第四章-多层和高层钢筋混凝土房屋抗震设计

1、第四章多层和高层钢筋混凝土建筑抗震设计，4.1概述，4.2抗震设计基本要求，4.3框架结构抗震计算，4.4框架结构抗震构造措施，教学目标和要求，1。掌握多层和高层钢筋混凝土结构的震害。2.掌握多层钢筋混凝土结构的选择、结构布置和设计原则。3.掌握钢筋混凝土框架结构的抗震设计和构造措施。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：具有由钢筋混凝土梁和柱组成的承重系统的房屋。钢筋混凝土框架房屋的层数一般在十层以下。特点：布局灵活，易于满足建筑空间大、侧向刚度小、水平位移大的要求，4.1概述、抗震墙、框架房屋、框架抗震墙、

2、结构方案不当造成的地震破坏(1)布局不当造成的地震破坏；建筑布局不规则；质心与刚度中心错位；扭转效应；严重破坏(尤其是角柱)；(2)竖向不规则造成的地震破坏；竖向质量或刚度突变；突变时的应力形成薄弱层-大塑性变形-结构破坏甚至倒塌。 地震破坏及其分析：(3)地震节理两侧结构单元的不同振动特性-不同的振动形式-地震节理宽度不足或结构不当-碰撞，建(4)场地影响引起的地震破坏。 建立在软地基上的高柔性建筑与Tg=T1共振，强度不高，但其破坏的例子很多。例如，在1976年委内瑞拉发生的6.5级地震中，位于距震中56公里的加拉加斯冲积遗址的四套10-12层钢筋混凝土框架结构公寓倒塌。1976年唐山发生

3、了7.8级地震。距离震中70公里的天津碱厂蒸发塔工程为55米高的框架结构，倒塌7层以上。(5)框架柱A的震害。柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或十字裂缝。在重的情况下，混凝土会被压碎和塌陷，柱子上的箍筋会被折断，纵向钢筋会弯曲成灯笼形状。塔底的损伤与塔顶相似。由于箍筋比柱顶密实，地震破坏比柱顶轻。B，柱的底部类似于柱的顶部。因为箍筋比柱的顶部密度大，所以地震破坏比柱的顶部轻。c、短柱，当柱高小于柱截面高度的4倍时形成(H/b4)。短柱具有高刚度，容易发生剪切破坏。d、角柱，由于双向弯曲、剪切和扭转，地震破坏比内柱重。(6)框架梁的损伤弯曲和剪切损伤，地震损伤多发生在梁端。地震作用下，梁端纵向钢筋屈服

4、，出现竖向裂缝和横向裂缝。(7)框架梁柱节点震害，节点核心区产生斜裂缝或横斜裂缝，混凝土被切断剥离。当节点中几乎没有或没有箍筋时，柱的纵向钢筋将会扣住外筒。(8)抗震墙的震害。在强震作用下，抗震墙的震害主要表现为墙肢间连梁的剪切破坏。主要原因是连梁跨度短、高度高，在反复荷载作用下形成深梁和X形剪切裂缝，属于剪切脆性破坏，尤其是连梁在建筑物1/3高度处的破坏更为明显。(9)填充墙的震害，砌体填充墙刚度大，承载力低，首先受地震破坏。裂缝一般出现在7度，在8度及以上地震的作用下，裂缝明显增加，甚至部分坍塌，顶部一般较轻，底部较重。4.2.1结构最大适用高度和最大高宽比的要求，抗震规范规定了框架结构和

5、框架抗震的适用最大高度不同类型的结构系统具有不同的抗侧刚度，适用于不同的房屋高度。1.房屋适用的最大高度。注意事项：1。房屋高度是指从室外地面到主屋面板顶部的高度(不包括部分突出的屋顶部分)；2.超过表中高度的房屋应进行专门研究和论证，并采取有效的加固措施；3.平面和垂直方向不规则的建筑物或建在类场地的建筑物的最大高度应适当降低(一般降低20%左右)。2。钢筋混凝土房屋的适用高宽比大于房屋的高宽比-地震引起的大倾覆力矩-基础转动大-上部结构横向移动大(影响结构整体稳定性)-大倾覆力矩-两侧柱轴力大-构件屈服破坏，4地震作用与强度和场地等有关。从经济角度来看，不同强度和场地的结构的抗震要求可能有

