建筑结构抗震设计基本知识

1、.第21单元建筑结构抗震设计基础学习目标】 1.能够掌握抗震基本概念、抗震设防目标和抗震设计的基本要求。 2、能够掌握砌体结构房屋、钢筋混凝土框架房屋、框架剪力墙结构、剪力墙结构房屋的抗震设计要点，为阅读混凝土施工图抗震部分奠定基础采用平面法 03G101-1 的结构。 【知识点】构造地震；地震波；震级;强度;抗震设防；抗震设计的基本要求；钢筋混凝土框架房屋的抗震规定。 【作业任务】 任务1 建筑结构抗震设计基础知识 【教学设计】通过带领学生观看地震灾害的照片，让学生对抗震设计的必要性有一个清晰的认识，从而阅读通俗易懂的方法03G101 -1 混凝土结构施工图中的抗震部分为日后阅读结构施工图，

2、胜任施工人员岗位奠定了基础。21.1 地震基础知识21.1.1 地震21.1.1.1 构造地震 由于某种原因，地震是地面的强烈运动（见图 21-1）。它是一种自然现象，按其成因可分为三种类型：火山地震、崩塌地震和构造地震。地下岩浆因火山喷发冲出地面而引起的地面运动称为火山地震。这类地震释放的能量少，相对来说影响和破坏程度都比较小；石灰岩层中地下洞穴或古矿大规模坍塌引起的地面振动称为坍塌地震。此类地震不仅能量小，而且数量少，震中极浅，对周围的影响和原因造成的破坏程度较小；由于地壳构造运动对岩层的推动，地下岩层的薄弱部分突然发生断裂和错位。地面运动称为构造地震；构造地震破坏范围广，发生频率高，占破

3、坏地震总数的95%以上。因此，在建筑物的抗震设计中，仅限于讨论构造地震作用下建筑物的防御工事（见图21-2）。 地壳深处发生地层断裂和位错的位置称为震中（见图21-3）。这部分不是一个点，而是一个有一定深度和周长的物体。震中正上方的地面位置称为震中。震中附近地面震动最大、破坏最严重的区域称为震中。从地面某处到震中的水平距离称为震中距离。连接地面上具有相似损坏程度的点的曲线称为等震线。震中到震中的垂直距离称为焦深。根据震源深度的不同，构造地震可分为三种类型：浅层地震（震源深度不大于60公里）、中地震（震源深度在60-300公里）和深地震（震源深度大于300公里） ）。我国大部分地震（地震为浅层地

4、震，一般深度为5-40km）。浅层地震造成的破坏最大。此次地震的破碎岩层深约11km，属于浅层地震。发震构造断裂带全长8km以上，分布周长30m。 .21.1.1.2 地震波 当地球岩层突然破裂时，岩层积累的变形能量突然释放出来，这种地震能量一部分转化为热能，一部分以波浪的形式向四周传播。传输地震能量的波是地震波。总之，地震波的传播速度是纵波中最快的，横波次之，面波中传播最慢的。在远离震中的地方，一般先出现纵波使房屋上下晃动，然后出现横波和面波使房屋晃动和扭曲。在震中区，由于震源机制引起的地面扰动的复杂性，上述三种波的波列几乎无法区分。图21-3 地震波示意图21.1.1.3 幅度 震级是根据

5、地震本身的强度来衡量的尺度，用来衡量地震的大小，用符号M表示。地震的震级是衡量一次地震释放了多少能量的量度，它也是地震震级的一个指标。地震只有一个震级。在国际上，更常用的是里氏量表。它以距震中100km处的标准地震仪记录的最大水次地震位移（即振幅A，单位为“ m”）的常用对数值来表示地震的震级，其表达式如下： M=lgA 一般来说，M5 的地震会对建筑物造成不同的影响。破坏程度统称为破坏性地震； M7的地震称为强地震或地震； M8 的地震称为特殊地震。21.1.1.4 烈度21.1.1.4.1 地震烈度 地震烈度是指某一区域的地面和建筑物受地震影响的程度，用符号I表示。对于地震，只有一个震级表

