前章主要內(nèi)容的回顧,抗震計(jì)算原理,水平和豎向 地震作用的計(jì)算方法,振型分解法反應(yīng)譜法 底部剪力法 時(shí)程分析法(補(bǔ)充計(jì)算) 簡化法,抗震驗(yàn)算原則及方法,承載力 樓層剪力 彈性層間變形 彈塑性層間變形,第5章 多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),本章教學(xué)目標(biāo)與要求 1.熟悉多層及高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的震害特點(diǎn) 及原因。 2.理解和掌握多層及高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì) 的要求。 3.掌握鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法。 4.了解抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法，熟悉多層及高層鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施。,導(dǎo)入案例 1972年尼加拉瓜首都馬那瓜發(fā)生的地震中，有兩幢鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑，相隔不遠(yuǎn)，一幢是15層的中央銀行大廈，其結(jié)構(gòu)布置上下不連續(xù)、平面不對(duì)稱；另一幢是18層的美洲銀行大廈，其結(jié)構(gòu)布置均勻?qū)ΨQ。地震時(shí)前者發(fā)生了嚴(yán)重破壞，震后拆除；而后者只受輕微損壞，經(jīng)維修恢復(fù)使用。為什么兩幢混凝土結(jié)構(gòu)房屋會(huì)發(fā)生如此不同的破壞呢？ 我們可以通過本章的學(xué)習(xí)得到說明。,框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容,鋼筋混凝土建筑的震害特點(diǎn)及原因,鋼筋混凝土建筑的抗震概念設(shè)計(jì),抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法,抗震構(gòu)造措施,本章小節(jié),學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容,多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系包括： 框架結(jié)構(gòu)、框架-抗震墻結(jié)構(gòu)、抗震墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)和框架-筒體結(jié)構(gòu)等。,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。,框架-抗震墻結(jié)構(gòu)：在框架房屋中增加抗震墻構(gòu)成。,鋼筋混凝土框架房屋層數(shù)一般在十層以下。,抗震墻主要承受水平荷載，框架主要承受豎向荷載。,概述,5.1 震害特征及原因,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) （reinforced concrete structure）具有較好的抗震性能，地震時(shí)所遭受的破壞比砌體結(jié)構(gòu)的震害輕得多。但如果設(shè)計(jì)不合理、施工質(zhì)量不良，多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的震害。,從震害中汲取教訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn) 失敗是成功之母,馬那瓜美洲銀行大廈,馬那瓜中央銀行大廈,1結(jié)構(gòu)布置不合理產(chǎn)生的震害,（1）平面布置不當(dāng)產(chǎn)生的震害,震前,震后,馬那瓜中央銀行 結(jié)構(gòu)平面布置,框架,抗震墻,填充墻,馬那瓜美洲銀行結(jié)構(gòu)平面布置,在強(qiáng)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(qiáng)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。,天津堿廠輸入天津波的 彈塑性分析結(jié)果,（2）豎向不規(guī)則產(chǎn)生的震害(薄弱層),彰化縣員林鎮(zhèn)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,底層柱子間距7至10米。地震時(shí)傾倒的原因是底層柱子數(shù)量少，間距大。,2防震縫處碰撞,防震縫處碰撞破壞,防震縫寬度過小，地震時(shí)結(jié)構(gòu)相互碰撞造成震害。,3框架整體的震害,框架的整體破壞形式按破壞性質(zhì)可分為延性破壞和脆性破壞，按破壞機(jī)制可分為梁鉸機(jī)制(強(qiáng)柱弱梁型)和柱鉸機(jī)制(強(qiáng)梁弱柱型)。,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(qiáng)度降低等。,5框架柱的震害,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(diǎn)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。,2)柱底,與柱頂相似，由于箍筋較柱頂密，震害相對(duì)柱頂較輕。,3)短柱,當(dāng)柱凈高小于4倍柱截面高度（h/b4)或剪跨比不大于2時(shí),形成短柱。,短柱剛度大，易產(chǎn)生剪切破壞。,短柱,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。,角柱,6、梁柱節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)核心區(qū)產(chǎn)生對(duì)角方向的斜裂縫或交叉斜裂縫，混凝土剪碎剝落。節(jié)點(diǎn)內(nèi)箍筋很少或無箍筋時(shí)，柱縱向鋼筋壓曲外鼓。,節(jié)點(diǎn)破壞的主要原因是節(jié)點(diǎn)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。,節(jié)點(diǎn)破壞將導(dǎo)致梁柱失去相互之間的聯(lián)系。