多層鋼筋混凝土框架結構抗震設計

第5章多層鋼筋混凝土框架結構抗震設計5.1震害及其分析5.2選型、結構布置和設計原則5.3鋼筋混凝土框架結構的抗震設計震害及其分析

5.1

震害的調查與分析提高抗震設計水平5.1.1結構布置不合理而產生的震害扭轉破壞m1、平面形狀不對稱2、剛度不對稱

ug(t)質心剛心薄弱層破壞底部框架結構的變形薄弱層破壞

彰化縣員林鎮(zhèn)邦富貴名門大樓座落在中山路惠明街口，為16層鋼筋混凝土集合住宅大樓。地震時其中一棟傾倒靠在呈L型平面大樓上，柱子間距7至10米。造成傾倒的原因是底層柱子數(shù)量少，間距太大。底部框架磚房薄弱層破壞伊茲米特市一樓房底層空曠，結構不合理，房屋整體傾斜，二樓成了一樓。薄弱層破壞13121110 9 8 7 6 5 4 3 2 1層13 11 9 7 6 5 3 14080

Δ(mm)120

1976年唐山大地震中，位于天津塘沽區(qū)的天津堿廠十三層蒸吸塔框架，該結構樓層屈服強度分布不均勻，造成6層和11層的彈塑性變形集中，導致6層以上全部倒塌。 右圖為該結構輸入 天津波的彈塑性分析結 果。薄弱層破壞應力集中結構豎向布置有突變時，突變處會出現(xiàn)應力集中引起的震害。防震縫處碰撞防震縫寬度不夠時，其兩側的單元在地震時會相互碰撞產生震害。整體破壞形形式5.1.2框架結構的的震害強梁弱柱型型強柱弱梁型型１．柱端彎彎剪（塑性性鉸）破壞壞２．柱身剪剪切破壞圖5-10、5-11圖5-12３．角柱破破壞彎彎，剪，，扭破壞４．短柱剪切破壞剛剛度度大、剪力力大（H/hc≤4)圖5-14５．柱牛腿腿破壞水水平力較大大原因：抗彎彎和抗剪承承載力不足足局部破壞形形式框架柱塑性鉸短柱角柱由于雙向受受彎、受剪剪,加上扭轉作作用，震害害比內柱重重?？蚣芰海?、梁端彎曲破壞２、梁端剪切破壞縱筋屈服箍筋不足梁筋錨固破破壞錨固長度不不夠，拔出出連接破壞施工質量差差節(jié)點（圖5-13）剪切破壞Vu不足、箍筋筋少、混凝凝土壓碎、、縱筋壓壓屈框架填充墻墻的震害震害：墻面斜斜裂縫、沿沿柱周邊開開裂、倒塌特點：“下重上輕”原因：二者之間間的變形不不協(xié)調，非非整體；墻體的受剪剪承載力低低、拉結不不緊。填充墻破壞壞的主要原原因是：墻墻體受剪承承載力低，變形能力小小，墻體與框架架缺乏有效的拉拉結，在往復變形時墻體體易發(fā)生剪切破破壞和散落。總結震害經驗，，結構設計應注注意：1、結構剛度分布布要均勻、規(guī)則則；2、構件要有足夠夠的承載力與延延性；3、重視構造設計計；4、保證施工質量量。5.2選型、結構布置置和設計原則1、房屋高度綜合考慮結構類類型、抗震性能能、地基條件和震害經經驗等因素，從從使用合理和經濟的角度出出發(fā)，來確定房屋的最大適用高度。5.2.1選型?303540板柱—抗震墻60?708010080100120120100130150140120150180全部落地部分框支框架-核心筒筒中筒抗震墻筒體9度25508度451007度551206度60130結構類型框架框架-抗震墻現(xiàn)澆鋼筋混凝土土房屋適用的最最大高度（m）1房屋高度指室外外地面至檐口獲獲屋面頂板的高高度（不計局部部突出）2框架-核心筒結構指周周邊稀柱框架與與核心筒組成的的結構3部分框支抗震墻墻結構指首層或或底部兩層框支支抗震墻結構4超過表內高度的的房屋，應進行行專門研究，采采取必要的加強強措施5平面和豎向均不不規(guī)則或IV類場地的結構，，適用最大高度度應適當降低（（20%）澆面層，疊合構構件3、加強樓蓋的整整體性。4、選取合適的填填充墻。5、選擇合理的的基礎形式。5.2.1選型2、優(yōu)先選用現(xiàn)澆澆式或裝配整體體式框架，且雙雙向剛接。5.2.2結構布置1、平立面布置宜宜規(guī)則對稱平面：盡量規(guī)則則圖5-18、表5-3立面：豎向剛度度均勻、最大高高寬比限值表5-4對于不規(guī)則結構構，適當降低房房屋高度，采用較為精確的內力力分析方法，按按較高抗震等級級采取抗震措施。結構類型6度7度8度9度框架、板柱-抗震墻4432框架—抗震墻5543筒體，抗震墻6654適用的房屋高寬寬比注：1.當有大底盤時，計算算高寬比的高度度從大底盤的頂頂部算起；2.超過表內高寬比比的體型復雜的的房屋，應進行行專門研究。2、柱網布置要簡簡單規(guī)整樓梯間盡量不放放在端頭，拐彎彎處。