6、示地震的震级，但它影响不同地点不同。一般来说，离震中越远，地震的影响越小，烈度越低；相反，越靠近震中，强度越高。此外，地震烈度还与地震的大小、震源的深度、地震的传播方式、土壤的性质、建筑物的动力特性、质量等诸多因素有关。的建设。为了评估地震烈度，需要建立一个标准，称为地震烈度等级。主要描述地震的宏观现象，是指地震动参数，即根据建筑物的破坏程度、地形变化的特点、地震中人的感受、家具的动作响应、峰值加速度等。和地震动的速度峰值。目前，世界上普遍采用分为12度的地震烈度等级。21.1.1.4.2 频繁强度、基本强度、稀有强度 近年来，根据我国、华北、西北和西南地区地震发生概率的统计分析，同时针对工程

7、设计需求做出如下定义：50年超越概率为63.2%，地震烈度为频繁烈度，重现期为50年，将这种地震影响称为频繁地震或小地震； 50年概率超过10%的烈度为1990年中国地震烈度区划图或新修订的中国地震参数区划图规定的基本地震烈度。峰值加速度对应的烈度为基本烈度，重现期为475年，这种地震影响称为设防烈度地震或基本地震； 50年概率超过2%3%的烈度为罕见烈度，重度当前周期平均约2000年，其地震影响为罕见地震或大地震。21.1.1.4.3 抗震设防烈度、设计地震分组 为进行建筑结构的抗震设防，作为一个地区抗震设防依据的抗震烈度，按照国家规定的权限进行审批，称为抗震设计烈度。一般情况下，抗震设防烈

8、度可以根据中国地震参数区划图的基本地震烈度。在抗震设计中，需要根据震源机制、震级和距离来处理相同场地条件、相同烈度的地震。地震分为三组。我国主要城镇（县级及以上）中心区的抗震设防烈度、设计地震加速度基本值和设计地震分组见抗震规程附录A。21.1.1.4.4 抗震设防 的总目标抗震设防是指房屋的抗震设计和采取的抗震措施，以达到抗震的效果。抗震设防以抗震设防烈度为依据。结合我国具体情况，抗震条例提出了“三级”抗震设防目标。第一级小地震还不错 当该地区经常发生低于抗震设防烈度的地震时，建筑物一般不损坏或无需维修即可继续使用。第二级中度地震时可修复 当建筑物受到相当于该地区抗震设防烈度的地震影响时，建

9、筑物可能遭到破坏，一般修复或不修复后仍可继续使用。第三级大地震不倒塌 当受到高于该地区估计的抗震设防烈度的罕见地震影响时，建筑物不会倒塌或对生命和生命造成严重损害。21.1.2 抗震设计的基本要求21.1.2.1 选择有利于抗震的场地、基础和基础21.1.2.2 选择有利于抗震的平面和立面布置抗震21.1.2.5保证结构的完整性，使结构和连接部位具有良好的延性中国和汶川地震，增强学生的爱国情怀，用自己的实际行动，努力学习，能够了解地震的基本知识。21.2 抗震设计的基本要求21.2.1 地面和基础抗震措施21.2.1.1 抗震措施 易液化的地基、易发生地震沉降的软弱粘性地基、严重不平整的地基是

10、不利于建筑抗震的地基，应采取不同的抗震措施提高其抗震能力。地下水位以下的松散饱和砂土和饱和淤泥土在遭受地震时，土壤颗粒趋于压实，增加了土壤中的孔隙水压力。当孔隙水无法排出时。 ，会使土壤颗粒处于悬浮状态，形成类似“液体”的现象，称为液化。饱和砂土和饱和粉土在静载荷下具有一定的承载力，但在强地震作用下易发生液化，土体的抗剪强度几乎为零，地基的承载力完全丧失。建筑物似乎位于液体之上，造成无法修复的损坏，例如下沉、漂浮、倾倒和开裂。地震宏观调查表明，影响液化的主要因素是地质年代、土壤中粘土含量、上覆非液化土层厚度和地下水位、土壤压实度和地震烈度。建筑物的抗震性主要以预防为主。建筑物地面以下5m左右有