,梁柱節(jié)點(diǎn)破壞,7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，,填充墻 破壞,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(shí)墻體易發(fā)生剪切破壞和散落。,8抗震墻的震害,在強(qiáng)震作用下，抗震墻在反復(fù)荷載作用下形成x型剪切裂縫。,抗震墻破壞(交叉裂縫),9抗震墻中的連梁震害,在強(qiáng)震作用下還表現(xiàn)在連梁上，其跨度小，高度大形成深梁，在反復(fù)荷載作用下形成x型剪切裂縫，為剪切型脆性破壞，尤其是在房屋1/3高度處的連梁破壞更為明顯。,抗震墻破壞(交叉裂縫),震害中的重要啟示,抗震概念設(shè)計(jì)是非常重要的 重視局部的加強(qiáng)措施,問 題,何謂抗震概念設(shè)計(jì)？,5.2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)一般規(guī)定,一、 結(jié)構(gòu)體系的選擇及相關(guān)要求,框架結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是自重輕，地震作用小，但側(cè)向剛度較小，地震時(shí)水平位移較大，會(huì)造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。框架結(jié)構(gòu)適用于高度不很大的建筑。 抗震墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是自重大，側(cè)向剛度大，地震作用大。 框架-抗震墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是克服了純框架結(jié)構(gòu)剛度小和純抗震墻結(jié)構(gòu)自重大的缺點(diǎn)，發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)長處。具有抗側(cè)剛度較大，自重較輕，結(jié)構(gòu)的水平位移較小的優(yōu)點(diǎn)，抗震性能較好。此外，還有筒體結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)等。,我國高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（jgj3-2002）（以下簡稱高層規(guī)程）將鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)按房屋高度劃分為a級(jí)和b級(jí)兩個(gè)級(jí)別。規(guī)定了各自的最大適用高度和高寬比的限制，提出了不同的抗震設(shè)計(jì)要求。,a級(jí)高度的建筑是目前應(yīng)用最廣泛的建筑，b級(jí)高度的建筑的最大適用高度和高寬比可較a級(jí)適當(dāng)放寬，但其結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)、抗震計(jì)算及構(gòu)造措施等要求更加嚴(yán)格。參見相關(guān)表格。,表5-1 多層及a級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的最大適用高度,注：1)房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的電梯機(jī)房、水箱、構(gòu)架等高度。 2)表中框架不含異形柱框架結(jié)構(gòu)。 3)部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)指首層或底部兩層有部分框支抗震墻的抗震墻結(jié)構(gòu)。 4)房屋高度超過本表數(shù)值時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)有可靠依據(jù)，并采取有效措施。,平面和豎向均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)或建造于iv類場(chǎng)地的結(jié)構(gòu)，其最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低，降低的高度一般為20%左右。 當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的房屋高度超過最大適用高度時(shí)，應(yīng)通過專門研究，采取有效加強(qiáng)措施，必要時(shí)需采用型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等，并按建設(shè)部部長令的有關(guān)規(guī)定上報(bào)審批。,樓蓋在其平面內(nèi)的剛度應(yīng)足夠大，以使水平地震力能通過樓蓋進(jìn)行分配和傳遞。抗規(guī)規(guī)定，框架-抗震墻和板柱抗震墻結(jié)構(gòu)中，抗震墻之間無大洞口的樓、屋蓋的長寬比不宜超過表52的規(guī)定限值。,在確定結(jié)構(gòu)體系時(shí)還要考慮建筑物剛度與場(chǎng)地條件的關(guān)系，應(yīng)注意使房屋的自振周期與場(chǎng)地的特征周期tg錯(cuò)開，以減小地震作用。,表5-2 抗震墻之間樓屋蓋的最大長寬比寬比,抗震等級(jí)是多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。同一結(jié)構(gòu)體系，不同的抗震等級(jí)，具有不同的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算（抗彎、抗剪等）和構(gòu)造措施要求。,2、抗震等級(jí)的劃分*,為此，我國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和高層規(guī)程綜合考慮建筑重要性類別、設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型及房屋高度等因素，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)劃分了不同的抗震等級(jí)。表5-3，表5-4。,表5-3 多層及a級(jí)高度的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí),表5-4 b級(jí)高度的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí),裙房與主樓的等級(jí),裙房頂部上下各一層應(yīng)提高抗震措施,圖中c為抗震等級(jí),當(dāng)裙房與主樓相連時(shí)，除應(yīng)按裙房本身確定外，其抗震等級(jí)不應(yīng)低于主樓的抗震等級(jí)；當(dāng)裙房與主樓分離時(shí)（設(shè)有防震縫），應(yīng)按裙房本身確定抗震等級(jí)。