1、 結 構 抗 震劉君陽2016年3月課程性質：必修課課程學時：24學時授課班級：2013級土木工程 第 10 講4.1 概述4.2 抗震設計的一般要求4.3 框架內力與位移計算第四章 多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設計4.4 鋼筋混凝土框架結構構件設計4.5 抗震結構的基本抗震構造措施4.6 框架-抗震墻結構抗震構造措施4.7 多層框架結構抗震設計 4.4 鋼筋混凝土框架結構構件設計1框架梁截面設計2框架柱截面設計3框架節點抗震設計框架結構抗震設計的正確指導思想：1. 框架塑性效應較多地發生在梁端，底層柱的塑性效應較晚形成；強柱弱梁2. 梁柱在彎曲破壞前，避免發生其它形式破壞（剪切、粘結破壞等）

2、；強剪弱彎3. 在梁、柱破壞之前，節點應有足夠的強度即變形能力；強節點弱構件4. 妥善解決梁、柱鋼筋錨固問題；5. 重視非結構構件設計。強錨固1框架梁截面設計框架結構的合理屈服機制是在梁上出現塑性鉸。對框架梁端抗震設計的基本要求：（1）梁形成塑性鉸后仍有足夠的受剪承載力（2）梁筋屈服后，塑性鉸區段應有較好的延性和耗能能力（3）妥善地解決梁筋錨固問題強剪弱彎強錨固設計步驟：（1）框架梁抗剪承載力驗算（2）提高梁延性措施（1）框架梁抗剪承載力驗算梁剪力設計值 為了使梁端有足夠的抗剪承載力，實現“強剪弱彎”的設計思想，應充分估計框架梁端實際配筋達到屈服并產生超強時有可能產生的最大剪力。 抗震規范規定

3、：對于抗震等級為一、二、三級的框架梁端剪力設計值，應按下式進行調整：GbnrblbvbVlMMV梁的凈跨；梁在重力荷載代表值作用下，按簡支梁分析的梁端截面剪力設計值；梁的剪力增大系數，一級為1.3,二級為1.2,三級為1.1。梁端截面組合的剪力設計值；GbVvbnlV一級框架結構和9度的一級框架梁，可不按上式進行調整，但應符合：GbnrbualbuaVlMMV1.1分別為梁左、右端逆時針或順時針方向根據實配鋼筋 面積（考慮受壓筋）和材料強度標準值計算的抗彎承 載力所對應的彎矩值；梁在重力荷載代表值（9度時高層建筑還應包括豎向 地震作用標準值）作用下，按簡支梁分析的梁端截面 剪力設計值；GbVr

4、bualbuaMM、剪壓比限值 剪壓比是截面上平均剪應力與混凝土軸心抗壓強度設計值的比值，以 表示，用以說明截面上承受名義剪應力的大小。0/cVf bh 梁塑性鉸區的截面剪應力大小對梁的延性、耗能及保持梁的剛度和承載力有明顯影響。當剪壓比大于0.30時，即使增加配箍，也容易發生斜壓破壞。 為了保證梁截面不至于過小，使其不產生過高的主壓應力，規范規定：跨高比大于2.5時：)2.0(10bhfVccREb跨高比等于或小于2.5時：)15.0(10bhfVccREb跨高比大于2.5時：)2.0(10bhfVccREb跨高比等于或小于2.5時：)15.0(10bhfVccREbbV梁端部截面組合的剪力

5、設計值；0h梁的截面有效高度；cf混凝土軸心抗壓強度設計值；b梁的截面寬度；RE承載力抗震調整系數,0.85。梁斜截面受剪承載力 混凝土結構設計規范規定，對于矩形、T形和I字形截面的一般框架梁，斜截面受剪承載力應按下式驗算：箍筋抗拉強度設計值；yvf同一截面箍筋各肢的全部截面面積；svA承載力調整系數；一般取0.85，對一、二級框架短梁，取1.0。RE 對集中荷載作用下的框架梁，其斜截面受剪承載力應按下式驗算：承載力調整系數，取0.85；RE梁的剪跨比，取31.5。（2）提高梁延性措施梁截面尺寸 試驗和理論分析表明，影響梁截面延性的主要因素有梁的截面尺寸、縱向鋼筋配筋率、剪壓比、配箍率、鋼筋和

