多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计

4多层及及高层层钢筋筋混凝凝土房房屋抗抗震设设计多层和和高层层钢筋筋混凝凝土结构体体系包括：：框架结结构、框架架-抗震墙墙结构构、抗抗震墙墙结构构、筒筒体结结构和和框架架-筒体结结构等等。钢筋混混凝土土框架架房屋屋：钢钢筋混混凝土土梁和和柱等等构件件组成承重重体系系的房房屋。。钢筋混混凝土土框架架房屋屋层数数一般般在十十层以以下。。特点：：平面面布置置灵活活，易易满足足建筑筑物内内大空空间的的要求求侧向刚刚度小小，水水平位位移较较大4.1震害及及其分分析4.1.1结构方方案不不当引引起的的震害害（1）平面面布置置不当当产生生的震震害建筑平平面布布置不不规则则------质量中中心和和刚度度中心心不重重合-------扭转效效应-------破坏严严重（（尤其其是角角柱））（2）竖向向不规规则产产生的的震害害竖向的的质量量或刚刚度有有突变变------突变处处应力力集中中，形形成薄薄弱层层------较大的的塑性性变形形-------结构破破坏、、甚至至倒塌塌4.1.1结构方方案不不当引引起的的震害害（3）防震震缝处处碰撞撞防震缝缝两侧侧结构构单元元的振振动特特性不不同------发生不不同形形式的的振动动----防震缝缝缝宽宽不够够或构构造不不当------发生碰碰撞4.1.2结构构构件的的震害害（1）框架架柱的的震害害A.长柱的的破坏坏-----弯压破破坏破坏一一般发发生在在柱的的上下下两端端，特别是是柱顶顶柱顶周周围有有水平平裂缝缝、斜斜裂缝缝或交叉裂缝。。重者混凝凝土压碎崩崩落，柱内箍筋拉拉断，纵筋筋压曲成灯灯笼状。柱底破坏与与柱顶相似似，由于箍箍筋较柱顶顶密，震害害相对柱顶顶较轻。4.1.2结构构件的的震害B、短柱------剪切破坏短柱：H/b<4的柱，H:柱高;b:柱截面高度度短柱刚度大大，易产生生剪切破坏坏4.1.2结构构件的的震害C、角柱由于双向受弯弯、受剪,加上扭转作用用，震害比内内柱重。4.1.2结构构件的震震害(2)框架梁的破坏坏------弯剪破坏震害多发生于于梁端。地震作用下梁梁端纵向钢筋筋屈服，出现上上下贯通的垂垂直裂缝和交交叉裂缝。4.1.2结构构件件的震害害(3)框架梁柱柱节点的的震害节点核心心区产生生对角方方向的斜斜裂缝或或交叉斜斜裂缝，，混凝土土剪碎剥剥落。节点内箍箍筋很少少或无箍箍筋时，，柱纵向向钢筋压压曲外鼓鼓。4.1.2结构构件件的震害害(4)填充墙的的震害砌体填充充墙刚度度大而承承载力低低，首先先承受地地震作用用而遭破破坏。一一般7度即出现现裂缝，，8度和8度以上地地震作用用下，裂裂缝明显显增加，，甚至部部分倒塌塌，一般是上上轻下重重。4.2抗震设计计的基本本要求4.2.1房屋的适适用最大大高度《抗震规范范》规定：乙乙、丙和和丁类建建筑的框框架结构构和框架架-抗震墙结结构适用用的最大大高度应应不超过过下表的的规定。。甲类建筑筑适用的的最大高高度应专专门研究究。50100120130框架-抗震墙结构25455560框架结构9876结构类型烈度现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m)不同类型型的结构构体系，，具有不不同的抗抗侧移刚刚度，适用于不不同的房房屋高度度4.2抗震设计计的基本本要求注意事项项：1.房屋高度度指室外外地面到到主要屋屋面板板板顶的高高度（不不包括局局部突出出屋顶部部分）；；2.超过表内内高度的的房屋，，应进行行专门研研究和论论证，采采取有效效的加强强措施；；3.