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1震害及其分析選型、結構布置和設計原則鋼筋混凝土框架結構的抗震設計震5害.1及其分析2震害的調(diào)查與分析提高抗震設計水平5.1.1

結構布置不合理而產(chǎn)生的震害3m扭轉破壞1、平面形狀不對稱2、剛度不對稱ug

(t)質(zhì)心剛心薄弱層破壞4底部框架結構的變形薄弱層破壞5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6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。7薄弱層破壞131211810987654321層131197651Δ(mm)40

801201976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9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10防震縫寬度不夠時，其兩側的單元在地震時會相互碰撞產(chǎn)生震害。整體破壞形式115.1.2框架結構的震害強梁弱柱型強柱弱梁型框架柱１．柱端彎剪（塑性鉸）破壞

２．柱身剪切破壞12圖5-10、5-11圖5-12３．角柱破壞４．短柱剪切破壞彎，剪，扭破壞剛度大、剪力大（H

/

hc≤

4)圖5-14５．柱牛腿破壞水平力較大原因：抗彎和抗剪承載力不足局部破壞形式塑性鉸13短柱角柱由于雙向受彎、受剪,加上扭轉作用，震害比內(nèi)柱重。14框架梁１、梁端彎曲破壞２、梁端剪切破壞15縱筋屈服箍筋不足剪切破壞Vu不足、箍筋少、混凝土壓碎、縱筋壓屈梁筋錨固破壞錨固長度不夠，拔出連接破壞施工質(zhì)量差16節(jié)點（圖5-13）框架填充墻的震害17震害：墻面斜裂縫、沿柱周邊開裂、倒塌特點：“下重上輕”原因：二者之間的變形不協(xié)調(diào)，非整體；墻體的受剪承載力低、拉結不緊。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，在往復變形時墻體易發(fā)生剪切破壞和散落。18總結震害經(jīng)驗，結構設計應注意：1、結構剛度分布要均勻、規(guī)則；2、構件要有足夠的承載力與延性；3、重視構造設計；4、保證施工質(zhì)量。195.2

選型、結構布置和設計原則205.2.1

選型1、房屋高度綜合考慮結構類型、抗震性能、地基條件和震害經(jīng)驗等因素，從使用合理和經(jīng)濟的角度出發(fā)，來確定房屋的最大適用高度。板柱—抗震墻807080211001203010013015035部分框支120框架-核心筒150180筒中筒40抗震墻筒體框架6055452513012010050全部落構類型

6度

7度

8度

9度框架-抗震墻現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m）房屋高度指室外地面至檐口獲屋面頂板的高度（不計局部突出）框架-核心筒結構指周邊稀柱框架與核心筒組成的結構部分框支抗震墻結構指首層或底部兩層框支抗震墻結構超過表內(nèi)高度的房屋，應進行專門研究，采取必要的加強措施平面和豎向均不規(guī)則或IV類場地的結構，適用最大高度應適當降低（20%）2、優(yōu)先選用現(xiàn)澆式或裝配整體式框架，且雙向剛接。3、加強樓蓋的整體性。

