多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计

4多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层和高层钢筋混凝土结构体系包括：

框架结构、框架-抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构和框架-筒体结构等。钢筋混凝土框架房屋：钢筋混凝土梁和柱等构件组成承重体系的房屋。钢筋混凝土框架房屋层数一般在十层以下。特点：平面布置灵活，易满足建筑物内大空间的要求侧向刚度小，水平位移较大4.1震害及其分析4.1.1结构方案不当引起的震害（1）平面布置不当产生的震害建筑平面布置不规则------质量中心和刚度中心不重合-------扭转效应-------破坏严重（尤其是角柱）（2）竖向不规则产生的震害竖向的质量或刚度有突变------突变处应力集中，形成薄弱层------较大的塑性变形-------结构破坏、甚至倒塌4.1.1结构方案不当引起的震害（3）防震缝处碰撞防震缝两侧结构单元的振动特性不同------发生不同形式的振动----防震缝缝宽不够或构造不当------发生碰撞4.1.2结构构件的震害（1）框架柱的震害A.长柱的破坏-----弯压破坏破坏一般发生在柱的上下两端，特别是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，纵筋压曲成灯笼状。柱底破坏与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。4.1.2结构构件的震害B、短柱------剪切破坏

短柱：H/b<4的柱，H:柱高;b:柱截面高度短柱刚度大，易产生剪切破坏4.1.2结构构件的震害C、角柱

由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。4.1.2结构构件的震害(2)框架梁的破坏------弯剪破坏震害多发生于梁端。地震作用下梁端纵向钢筋屈服，出现上下贯通的垂直裂缝和交叉裂缝。

4.1.2结构构件的震害(3)框架梁柱节点的震害

节点核心区产生对角方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝土剪碎剥落。节点内箍筋很少或无箍筋时，柱纵向钢筋压曲外鼓。4.1.2结构构件的震害(4)填充墙的震害

砌体填充墙刚度大而承载力低，首先承受地震作用而遭破坏。一般7度即出现裂缝，8度和8度以上地震作用下，裂缝明显增加，甚至部分倒塌，一般是上轻下重。4.2抗震设计的基本要求4.2.1房屋的适用最大高度