平面和竖竖向均不不规则的的结构或或建造在在Ⅳ场地的的构，，使用用的最最大高高度应应适当当降低低（一一般降降低20%左右））。50100120130框架-抗震墙结构25455560框架结构9876结构类型烈度现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m)4.2抗震设设计的的基本本要求求4.2.2钢筋混混凝土土房屋屋适用用的高高宽比比房屋高高宽比比大-----地震作作用产产生很很大的的倾覆覆力矩矩------造成基基础转转动------上部结结构产产生较较大侧侧移（（影响响结构构整体体稳定定）倾覆力力矩大大-----在两侧侧柱中中引起起较大大轴力力------构件屈屈服破破坏4.2抗震设设计的的基本本要求求4.2.3结构抗抗震等等级的的划分分地震作作用下下，钢钢筋混混凝土土结构构的地地震反反应有有下列列特点：1、地震震作用用越大大，房房屋的的抗震震要求求越高高；地震作作用与与烈度度、场场地等等有关关，从从经济济角度度考虑虑，对不同同烈度度、场场地的的结构构的抗抗震要要求可可以有有明显显的差差别。。2、结构构的抗抗震能能力主主要取取决于于主要要抗侧侧力构构件的的性能能；主、次次抗侧侧力构构件的的抗震震要求求应有有差别别。3、房屋屋越高高，地地震反反应越越大，，抗震震要求求越高高。4.2.3结构抗抗震等等级的的划分分抗震等等级是是确定定结构构构件件抗震震计算算和抗抗震措措施的的标准准。根根据设防烈烈度、、房屋屋高度度、建建筑类类别、、结构构类型型及构件件在结结构中中的重重要程程度确确定，，共分分四个个等级级。一一一抗震墙一一二二三三四框架≤50>60≤60>60≤60>60≤60高度（m)一剧场,体育馆等大跨度公共建筑一一二二三三四框架≤25>30≤30>30≤30>30≤30高度（m)框架-抗震墙结构框架结构结构类型烈度6879三二一三二现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级4.2.3结构抗震等等级的划分分注意事项：：1.此表适用于于丙类建筑抗震等等级的划分分；甲、乙、丁丁类建筑应应按抗震设设防标准中中的抗震措措施所要求求的设防烈烈度按上表表确定抗震震等级。2.建筑场地为为Ⅰ类时，除6度外可按表表内降低一一度所对应应的抗震等等级采取抗抗震构造措措施，但相相应的计算算要求不应应降低；3.接近或等于于高度分界界时，应允允许结合房房屋不规则则程度及场场地、地基基条件确定定抗震等级级。4.2.3结构抗震等等级的划分分4、当框架-抗震墙结构构有足够的的抗震墙时时,其框架部分分是次要抗抗侧力构件件,可按框架-抗震墙结构构中的框架架确定抗震震等级。否否则按框架架结构确定定等级。区分标准是看框架部部分承受的的地震倾覆覆力矩是否否大于结构构总地震倾倾覆力矩的的50%。5、与主楼相相连的群房房其抗震等等级不应低低于主楼的的抗震等级级，且主主楼结构在在群房屋面面部位的上上下各一层层要适当加加强抗震等等级4.2.4结构布置一一般要求（1）对楼盖的的刚度要求求楼盖的刚度度大-----能满足水平平地震作用用传递和分分配的要求求--------假定楼盖水水平刚度无无穷大抗震墙的最最大间距要要求：抗震墙之间间无大洞口口的楼、屋屋盖的长宽宽比宜满足足下表要求求：不宜采用装配式楼盖现浇、叠合梁扳9度8度6、7度结构

