多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计讲义.ppt

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1、第第5 5章章 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计5.1 5.1 震害及其分析震害及其分析1、多高层建筑的结构形式框架、抗震墙、框架抗震墙及筒体结构等结构体系框架：平面布置灵活、易于满足室内大空间要求；侧向刚度小、水平位移大。抗震墙：侧向刚度大，平面布置不灵活。框架抗震墙：抗侧刚度得到提高，可以获得较大使用空间。筒体：筒中筒结构、框筒结构、成束筒结构。空间刚度大、抗扭抗侧刚度大，平面布置也较灵活。2、震害及分析l平面布置不当刚心质心不重合，扭转效应明显，导致角柱严重破坏。l竖向不规则质量或刚度有过大突变，在薄弱层处产生过大塑性变形，甚至引起倒塌。如上刚下柔结构、填

2、充墙设置不当等。l防震缝处碰撞防震缝宽度不够或构造不当，导致两侧建筑发生碰撞。l框架柱长柱的破坏在上下两端，在压弯剪综合作用下，产生水平或交叉裂缝，严重的混凝土压溃、箍筋拉断、纵筋压屈外鼓；错层等不当布置产生短柱，短柱承担地震力大，易于发生脆性的剪切破坏角柱处于双偏压受力状态，受周边横梁约束小，加上扭转影响，其震害大于边柱和内柱。l框架梁震害发生在梁两端，破坏形式有弯曲、剪切和纵筋锚固破坏等。l节点节点核心区处于剪压复合受力状态，如果抗剪钢筋不足，在反复荷载作用下，易于发生剪切破坏。l抗震墙墙肢间的连梁由于剪跨比小易于发生剪切破坏，连梁失效降低墙肢间的连接，破坏整体性，降低承载力。墙肢的破坏主

3、要在底部的斜裂缝。l填充墙填充墙的刚度大，早期承担较大的地震剪力并很快出现裂缝，若与梁柱间没有可靠连接，容易倒塌伤人。5.2 5.2 抗震设计基本要求抗震设计基本要求1、不同结构体系房屋的适用高度 随着房屋高度的增加，在水平力作用下侧移迅速增加，而不同结构体系具有不同的抗侧刚度，因此，在多高层房屋结构方案设计时，需要选择合适的结构体系。“高层规程”对不同结构体系的最大适用高度和高宽比作出规定，其中A级高度针对当前应用最广泛的建筑类型，B级高度比A级高度有所放宽，但规定了更严格的计算和构造措施。2、钢筋混凝土房屋适用的高宽比 高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。在复杂体

4、型的高层建筑中，如何计算高宽比是比较难以确定的问题。一般场合，可按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比，但对突出建筑物平面很小的局部结构（如楼梯间、电梯间等），一般不应包含在计算宽度内；对于不宜采用最小投影宽度计算高宽比的情况，应由设计人员根据实际情况确定合理的计算方法；对带有裙房的高层建筑，当裙房的面积和刚度相对于其上部塔楼的面积和刚度较大时，计算高宽比的房屋高度和宽度可按裙房以上部分考虑。3、钢筋混凝土房屋的抗震等级抗震等级是根据国内外高层建筑震害、有关科研成果、工程设计经验而划分的。抗震设计的钢筋混凝土高层建筑结构，根据设防烈度、结构类型、房屋高度区分为不同的抗震等级，采用相应的计算和构造

5、措施，抗震等级的高低，体现了对结构抗震性能要求的严格程度。抗震等级从四到一级抗震要求逐渐提高，特殊要求时则提升至特一级，其计算和构造措施比一级更严格。建筑物的重要性越大、房屋越高、地震作用越大、对受力影响程度越大，抗震等级也就越高；同一结构中的不同部位（如框支抗震墙的底部）、同一结构形式在不同体系中所起的作用不同（如框架结构和框剪结构中的框架），抗震等级也要加以区别。“高层规程”规定的丙类建筑的抗震等级见下表。当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级，地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于