11、饱和砂或饱和淤泥（黄土除外）时，应通过调查试验进行液化判断。对于有液化土层的地基，应根据建筑物的抗震设防类别、地基的液化等级和具体情况采取相应的措施。防液化措施分为以下三种情况：21.2.1.1.1 消除地基液化沉陷的各项措施 (1) 采用桩基时，桩端伸入液化深度以下稳定土层303030303025框架四三三二二一一剧院、体育馆等大跨度公共建筑三二一一框架抗震墙结构高度（米）60606060606050框架四三三二二一一抗震墙三二一一 注：1、接近或等于高度界线时，应根据房屋、场地及地基条件的不平整度确定抗震等级； 2、表中“框架结构”与“框架”含义不同。前者是指纯框架结构，后者是指框架结构、

12、框架抗震墙等结构体系中的框架部分。表 21-3 用于确定地震等级的强度建筑类别地点设防强度6789A类和B类6789二、三、四7899+C类6678二、三、四6789先生6678二、三、四67-8-9- 注：7-、8-、9-表示该抗震等级的抗震结构措施可以适当减少，9+表示抗震措施比9度1级更有效。4.地板和屋顶 房屋高度超过50m时，框架抗震墙结构宜采用现浇楼板结构，框架结构宜采用现浇楼板结构。房屋高度不超过50m时，楼板结构应满足以下要求： (1) 8、9度框架-抗震墙结构宜采用现浇楼板结构； (2)6、7度框架-抗震墙结构可拼装整体楼板结构，但每层楼应设置钢筋混凝土现浇层。现浇层厚度不小

13、于50mm，混凝土强度等级不低于C20，但不高于C40。钢筋网直径为68mm，间距为150200mm，双向布设，钢筋锚固在剪力墙内。楼板预制板接缝宽度不应小于40mm。板缝大于40mm时，板缝内应布置钢筋。 (3)框架结构可采用装配式楼板，但应采取措施保证楼板的完整性及其与框架梁的可靠连接。在框架抗震墙结构中，抗震墙之间没有大开孔的建筑物和屋顶的长宽比不应超过下表的要求，否则应考虑楼面变形的影响。表21-4 抗震墙间楼顶长宽比建筑和屋顶类别强度6、7度8度9度现浇或叠层梁和板4.03.02.0预制地板3.02.5不应该使用五、结构安排 (1)在框架结构和框架-抗震墙结构中，框架和抗震墙应在两个

14、方向上设置，柱中心线与抗震墙中心线的偏心距为中心线梁与柱的中心线不应大于柱宽的1/4。 （2）框架抗震墙结构中的抗震墙安装应符合以下要求： 1）抗震墙应贯穿房屋全高，水平和垂直抗震墙应连接； 2）抗震墙应安装在墙上，不得开孔。大开口的位置； 3）房屋较长时，房屋端开间不宜设置刚度较大的纵向抗震墙； 4) 抗震墙的开孔应上下对齐，孔边与端柱的距离不应小于300mm； 5）一、二 跨高比不应大于5，梁截面高度不应小于400mm。 （3）框架单柱基础有下列情况之一时，应沿两个主要方向设置基础系梁： 1）IV场地的主框架和次框架； 2）各柱基础所承受的重力荷载代表值不同 3）基础埋深，或各基础埋深变化

15、较大； 4 ）地基主承力层周围有弱粘性土层、液化土层和严重不均匀土层； 5) 课桌之间的桩基础支座。 (4)当地下室顶板作为上部结构的预埋件时，地下室顶板应避免大开孔，宜采用现浇梁板结构。楼板厚度不小于180mm，混凝土强度等级不小于C30。双向配筋，每层各方向配筋率不小于0.25%；地下室结构的侧向刚度不应小于相邻上层楼板侧向刚度的2倍，地下室柱截面两侧的纵向钢筋面积不应小于2倍。应小于底层相应柱两侧纵筋面积的1.1倍。 （5）框架砌体填充墙应具有自身稳定性，并应满足以下要求： 1）填充墙在平面和垂直方向上的布置应均匀对称，薄弱层和短柱的形成应避免； 2）砌体砂浆强度等级不应低于M5，墙顶应