梁，柱中線宜重重和（e≤1/4hc）。3、填充墻布置要要上下、左右均均衡，優(yōu)先選用輕質材料。填充墻與框架柱柱之間宜脫開或或采用柔性連接4、砌體女兒墻中宜宜設構造柱，墻墻頂設壓頂，在人流出入入口與主體結構構錨固。設縫將不規(guī)則結結構劃為規(guī)則結結構足夠的縫寬。設防撞墻鋼筋混凝土框架架房屋的防震縫縫寬度，當高度度不超過15m時可采用70mm，超過15m時，6、7、8、9度相應每增加高高度5m、4m、3m、2m，宜加寬20mm。4.防震縫4.防震縫防震縫兩側結構構類型不同時，，按不利體系考考慮，并按低的房房屋高度計算縫縫寬。th框架框架-抗震墻抗撞墻8、9度設防的鋼筋混混凝土框架房屋屋防震縫兩側的的結構，當結構高高度、剛度或層層高相差較大時時，可在防震縫兩側房屋的的盡端設垂直于于防震縫的抗撞撞墻。層高不同高度、剛度相差差較大每一側的數(shù)量不不應少于兩道。。宜分別對稱布布置，墻肢的長度可不大于一一個柱距。內力應按考慮和和不考慮抗撞墻墻兩種情況進行行分析，按不利情況取值?？棺矇Φ亩酥秃涂蚣苓呏拷罱顟胤课萑吒呒用?。5.2.3材料混凝土強度等級級一級框架主體構構件不低于C30；構造柱、圈梁等等構件不低于C20。鋼筋強度等級受力筋：HRB335、HRB400箍筋：HPB235、HRB335、HRB400強屈比≥1.25fy實測/fyk≤1.3施工中替換鋼筋筋要遵循承載力力相等的原則5.2.4抗震等級確定抗震分析及及抗震措施的宏宏觀標準。根據(jù)設防烈度、房屋屋高度、結構類類型等因素確定。四個等級丙類建筑按表5-5確定烈度9高度（m)≤30>30≤30>30≤30>30≤25框架框架四三三二二一一劇場,體育館等大跨度公共建筑一框架高度（m)≤60>60≤60>60≤60>60≤50-框架四三三二二一一結構抗震墻一一一下表為丙類建筑筑抗震等級的劃劃分：現(xiàn)澆鋼筋混凝土土房屋的抗震等等級注：1.建筑場地為Ⅰ類時，除6度外可按表內降降低一度所對應應的抗震等級采取抗抗震構造措施，，但相應的計算算要求不應降低低；2.接近或等于高度度分界時，應允允許結合房屋不不規(guī)則程度及場場地、地基條件確確定抗震等級。。甲、乙、丁類建建筑應按抗震設設防標準中的抗抗震措施所要求的設防防烈度按上表確確定抗震等級。。抗震措施提高一度（9度適當提高）提高一度（9度適當提高）；小規(guī)模建建筑改變結構型式時可不不提高原設防烈度適當降低（6度不降）地震作用計算應高于本地區(qū)設設防烈度的要求，其值值按批準的安評結果確確定原設防烈度原設防烈度原設防烈度建筑的重要性重大建筑工程和和可能發(fā)生嚴重次生災害的的建筑地震時使用不能能中斷或需盡快恢復的建筑筑甲、乙、丁類以以外的一般建筑抗震次要的建筑筑建筑類別甲類乙類丙類丁類建筑物物重要要性分分類與與設防防標準準c≥ccccc1cc措施多層與與高層層建筑筑的地地下室室一層以以下根根據(jù)具具體情情況按按三級級或按按更低低等級級。9度時應專專門研研究。。裙房與與主樓樓的抗抗震等等級圖中c為抗震震等級級裙房頂頂部上上下各各一層應應提高高抗震震λ=M/(Vh0)5.2.5按抗剪剪要求求的截截面限限制條條件對于跨跨高比比大于于2.5的梁、、剪跨比比大于2的柱：：(0.20fcbh0)1γREV≤(0.15fcbh0)1γREV≤cc對于跨跨高比比不大大于2.5的梁、、剪跨比比不大于于2的柱：：對于框框架結結構的中間間層柱柱Hn2hλ≈5.3鋼筋混混凝土土框架架結構構的抗抗震設設計一般結結構在在縱橫橫兩個個主軸軸方向向進行行抗震震計算算框架柱柱的邊邊長一一般不不小于于300mm避免形形成短短柱采用柱柱下單單獨基基礎時時，某某些情情況需需要沿沿兩個個主軸方向向設置置基礎礎系梁梁在豎向向荷載載作用用下的的結構構內力力可以以調幅幅；現(xiàn)澆框架：：0.8~0.9；裝配配整體體式：：0.7~0.8地震作作用產生的的結構構內力力不能能調幅幅5.3.1框架結結構的的設計計要點點地震作作用及及框架架內力力的計計算一、水水平地地震作作用的的計算算1、用頂頂點位位移法法計算算基本本自振周期期：(s)ψT：0.6~0.72、用底底部剪剪力法法求水水平地地震作作用；；FEKFi3、求層層間地地震剪剪力Vi，并分配到每個個柱。。