《抗震规范》规定：乙、丙和丁类建筑的框架结构和框架-抗震墙结构适用的最大高度应不超过下表的规定。甲类建筑适用的最大高度应专门研究。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)不同类型的结构体系，具有不同的抗侧移刚度，适用于不同的房屋高度4.2抗震设设计的的基本本要求求注意事事项：1.房屋高高度指指室外外地面面到主主要屋屋面板板板顶顶的高高度（（不包包括局局部突突出屋屋顶部部分））；2.超过表表内高高度的的房屋屋，应应进行行专门门研究究和论论证，，采取取有效效的加加强措措施；；3.平面和和竖向向均不不规则则的结结构或或建造造在Ⅳ场地的的构，，使用用的最最大高高度应应适当当降低低（一一般降降低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)4.2抗震设设计的的基本本要求求4.2.2钢筋混混凝土土房屋屋适用用的高高宽比比房屋高高宽比比大-----地震作作用产产生很很大的的倾覆覆力矩矩------造成基基础转转动------上部结结构产产生较较大侧侧移（（影响响结构构整体体稳定定）倾覆力力矩大大-----在两侧侧柱中中引起起较大大轴力力------构件屈屈服破破坏4.2抗震设设计的的基本本要求求4.2.3结构抗抗震等等级的的划分分地震作作用下下，钢钢筋混混凝土土结构构的地地震反反应有有下列列特点：1、地震震作用用越大大，房房屋的的抗震震要求求越高高；地震作作用与与烈度度、场场地等等有关关，从从经济济角度度考虑虑，对不同同烈度度、场场地的的结构构的抗抗震要要求可可以有有明显显的差差别。。2、结构构的抗抗震能能力主主要取取决于于主要要抗侧侧力构构件的的性能能；主、次次抗侧侧力构构件的的抗震震要求求应有有差别别。3、房屋屋越高高，地地震反反应越越大，，抗震震要求求越高高。4.2.3结构抗抗震等等级的的划分分抗震等等级是是确定定结构构构件件抗震震计算算和抗抗震措措施的的标准准。根根据设防烈烈度、、房屋屋高度度、建建筑类类别、、结构构类型型及构件件在结结构中中的重重要程程度确确定，，共分分四个个等级级。一一一抗震墙一一二二三三四框架≤50>60≤60>60≤60>60≤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≤25>30≤30>30≤30>30≤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4.2.3结构抗抗震等等级的的划分分注意事事项：：1.此表适适用于于丙类建筑抗抗震等等级的的划分分；甲、乙乙、丁丁类建建筑应应按抗抗震设设防标标准中中的抗抗震措措施所所要求求的设设防烈烈度按按上表表确定定抗震震等级级。2.建筑场场地为为Ⅰ类时，，除6度外可可按表表内降降低一一度所所对应应的抗抗震等等级采采取抗抗震构构造措措施，，但相相应的的计算算要求求不应应降低低；3.接近或或等于于高度度分界界时，，应允允许结结合房房屋不不规则则程度度及场场地、、地基基条件件确定定抗震震等级级。4.2.3结构抗抗震等等级的的划分分4、当框框架-抗震墙墙结构构有足足够的的抗震震墙时时,其框架架部分分是次次要抗抗侧力力构件件,可按框框架-抗震墙墙结构构中的的框架架确定定抗震震等级级。否否则按按框架架结构构确定定等级级。区分标标准是看框框架部部分承承受的的地震震倾覆覆力矩矩是否否大于于结构构总地地震倾倾覆力力矩的的50%。5、与主主楼相相连的的群房房其抗抗震等等级不不应低低于主主楼的的抗震震等级级，且且主主楼结结构在在群房房屋面面部位位的上上下各各一层层要适适当加加强抗抗震等等级4.2.4结构布布置一一般要要求（1）对楼楼盖的的刚度度要求求楼盖的的刚度度大-----能满足足水平平地震震作用用传递递和分分配的的要求求--------假定楼楼盖水水平刚刚度无无穷大大抗震墙墙的最最大间间距要要求：：抗震墙墙之间间无大大洞口口的楼楼、屋屋盖的的长宽宽比宜宜满足足下表表要求求：不宜采用装配式楼盖现浇、叠合梁扳9度8度6、7度结构