6、明显的差异。2.结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能；一级和二级抗侧力构件的抗震要求应不同。3.房子越高，地震响应越大，地震要求也越高。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、建筑高度、建筑类别、结构类型和构件在结构中的重要性，分为四个等级。注意事项：1。本表适用于c类建筑的地震等级分类；甲、乙、丁类建筑应当按照抗震设防标准中抗震措施要求的设防烈度确定其抗震等级。2.当施工场地为一类场地时，除6度外，可根据表中对应1度折减的地震等级采取抗震构造措施，但不应降低相应的计算要求；3.当接近或等于高度边界时，应允许根据房屋的不规则程度和场地及基础条件确定抗震等级。4.当

7、框架-抗震墙结构中有足够的抗震墙时，框架部分为次抗侧力构件，抗震等级可根据框架-抗震墙结构中的框架来确定。否则，根据框架结构确定坡度。判别标准是框架部分的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩的50%。5.与主体建筑相连的群体房屋的抗震等级不应低于主体建筑的抗震等级，在群体房屋的上下两层应适当加强主体建筑结构的抗震等级。结构布置是指结构平面上的柱和墙的布置以及楼板的传力方式。从抗震角度来看，最重要的是使结构平面的质心和刚度中心重合或尽可能靠近，以减小结构的扭转响应。结构的平面布局应简单、对称、规则。表4-4 L、L限值、4.2.3结构平面和竖向布置，高层建筑(8层及以上)平面中的L不宜过长(图

8、4-8)，突出部分的长度L应减小，凹角处应采取加强措施。在图4-8中，l、l和l的值应满足上表4-4的要求。图4-8建筑平面，2。该结构是垂直布置的，并且该结构应该尽可能均匀并且沿着垂直方向变化很小，使得该结构的刚度沿着垂直方向是均匀的。为了使结构具有更好的整体刚度和稳定性，结构的高度h和宽度b之比不应超过表5-4所列的限值，而房屋的最大高宽比适用于表4-2、3。当设置抗震缝且平面形状复杂时，建议用抗震缝将其划分为更规则、更简单的单元。但对于高层结构，应尽可能不设置接缝。当需要设置抗震缝时，其最小宽度应满足以下要求：(1)抗震缝宽度(4)当8度和9度框架结构房屋的抗震缝两侧的结构高度、刚度或层

9、高相差较大时，可在接缝两侧房屋端部沿全高设置垂直于抗震缝的防撞墙。每侧防撞墙的数量不应少于两个，并应分别对称布置，墙肢长度不应大于一个柱距。4.2.4一般抗震措施，(1)楼板-刚度要求楼板具有高刚度-它能满足水平地震作用传递和分布的要求-假设楼板的水平刚度是无限的，则要求抗震墙之间的最大距离：抗震墙之间没有大开口的建筑物和屋顶的长宽比应满足下列要求：当超过上述要求时，应计入楼板平面变形影响。(2)框架结构布局要求：承重框架应双向设置；不建议采用单跨框架。框架梁、柱的中心线应尽可能在同一平面内重合，其偏心距不应超过柱宽的1/4。楼梯和电梯不应设置在结构单元的两端和拐角处。框架结构不应沿高度突变；

10、局部突出屋顶的部分应采用框架支座。延性框架的设计应遵循“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点强锚固”等原则。合理考虑砌体填充墙的设置。防撞墙的布置。当设防烈度为8度和9度的钢筋混凝土框架房屋的抗震缝两侧结构的结构高度、刚度或层高相差较大时，可以在抗震缝两侧房屋的端部设置垂直于抗震缝的防撞墙。每边的数量不应少于两个。它们应分别对称布置，墙肢长度不应大于一柱距。内力应根据考虑和不考虑防撞墙两种情况进行分析，并根据不利情况取值。防撞墙的端柱和框架柱箍筋应沿房屋整个高度加密。(4)框架抗震墙1的布置要求。抗震墙布置的基本原则。框架-抗震墙结构中的抗震墙应沿主轴双向布置，贯穿房屋的整个高度，横向和纵向抗震