澆面層，疊合構件4、選取合適的填充墻。5、選擇合理的基礎形式。225.2.1

選型5.2.223結構布置1、平立面布置宜規(guī)則對稱平面：盡量規(guī)則圖5-18、表5-3立面：豎向剛度均勻、最大高寬比限值表5-4對于不規(guī)則結構，適當降低房屋高度，采用較為精確的內(nèi)力分析方法，按較高抗震等級采取抗震措施。24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665425適用的房屋高寬比注：1.當有大底盤時，計算高寬比的高度從大底盤的頂部算起；2.超過表內(nèi)高寬比的體型復雜的房屋，應進行專門研究。2、柱網(wǎng)布置要簡單規(guī)整樓梯間盡量不放在端頭，拐彎處。梁，柱中線宜重和（e≤1/4hc）。3、填充墻布置要上下、左右均衡，優(yōu)先選用輕質(zhì)材料。填充墻與框架柱之間宜脫開或采用柔性連接4、砌體女兒墻中宜設構造柱，墻頂設壓頂，在人流出入口與主體結構錨固。26設縫將不規(guī)則結構劃為規(guī)則結構足夠的縫寬。設防撞墻鋼筋混凝土框架房屋的防震縫寬度，當高度不超過15m時可采用70mm，超過15m時，6、7、8、9度相應每增加高度5m、4m、3m、2m，宜加寬20mm。274.防震縫4.防震縫28防震縫兩側結構類型不同時，按不利體系考慮，并按低的房屋高度計算縫寬。h框架框架-抗震墻t抗撞墻298、9度設防的鋼筋混凝土框架房屋防震縫兩側的結構，當結構高度、剛度或層高相差較大時，可在防震縫兩側房屋的盡端設垂直于防震縫的抗撞墻。高度、剛度相差較大

層高不同每一側的數(shù)量不應少于兩道。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?？棺矇Φ亩酥涂蚣苓呏拷顟胤课萑呒用?。5.2.330材料混凝土強度等級一級框架主體構件不低于C30；構造柱、圈梁等構件不低于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施工中替換鋼筋要遵循承載力相等的原則5.2.4

抗震等級31確定抗震分析及抗震措施的宏觀標準。根據(jù)設防烈度、房屋高度、結構類型等因素確定。四個等級

丙類建筑按表5-5確定烈32度框架框架9高度（m)≤

30>30≤

30>30≤

30>30≤

25框架四三三二二——劇場,體育館等大跨度公共建筑—>60≤

60>60≤

60>60≤

50-框架結構

抗震墻高注度：（m1).建筑場地為Ⅰ類時，除6

≤60

可按表內(nèi)降低一度所對應的度外抗震等級采取抗四震構三造措施三，但相二應的計二算要求一不應一降低；2.接近或等于高度分界時，應允許結合房屋不規(guī)則一程度一及場一下表為丙類建筑抗震等級的劃分：現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋的抗震等級地、地基條件確定抗震等級。甲、乙、丁類建筑應按抗震設防標準中的抗震措施所要求的設防烈度按上表確定抗震等級。（9度適當提高）33提高一度（9度適當提高）；小規(guī)模建筑改變結構型式時可不提高原設防烈度適當降低（6度不降）地抗震震作措用施計算應高于本地區(qū)設防烈提高一度度的要求，其值按批準的安評結果確定原設防原設防原設防建筑的重要性重大建筑工程和可能發(fā)生嚴重次生災害的建筑盡快恢復的建筑甲、乙、丁類以外的一般建筑抗震次要的建筑建筑類別甲類乙地類震時使用不能中斷或需丙類丁類建筑物重要性分類與設防標準c34≥

cccc1ccc措施多層與高層建筑的地下室一層以下根據(jù)具體情況按三級或按更低等級。9度時應專門研究。裙房與主樓的抗震等級圖中c為抗震等級裙房頂部上下各一層應提高抗震5.2.5

按抗剪要求的截面限制條件對于跨高比大于2.5的梁、剪跨比大于2的柱：35(0.20

f

c

bh0

)1γ

REV

≤1γ

RE

(0.15

f

c

bh0

)V

≤λ

=

M

c/(V

ch0

)對于跨高比不大于2.5的梁、剪跨比不大于2的柱：對于框架結構的中間層柱λ

≈H

n2h5.3

鋼筋混凝土框架結構的抗震設計365.3.1

框架結構的設計要點一般結構在縱橫兩個主軸方向進行抗震計算框架柱的邊長一般不小于300mm避免形成短柱采用柱下單獨基礎時，某些情況需要沿兩個主軸方向設置基礎系梁在豎向荷載作用下的結構內(nèi)力可以調(diào)幅；現(xiàn)澆框架：0.8~0.9；裝配整體式：0.7~0.8地震作用產(chǎn)生的結構內(nèi)力不能調(diào)幅地震作用及框架內(nèi)力的計算37一、水平地震作用的計算1、用頂點位移法計算基本自振周期：(s)ψT：0.6~0.72、用底部剪力法求水平地震作用；FEK

