建筑结构的抗震设计基础

1、建筑结构的抗震设计基础4多层混凝土结构抗震设计震害及其分析4.1.1结构布置不合理产生的震害（1）平面不规则 建筑物平面不规则、质量和刚度分布不均匀、不对称而造成刚度中心与质量中心有较大的不重合，易使结构在地震时由于过大的扭转反应而严重破坏。4多层混凝土结构抗震设计（2）竖向不规则产生的震害 结构沿竖向布置不规则，竖向刚度有突变时，刚度突然变小处楼层产生应力集中，此处楼层成为薄弱层，变形过大，极易发生破坏，甚至倒塌。4多层混凝土结构抗震设计4.1.2防震缝处碰撞 防震缝两侧的结构单元由于各自的振动特性不同，在地震时会发生不同形式的振动，如果防震缝宽度不够或构造不当，就有可能发生碰撞而导致震害。

2、4.1.3共振效应引起的震害 1976年唐山地震中，位于塘沽地区(烈度为8度强)的710层框架结构，因其自振周期与该场地土(海滨)的自振周期相一致，发生共振，导致该类框架破坏严重。4多层混凝土结构抗震设计4.1.4框架柱的震害 长柱 其表现形式是在弯矩、剪力、轴力的复合作用下，柱顶周围有水平裂缝或交叉斜裂缝，严重者会发生混凝土压碎，箍筋拉断或崩开，纵筋受压屈服呈灯笼状。4多层混凝土结构抗震设计 （2）短柱 短柱变形能力差，常发生剪切破坏，形成交叉裂缝乃至脆断。4多层混凝土结构抗震设计 （3）角柱 角柱处于双向偏压状态，受结构整体扭转影响大，受力状态复杂，而受横梁约束的条件又相对减弱，因此其震害

3、重于内柱。4多层混凝土结构抗震设计框架梁的震害当梁主筋在节点内锚固不足时发生锚固失效（拔出等）当抗弯纵向钢筋配置不足时发生弯曲破坏出现垂直裂缝、交叉斜裂缝。发生在梁端发生脆性剪切破坏；4多层混凝土结构抗震设计框架梁、柱节点的震害 节点区无箍筋或少箍筋时，易出现交叉斜裂缝甚至挤压破碎，导致纵向钢筋压曲成灯笼状，后果较严重。 节点区箍筋过少，或节点区钢筋过密，影响混凝土浇筑质量，都会引起节点区的破坏。4多层混凝土结构抗震设计4.1.7抗震墙的震害抗震墙的震害， 抗震墙墙肢之间的连梁由于剪跨比小而产生交叉裂缝形式的剪切破坏，连梁的破坏使墙肢之间丧失联系、降低承载力。墙肢底层也可能出现水平裂缝、斜裂缝

4、，发生破坏。4多层混凝土结构抗震设计4.1.8填充墙的震害填充墙本身抗剪强度低，与框架缺乏有效的拉结填充墙震害呈现“下重上轻”的现象很容易出现裂缝、破坏甚至倒塌变形属剪切型，下部层间位移大吸收大量的地震能量4多层混凝土结构抗震设计4.2 抗震设计的一般规定4.2.1 房屋适用的最大高度结构类型烈 度678()8()9框架6050403524框架-抗震墙1301201008050抗震墙1401201008060部分框支抗震墙1201008050不应采用筒体框架-核心筒1501301009070筒中筒18015012010080板柱-抗震墙80705540不应采用4多层混凝土结构抗震设计结构体系非

5、抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度9度框架、板柱抗震墙框架抗震墙抗震墙筒中筒、框架核心筒55664566345523444多层混凝土结构抗震设计4.2.2 抗震等级 1.框架-抗震墙结构，在基本振型地震作用下，框架承受的地震倾覆力矩可按下式计算： 2.裙房与主楼相连，裙房抗震等级除应按裙房本身确定外，不应低于主楼的抗震等级4多层混凝土结构抗震设计 3.带地下室的多层和高层建筑 当地下室结构的刚度和受剪承载力与上部楼层相比较大时，地下室顶板可视作嵌固部位地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级地下室中无上部结构的部分，可根据具体情况采用三级或更低等级。4多层混凝土结构抗震设计 4.

