第十二章鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

第十二章鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計概述鋼筋混凝土框架房屋：鋼筋混凝土縱梁、橫梁和柱等構(gòu)件組成承重體系的房屋。鋼筋混凝土框架房屋層數(shù)一般在十層以下?？蚣芊课菀?、結(jié)構(gòu)層間屈服強度有明顯的薄弱樓層12.1震害及其分析12345678910111213(mm)層13567911134080120在強烈地震作用下，結(jié)構(gòu)的薄弱樓層率先屈服、發(fā)展彈塑性變形，并形成彈塑性變形集中的現(xiàn)象，不能發(fā)揮整體的抗震能力。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(jié)構(gòu)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(dǎo)致6層以上全部倒塌。右圖為該結(jié)構(gòu)輸入天津波的彈塑性分析結(jié)果。二、框架梁、柱的震害梁柱變形能力不足，構(gòu)件過早發(fā)生破壞。一般是梁輕柱重，柱頂重于柱底，尤其是角柱和邊柱更易發(fā)生破壞。1、柱頂柱頂周圍有水平裂縫、斜裂縫或交叉裂縫。重者混凝土壓碎崩落，柱內(nèi)箍筋拉斷，縱筋壓曲成燈籠狀。主要原因：節(jié)點處彎矩、剪力、軸力都較大，受力復(fù)雜，箍筋配置不足，錨固不好等。破壞不易修復(fù)。2、柱底與柱頂相似，由于箍筋較柱頂密，震害相對柱頂較輕。3、短柱當(dāng)柱高小于4倍柱截面高度（H/b<4)時形成短柱。短柱剛度大，易產(chǎn)生剪切破壞。4、角柱由于雙向受彎、受剪,加上扭轉(zhuǎn)作用，震害比內(nèi)柱重。5、梁柱節(jié)點節(jié)點核心區(qū)產(chǎn)生對角方向的斜裂縫或交叉斜裂縫，混凝土剪碎剝落。節(jié)點內(nèi)箍筋很少或無箍筋時，柱縱向鋼筋壓曲外鼓。節(jié)點破壞的主要原因是節(jié)點的受剪承載力不足，約束箍筋太少，梁筋錨固長度不夠以及施工質(zhì)量差所引起。6、框架梁震害多發(fā)生于梁端。在地震作用下梁端縱向鋼筋屈服，出現(xiàn)上下貫通的垂直裂縫和交叉裂縫。破壞的主要原因是梁端屈服后產(chǎn)生的剪力較大，超過了梁的受剪承載力，梁內(nèi)箍筋配置較稀，以及反復(fù)荷載作用下混凝土抗剪強度降低等。節(jié)點破壞將導(dǎo)致梁柱失去相互之間的聯(lián)系。三、填充墻的震害砌體填充墻剛度大而承載力低，首先承受地震作用而遭破壞。一般7度即出現(xiàn)裂縫，8度和8度以上地震作用下，裂縫明顯增加，甚至部分倒塌，一般是上輕下重，空心砌體墻重于實心砌體墻，砌快墻重于磚墻?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)上部較嚴(yán)重，框架結(jié)構(gòu)下部震害嚴(yán)重。填充墻破壞的主要原因是：墻體受剪承載力低，變形能力小，墻體與框架缺乏有效的拉結(jié)，在往復(fù)變形時墻體易發(fā)生剪切破壞和散落。四、防震縫的震害防震縫寬度過小，地震時結(jié)構(gòu)相互碰撞造成震害。總結(jié)以上震害調(diào)查結(jié)果，除注意場地和地基因素外，從結(jié)構(gòu)上主要應(yīng)注意：1）結(jié)構(gòu)的剛度在平面上和沿豎向的分布要規(guī)則、均勻；2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件要有足夠的承載力和延性；3）重視構(gòu)造，加強對混凝土的約束，防止剪切、錨固等脆性破壞；4）保證施工質(zhì)量。12.2結(jié)構(gòu)選型一、房屋的適用最大高度《抗震規(guī)范》規(guī)定：乙、丙和丁類建筑的框架結(jié)構(gòu)和框架-抗震墻結(jié)構(gòu)適用的最大高度應(yīng)不超過下表的規(guī)定。甲類建筑適用的最大高度應(yīng)專門研究。50100120130框架-抗震墻結(jié)構(gòu)25455560框架結(jié)構(gòu)9876結(jié)構(gòu)類型烈度現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m)注：1.房屋高度指室外地面到主要屋面板板頂?shù)母叨龋ú话ň植客怀鑫蓓敳糠郑?.超過表內(nèi)高度的房屋，應(yīng)進行專門研究和論證，采取有效的加強措施；3.平面和豎向均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)或建造在Ⅳ場地的構(gòu)，使用的最大高度應(yīng)適當(dāng)降低（一般降低20%左右）。二、結(jié)構(gòu)的抗震等級地震作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)有下列特點：1、地震作用越大，房屋的抗震要求越高；2、結(jié)構(gòu)的抗震能力主要取決于主要抗側(cè)力構(gòu)件的性能；3、房屋越高，地震反應(yīng)越大，抗震要求越高。地震作用與烈度、場地等有關(guān)，從經(jīng)濟角度考慮，對不同烈度、場地的結(jié)構(gòu)的抗震要求可以有明顯的差別。主、次抗側(cè)力構(gòu)件的抗震要求應(yīng)有差別?？拐鸬燃壥谴_定結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震計算和抗震措施的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)防烈度、房屋高度、建筑類別、結(jié)構(gòu)類型及構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的重要程度確定，共分四個等級，一級最高。