二、水平平地震震作用用下框框架內內力計計算反彎點點法D值法三、豎豎向荷荷載作作用下下框架架內力力計算算（分層層法））重力荷荷載代代表值值分層法法（彎彎矩分分配法法）；；梁上上的內內力可可進行行調幅。T1=1.7ψTuT∑D5.3.2地震作作用在在結構構各部部分的的分配配及內力計算算1、地震作用用在結構各各部分的分分配ikViVij=Dijmk=12、內力計算算反彎點法、、D值法5.3.3截面設計和和構造各種荷載作作用下結構構的內力內力組合控制截面的的最不利的的內力截面計算配筋和構造設計最不利組合合指截面配筋量較大大的組合，并非Smax。S1=1.2SGE+1.3SEh≤R/γRES2=1.2SG+1.4SQ≤R內力組合延性：指結構的的后期變形形能力。指標：Δu–Δy或Δu/Δy延性框架：在地震作用用效應下，，具有一定定的承載力力、剛度、、變形能力和耗耗能能力的的框架。延性框架的的設計措施施：強柱弱梁；；強剪弱彎；；強節(jié)點、強強錨固。延性框架的的概念地震作用效效應的調整整1、“強柱弱梁”一、二、三三級框架的的梁柱節(jié)點點處除框架架頂層和柱柱軸壓比小小于0.15者外，柱端端組合的彎彎矩設計值值應符合下下式要求：：9度和一級框框架結構，，尚應符合合：——節(jié)點左右截截面反時針針或順時針針方向按實實配鋼筋（（考慮C∑M=ηe∑Mb1.1.ηe=1.4、2、1c∑M=1.2∑Mbuabua∑M受壓鋼筋））正截面抗抗震受彎承承載力，所所對應的彎彎矩值之和，可根據(jù)實際配配筋面積和和材料強度度標準值確確定。一、二級框框架角柱調調整后的彎彎矩、剪力力設計值應應擴大1.3倍；1..1ηe=1.5、25、15對于底層柱柱下端截面面：1.1.2、“強剪弱彎”防止梁柱端端部在彎曲曲屈服前出出現(xiàn)剪切破破壞是抗震震概念設計的要求，，它意味著著構件的受受剪承載力力要大于構構件彎曲時實際達到到的剪力。。1）框架梁的的梁端截面面組合的剪剪力設計值值lrbbηvb=1.3、2、19度時和一級級框架尚應應符合:rbualbua+M)/ln+VGbV=1.1(M1.1.2）框架柱設設計剪力的的調整V=ηvc(Mct+Mcb)/Hnηvc=1.4、2、19度時和一級級框架結構構尚應符合合：bcuatcua)/Hn+MV=1.2(M配筋和構造造（1）截面尺寸寸限制條件件梁端截面的的混凝土受受壓區(qū)高度度x，當考慮受受壓鋼筋的的作用時，應應滿足：x≤0.25h0(一級）x≤0.35h0(二、三級））對于跨高比比大于2.5的梁、剪跨跨比大于2的柱：(0.20fcbh0)1γREV≤(0.15fcbh0)1γREV≤對于跨高比比不大于2.5的梁、剪跨跨比不大于于2的柱：γREλ+1γREλ+1（2）抗剪承載力力的折減(0.6Vc+Vs)Vb≤1γRE11.05[Asvsh0+0.056N]ftbh0+fyvVc≤梁受壓柱11.05[Asvsh0?0.2N]ftbh0+fyv受拉柱Vc≤構造要求1．框架梁1)普通框架梁梁截面寬度不不宜小于200mm；截面高寬寬比不宜大大于4；凈跨與截面高高度之比不不宜小于4。2)扁梁扁梁指梁截截面高度不不大于梁截截面寬度的的梁。扁梁寬度大大于柱寬時時，樓板應應采用現(xiàn)澆澆；梁中線線宜與柱中線重合；；扁梁宜雙雙向布置；；扁梁的的截面尺寸寸應符合：：bb≤2bc；bb≤bc+hb；hb≥16d式中：bc—柱截面寬度度，園形截截面取柱直直徑的0.8倍；bb，hb——分別為梁截面寬寬度和高度度；d——柱縱筋最大大直徑。扁梁的截面面高度應滿滿足撓度和和裂縫寬度度的有關規(guī)規(guī)定。hb連續(xù)筋不少少于2A'>0.5AA二級抗震框框架梁端的的配筋構造造As,<2.5%Min[hb/4,8d,100mm]14,且>AS/4h0弦長Asxd>10mmmm≥8Asx<弦長/20(圓形截面)ξ=x/h0≤0.35?加密區(qū)bcmax{1.5hb,500}ss連續(xù)筋不少少于214,且>AS'/4縱筋直徑<bc/20(矩形截面)'hbAs,<2.5%Min[hb/4,8d,100mm]縱筋直徑<bc/20(矩形截面)<弦長/20(圓形截面)d>10mm加密區(qū)bcAs'>0.5As連續(xù)筋不少少于2連續(xù)筋不少少于214,且>AS/414,且>AS'/4h0弦長一級抗震框框架梁端的的配筋構造造xξ=x/h0≤0.25?As抗震等級加密區(qū)長度(mm)