6、地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍；地下室中超出上部主楼范围且无上部结构的部分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。9度抗震设计时，地下室结构的抗震等级不应低于二级。与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；主楼结构在裙房顶部上、下各一层应适当加强抗震构造措施。框架抗震墙结构中，在基本烈度下，如果框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的50，则该部分已不能视作次要抗侧力部件，其抗震等级应按框架结构确定，最大使用高度可比框架结构适当提高。4、结构布置 l结构平面布置的基本原则是：抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面布置宜符合下列要求：1）平面宜简单、规则、对称

7、，减少偏心；2）平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大；3）不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。另外，应避免楼板遭到较大程度的削弱，否则应采取加强措施。抗震设计时，高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构不规则，不设防震缝。当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时，宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。刚度中刚度中心心质量中质量中心心防震缝最小宽度应符合下列要求：1）框架结构房屋，高度不超过15m的部分，可取70mm；超过15m的部分，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm；2）框架-剪力墙结构房屋可按第一项

8、规定数值的70采用，剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的50采用，但二者均不宜小于70mm。防震缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度应按不利的结构类型确定；防震缝两侧的房屋高度不同时，防震缝宽度应按较低的房屋高度确定；当相邻结构的基础存在较大沉降差时，宜增大防震缝的宽度；防震缝宜沿房屋全高设置；地下室、基础可不设防震缝，但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接；结构单元之间或主楼与裙房之间如无可靠措施，不应采用牛腿托梁的做法设置防震缝。抗震设计时，伸缩缝、沉降缝的宽度均应符合防震缝最小宽度的要求。注：1）框架-剪力墙的伸缩缝间距可根据结构的具体布置情况取表中框架结构与剪力墙结构之间的数值；2）当屋面无

9、保温或隔热措施、混凝土的收缩较大或室内结构因施工外露时间较长时，伸缩缝间距应适当减小；3）位于气候干燥地区、夏季炎热且暴雨频繁地区的结构，伸缩缝的间距宜适当减小。当采用下列构造措施和施工措施减少温度和混凝土收缩对结构的影响时，可适当放宽伸缩缝的间距。1）顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率；2）顶层加强保温隔热措施，外墙设置外保温层；3）每3040m间距留出施工后浇带，带宽8001000mm，钢筋采用搭接接头，后浇带混凝土宜在两个月后浇灌；4）顶部楼层改用刚度较小的结构形式或顶部设局部温度缝，将结构划分为长度较短的区段；5）采用收缩小的水泥、减少水泥用量、在混凝土中加

10、入适宜的外加剂；6)提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构。l结构的竖向布置，应使其质量沿高度均匀分布，避免突变，并应尽可能降低建筑物的重心，以利结构的整体稳定性。5、一般规定楼盖加强楼盖的整体性，合理确定抗震墙间距，保证楼盖有足够的刚度。框架结构应设计为双向抗侧力体系；梁柱中线的偏心不超过柱宽的1/4，否则，应进行具体分析并采取有效措施；非承重墙体优先采用轻质材料，并有可靠拉结；楼、电梯间及局部突出屋面应由框架承重，而非砌体墙承重。框剪结构抗震墙应沿主轴方向设置，与柱的偏心距不宜超过柱宽的1/4；应遵循均匀对称原则，宜布置在薄弱和应力集中严重部位，宜增加剪力墙片数量而减小每片墙的刚度。

11、基础宜采用筏基，必要时采用箱型基础以增强结构的整体性和稳定性；基础埋深应根据土质、烈度、建筑物的体形和高度等合理确定，一般可取房屋总高的1/181/15；地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下室不宜少于两层，顶板不宜有较大洞口，应能承受上部结构屈服超强及地下室自身的地震作用。框架结构设计的过程及内容：结构布置及构件截面尺寸确定计算简图荷载计算重力荷载代表值计算水平（地震）作用计算内力计算（竖向、水平向）内力组合截面强度计算变形验算构造措施等5.3 5.3 框架结构抗震计算框架结构抗震计算l水平地震作用的计算1、计算简图横向框架；纵向框架跨度，层高，荷载作用位置和大小2、水平地震作用的计算 采

