁产生很大的剪切变形，对剪应力十分敏感，容易出现斜裂缝，在反复荷载作用下则形成交叉裂缝（书中图4-84）。因此，连梁的抗震抗剪承载力将降低，而跨高比小于2.5的连梁抗剪承载力下降更多。延性联肢墙抗震措施a)强墙弱梁的整体设计 为使连梁先于墙肢屈服，可采用以下两种方法:I.取连梁计算跨度

43、 ；在进行结构分析时，将连梁刚度乘以折减系数。II.对用弹性分析所得的弯矩最大的几层连梁的弯矩调小。为保持静力平衡，同时将其他楼层的连梁弯矩调高（书中图4-85）。b)强剪弱弯的构件设计I.墙肢的强剪弱弯 对按强剪弱弯调整墙肢底部剪力，前面已讲。 还需注意当连梁屈服而形成强墙弱梁状态时，影响墙肢内力变化的因素：2/0bhllv 连梁屈服以后，连梁剪力较按弹性计算时加大，墙肢轴力也随之改变，轴压力的变化会影响到墙肢的抗弯承载力。墙肢刚度的变化会导致墙肢之间剪力的重分配：当双肢墙存在拉压墙肢时，受压墙肢刚度变大，剪力比按弹性计算的增大；受拉墙肢刚度变小，剪力比按弹性计算的减小。故规范规定：墙肢不宜

44、出现小偏心受拉；当一个墙肢可能出现大偏心受拉时，另一个受压墙肢的弯矩设计值和剪力设计值应乘以增大系数1.25。II.连梁的强剪弱弯9度时尚应满足： 1.3（一级） = 1.2（二级） 1.1（三级）对于 和 ，当为一级抗震时，若两端弯矩均为负弯矩，绝对值较小的弯矩值应取为0；对于 ，当设防烈度为9度时，在计算中还应包括竖向地震作用标准值。GbnrblbvbbVlMMV/ )(GbnrblbbVlMMV/ )( 1 . 1vblbMrbMGbVc)延性联肢墙设计的其他措施I.扁梁、斜交叉配筋连梁和开缝梁 扁梁：在截面与一般梁相同的情况下，抗剪承载力基本相同，抗弯承载力下降。 斜交叉配筋连梁：滞回

45、曲线丰满、稳定，吸能好，延性大。 开缝梁：在外表形式相同的情况下加大连梁的跨高比。II.采用多道防线方法设计联肢墙 如尼加拉瓜的美洲银行，其主要抗侧力结构是4个小井筒，在每层都有弱连梁将它们联接成一个大井筒，设计时分时考虑了由大井筒抵抗侧力以及由4个独立小井筒抵抗侧力两种情况。4.5.3 框架剪力墙结构的抗震措施1.带边框剪力墙的抗震措施墙体厚度按构造规定。当不满足时，应按式 进行墙体稳定验算。与剪力墙重合的框架梁可保留，亦可做成与墙厚相同的暗梁。其在构造上有两个作用:楼盖中有次梁时，它可作为次梁的支座，减少支座下剪力墙内的应力集中；与周边梁、柱共同约束剪力墙，使墙内斜裂缝受到约束不致展开过大。剪力墙截面宜按形设计，其端部纵筋应配置在边