Fi3、求層間地震剪力Vi

，并分配到每個柱。二、水平地震作用下框架內(nèi)力計算反彎點法

D值法三、豎向荷載作用下框架內(nèi)力計算（分層法）重力荷載代表值分層法（彎矩分配法）；梁上的內(nèi)力可進行調(diào)幅。T1

=

1.7ψ

T

uT5.3.2

地震作用在結構各部分的分配及內(nèi)力計算1、地震作用在結構各部分的分配38∑

DikViVij

=Dijmk

=12、內(nèi)力計算反彎點法、D值法5.3.3

截面設計和構造39各種荷載作用下結構的內(nèi)力內(nèi)力組合控制截面的最不利的內(nèi)力截面計算配筋和構造設計S1

=

1.2S

GE

+

1.3S

Eh

≤

R

/

γ

RE40S

2

=

1.2SG

+

1.4SQ

≤

R最不利組合指截面配筋量較大的組合，并非Smax。內(nèi)力組合延性：指結構的后期變形能力。指標：Δu–Δy或Δu/Δy延性框架：在地震作用效應下，具有一定的承載力、剛度、變形能力和耗能能力的框架。延性框架的設計措施：強柱弱梁；強剪弱彎；強節(jié)點、強錨固。41延性框架的概念地震作用效應的調(diào)整1、“強柱弱梁”一、二、三級框架的梁柱節(jié)點處除框架頂層和柱軸壓比42于0.15者外，柱端組合的彎矩設計值應符合下式∑

Mbua∑

Mc

=

1.2∑

M

bua——節(jié)點左右截面反時針或順時針方向按實配鋼筋（考慮受壓鋼筋）正截面抗震受彎承載力，所對應的彎矩值之和，可根據(jù)實際配筋面積和材料強度標準值確定。一、二級框架角柱調(diào)整后的彎矩、剪力設計值應擴大1.3倍；η

e

=1.41、.21、.1ηe

=1.5、1.25、.15∑

MC

=

ηe

∑

M

b對于底層柱下端截面：9度和一級框架結構，尚應符合：2、“強剪弱彎”防止梁柱端部在彎曲屈服前出現(xiàn)剪切破壞是抗震概念設計的要求，它意味著構件的受剪承載力要大于構件彎曲時實際達到的剪力。1）框架梁的梁端截面組合的剪力設計值43bl

rb1η.vb

1=.1.3、2、19度時和一級框架尚應符合:bua

)

/rln

+

VGbV

=

1.1(

Mbua

+

Ml2）框架柱設計剪力的調(diào)整44V

=

ηvc

(M

ct

+

M

cb

)

/

H

nηvc

=1.4、2、1.11.9度時和一級框架結構尚應符合：cua

+

Mt

cua

)

/bH

nV

=

1.2(M配筋和構造45（1）截面尺寸限制條件梁端截面的混凝土受壓區(qū)高度x，當考慮受壓鋼筋的作用時，應滿足：x

≤0.25h0

(一級）

x

≤0.35h0

(二對于跨高比大于2.5的梁、剪跨比大于2的柱：1γ

RE

(0.20

f

c

bh0

)V

≤1γ

RE

(0.15

f

c

bh0

)V

≤對于跨高比不大于2.5的梁、剪跨比不大于2的柱：（2）抗剪承載力的折減46Vc

+Vs

)Vb

≤

(0.61γ

RE1.05[Asvsh0

+

0.056N

]ft

bh0

+

f

yvVc

≤

1γ

RE

λ

+1梁受壓柱1γ

RE

λ

+

1[Asvsh0

?