12、用合适的计算方法，符合条件时可用底部剪力法 eqEkGFTtuT7.110.6 0.8T各楼层地震作用标准值EknjjiiiFHGHGF)1(顶层附加地震作用 EknnFF周期计算可采用顶点位移法非承重墙体影响系数水平最小地震剪力 niiiGV3、水平地震作用下框架内力计算反弯点法反弯点法适用条件：层数较少，梁柱线刚度比大于3。计算时，假定楼板刚性，梁刚度无穷大，梁端无转角，仅发生水平位移反弯点位置：上部 0.5h，底层2/3h内力计算步骤：层间剪力分配到柱计算柱弯矩根据节点平衡计算梁弯矩。jmiijijVdijdV12/12hidijijj层i根柱侧移刚度j层i根柱分配到的地震剪力jvjiv

13、2/*V,jijjihM上下上层j层i根柱弯矩3/*V11,1hMii上底层i根柱上端弯矩3/2*V11,1hMii下底层i根柱下端弯矩梁端弯矩)M(1,/,/,，下，上右左右左右左jjbjbjbjbjMiiiMD值法（改进反弯点法）考虑节点转动对反弯点法进行修正，包括抗侧刚度和反弯点位置的修正。影响抗侧刚度的因素有柱本身线刚度、上下梁线刚度、上下层柱的线刚度以及其它影响柱端约束的因素。计算步骤如下：计算各层柱的侧移刚度D 修正系数1312hEID 31 2cE IDhhEIkcc212cDkh柱线刚度影响柱两端约束的因素：结构总层数及该层所在位置；梁柱线刚度比；荷载形式；上、下层梁刚度；上、

14、下层柱刚度；上下层层高变化ckkkk221ckkkkkk24321kk2ckkk3ckkkk65kk25.0cK2K1KcK4K1K2K3K3KcK5KcK6K取值取值边柱边柱中柱中柱一般层一般层底层底层计算各柱分配剪力确定反弯点高度y查附表4.24.4确定 ijjijVDDVhyyyyy)(3210 计算柱端弯矩上端下端()cijMVhy上上cM下cMijVycijMVy下 梁端剪力 计算地震作用下柱轴力N lMMVrblbbbVlbMrbMbV计算梁端弯矩1k2k112(bcckMMMkk左上下）212(bcckMMMkk右上下）l竖向荷载作用下框架内力计算1、分层法和弯矩二次分配法分层法

15、（弯矩分配法）3层2层1层特点：底层 其它层柱线刚度 不变 0.9 传递系数 1/2 1/3将各层计算结果叠加。对于不平衡弯矩较大节点再分配一次（不再传递）。2、弯矩二次分配法过程：计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩）分配（第一次）和 传递同时进行再分配（第二次）。3、活载最不利布置当活荷载不太大时，活荷载不利布置对结构内力影响不大，可只按满布活荷载进行内力分析，以利手算。计算的跨中弯距偏小，视情况乘以1.11.2的系数。4、弯矩调幅考虑塑性内力重分布，可将梁端弯矩调幅，减小梁端弯矩。调整系数：现浇框架 0.80.9 装配整体式 0.70.8调幅后的跨中弯矩计算注意：只有竖向荷载作用下的梁端弯矩可

16、以调幅，水平荷载作用下的梁端弯矩不能调幅。l内力组合 通过内力计算，获得了在不同荷载作用下产生的构件内力标准值。根据可能出现的最不利情况进行构件的内力组合获得内力设计值，据此进行截面设计。一般应考虑两种组合：（1）地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合（2）非抗震组合，即竖向荷载效应与可变荷载效应的组合EhGESSS3.12.1 R/REQGSSS4.12.1 R/RE框架梁的内力组合梁端一般是地震作用组合时出现最不利内力；跨间则都有可能出现最不利内力。梁端负弯距设计值：M=-(1.2MGE+1.3MEhk)梁端正弯距设计值：M=1.3MEhkMGE梁端剪力设计值：V=1.2VGE+1.3VEhk跨间正弯距设计值应比较：+M=GMGk+QMQk 和+M=MEGEMGE、VGE重力荷载代表值作用下的梁端弯距和剪力MEhk、VEhk水平地震作用下的梁端弯距和剪力标准值MGk、MQk永久荷载、活荷载作用下的梁跨间最大正弯距标准值MEGE水平地震作用和重力荷载代表值共同作用下的梁跨间最大正弯距组合设计值MGEMEhkMGEMEhk用平衡求出RA 或RBqRxAGEAEhAAMMqxxRM22中