抗震墙之间楼、屋盖的长宽比抗震墙墙之间间的楼楼、屋屋盖有有较大大开洞洞时，，长宽宽比还还应减减小。。当超过过上述述要求求时，，应计计入楼楼盖平平面内内的变变形影影响。。4.2.4结构布布置一一般要要求(2)对框架架结构构的布布置要要求①宜双向向设置置承重重框架架；不不宜采采用单单跨框框架②框架梁和柱的中中线应尽可能重合合在同一平面内，，两者间的偏心距距不宜超过柱宽的的1/4③楼梯间、电梯间不不宜设置在结构单单元的两端及拐角角处。④框架结构沿高度度不宜突变;局部突出屋顶的部部分应采用框架承承重⑤遵守“强柱弱梁梁”、“强剪弱弯弯”、“强节点、、强锚固”等原则则进行延性框架的的设计。⑥合理考虑砌体填填充墙的设置4.2.4结构布置一般要求求⑦抗撞墙的布置8、9度设防的钢筋混凝凝土框架房屋防震震缝两侧的结构，，当结构高度、刚度度或层高相差较大大时，可在防震缝缝两侧房屋的尽端设垂直直于防震缝的抗撞撞墙。高度、刚度相差较大层高不同4.2.4结构布置一般要求求每一侧的数量不应应少于两道。宜分别对称布置置，墙肢的长度可可不大于一个柱距距。内力应按考虑和不不考虑抗撞墙两种种情况进行分析，，按不利情况取值。。抗撞墙的端柱和框框架边柱箍筋应沿沿房屋全高加密4.2.4结构布置一般要求求（3）框架－抗震墙的的布置要求1、抗震墙布置的基基本原则框架-抗震墙结构中的抗抗震墙宜沿主轴方方向双向布置，贯贯通房屋全高，且且横向与纵向抗震震墙宜相连，互为为翼墙，以提高其其刚度和承载能力力。抗震墙的一般布置置原则是“均匀、、分散、对称、周周边”。2、抗震墙布置位置置的选择一般情况下，宜布布置在竖向荷载较较大处，平面形状变化处和和楼梯间、电梯间间等。房屋较长时，纵向向抗震墙不易设置置在端开间。4.2.4结构布置一般要求求3、抗震墙与柱中线线宜重合，当不能能重合时，柱中线线与抗震墙中线之之间的偏心距不宜宜大于柱宽的1/4。4、抗震墙应设置在在墙面不需要开大大洞的位置，开洞洞口时应上下对齐齐，抗震等级为一一、二级的联肢墙墙的洞口不应采用用弱连系梁。5、抗震墙的布置宜宜适当多增加片数数，避免每片墙的的刚度太大6、抗震墙宜贯通全全高，沿竖向截面面不宜由较大突变变，以保证结构竖竖向的刚度基本均均匀。4.2.4结构布置一般要求求（4）、抗震墙的边框框梁、柱抗震墙的端部钢筋筋配置在柱截面内内。框架梁应保留，当当无法设置明梁时时应设置暗梁。暗梁的高度、纵筋筋、箍筋与明梁相相同，配置在墙身身内。4.3框架结构抗震计算算4.3.1框架结构水平地震震作用计算地震作用的确定原原则：一般在结构的两个个主轴方向分别考考虑水平地震作用用，各方向的水平平地震作用全部由由该方向抗侧力框框架结构承担。地震作用的计算方方法：振型分解反应谱法法底部剪力法4.3.1框架结构水平地震震作用计算4.3.1.1结构自振周期对质量和刚度沿高高度分布比较均匀匀的框架结构----------顶点位移法——将重力荷载代表值Gi水平作用在各质点上，按弹性方法求得的结构顶点位移——考虑填充墙对结构刚度和质量影响的自振周期的修正系数，一般取0.6~0.84.3.1框架结构水平地震震作用计算4.3.1.2水平地震作用计算算一般采用底部剪力力法计算第i层层间剪力:同时，结构各楼层层的最小层间剪力力应满足：λ——剪力系数，见表3.12主要是考虑长周期期结构地震影响系系数下降较快，由由此计算所得的水平地震作作用下的结构效应应可能太小4.3.1框架结构水平地震震作用计算4.3.1.3水平地震作用下框框架内力分析常用方法——D值法（1）计算各柱的侧移移刚度（2）计算各柱分配到到的地震剪力（3）确定各柱的反弯弯点位置（4）计算各柱的柱端端弯矩（5）计算各梁的梁端端弯矩（6）计算各梁的梁端端剪力（7）计算各柱的轴力力4.3.2竖向荷载作用下的的框架内力计算计算方法：（1）分层法（2）二次弯矩分配法法竖向荷载作用下，，可以考虑塑性内力重分布，进行弯矩调幅，，一般降低梁端负负弯矩现浇框架，调幅系系数可取0.8~0.9装配整体式框架，，可取0.7~0.8相应的跨中弯矩应应增加一般不考虑活荷载载的最不利布置——活荷载满布此时，梁的跨中弯弯矩可根据具体情情况，乘以1.1~1.2的放大系数4.3.3内力组合在框架抗震设计时时，一般应考虑以以下两种基本组合合。