,3、結(jié)構(gòu)布置,1結(jié)構(gòu)平面布置,（1）結(jié)構(gòu)平面布置宜簡單、規(guī)則、對(duì)稱、減小偏心，盡量避免平面不規(guī)則情況，使剛度和承載力分布均勻。,平面不規(guī)則的類型,（2） 對(duì)于10層和10層以上或高度大于28m屬于a級(jí)高度的高層鋼筋混凝土建筑，平面布置 如圖，限制見表5-5。,表5-5 、l的限值,2結(jié)構(gòu)豎向布置,（1）高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻；結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下連續(xù)貫通。,（2）結(jié)構(gòu)避免過大的外挑和內(nèi)收。,h1/ h0.2時(shí)， b1/ b0.75,b1/ b0.9，a4m,（3）結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度宜下大上小逐漸均勻變化，樓層側(cè)移剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)移剛度的70%或其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)移剛度平均值的80%。,應(yīng)避免,側(cè)移剛度沿豎向變化不均勻,表5-6 a級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的適用的最大高寬比,（4）為使結(jié)構(gòu)有較好的整體剛度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)高度h和寬度b的比值不宜超過下表的限值。,當(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(shí)，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）鋼筋混凝土框架房屋的防震縫寬度，當(dāng)高度不超過15m時(shí)可采用70mm，超過15m時(shí)，6、7、8、9度相應(yīng)每增加高度5m、4m、3m、2m，宜加寬20mm。,（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70%，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%且均不宜小于70mm。,（3）防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不 同時(shí)，按不利體系考慮， 并按低的房屋高度計(jì)算 縫寬。,3防震縫的設(shè)置,防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不同時(shí)，宜按需要較寬防震縫的結(jié)構(gòu)類型采用，并按較低房屋高度確定縫寬。,防震縫最小寬度要求,當(dāng)設(shè)防烈度為8度、9度時(shí)的框架結(jié)構(gòu)房屋防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)高度、剛度或?qū)痈呦嗖钶^大時(shí)，可在縫兩側(cè)房屋的盡端沿全高設(shè)置垂直于防震縫的抗撞墻，每側(cè)抗撞墻的數(shù)量不應(yīng)少于兩道，宜分別對(duì)稱布置，墻肢的長度可不大于一個(gè)柱距。,內(nèi)力應(yīng)按考慮和不考慮抗撞墻兩種情況進(jìn)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。,抗撞墻,4、結(jié)構(gòu)材料,（1）混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，框支梁、框支柱及抗震等級(jí)為一級(jí)的框架梁、柱、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，不應(yīng)低于c30；構(gòu)造柱、芯柱、圈梁及其他各類構(gòu)件不應(yīng)低于c20；8度、9度時(shí)分別不宜超過c70和c60。,（2）普通鋼筋宜優(yōu)先采用延性、韌性和可焊性較好的鋼筋；普通鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)，縱向受力鋼筋宜選用hrb400級(jí)和hrb335級(jí)熱軋鋼筋，箍筋宜選用hrb335、hrb400和hpb235級(jí)熱軋鋼筋。,（3）抗震等級(jí)為一、二級(jí)的框架結(jié)構(gòu)，其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時(shí)，鋼筋的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)小于1.25；且鋼筋的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于 1.3。,砌體墻應(yīng)采取措施減少其對(duì)主體結(jié)構(gòu)的不利影響，并應(yīng)設(shè)置拉結(jié)筋、水平系梁、圈梁、構(gòu)造柱等與主體結(jié)構(gòu)可靠拉結(jié)。,5、其他要求,剛性非承重墻體的布置，應(yīng)避免使結(jié)構(gòu)形成剛度和強(qiáng)度分布上的突變。墻體與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的拉結(jié)，應(yīng)能適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)不同方向的層間位移；8、9度時(shí)應(yīng)具有滿足層間變位的變形能力，與懸挑構(gòu)件相連時(shí)，尚應(yīng)具有滿足節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)引起的豎向變形的能力。,外墻板的連接件應(yīng)具有足夠的延性和適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)能力，并宜滿足在設(shè)防烈度下主體結(jié)構(gòu)層間變形的要求。,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中