16、与框架梁紧密结合； 3）填充墙应沿框架柱全高间隔500mm设置26系杆，其伸入墙内的长度不应小于6和7。墙体长度的1/5，且不小于700mm，应沿墙体全长8度和9度角连接。 4）墙体长度大于5m时，墙体顶部与梁（板）应用钢筋绑扎；当墙长超过层高2倍时，应安装钢筋混凝土结构柱；当墙高超过4m时，墙的半高（或门洞上皮）应设置钢筋混凝土水平系梁连接柱子，并贯穿墙体的全长。 (6) 结构材料抗震结构宜采用高强混凝土，降低梁柱剪压比和柱与剪力墙墩轴压比。规定一级框架梁、柱、节点的混凝土强度等级不得低于C30，其他类型结构构件的混凝土强度等级不得低于C20。但混凝土的强度等级不宜过高。规定设防强度9度时不

17、得超过C60，8度时不得超过C70。为保证结构的延展性，结构构件中的钢筋应选择有屈服点的钢筋。一般纵向应力配筋宜选用HRB400和HRB335，箍筋宜选用HRB335、HRB400和HPB235。 7.钢筋的锚固和节点纵向受拉钢筋的抗震锚固长度laE 应按下式计算： laE = la式中-系数，一级和二级抗震等级取1.15，三级抗震等级取1.15。为1.05，四年级为1.0； la纵向受拉钢筋的锚固长度。现浇钢筋混凝土框架梁柱纵向受力钢筋的连接方式，主、次框架柱各部位及三级框架柱底层宜采用机械连接接头，或绑扎搭接。接头或焊接接头；三、第一级框架柱和第四级框架柱的其他部分可采用绑扎搭接接头或焊接

18、接头。一级框架梁宜采用机械连接接头，二、三、四级框架梁可采用绑扎搭接接头或焊接接头。焊接或结合缝不应位于构件的最大弯矩处，应避开梁端和柱端的箍筋致密区。不可避免时，应采用机械连接接头，钢接头的面积百分比不应超过50%。采用绑扎搭接接头时，其搭接长度应不小于下式： llE = laE llE抗震设计中受拉钢筋的搭接长度； 受拉钢筋搭接长度的修正值。马镫末端应为135钩，钩直部分长度不小于10d（d为马镫直径），高层建筑不小于75mm。纵向受力钢筋搭接长度周围的箍筋直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍，间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，并且不应大于 100mm。21.2.1.2.2 框架结构

19、抗震结构措施1. 现浇框架梁(1) 框架梁截面 普通框架梁截面尺寸要求见钢筋混凝土。采用平梁时，楼板应浇筑到位，梁中心线应与柱中心线重合，平梁应在两个方向布置。主要框架结构不应使用平梁。(2)梁纵筋配置结构 1) 梁端纵向受拉钢筋配筋率不应大于2.5%。 2) 梁端截面底面与顶面纵向配筋量之比，一级不小于0.5，二、三级不小于0.3。 3) 沿梁全长上下表面的配筋，一、二级不小于214，不小于上纵筋较大截面积的1/4。两端梁的顶面和底面。四级不小于212。 4) 主、次框架梁每根纵向钢筋穿过中心柱的直径，对于矩形截面柱，不应大于该方向柱截面尺寸的1/20；对于圆形截面柱，其不应大于纵筋所在的柱

20、截面。弦长的 1/20。(3) 梁端箍筋结构 1) 梁端箍筋的长度、最大间距和最小直径按下表采用。当梁端纵向受拉钢筋的配筋率大于2%时，表中箍筋的最小直径应增加2mm。 .表21-5 梁端箍筋致密区长度、箍筋最大间距和最小直径抗震等级加密区域长度（取较大值）（mm）箍筋最大间距（取最小值）（mm）箍筋最小直径（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, 1506注：d 为纵向钢筋直径，hb 为梁截面高度。 2）加密区箍筋间距不大于200mm，一