6、设防类别为甲类、乙类和丁类建筑物（1）甲类建筑，设防烈度为68 度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9 度时，应符合比9 度抗震设防更高的要求； （2）乙类建筑，设防烈度为68度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9 度时，应符合比9 度抗震设防更高的要求；（3）丙类建筑，地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求；（4）丁类建筑，一般情况下，地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低。 4多层混凝土结构抗震设计4.2.3 结构平面和竖向布置 1.结构的平面布置 结构平面布置宜简单

7、、规则、对称。使结构平面的质量中心和刚度中心尽可能重合或接近，以减少的扭转效应。框架、抗震墙应双向设置。不规则类型 定义扭转不规则在规定的水平力作用下，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的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的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层4多层混凝土结构抗震设计2.结构竖向布置 结构竖向体型力求规则均匀，抗侧力构件宜上下连续贯通，当结构沿竖向需变化时，应使其体型、侧向刚度和强度均匀

8、变化而不出现较大的突变（1）侧向刚度沿竖向均匀变化；（2）尽可能避免薄弱层；（3）避免过大的外挑和内收。 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%竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（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楼层的80%4多层混凝土结构抗震设计3.防震缝的设置防震缝最小宽度应符合下列要求：框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15 时可采用70 ；超过15 时，6度、7度、8度和9

9、度相应每增加高度5 、4 、3 和2 ，宜加宽20 ； 框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用项规定数值的70%，抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用项规定数值的50%，且均不宜小于70 ；防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。 4多层混凝土结构抗震设计 （2）8、9度框架结构房屋防震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，设置垂直于防震缝的抗撞墙，每一侧数量不少于两道，对称布置，墙肢长度不大于一个柱距，并按不利情况取值。防震缝两侧抗撞墙的端柱和框架的边柱，箍筋应沿房屋全高加密。4多层混凝土结构抗震设计4.2.4 一般抗震措施 1.对楼（屋）盖的要求（1）房屋

10、高度超过50 的框架-抗震墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构；（2）房屋顶层、结构转换层、平面复杂或开洞较大的楼层；（3）房屋高度超过50 的框架结构、抗震墙结构；（4）8度、9度时房屋高度不超过50 的框架-抗震墙结构。楼（屋）盖形式抗震设防烈度6度、7度8度9度现浇、叠合梁板4.0B (50 )3.0B (40 )2.0B (30 )装配式、装配整体式楼房3.0B (40 )2.5B (30 )框支柱和板柱-抗震墙的现浇梁板2.52.04多层混凝土结构抗震设计 2.对框架结构的要求 （1）整体要求高层建筑不宜采用单跨框架； 框架梁和柱的中线应尽可能重合在同一个平面内，二者间的偏心距不超过柱

11、宽的 ， （2）填充墙的要求 非承重墙体应优先选用轻质墙体材料,采取措施减少其对主体结构的不利影响，并应设置拉结筋、水平系梁、圈梁、构造柱等与主体结构可靠拉结。4多层混凝土结构抗震设计钢筋混凝土结构中的砌体填充墙，宜与柱脱开或采用柔性连接，并应符合下列要求：填充墙在平面和竖向的布置，宜均匀对称，避免形成薄弱层或短柱；砌体的砂浆强度等级不应低于M5，墙顶应与框架梁密切结合；填充墙应沿框架柱全高每隔500 ，设26拉筋，拉筋伸入墙内的长度 ，6、7度时不应小于墙长的1/5且不小于700 ，8、9度时宜沿墙全长贯通；墙长大于5 时，墙顶与梁宜有拉结；墙高超过4 时，墙体半高处宜设置与柱连接且沿墙全长