0.2

N

]1.05

ft

bh0

+

f

yv受拉柱Vc

≤構造要求47框架梁普通框架梁截面寬度不宜小于200mm；截面高寬比不宜大于4；凈跨與截面高度之比不宜小于4。扁梁扁梁指梁截面高度不大于梁截面寬度的梁。扁梁寬度大于柱寬時，樓板應采用現(xiàn)澆；梁中線宜與柱中線重合；扁梁宜雙向布置；扁梁的截面尺寸應符合：bb≤2bc；bb≤bc+hb；hb≥16d式中：bc—柱截面寬度，園形截面取柱直徑的0.8倍；bb，hb——分別為梁截面寬度和高度；d——柱縱筋最大直徑。扁梁的截面高度應滿足撓度和裂縫寬度的有關規(guī)定。hb二級抗震框架梁端的配筋構造As,

<2.5%Min[hb/4,8d,100mm]14,且>AS/4h0弦長連續(xù)筋不少x

于2d>10mmmm≥

8xξ

=

x

/

h0

≤

0.35?As加密區(qū)

bcmax{1.5hb

,

500}<弦長/20(圓形截面)連續(xù)筋不少于2

14,且>AS"/4縱筋直徑<bc/20(矩形截面)"

A">0.5AAs

s48hb49As,

<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)筋不少于214,且>AS/4連續(xù)筋不少于2

14,且>AS"/4h0弦長一級抗震框架梁端的配筋構造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)—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,150650抗震框架梁端箍筋加密區(qū)的長度、箍筋最大間距和最小直徑2、框架柱51截面尺寸：截面寬度及高度均不宜小于300mm；圓柱直徑及多邊形的截面內(nèi)切圓不宜小于350mm；剪跨比宜大于2；截面的長邊與短邊的邊長比不宜大于3；框架柱中線與框架梁中線之間的偏心距不宜 大于柱截面寬度的1/4。3）軸壓比限值Nf

c

An

=ξ

=

x

/

h0對稱配筋的壓彎構件52fyAsf"yA"sNeηeiαfcbxN

=

α1

f

c

bx

=

α1

f

c

bξh0≈

1.0

f

c

Aξξn

=≈N

f

c

A≤ξb為大偏壓>ξ

b為小偏壓結論53軸壓比越大，脆性越大延性框架需要控制軸壓比在合理的范圍內(nèi)一、二、三級抗震框架柱[n]分別為

0.7、0.8、0.9；非抗震框架柱的[n]取為1.0。fc

An

=

≤N[n]4)柱的縱向配筋（矩形和圓形截面柱）54①縱筋宜對稱配置；②截面大于400mm的柱，縱筋間距不宜大于200mm；③柱縱筋的最小配筋率按規(guī)范規(guī)定采用，每側不小于0.2%，建造于Ⅳ類場地上較高的高層建筑（接近適用最大高度），最小總配筋率宜增加0.1；④柱總配筋率不大于5%；⑤剪跨比≤2的柱，每側縱筋配筋率不宜大于1.2%；⑥邊柱、角柱考慮地震作用組合產(chǎn)生拉力時，柱內(nèi)縱筋總截面面積計算值應增加30%；555)柱的箍筋加密范圍及用量56柱端取截面高度（圓柱直徑），柱凈高的1/6，和500mm三者的最大值；底層柱嵌固部位的箍筋加密范圍不小于柱凈高的1/3；當有剛性地面時，除柱端外尚應取剛性地面上、下各500mm；剪跨比不大于2的柱和固非結構墻的約束形成的凈高與柱截面高度之比不大于4的柱，取全高。箍筋間距不應大于100mm。梁柱之間偏心較大，宜取全高；6)柱的最小配箍特征值入V及體積配箍率ρV57ρV