21、级不大于20d；二、三级不宜大于250mm和20d；四级不应大于300mm。其中 d 是箍筋的直径。2、现浇框架柱（1）框架柱截面 框架柱的截面宽度和高度不应小于300mm，圆的直径不应小于350mm；剪跨比应大于2；截面长边与短边之比不应大于3。式中=Hn/(2 h0)，Hn为柱净高，h0为柱有效高度部分。(2)柱轴压比 轴压比N是指柱的组合轴压设计值N与柱全横截面积A与混凝土轴压强度设计值fc的乘积之比，N= N/(fcA)。它是影响立柱破坏形式（大偏心受压破坏或小偏心受压破坏）和变形能力的重要因素。为保证框架柱有一定的延展性，轴压比不应超过下表规定，且不应大于1.05。对于建在类场地且较

22、高的高层建筑，柱轴压缩比限值应适当降低。(3)柱纵筋配置结构 柱的纵筋应对称布置。截面尺寸大于400mm的柱，纵筋间距不宜大于200mm。柱子的总配筋率不应大于5%。对于一级剪跨比不大于2的柱，每侧纵筋比不应大于1.2%。当抗震墙的边柱、角柱和端柱由于地震作用的组合而受到小偏心拉力时，柱纵筋的总横截面积应比计算值增加25%。柱纵筋的最小总配筋率按下表采用，每边配筋率不得小于0.2%。表 21-6 柱轴压比限值结构类型抗震等级一二三框架0.70.80.9框架 - 抗震墙0.750.850.95 注：1、表值适用于剪跨比大于2、混凝土强度等级不高于C60的柱；剪跨比不大于2的柱的轴压比限值应降低0

23、.05；对于剪跨比小于1.5的柱，应专门研究轴压比限值，并采用特殊的施工要求。 2、沿柱全高采用井形复合箍，箍筋腿间距不大于200mm，间距不大于100mm，直径不小于12mm； 200mm，直径不小于12mm，或沿立柱全高采用连续复合矩形螺旋箍。各类箍筋的箍筋特性值应按增加的轴压比由表确定。 3、在柱截面中间加芯柱，附加纵筋总面积不小于柱截面面积的0.8%，可提高轴压比限值0.05；本措施与注2措施并用时，轴压比限值可提高0.15，但箍筋特征值仍可按轴压比提高0.10的要求确定.(2) 柱箍配置1) 柱箍密集围护结构 柱端为截面高度（圆柱直径）、柱净高的1/6、500mm中的最大值。底柱，柱

24、根不得小于柱净高的1/3；有刚性地基时，刚性地基上下两侧应距柱端500mm。剪跨比不大于2的柱和净高与柱截面高度之比不大于4的柱、框架柱、主、次框架角柱取全高。表21-7 柱截面纵筋最小总配筋率（%）类别抗震等级一二三四中柱和侧柱1.00.80.70.6角柱，框架柱1.21.00.90.8 注：1、使用HRB400热轧钢筋时，柱截面纵筋最小总配筋率比表中值减少0.1，混凝土强度等级时增加0.1高于C60 ；对于较高的高层建筑，表中数值应增加0.1。2) 加密区域箍筋的间距和直径 一般来说，箍筋的最大间距和最小直径应采用下表。当二级框架柱箍筋直径不小于10mm，箍筋间距不大于200mm时，除柱根

25、外箍筋的最大距离为150mm；三级框架柱截面尺寸不大于400mm时，箍筋最小直径为6mm。 ;四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小于8mm。剪跨比不大于2的框架柱、柱，箍筋间距不宜大于100mm。表21-8 柱箍筋致密区箍筋最大间距和最小直径抗震等级箍筋的最大间距（使用较小的值，mm）箍筋最小直径（mm）一6天，10010二8天, 1008三8 d，150（柱根100）8四8 d，150（柱根100）6（柱根8） 注：d 为柱纵筋的最小直径。3) 加密区的箍筋间距 柱箍筋致密区箍筋间距一级不大于200mm，二、三级不大于250mm和箍筋直径的20倍，四级不大于300mm .至少每隔一个纵