（1）地震作用效应与与重力荷载代表值值效应的组合4.3.4框架结构构件截面面抗震验算框架抗震设计一般般原则：具有足够的承载能能力良好的变形能力合理的破坏机制------延性框架结构------应合理地设计梁、、柱构件和节点区区，防止构件过早早发生脆性破坏，，控制构件破坏先先后顺序------“强柱弱梁”、“强强剪弱弯”、“强强节点、强锚固””4.3.4.1框架梁截面抗震验验算框架梁抗震设计的的设计原则：“强柱弱梁”、““强剪弱弯”、““强锚固”1)、梁端先于柱端产生塑性铰，并使塑性铰具有有较好的延性和耗耗能能力2)、应防止梁端截面先发生脆性性的剪切破坏，即梁形成塑性铰铰后仍有足够的受受剪承载力；3)、妥善解决梁筋锚固问题4.3.4.1框架梁截面抗震验验算（1）正截面承载力验验算考虑地震作用组合合，正截面验算：：（2）斜截面承载力验验算1)计算梁端剪力设计计值为了避免梁在弯曲曲破坏前发生剪切切破坏，应按‘强强剪弱弯’的原则调整框架梁梁端部截面组合的的剪力设计值---------即应使构件的受剪承载力力大于构件弯曲屈服时实际达到的剪力值4.3.4.1框架梁截面抗震验验算一、二、三级框架架---梁在重力荷载代表值（9度时高层建筑还应包括竖向地震作用标准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计；--分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值;---梁的剪力增大系数，一级为1.3,二级为1.2,三级为1.1。---梁的净跨；4.3.4.1框架梁截面抗震验验算9度和一级级框架结构尚应应符合：：---分别为梁梁左、右右端逆时时针或顺顺时针方方向根据据实配钢筋筋面积(考虑受压压筋)和材料强强度标准准值计算的抗抗弯承载载力所对对应的弯弯值；4.3.4.1框架梁截截面抗震震验算2)梁截面尺尺寸限制制剪压比：：截面内平均剪剪应力与混凝凝土抗压强度度设计值之比，即：剪压比过大,混凝土会过早早发生斜压破破坏,箍筋不能充分分发挥作用,它对构件的变变形能力也有有显著影响。。因此应限制梁端截面面的剪压比：：跨高比大于于2.5跨高比等于于或小于2.54.3.4.1框架梁截面面抗震验算算3)斜截面承载载力验算试验表明：：在反复荷荷载作用下下，混凝土土的抗剪承承载力有所所下降矩形、T形和工字形形截面框架架梁对集中荷载载作用下的的框架梁4.3.4.2框架柱截面面抗震验算算框架柱抗震震设计的设设计原则：：“强柱弱梁梁”、“强强剪弱弯””1)避免或推迟柱端出现塑性铰以形成合理理的破坏机机制；2）在弯曲破破坏前不发发生剪切破破坏，使柱柱有足够的的抗剪能力力；3）控制柱的轴轴压比，以保证柱柱的延性4）加强约束束，配置必必要的约束箍筋。。4.3.4.2框架柱截面面抗震验算算（1）柱弯矩设设计值的调调整抗震规范规规定：一、二、三三级框架的梁柱节点点处，除顶层和柱轴轴压比小于于0.15者外，柱端端组合弯矩矩设计值应符合下列列公式要求求：---节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和;---节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；---柱端弯矩增大系数，一级为1.4,二级为1.2,三级为1.1。4.3.4.2框架柱截面面抗震验算算9度和一级框框架结构尚尚应符合：：---节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积（考虑受压筋）和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值之和；为了不使框架底层柱柱过早出现塑性铰，规范规定定：一、二、三级框框架底层柱底截面组合的弯矩设计值值应分别乘以增大系数1.5、1.25、1.15。