下表為丙類建筑抗震等級的劃分：一一一抗震墻一一二二三三四框架≤50>60≤60>60≤60>60≤60高度（m)一劇場,體育館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-抗震墻結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型烈度6879三二一三二現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋的抗震等級注：1.建筑場地為Ⅰ類時，除6度外可按表內(nèi)降低一度所對應(yīng)的抗震等級采取抗震構(gòu)造措施，但相應(yīng)的計算要求不應(yīng)降低；2.接近或等于高度分界時，應(yīng)允許結(jié)合房屋不規(guī)則程度及場地、地基條件確定抗震等級。甲、乙、丁類建筑應(yīng)按抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)中的抗震措施所要求的設(shè)防烈度按上表確定抗震等級。12.3結(jié)構(gòu)布置原則一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計特點使用階段或在常遇地震作用時，結(jié)構(gòu)在彈性范圍工作；在基本烈度地震作用時,結(jié)構(gòu)在彈塑性范圍工作;在罕遇烈度地震作用時,結(jié)構(gòu)亦在彈塑性范圍工作;程度不同二、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計1.設(shè)置多道抗震防線；2.合理控制結(jié)構(gòu)的彈塑區(qū)部位；1）結(jié)構(gòu)有較好的塑性內(nèi)力重分布能力；2）結(jié)構(gòu)有較寬的約束屈服范圍及極限變形；3）局部破壞不致導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)失效及具有易于修復(fù)的可能性。3.加強結(jié)構(gòu)的整體性和構(gòu)件間的連接；4.抗側(cè)力構(gòu)件的剛度、強度、延性應(yīng)有適當(dāng)?shù)膶?yīng)關(guān)系；5.上部結(jié)構(gòu)應(yīng)與地基條件適應(yīng)。三、建筑結(jié)構(gòu)布置宜規(guī)則（平面、立面）四、合理設(shè)計結(jié)構(gòu)破壞機制為了充分發(fā)揮整個結(jié)構(gòu)的抗震能力，較合理的地震破壞機制應(yīng)為節(jié)點基本不破壞，梁比柱的屈服能早發(fā)生、多發(fā)生；同一層中，各柱兩端屈服歷程越長越好；底層柱底的塑性鉸宜最晚發(fā)生。梁柱端的塑性鉸出現(xiàn)得盡可能分散。1、雙向設(shè)置鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)2、“強柱弱梁”3、“強節(jié)點弱構(gòu)件”五、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性（在極限破壞前不發(fā)生明顯的脆性破壞）主要抗側(cè)力的鋼筋混凝土構(gòu)件的極限破壞應(yīng)以構(gòu)件彎曲時主筋受拉屈服破壞為主，應(yīng)避免變形性能差的混凝土首先壓潰或剪切破壞，以及鋼筋錨固失效和粘接破壞。延性破壞和脆性破壞兩者的變形性能差別很大，與其相關(guān)的因素有：抗剪和抗彎承載力之比、剪跨比、剪壓比、軸壓比、主筋率、配筋率、箍筋形式、混凝土和鋼筋材料、鋼筋連接和錨固方式等。規(guī)范中許多規(guī)定都屬于這方面的要求?！皬娂羧鯊潯碑?dāng)建筑平面過長、結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)體系不同、高度和剛度相差過大以及各結(jié)構(gòu)單元的地基條件有較大差異時，應(yīng)考慮設(shè)防震縫。其最小寬度應(yīng)符合下面要求：高層建筑宜選用合理的建筑結(jié)構(gòu)方案，不設(shè)防震縫。1、防震縫（1）鋼筋混凝土框架房屋的防震縫寬度，當(dāng)高度不超過15m時可采用70mm，超過15m時，6、7、8、9度相應(yīng)每增加高度5m、4m、3m、2m，宜加寬20mm。六、防震縫與抗撞墻（2）框架-抗震墻結(jié)構(gòu)房屋的防震縫寬度可采用框架規(guī)定數(shù)值的50%，且不宜小于70mm。（3）防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不同時，按不利體系考慮，并按低的房屋高度計算縫寬。th框架框架-抗震墻8、9度設(shè)防的鋼筋混凝土框架房屋防震縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)結(jié)構(gòu)高度、剛度或?qū)痈呦嗖钶^大時，可在防震縫兩側(cè)房屋的盡端設(shè)垂直于防震縫的抗撞墻。2、抗撞墻層高不同高度、剛度相差較大每一側(cè)的數(shù)量不應(yīng)少于兩道。宜分別對稱布置，墻肢的長度可不大于一個柱距。內(nèi)力應(yīng)按考慮和不考慮抗撞墻兩種情況進行分析，按不利情況取值。抗撞墻的端柱和框架邊柱箍筋應(yīng)沿房屋全高加密。1）平面或樓層有局部薄弱環(huán)節(jié)，不能發(fā)揮整體抗震能力。一、震壞房屋在設(shè)計上存在的問題2）梁柱變形能力不足，構(gòu)件過早破壞；3）梁柱節(jié)點箍筋不足，節(jié)點受震破壞，梁柱失去了相互之間的聯(lián)系；4）砌體添充墻破壞；5）其他。12.4鋼筋混凝土框架的抗震設(shè)計1）框架塑性效應(yīng)較多地發(fā)生在梁端，底層柱的塑性效應(yīng)