12、贯通的钢筋混凝土水平系梁。4多层混凝土结构抗震设计 砌体女儿墙中宜设构造柱，且墙顶宜设置通长的钢筋混凝土压顶梁，在人流出人口处应与主体结构锚固。 4多层混凝土结构抗震设计 （3）承重方式 框架结构体系不应采用部分由砌体墙承重的混合形式。 3.对抗震墙结构的要求沿结构平面各主轴方向布置，形成双向（多向）抗侧力体系。同一方向的抗震墙宜拉通对直，抗震墙沿竖向应连续单片抗震墙的长度不宜过长，对较长的抗震墙宜开设洞口设置弱连梁（洞口连梁的跨高比不宜大于6），将其分成比较均匀的若干墙段，各墙段的高宽比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8 ； 抗震墙有较大洞口时，洞口位置宜上下对齐，墙肢截面高度与厚度的比值为

13、58的短肢墙抗震性能较差，高层抗震墙结构不应全部采用短肢墙。4多层混凝土结构抗震设计 （2）抗震墙结构和部分框支抗震墙结构中抗震墙的设置 墙肢的长度沿结构全高不宜有突变，抗震墙有较大洞口时，洞口宜上下对齐； 矩形平面的部分框支抗震墙结构，框支层的楼层侧向刚度不应小于相邻非框支层楼层侧向刚度的50%，框支层落地抗震墙间距不宜大于24 ，框支层的平面布置尚宜对称，宜设抗震筒体； 部分框支抗震墙结构的抗震墙，其底部加强部位的高度，可取框支层加框支层以上二层的高度及落地抗震墙总高度的1/8二者的较大值，且不大于15 ；其它结构的抗震墙，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部二层二者的较大值，

14、且不大于15 。4多层混凝土结构抗震设计4.对框架抗震墙结构的要求（1）框架抗震墙结构中的抗震墙宜贯通房屋全高，应沿结构平面各主轴方向设置，使各方向侧向刚度接近，且纵、横向抗震墙宜连成 形、 形和 形等形式，互为翼缘；（2）抗震墙宜设置在墙面不需要开大洞口的位置；（3）宜尽量沿建筑平面的周边布置，提高结构抗扭能力，当房屋纵向较长时，纵向抗震墙不宜设在端开间；（4）宜在楼、电梯间和平面变化较大处布置，（5）宜在竖向荷载较大处布置抗震墙，（6）宜适当增多抗震墙的片数，4多层混凝土结构抗震设计（7）抗震墙和柱的中线应尽可能重合，二者间的偏心距不宜超过柱宽的 ；（8） 抗震墙洞口宜上下对齐，洞边距端柱

15、不宜小于300 ；（9） 一、二级抗震墙的洞口连梁，跨高比不宜大于5，且梁截面高度不宜小于400 。5.对基础结构的要求（1）采用天然地基的高层建筑基础，根据具体情况应有适当的埋置深度，根据具体情况，基础埋深可采用地面以上房屋总高度的1/18一1/15；（2）基础底面不宜出现零应力区，其它建筑基础底面的零应力区面积不宜超过基础底面面积的15%；4多层混凝土结构抗震设计（3）当高层建筑与裙房相连，在相连部位，高层建筑基础底面在地震作用下亦不宜出现零应力区，加强高、低层之间相连基础结构的承载力，并减少高、低层之间的差异沉降；（4）地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应避免在地下室顶板开设大洞口，并

16、应采用现浇梁板结构，其楼板厚度不宜小于180 ，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%；（5）地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍，地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积，除应满足计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵筋面积的倍；4多层混凝土结构抗震设计6.钢筋的锚固与连接 在非抗震设计的基本锚固长度 基础上乘以修正系数作为抗震锚固长度 。即：纵向钢筋搭接接头面积百分率（%）501001.21.41.64多层混凝土结构抗震设计7.结构材料的选择（1）混凝土 框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核芯区，不应低于C30