6、混凝土的強度等級等。梁寬不宜小于200mm，過小截面損失比例較大；梁寬不宜小于柱寬的1/2，對節點核芯區提供約束以提高受剪承載力；梁高寬比不宜大于4，狹而高的梁不利于混凝土的約束，也會在梁 剛度降低后引起側向失穩；梁跨高小于4時，屬于短梁，反復彎剪作用下，斜裂縫沿梁全長發展從而使梁的延性及承載力急劇降低。梁縱筋配筋率截面相對受壓區高度一級框架梁不應大于0.25；二、三級框架梁不應大于0.35；梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應大于2.5%梁縱筋配置受壓鋼筋面積與受拉鋼筋面積保持一定比例原因：其一，一定的受壓鋼筋可以減小混凝土受壓區高度，其二，地震作用下，梁端可能出現正彎矩，如梁底面鋼筋過少，梁下 破

7、壞嚴重，也會影響量的承載力和變形能力。受壓鋼筋面積與受拉鋼筋面積比值要求：一級不應小于0.5；二、三級不應小于0.3。梁頂面和地面通長鋼筋配置要求：一、二級不應小于2 14；三、四級不應小于2 12 。梁端箍筋加密 梁端箍筋加密區的長度、箍筋的最大間距和最小直徑抗震等級抗震等級加密區長度加密區長度（采用較大值）（采用較大值）（mm）箍筋最大間距箍筋最大間距（采用最小值）（采用最小值）（mm）箍筋最小直徑箍筋最小直徑（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，1508

8、 在梁端預期的塑性鉸區段加密箍筋，可以起到約束混凝土，提高混凝土變形能力的作用，從而可獲得提高梁截面轉動能力，增加其延性的效果。2框架柱截面設計柱的設計應遵循以下設計原則： 強柱弱梁，使柱盡量不出現塑性鉸； 在彎曲破壞之前不發生剪切破壞，使柱有足夠的抗剪能力； 控制柱的軸壓比不要太大； 加強約束，配置必要的約束箍筋。 設計步驟：（1）強柱弱梁（2）強剪弱彎（3）控制柱軸壓比（4）柱內縱向鋼筋配置（5）加強柱端約束（1）強柱弱梁強柱弱梁：的概念要求在強烈地震作用下，結構發生較大側移進入非 彈性階段時，為使框架保持足夠的豎向承載能力而免于倒 塌，要求實現梁鉸側移機構，即塑性鉸應首先在梁上形成， 盡

9、可能避免在破壞后在危害更大的柱上出現塑性鉸。設計要求：就承載力而言，要求同一節點上、下柱端截面極限抗彎承 載力之和應大于同一平面內節點左、右梁端截面的極限抗 彎承載力之和。規范規定：一、二、三級框架的梁柱節點處，除框架頂層和柱軸壓比 小于0.15外，柱端彎矩設計值應符合下式的要求：bccMMc-柱端彎矩增大系數，對框架結構，一、二、三、四級可分別取 1.7、1.5、1.3、1.2；其他結構類型中的框架，一級為1.4，二 級為1.2，三、四級為1.1。9度和一級框架結構尚應符合：buacMM2.1buaM-節點左右梁端截面逆時針或順時針方向根據實配鋼筋面積 （考慮受壓筋）和材料強度標準值計算的抗

10、彎承載力所對 應的彎矩值之和；抗震規范規定： 為適當加強底層柱的抗彎能力，一、二、三、四級框架結構的底層，柱下端截面組合的彎矩設計值，應分別乘以增大系數1.7、1.5、1.3和1.2。（2）強剪弱彎柱剪力設計值 抗震規范規定：對于抗震等級為一、二、三級的框架柱端剪力設計值，應按下式進行調整： nvHMMVbctccnH柱的凈高；cvbctcMM 、分別為柱上、下端逆時針或順時針方向正截面組合的彎矩設計 值；應符合強柱弱梁和底層柱底的調整要求。柱端彎矩增大系數，對框架結構，一、二、三、四級可分別取 1.7、1.5、1.3、1.2；其他結構類型中的框架，一級為1.4，二 級為1.2，三、四級為1.