4.3.4.2框架柱截面面抗震验算算（2）柱端剪力力设计值调调整9度和一级框框架结构尚应符符合：一、二、三三级框架柱柱---梁的剪力增大系数，一级为1.4,二级为1.2,三级为1.1。--分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值;---柱的净高；---分别为偏心受压柱的上、下端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值；4.3.4.2框架柱截面面抗震验算算（3）柱截面尺尺寸限制同梁，当剪剪压比较大大时，将降降低箍筋的的抗剪效果果，应限制制柱端截面面剪压比：：剪跨比大于于2时：剪跨比不大大于2时：剪跨比的表表达式：对框架结构构的中间层层可按柱净净高与2倍柱截面有有效高度之之比计算Mc为柱端截面面组合的弯弯矩设计值值，取上、、下端弯矩矩较大值4.3.4.2框架柱截面面抗震验算算（4）斜截面承承载力验算算偏压构件：：偏拉构件：：--计算剪跨比，当框架柱的反弯点在柱层高范围内时，可取λ＝Hn/2h0，当λ＞3时，取λ＝3；当λ＜1时，取λ＝14.4框架结构抗抗震构造措措施4.4.1框架梁（1）梁截面尺尺寸的要求求1)若梁宽高比过小，梁截面抗抗剪能力下下降，侧向向稳定性不不易保证，，不利于形形成梁铰型型破坏机制制2）梁宽度过小，不利于梁梁对节点核核心区的约约束3）梁净跨与截面高度之比过小，，易产生脆脆性的剪切切破坏，降降低梁的延延性截面尺寸的要求：梁宽≥200mm；梁梁宽宽/柱宽≥1/2粱的高宽比比≤4；粱粱净净跨/截面高≥44.4.1框架梁(2)梁内纵筋配配置考虑：梁端塑性铰的形成及其其转动能力（（延性）1）限制梁端端截面的纵纵向受拉钢钢筋最大配筋率率或相对受压压区高度；；2）配置适当当的受压钢筋具体，框架架梁的纵向向配筋应符符合下列要要求：a)梁端纵向受受拉钢筋的的配筋率不应大于2.5%；梁端截面最最大配筋率率应使梁端端截面的受压区相对对高度应满足：一级不应大大于0.25,二、三级不不应大于0.35;4.4.1框架梁b)梁端截面的的底面和顶顶面配筋量量的比值，，一级不应应小于0.5,二三级不应应小于0.3。c)沿梁全长顶面和底面面的配筋，一、二级级不应少于于2Φ14且分别不应应少于梁两两端顶面和和底面纵向向配筋中较较大截面面面积的1/4，三、四级级不应少于于2Φ12d)纵向受拉钢钢筋的最小配筋率率应符合规范范要求：抗震等级梁中位置支座跨中一、二级0.4和80ft/fy的最大值0.3和65ft/fy的最大值三、四级0.3和65ft/fy的最大值0.25和55ft/fy的最大值4.4.1框架梁e)梁内纵筋的的直径要求求：一、二级框框架梁内贯贯通中柱的的每根纵筋筋直径，不不宜大于柱柱在该方向向截面尺寸寸的1/20对圆形截面面柱，不宜宜大于纵筋筋所在位置置柱截面边边长的1/20（3）梁内纵筋筋的锚固和和连接试验表明：：在反复地地震作用下下，钢筋和和混凝土之之间的粘结结作用较单单调加载时时有所降低低，抗震设计时时的锚固和和连接应更更严格4.4.1框架梁a)纵筋最小锚锚固长度一、二级抗抗震等级：：三级抗震等等级：四级抗震等等级：b)纵筋的连接接一级抗震等等级：应采采用机械连连接接头二、三级抗抗震等级：：宜采用机机械连接接接头，也可可用焊接接接头或搭接接头头受力钢筋连连接接头位位置宜避开开梁端、柱柱端箍筋加加密区位于同一连连接区段内内的受力钢钢筋接头面面积百分率率不应超过过50％当采用搭接接连接时，，受力筋搭搭接长度：：4.4.1框架梁（4）梁内箍筋筋1)在梁端塑性性铰区范围围内必须设设置密封式式箍筋增加对混凝凝土的约束束；提高梁梁端塑性铰铰的变形能能力试验表明：：梁端塑性性铰分布范范围约为梁梁高的1.0～1.5倍2)箍筋间距应应加以限制制防止纵筋过过早压屈试验表明：：箍筋间距距小于6d~8d时，混凝土土压溃之前前受压钢筋筋一般不致致屈服3)箍筋未端应应做成135度弯钩，弯弯钩端头平平直段长度度不应小于于箍筋直径径的10倍，以保证证箍筋在混混凝土中的的锚固4.4.1框架柱（1）柱的截面面尺寸1）柱截面宽宽度和高度度均不宜小小于300mm，圆柱直径径不宜小于