采用較大值箍筋最大間距(mm)

采用較小值箍筋小直徑(mm)一2hb,500Hb/4,6d,10010二1.5hb,500Hb/4,8d,1008三1.5hb,500Hb/4,8d,1508四1.5hb,500Hb/4,8d,1506抗震框架梁梁端箍筋加加密區(qū)的長長度、箍筋筋最大間距距和最小直直徑2、框架柱1）截面尺寸寸：截面寬度及及高度均不不宜小于300mm；圓柱直徑徑及多邊邊形的截截面內切切圓不宜宜小于350mm；剪跨比宜宜大于2；截面的長長邊與短短邊的邊邊長比不不宜大于于3；2）框架柱柱中線與與框架梁梁中線之之間的偏偏心距不不宜大于柱截截面寬度度的1/4。3）軸壓比比限值NfcAn=ξ=x/h0對稱配筋筋的壓彎構件fyAsf'yA'sNeηeiαfcbxN=α1fcbx=α1fcbξh0≈1.0fcAξ≈ξn=NfcA≤ξb為大偏壓>ξb為小偏壓壓結論軸壓比越越大，脆脆性越大大延性框架架需要控控制軸壓壓比在合合理的范范圍內一、二、、三級抗抗震框架架柱[n]分別為0.7、0.8、0.9；非抗震框框架柱的的[n]取為1.0。NfcA≤[n]n=4)柱的縱向向配筋（（矩形和和圓形截截面柱））①縱筋筋宜對稱稱配置；；②截面面大于400mm的柱，縱縱筋間距距不宜大大于200mm；③柱縱縱筋的最最小配筋筋率按規(guī)規(guī)范規(guī)定定采用，，每側不不小于0.2%，建造于于Ⅳ類場地上上較高的的高層建建筑（接接近適用用最大高度），，最小總配配筋率宜宜增加0.1；④柱總總配筋率率不大于于5%；⑤剪跨比比≤2的柱，每每側縱筋筋配筋率率不宜大大于1.2%；⑥邊柱、、角柱考考慮地震震作用組組合產生生拉力時，柱柱內縱筋筋總截面面積積計算值值應增加加30%；5)柱的箍筋筋加密范范圍及用用量柱端取截截面高度度（圓柱柱直徑）），柱凈凈高的1/6，和500mm三者的最最大值；；底層柱嵌嵌固部位位的箍筋筋加密范范圍不小小于柱凈凈高的1/3；當有剛性地面面時，除除柱端外外尚應取取剛性地地面上、下各各500mm；剪跨比不不大于2的柱和固固非結構墻的約約束形成成的凈高高與柱截面高度度之比不不大于4的柱，取取全高。。箍筋間間距不應應大于100mm。梁柱之之間偏心心較大，，宜取全全高；6)柱的最小小配箍特特征值入入V及體積配配箍率ρVfcfyvρV≥λV式中：ρV—體積配箍箍率為箍箍筋體積積與不包包括凈保保護層混混凝土體積的的比值。。計算復復合箍的的體積配配箍率，，應扣除除重疊部分的箍箍筋體積積；λv—最小配箍箍特征值值，按表5-10采用。對一~四級的框框架柱，，箍筋加加密區(qū)的的ρV分別不小小于0.8%、0.6%、0.4%、0.4%。7)柱非加密密區(qū)的配配筋要求求箍筋的體積配配筋率不宜小小于加密區(qū)配配筋率的50%；箍筋間距對一一、二級抗震震不應大于10d，對三、四級級不應大于15d；柱中縱筋總配配筋率超過3%時，箍筋應焊焊成封閉形式。