11、1。9度和一級框架結構尚應符合：nHMMVbcuatcua2.1bcuatcuaMM、分別為柱上、下端逆時針或順時針方向根據實配鋼筋 面積（考慮受壓筋）和材料強度標準值計算的抗彎承 載力所對應的彎矩值。抗震規范規定： 按兩個主軸方向分別考慮地震作用時，一、二級框架結構的角柱按調整后的剪力設計值宜乘以增大系數1.30。剪壓比限值 規范規定：對于剪跨比大于2的矩形截面框架柱，其截面尺寸與剪力設計值應符合下式的要求： 對于剪跨比不大于2的框架短柱其截面尺寸與剪力設計值應符合下式的要求： )2 .0(10bhfVcREc)15.0(10bhfVcREc柱斜截面受剪承載力框架柱斜截面破壞形式：斜拉破壞斜

12、壓破壞剪壓破壞配筋率滿足要求截面尺寸滿足要求通過配筋計算來防止對策：混凝土結構設計規范規定，框架柱斜截面受剪承載力按下式計算：)056. 0105. 1(100NhsAfbhfVsvyvtREcN 考慮地震作用組合的軸壓比設計值；bhfNc3 . 0RE 承載力抗震影響系數；85. 0RE 框架柱的計算剪跨比；0hVMcc-剪跨比，取上、下兩端計算結果的較大值；cV-端截面組合剪力計算值；cM-端截面組合彎矩計算值；0h-截面有效高度。31（3）控制柱軸壓比軸壓比：柱組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土抗壓強度 設計值乘積之比，即：ccN/hbfNc 綜合考慮不同抗震等級的延性要求，對于

13、考慮地震作用組合的各種柱軸壓比限值見下表：柱軸壓比限值結構類型抗震等級一二三四框架結構0.650.750.850.90框架-抗震墻、板柱-抗震墻、框架-核心筒、筒中筒0.750.850.900.95部分框支抗震墻0.60.70（4）柱內縱向鋼筋配置柱的縱向配筋應符合下列要求： 宜對稱布置； 截面尺寸大于400mm的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200mm； 縱向鋼筋的最小配筋率應按下表采用：采用HRB335、HRB400級鋼筋的柱，總配筋率不應大于5%；一級且剪跨比大于2的柱，每側縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%；柱縱向鋼筋最小總配筋率類別抗震等級一二三四中柱和邊柱0.9（1.0）0.7（0.8）0.

14、6（0.7）0.5（0.6）角柱、框支柱1.10.90.80.7（5）加強柱端約束承擔柱子剪力；約束混凝土，提高混凝土的抗壓強度及變形能力；為縱向鋼筋提供側向支撐，防止縱筋壓曲。加強柱端約束的作用：柱端箍筋加密區范圍，應按下列規定采用：取截面高度、柱凈高的1/6和500mm三者的最大值；底層柱的下端不小于柱凈高的1/3；剛性地面上下各500mm。剪跨比不大于2的柱、因設置填充墻等形成的柱凈高與柱截面高度 之比不大于4的柱、框支柱、一級和二級框架的角柱，取全高。一般情況下，柱端箍筋加密區的箍筋間距和直徑：柱箍筋加密區的箍筋最大間距和最小直徑抗震等級箍筋最大間距（采用較小值，mm）箍筋最小直徑（m

15、m）一6d，10010二8d，1008三8d，150（柱根100）8四8d，150（柱根100）6（柱根8）柱端箍筋加密區約束箍筋的體積配筋率應符合下式要求：yvcvff/一級不應小于0.8%；二級不應小于0.6%；三、四級不應小于0.4%； 最小配箍特征值；柱端加密區箍筋最小配箍特征值抗震等級箍筋形式柱軸壓比0.30.40.50.60.70.80.91.01.05一普通箍、復合箍0.100.110.130.150.170.200.23螺旋箍、復合或連續復合矩形螺旋箍0.080.090.110.130.150.180.21二普通箍、復合箍0.080.090.110.130.150.170.19

