建筑结构抗震设计3

建筑结构抗震设计 Seismic design of buildings
主讲：张美霞 中国地质大学（武汉）工程学院土木系
第5 章
多层及高层钢筋混凝土房屋 抗震设计
概述 抗震设计的一般要求 框架内力和位移计算 钢筋混凝土框架结构构件设计
5.1 5.2 5.3 5.4
5.1
概述
1、多层和高层钢筋混凝土结构形式 框架结构、框架-抗震墙结构、 抗震墙结构、筒体结构和 框架-筒体结构等。 本章仅介绍前两种。 • 钢筋混凝土框架房屋： 钢筋混凝土纵梁、横梁和柱 等构件组成承重体系的房屋。 • 钢筋混凝土框架房屋层数一 般在十层以下。
5.1.1
震害及其分析——续
角柱震害： 由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比 内柱重。
5.1.1
震害及其分析——续
4、框架砖填充墙的震害 • 框架中嵌砌砖填充墙，容易发生墙面斜裂缝，并沿柱周 边开裂。端墙、窗间墙和门窗洞口边角部位破坏更加严 重。由于框架变形属剪切型，下部层间位移大，填充墙 震害呈现“下重上轻”的现象。 • 填充墙破坏的主要原 因是，墙体受剪承载力 低，变形能力小，墙体 与框架缺乏有效的拉结， 因此在往复变形时墙体 易发生剪切破坏和散落。
5.3.1
水平地震作用计算
1、结构的地震作用计算方向 一般可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震 作用，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力框架结 构承担。 2、计算单元的选取 一般应以防震缝所划分的结构单元作为计算单元，在 计算单元中各楼层重力荷载代表值的集中质点Gi设在楼屋 盖标高处。 3、水平地震作用计算 一般情况下采用底部剪力法分别求单元的总水平地震 作用标准值FEK各层水平地震作用标准值Fi和顶部附加水平 地震作用标准值△Fn。
5.2.3
抗震等级——续
1、甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施所 要求的设防烈度按上表确定抗震等级。 2、当框架-抗震墙结构有足够的抗震墙时,其框架部分是 次要抗侧力构件,可按框架-抗震墙结构中的框架确定抗 震等级。否则按框架结构确定等级。区分标准是看框架 部分承受的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩 的50%。 3、另外，对同一类型结构抗震等级的高度分界，《抗震 规范》主要按一般工业与民用建筑的层高考虑，故对层 高特殊的工业建筑应酌情调整。设防烈度为6度、建于 l～III类场地上的结构，不需做抗震验算，但需按抗震 等级设计截面，满足抗震构造要求。
5.2.3
抗震等级
• 抗震等级是结构构件抗震设防的标准，体现在同 样地震烈度下不同结构类型的钢筋砼房屋不同的 抗震要求。 如：次要的抗侧力结构单元的抗震要求可以低于主 要的抗侧力结构单元。 • 房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。 • 抗震等级分为四级，结构的抗震等级越高，抗震 措施越高，其中一级抗震要求最高。 • 抗震等级与结构类型、烈度有关，查表使用。
在考虑地震烈度、场地土、抗震性能，使用要求及 经济效果等因素和总结地震经验的基础上，在震区选择 结构体系应综合考虑如下条件： 1、现浇混凝土房屋适用的最大高度 2、房屋高宽比限值 3、建筑物刚度与场地条件有关 4、基础形式及埋置深度 如：天然地基时埋深不小于1/12建筑物高度 天然桩基时埋深不小于1/15建筑物高度 5、应注意技术经济指标。
5.1
概述——续
• 框架-抗震墙结构：在框架房屋中增加抗震墙构成。 抗震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。
抗震墙
框架-抗震墙
5.1.1
震害及其分析
• 历次地震经验表明，钢筋混凝土结构房屋一般具有较好 的抗震性能。结构设计中只要经过合理的抗震计算并采 取妥善的抗震构造措施，在一般烈度区建造多层和高层 钢筋混凝土结构房屋是可以保证安全的。 • 主要震害可概述如下： 1、共振效应引起的震害 结构的自振周期与场地土的自振周期接近或一致，引起 建筑物的共振，导致结构破坏严重。 2、结构平面或竖向布置不当引起的震害 3、框架柱、梁和节点的震害 未经抗震设计的框架的震害主要反映在梁柱节点区。 柱的震害重于梁；柱顶震害重于柱底；角柱震害重于内 柱；短柱震害重于一般柱。
5.1.1
震害及其分析——续
柱顶震害：柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝。重 者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。 破坏不易修复。 柱底震害：与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱 顶较轻。
5.1.1
震害及其分析——续
短柱震害：当柱高小于4倍柱截面高度（H/b<4)时形成短 柱。短柱刚度大，易产生剪切破坏。
5.2.2
结构布置
结构体系确定后，结构布置应当密切结合建筑设计进 行，使建筑物具有良好的体型，使结构受力构件得到合理 的组合。 多高层钢筋混凝土结构房屋结构布置的基本原则是： ①结构平面应力求简单规则，结构的主要抗侧力构件应对 称均匀布置，尽量使结构的刚心与质心重合，避免地震 时引起结构扭转及局部应力集中。 ②结构的竖向布置，应使其质量沿高度方向均匀分布，避 免结构刚度突变，并应尽可能降低建筑物的重心，以利 结构的整体稳定性。 ③合理地设置变形缝。 ④加强楼屋盖的整体性。 ⑤尽可能做到技术先进，经济合理。
5.1.1
震害及其分析——续
5、抗震墙的震害 在强震作用下，抗震墙的震害主要表现为墙肢之间连梁的 剪切破坏。这主要是由于连梁跨度小、高度大形成深梁， 在反复荷载作用下形成X形剪切裂缝，这种破坏为剪切 型脆性破坏，尤其在房屋1／3高度处的连梁破坏更为明 显。
5.2
抗ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ设计的一般要求
结构体系选择
5.2.1
5.3
框架内力与位移计算
结构抗震计算的内容一般包括： • 结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定； • 结构地震反应计算，包括多遇烈度下的地震荷载与结构 侧移； • 结构内力分析； • 截面抗震设计等。 框架结构设计的过程： 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。
5.3.1
水平地震作用计算——续
4、结构基本周期的计算 一般多采用顶点位移法，计入 T 的影响，框架结构 的基本周期T1可按下式计算：