≥

λV

f

cf

yv式中：ρV—體積配箍率為箍筋體積與不包括凈保護層混凝土體積的比值。計算復合箍的體積配箍率，應扣除重部分的箍筋體積；λv—最小配箍特征值，按表5-10采用。對一~四級的框架柱，箍筋加密區(qū)的ρV分別不小0.8%、0.6%、0.4%、0.4%。587)柱非加密區(qū)的配筋要求59箍筋的體積配筋率不宜小于加密區(qū)配筋率的50%；箍筋間距對一、二級抗震不應大于10d，對三、四級不應大于15d；柱中縱筋總配筋率超過3%時，箍筋應焊成封閉形式。8）常用的柱截面箍筋類別：60①普通箍②復合箍③螺旋箍61框架柱加密區(qū)的箍筋最大肢距：一級：二、三級：四級：200mmmax(250mm,20d)300mm5.3.4

框架節(jié)點核心區(qū)的設計62設計原則：1、節(jié)點承載力不低于其他構件的承載力；2、多遇地震時，節(jié)點應在彈性范圍內(nèi)工作；3、罕遇地震時，應保證豎向荷載的傳遞；4、節(jié)點配筋不應使施工困難。1、破壞形態(tài)63節(jié)點核心區(qū)的主要破壞形式為剪切破壞；破壞特征：交叉斜裂縫、混凝土被壓碎、柱縱筋壓屈2、節(jié)點抗剪強度和延性的影響因素64梁板對節(jié)點區(qū)的約束作用四邊有梁且?guī)КF(xiàn)澆樓板的中節(jié)點抗剪強度約能提高50%。軸壓力的影響軸壓比較小時，N提高，V就提高；軸壓比大于0.6~0.8時，N提高，V就下降。軸壓力的存在會使節(jié)點延性降低。剪壓比和配箍率限制配箍率，盡量保證縱筋先屈服，通過限制水平截面上的剪壓比來實現(xiàn)。剪壓比不能大于0.35。梁縱筋滑移65在循環(huán)反復荷載作用下，縱筋滑移會降低節(jié)點的抗剪強度、剛度、延性、耗能能力。限制縱筋直徑，保證錨固長度，增強錨固性能3、節(jié)點核心區(qū)的抗震驗算要求66核心區(qū)混凝土強度等級與柱相同時，一、二級框架節(jié)點應進行抗震驗算；三、四級可不進行驗算，但應符合構造要求；三級框架高度接近二級的下限時應驗算。節(jié)點核心區(qū)混凝土強度等級不宜低于柱，否則應進行正斜截面承載力驗算。M

c

+

M

c67H

n≈M

l

rb

+

M

bH

n=4

、節(jié)點核心區(qū)抗震驗算方法(

f

yk

Asb

+

f

yk

Ast

)(hbo

?

as"

)H

n=（1）節(jié)點剪力設計值柱剪力：M

cl

+b

M

cutVc

=H

n由節(jié)點平衡：V

j

=

C

l

+

T

r

?

Vc

=

f

yk

Asb

+

f

yk

Ast

?

Vc)H

nt68規(guī)范規(guī)定：1）一級框架和9度區(qū)：頂層節(jié)點：V

j

=1.15

f

yk

(s

A

+sAb

)Ab

+

As

)(1?其他層節(jié)點：Vj

=1.15s

f

yk

(tHn2）其他情況：頂層節(jié)點：H

n))(1

?hbo

?

as"M

bl

+

M

brH

n

H

n其他層節(jié)點：V

j

=ηb各抗震等級的頂層端節(jié)點和三、四級的所有節(jié)點，可不進行抗剪計算，僅按構造配箍筋就行。（2）節(jié)點受剪承載力的設計要求69、節(jié)點箍筋的設置同框架柱端加密區(qū)；、柱中的縱筋不能在節(jié)點中截斷。V

j

≤

V

juAsvjsb

j

h

jbc

hc(hbo

?

as"

)]+

f

yvV

ju

=[1.

ηj

ft

b

j

h

j

+

0.05η

j

N1γ

REAsvjs(hbo

?

as"

)]V

ju

=

[0.9η

j

ft

b

j

h

j

+

f

yv