16、0.220.24螺旋箍、復合或連續復合矩形螺旋箍0.060.070.090.110.130.150.170.200.22三、四普通箍、復合箍0.060.070.090.110.130.150.170.200.22螺旋箍、復合或連續復合矩形螺旋箍0.050.060.070.090.110.130.150.180.20柱箍筋非加密區：箍筋體積配筋率：不宜小于加密區的50%；箍筋間距：一、二級框架柱不應大于10倍縱向鋼筋直徑， 三、四級框架柱不應大于15倍縱向鋼筋直徑。3框架節點抗震設計根據“強節點弱構件”的設計概念，框架節點的設計準則是：節點的承載力不應低于其連接構件(梁、柱)的承載力；多遇地震時

17、，節點應在彈性范圍內工作；罕遇地震時，節點承載力的降低不得危及豎向荷載的傳遞；梁柱縱筋在節點區應有可靠的錨固； 節點配筋不應使施工過分困難。 鋼筋混凝土框架節點破壞的主要形式是節點核芯區剪切破壞和鋼筋錨固破壞，嚴重的會引起整個框架倒塌，修復也比較困難。因而，在框架結構抗震設計中對節點應予以足夠的重視。（1）一般框架節點核芯區抗剪承載力驗算剪力設計值節點核芯區：框架梁與框架柱相交的部位。節點核芯區受力情況見下圖：節點核芯區組合的剪力設計值應滿足下式要求：bcsbsbbjbjhHahahMV0019度和一級框架尚應符合下式要求：bcsbsbbuajhHahahMV00115.1sa -梁截面有效高

18、度，節點兩側梁截面高度不等時可取平均值；-節點剪力增大系數，一級取1.35,二級取1.2。b-柱的計算高度，可采用節點上下柱反彎點之間的距離；cH0bh-梁受壓鋼筋合力點至受壓邊緣的距離；bh-梁的截面高度，節點兩側梁截面高度不等時可取平均值；bM-節點左右梁端順時針或反時針方向截面組合的彎矩設計值之和；buaM-節點左右梁端縱向受拉鋼筋實際配筋面積（考慮受壓筋）和材料 強度標準值計算的受彎承載力所對應的彎矩值之和。剪壓比限值 為了防止節點核芯區混凝土斜壓破壞，同樣要控制剪壓比不得過大，一般應滿足：10.30jjcjjREVf b h 正交梁的約束影響系數，樓板為現澆，梁柱中線重合， 四側各梁

19、截面寬度不小于該側柱截面寬度的12，且正 交方向梁高度不小于框架梁高度的34時，可采用1.5， 9度的一級宜采用1.25，其他情況均采用1.0； 承載力抗震調整系數，可采用0.85； 節點核芯區的截面高度，可采用驗算方向的柱截面高度； 節點核芯區的截面有效驗算寬度。jREjhjb節點受剪承載力現澆框架節點核芯區截面受剪承載力按下式計算：sahAfbbNhbfVsbsvjyvcjjjjtjREj005.01 .119度和一級框架尚應符合下式要求：sahAfhbfVsbsvjyvjjtjREj09 .01-混凝土抗拉強度設計值；tfN-對應于重力荷載代表值的上柱軸向壓力；s-箍筋間距；yvf-箍筋抗拉強度設計值；svjA-核心區驗算寬度bj范圍內同一截面驗算方向各肢箍筋的總截面面積;jh-節點核芯區的截面高度；節點截面有效寬度a. 當梁柱軸線重合，且梁寬不小于該側柱寬的1/2時:cjbbb.當梁柱軸線重合，但梁寬小于該側柱寬1/2時，取下列較小者:cbjcjhbbbb5 . 0c. 當梁柱軸線不重合（偏心距不大于 ）時，此時取下列較小值:cb41cbjocbcjhbbehbbb5 .0)