8）常用的柱截截面箍筋類別別：①普通箍②復合箍③螺旋箍框架柱加密區(qū)區(qū)的箍筋最大大肢距：一級：二、三級：四級：200mmmax(250mm,20d)300mm5.3.4框架節(jié)點核心心區(qū)的設計設計原則：1、節(jié)點承載力力不低于其他他構件的承載載力；2、多遇地震時時，節(jié)點應在在彈性范圍內內工作；3、罕遇地震時時，應保證豎豎向荷載的傳傳遞；4、節(jié)點配筋不不應使施工困困難。1、破壞形態(tài)節(jié)點核心區(qū)的的主要破壞形式為剪剪切破壞；破壞特征：交交叉斜裂縫、混凝土土被壓碎、柱縱筋壓壓屈2、節(jié)點抗剪強強度和延性的的影響因素梁板對節(jié)點區(qū)區(qū)的約束作用用四邊有梁且?guī)КF(xiàn)澆樓板的的中節(jié)點抗剪剪強度約能提高50%。軸壓力的影響響軸壓比較小時時，N提高，V就提高；軸壓比大于0.6~0.8時，N提高，V就下降。軸壓力的存在在會使節(jié)點延延性降低。剪壓比和配箍箍率限制配箍率，，盡量保證縱縱筋先屈服，，通過限制水水平截面上的剪壓比比來實現(xiàn)。剪剪壓比不能大大于0.35。梁縱筋滑移在循環(huán)反復荷荷載作用下，，縱筋滑移會會降低節(jié)點的的抗剪強度、剛度、、延性、耗能能能力。限制縱筋直徑徑，保證錨固固長度，增強強錨固性能3、節(jié)點核心區(qū)區(qū)的抗震驗算算要求核心區(qū)混凝土土強度等級與與柱相同時，，一、二級框架節(jié)點應進進行抗震驗算算；三、四級級可不進行驗算，但應符符合構造要求求；三級框架架高度接近二級的下限時時應驗算。節(jié)點核心區(qū)混混凝土強度等等級不宜低于于柱，否則應進行正斜截截面承載力驗驗算。Mc+McMb+MbMcl+McuHn≈lrHn=4、節(jié)點核心區(qū)區(qū)抗震驗算方方法（1）節(jié)點剪力設設計值(fykAsb+fykAst)(hbo?as')Hn=柱剪力：btVc=Hn由節(jié)點平衡：：Vj=Cl+Tr?Vc=fykAsb+fykAst?Vc)HnVj=1.15fyk(A+A)stbtss規(guī)范規(guī)定：1）一級框架和和9度區(qū)：頂層節(jié)點：其他層節(jié)點：：Vj=1.15fyk(Ab+As)(1?)Hn2）其他情況：：頂層節(jié)點：Hn)hbo?as'Hn(1?Mbl+MbrHn其他層節(jié)點：Vj=ηb各抗震等級的頂層層端節(jié)點和三、四四級的所有節(jié)點，，可不進行抗剪計算算，僅按構造配箍箍筋就行。（2）節(jié)點受剪承載力的的設計要求1）、節(jié)點箍筋的設設置同框架柱端加加密區(qū)；2）、柱中的縱筋不不能在節(jié)點中截斷斷。Vj≤VjuAsvjsbjhjbchc(hbo?as')]+fyvVju=[1.1ηjftbjhj+0.05ηjN1γREAsvjs(hbo?as')]Vju=[0.9ηjftbjh