17、，构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于C20。并且在8度和9度时分别不宜超过 C70和C60；（2）钢筋 抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋采用普通HRB335和HRB400钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于，规定钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于；不能使用冷加工钢筋。4多层混凝土结构抗震设计4.3.1 结构计算简图1.结构分析的弹性静力假定2.平面结构假定3.当抗侧力结构与主轴斜交时，如果斜交构件之间的角度不超过150时，可视为一个轴线；如果斜交构件之间的角度超过150时，可将抗侧力构件的抗侧刚度转换到主轴方向上再进行计算。4. 各平面抗侧力

18、结构之间通过楼（屋）盖联系而协同工作，楼（屋）盖在自身平面内假设为无穷大，而平面外刚度可以忽略。5.水平荷拨按位移协调原则分配4多层混凝土结构抗震设计4.3.2 框架在竖向荷载下的内力计算1.分层法4多层混凝土结构抗震设计2.弯矩二次分配 将各节点的不平衡弯矩，同时作分配和传递，并以二次为限。3.框架梁的惯性矩取值（1）框架梁与楼板整体现浇 现浇楼板可作为框架梁的有效翼缘。边框架梁：0中框架梁：I=2I04多层混凝土结构抗震设计（2）装配式整体框架叠加梁 一般装配整体框架粱的惯矩矩：边框架梁取0；中框架梁取0。（3）其它情况 不考虑翼缘的作用，惯性矩仅按矩形截面计算：I=I0。 4.弯矩调幅

19、对现浇框架，调幅系数可取；装配整体式框架，可取。弯矩调幅过程中应注意如下事项：（1）支座弯矩调幅降低后，梁跨中弯矩应相应增加，且调幅后的跨中弯矩不应小于简支情况下跨中弯矩的50%；（2）只有竖向荷载作用下的梁端弯矩可以调幅，水平荷载作用下的梁端弯矩不能考虑调幅。4多层混凝土结构抗震设计 5.活荷载不利布置的影响 据统计，国内高层民用建筑重力荷载约1215 ，其中活荷载约为2 左右，所占比例较小，其不利布置对结构内力的影响并不大。 当活荷载不很大时，可按全部满载布置。当活荷载较大时，可将跨中弯矩乘以系数加以修正。4.3.3 框架在水平荷载下的内力计算1.结构周期的计算2.地震作用计算4多层混凝土

20、结构抗震设计3. 反弯点法 框架结构在水平荷载作用下，各杆的弯矩图都是呈直线，并且一般均有一个弯矩为零的点，因为弯矩图在该处反向，故该点称为反弯点。如果能够确定该点的位置和柱端剪力，则可求出柱端弯矩，进而通过节点平衡求出梁端弯矩和其它内力。4多层混凝土结构抗震设计4多层混凝土结构抗震设计4. 值法 (1) 修正后的柱抗侧刚度 D值：4多层混凝土结构抗震设计（2）修正后的反弯点高度4多层混凝土结构抗震设计4.3.4 框架侧移计算框架侧移主要是由水平荷载引起的。需要计算层间位移及顶点侧移。 多遇地震作用下框架弹性变形验算 第i 层的层间最大弹性位移4.3.5 内力组合 有地震效应的组合 无地震效应

21、的组合 （1）由可变荷载效应控制的组合： （2）由永久荷载效应控制的组合：4多层混凝土结构抗震设计4.4 框架截面设计4.4.1 结构的合理破坏机制及有关原则1.结构破坏机制和强柱弱梁原则 “总体机制”和“楼层机制” 所谓楼层机制，也称“柱铰型”的破坏机制，是指当框架梁端的抗弯承载力大于框架柱端的抗弯承载力（简称“强梁弱柱”）时，地震时梁端处于弹性状态，框架柱屈服，并导致某一楼层屈服，形成机动体系。4多层混凝土结构抗震设计2.强剪弱弯原则 配筋适中的弯曲破坏属于延性破坏，可以使结构构件在较高承载力的前提下，具有较大的变形耗能能力，有利于抗震。剪切破坏属于脆性破坏特征，破坏突然，使结构承载力迅速