11、墙应作为翼墙连接，以提高其刚度和承载力。抗震墙的总体布置原则是“均匀、分散、对称、外围”。2.抗震墙布置位置的选择，一般应安排在竖向荷载大的地方、平面形状变化的地方、楼梯间、电梯等。当房屋很长时，纵向抗震墙不容易设置在末端开间。3。抗震墙和柱的中心线应该重叠。如果它们不能重叠，柱中心线和抗震墙中心线之间的偏心率不应大于柱宽的1/4。4.抗震墙应设置在墙面不需要开大洞的位置。打开孔时，应该上下对齐。抗震一、二级连墙件的洞口不应采用弱连梁。5.抗震墙的数量应适当增加，以避免每面墙的刚度过高。6.抗震墙应贯穿整个高度，垂直截面不应突然改变，以确保结构的垂直刚度基本一致。4.2.5结构材料：按抗震要求

12、设计的混凝土结构材料应符合下列要求：(1)抗震等级为一级的混凝土、框架梁、柱、节点核心区、框架梁、框架柱的强度等级不低于C30；构造柱、芯柱、圈梁等构件不得低于C20。此外，混凝土结构的强度等级在9度时不应超过C60，在8度时不应超过C70。(2)普通钢筋的强度等级，纵向受力钢筋应采用HRB335和HRB400热轧钢筋；4.3.1框架结构水平地震作用的计算一般包括：(1)结构动力特性分析，主要是确定结构的自振周期；(2)结构地震响应计算，包括地震荷载和结构在频繁烈度下的侧向位移；(3)结构内力分析和位移计算；(4)截面抗震设计等。地震作用的计算方法：振型分解反应谱法的底部剪力法，由于结构自振周

13、期，质量和刚度沿高度均匀分布的框架结构的顶点位移法，以及在每个质点上水平施加重力荷载代表值Gi的弹性法得到的结构顶点位移。考虑填充墙对结构刚度和质量影响的自振周期修正系数一般取0.6 0.8，4.3.1.2。结构首层层间剪力一般采用底部剪力法计算，结构各层最小层间剪力应满足以下要求：剪力系数，见表3.7，主要考虑长周期结构地震影响系数迅速减小。水平地震作用下计算的结构效应可能太小。1.反向弯曲法假设：a)框架梁的线性刚度相对于框架柱的线性刚度是无限的。在忽略柱的轴向变形的情况下，节点的转角为零。b)底柱的拐点为距基础顶面2/3柱的高度；其他列的拐点被视为列高的中点。(1)简化分析模型。研究内容

14、：风和地震对框架结构的水平作用一般可以简化为作用在框架节点上的水平集中力。水平地震作用下框架内力的4.3.1.3分析：(2)计算方法：在某一层的弯曲点处切割框架。根据几何条件(忽略梁的轴向变形)，a)计算柱剪力，根据平衡条件，有，c)由节点弯矩平衡条件计算不平衡弯矩，然后将其与节点左右梁的线性刚度一起分配。注：一般认为，当梁柱的线刚度比大于3时，满足上述基本假设。相反，如果比值小于3，则应使用D值法进行计算。当单位横向运动发生在杆的两端时，杆中的剪力称为横向刚度，其表示为。如果钢筋两端没有转角，则钢筋中的剪力为：横向刚度为：(2)。计算方法：a)计算柱剪力，逐层取分离体。用上述公式计算各柱的剪

15、力后，可根据各层的弯曲点位置计算出柱的上下端弯矩。底部的柱是：其余的柱是：b)计算柱末端的弯矩。2.常用方法D值法(1)计算每个柱的横向刚度(2)计算分配给每个柱的地震剪力(3)确定每个柱的弯曲点位置(4)计算每个柱末端的弯矩(5)计算每个梁末端的弯矩(6)计算每个梁末端的剪力(7)。(1)计算每根柱的横向刚度d，(2)计算每根柱分布的剪力，(3)确定拐点的高度y，(6)计算梁端的剪力，以及4.3.2计算框架在垂直荷载下的内力。计算方法为：(1)分层法(2)二次弯矩分配法。在竖向荷载作用下，可考虑塑性内力重分布，组装整体框架的调幅系数可为0.80.9，相应的中跨弯矩可为0.70.8，应适当增大。不考虑活载的最不利布置是。此时，梁的跨中弯矩可根据具体情况乘以1.11.2