26、向钢筋应在两个方向上用箍筋或柱筋约束；使用拉筋复合箍筋时，拉筋应紧靠纵向钢筋并钩住箍筋。4）柱箍筋密化区体积配筋率 柱箍筋密集区的体积配筋率应满足下列要求： v=Asvl/(sA0)vfc/fy (6.4)式中v柱箍筋密集区的体积配筋率，一级不得小于0.8%，二级不小于0.6%，三、四级不小于0.4%；计算组合箍筋的体积配筋率时，应扣除箍筋搭接部分的体积； Asv箍筋的横截面积； l箍筋长度，忽略重叠部分； s箍筋间距； A0核心区截面积； fc混凝土轴心抗压强度设计值；强度等级低于C35时，按C35计算； fyv箍筋或系筋的抗拉强度设计值，超过360N/mm2时，取360N/mm2计算； v

27、箍筋的最小特征值。5) 柱箍非加密区的体积配筋率和箍筋间距 柱箍筋非加密区的体积配筋率不应小于加密区的50%；箍筋间距，第一、二级框架柱不宜大于钢筋纵径的10倍，三、四级框架柱不宜大于纵径的15倍。钢筋直径。6) 框架节点核心区箍筋最大间距和最小直径 框架节点核心区箍筋的最大间距和最小直径应根据柱箍筋密化区的要求采用。第一、二、三级框架节点核心区箍配置特征值分别不小于0.12、0.10、0.08，体积箍比不小于0.6分别为 %、0.5% 和 0.4%。柱剪跨比不大于2的框架节点核心区箍筋特征值不应小于核心区上下柱端箍筋的较大特征值。3、节点核心区框架梁柱纵筋的锚固搭接（1）框架中间层中间节点的

28、框架上部纵筋应贯穿中间节点。 主次梁下纵筋伸入中间节点的锚固长度应不小于laE，超出中心线的延伸量应不小于5d。 1、2级抗震等级，穿过中心柱的梁的每根纵向钢筋的直径不应大于该方向的柱子横截面尺寸的1/20。对于圆柱截面，穿入梁最外侧节点的钢筋直径不应大于纵向钢筋所在柱截面弦长的1/20。表21-9 柱箍筋致密区箍筋最小特征值v抗震等级马镫形式柱轴压比0.30.40.50.60.70.80.91.01.05一普通箍、复合箍0.100.110.130.150.170.200.23螺旋套圈、复合或连续复合矩形螺旋套圈0.080.090.110.130.150.180.21二普通箍、复合箍0.080

29、.090.110.130.150.170.190.220.24螺旋套圈、复合或连续复合矩形螺旋套圈0.060.070.090.110.130.150.170.200.22三普通箍、复合箍0.060.070.090.110.130.150.170.200.22螺旋套圈、复合或连续复合矩形螺旋套圈0.050.060.070.090.110.130.150.180.20 注：1、普通箍是指单个矩形箍和单个圆形箍；复合箍是指由矩形、多边形、圆形或领带组成的箍；由系杆组成的马镫；连续复合矩形螺旋箍是指所有螺旋箍均由同一根钢筋加工而成的箍筋。 2、框架柱宜采用复合螺旋箍或井形复合箍。最小环向特性值应比表值增加0.02，体积环向比不应小于1.5% 。 3、应使用剪跨比不大于2的柱子。对于复合螺旋箍或井形复合箍，体积箍比不应小于1.2%，9度时不应小于1.5%。 4、计算复合螺旋箍的体积箍比时，非螺旋箍的箍体积应乘以换算系数0.8。 (2)中间层端部节点上纵筋的锚固长度除应符合laE的规定外，不得小于节点中心线5d。当端节点纵筋水平锚固长度不够时，沿柱节点外缘向下弯曲，弯曲后水平投影长度不应小于0.4l