22、下降，变形和耗能能力差，应避免。3.强节点强锚固的原则 节点的破坏是脆性破坏，变形能力极差，且同时使交与节点的杆件失效，严重时会导致框架由于丧失整体性而倒塌，对抗震非常不利。节点的承载力不低于梁、柱的承载力，即所谓的“强节点弱杆件”的概念。4多层混凝土结构抗震设计4.4.2 框架柱的设计 1.柱的截面尺寸（1）截面的宽度和高度均不宜小于300 ；圆柱直径不宜小于350 ；（2）为避免形成短柱，剪跨比宜大于2；（3）因为地震作用方向是不确定的，则框架柱是双向受弯构件，相应地其截面长边与短边之比不宜大于3。2.柱的正截面受弯承载力计算（1）控制柱轴压比（2）根据“强柱弱梁”的原则调整柱端弯矩4多层

23、混凝土结构抗震设计一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于者，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：一级框架结构及9度时尚应符合4多层混凝土结构抗震设计4.2.3柱斜截面受剪承载力计算 (1)剪压比限值 抗震规范规定：当剪跨比大于2时当剪跨比不大于2时（2）柱斜截面受剪承载力 混凝士结构设计规范规定，考虑地震作用时4多层混凝土结构抗震设计 当考虑地震作用组合的框架柱出现拉力时4构造要求（1）柱内纵向钢筋的配置 最小配筋率 每一侧配筋率不应小于0.2%；对建造于IV类场地且较高的高层建筑，表中的数值应增加。最小总配筋率按柱截面中全部纵向钢筋的面积与柱全截面面积之比 计算。柱纵向钢筋宜

24、对称配置，截面尺寸大于400 的柱，纵向钢筋间距不宜大于200 。类 别抗 震 等 级一二三四框架中柱和边柱框架角柱1.01.20.81.00.70.90.60.84多层混凝土结构抗震设计最大配筋率 总配筋率不应大于5%。一级且剪跨比不大于2的柱，其纵向受拉钢筋单边配筋率不宜大于1.2%，井应沿柱全高采用复合箍筋。柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%，柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。（2）柱端箍筋加密区的配置箍筋加密区范围 a)柱端，取截面高度(圆柱直径)，柱净高的1/6和500 三者的最大值； b)底层柱，柱根不小于柱净高的1/3；当有刚性地面时，除柱端外尚应取刚性地面上下各5

25、00 ； c)剪跨比不大于2的柱和因设置填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱，取全高； d)框支柱，及一级及二级框架的角柱，取全高；4多层混凝土结构抗震设计加密区箍筋最大间距和最小直径柱箍筋加密区的体积配箍率抗震等级箍筋最大间距(采用较小值)箍筋最小直径(采用较大值)一二三四6 ，100 8 ，100 8 ，150 (柱根100)8 ，150 (柱根100)10886(柱根 8)4多层混凝土结构抗震设计框架梁的设计 应保证框架梁在形成塑性铰后仍具有足够的抗剪能力，在梁纵筋屈服后，塑性铰区段仍有良好的变形能力和耗能能力。4.4.3.1.梁的截面尺寸 梁的截面高度，一般按照挠度要求，取梁跨度的1/81/12；为使塑性铰出现后，梁的截面尺寸不致有过大的削弱，以保证梁有足够的抗剪能力，梁的截面宽度不宜小于200 。4.4.3. 2梁正截面受弯承载力计算4多层混凝土结构抗震设计4.4.3.3梁斜截面受剪承载力计算根据“强剪弱弯”的原则调整梁的截面剪力一级框架结构及9度时 剪压比限值4多层混凝土结构抗震设计梁斜截面受剪承载力 4多层混凝土结构抗震设计4.构造要求 剪压区高度 一级框架梁不应大于，二、三级框架粱不应大于，且梁端纵向受拉钢筋的配筋率均不应大于2.5%。 纵向钢筋 在梁端截面，受压钢筋面