抗震墙之间楼、屋盖的长宽比抗震墙之间间的楼、屋屋盖有较大大开洞时，，长宽比还还应减小。。当超过上述述要求时，，应计入楼楼盖平面内内的变形影影响。4.2.4结构布置一一般要求(2)对框架结构构的布置要要求①宜双向设置置承重框架架；不宜采采用单跨框框架②框架梁和和柱的中线线应尽可能能重合在同同一平面内内，两者间间的偏心距距不宜超过过柱宽的1/4③楼梯间、电电梯间不宜宜设置在结结构单元的的两端及拐拐角处。④框架结构构沿高度不不宜突变;局部突出屋屋顶的部分分应采用框框架承重⑤遵守“强强柱弱梁””、“强剪剪弱弯”、、“强节点点、强锚固固”等原则则进行延性性框架的设设计。⑥合理考虑虑砌体填充充墙的设置置4.2.4结构布置一一般要求⑦抗撞墙的的布置8、9度设防的钢钢筋混凝土土框架房屋屋防震缝两两侧的结构构，当结构高度度、刚度或或层高相差差较大时，，可在防震震缝两侧房屋的尽端端设垂直于于防震缝的的抗撞墙。高度、刚度相差较大层高不同4.2.4结构布置一一般要求每一侧的数数量不应少少于两道。宜分别对对称布置，，墙肢的长长度可不大大于一个柱柱距。内力应按考考虑和不考考虑抗撞墙墙两种情况况进行分析析，按不利情况况取值。抗撞墙的端端柱和框架架边柱箍筋筋应沿房屋屋全高加密密4.2.4结构布置一一般要求（3）框架－抗抗震墙的布布置要求1、抗震墙布布置的基本本原则框架-抗震墙结构构中的抗震震墙宜沿主主轴方向双双向布置，，贯通房屋屋全高，且且横向与纵纵向抗震墙墙宜相连，，互为翼墙墙，以提高高其刚度和和承载能力力。抗震墙的一一般布置原原则是“均均匀、分散散、对称、、周边”。。2、抗震墙布布置位置的的选择一般情况下下，宜布置置在竖向荷荷载较大处处，平面形状变变化处和楼楼梯间、电电梯间等。。房屋较长时时，纵向抗抗震墙不易易设置在端端开间。4.2.4结构布置一一般要求3、抗震墙与与柱中线宜宜重合，当当不能重合合时，柱中中线与抗震震墙中线之之间的偏心心距不宜大大于柱宽的的1/4。4、抗震墙应应设置在墙墙面不需要要开大洞的的位置，开开洞口时应应上下对齐齐，抗震等等级为一、、二级的联联肢墙的洞洞口不应采采用弱连系系梁。5、抗震墙的的布置宜适适当多增加加片数，避避免每片墙墙的刚度太太大6、抗震墙宜宜贯通全高高，沿竖向向截面不宜宜由较大突突变，以保保证结构竖竖向的刚度度基本均匀匀。4.2.4结构布置一一般要求（4）、抗震墙墙的边框梁梁、柱抗震墙的端端部钢筋配配置在柱截截面内。框架梁应保保留，当无无法设置明明梁时应设设置暗梁。。暗梁的高度度、纵筋、、箍筋与明明梁相同，，配置在墙墙身内。4.3框架结构抗抗震计算4.3.1框架结构水水平地震作作用计算地震作用的的确定原则则：一般在结构构的两个主主轴方向分分别考虑水水平地震作作用，各方方向的水平平地震作用用全部由该该方向抗侧侧力框架结结构承担。。地震作用的的计算方法法：振型分解反反应谱法底部剪力法法4.3.1框架结构水水平地震作作用计算4.3.1.1结构自振周周期对质量和刚刚度沿高度度分布比较较均匀的框框架结构----------顶点位移法法——将重力荷载代表值Gi水平作用在各质点上，按弹性方法求得的结构顶点位移——考虑填充墙对结构刚度和质量影响的自振周期的修正系数，一般取0.6~0.84.3.1框架结构水水平地震作作用计算4.3.1.2水平地震作作用计算一般采用底底部剪力法法计算第i层层间剪力力:同时，结构构各楼层的的最小层间间剪力应满满足：λ——剪力系数，，见表3.12主要是考虑虑长周期结结构地震影影响系数下下降较快，，由此计算算所得的水平平地震作用用下的结构构效应可能能太小4.3.1框架结构水水平地震作作用计算4.3.1.3水平地震作作用下框架架内力分析析常用方法——D值法（1）计算各柱柱的侧移刚刚度（2）计算各柱柱分配到的的地震剪力力（3）确定各柱柱的反弯点点位置（4）计算各柱柱的柱端弯弯矩（5）计算各梁梁的梁端弯弯矩（6）计算各梁梁的梁端剪剪力（7）计算各柱柱的轴力4.3.2竖向荷载作作用下的框框架内力计计算计算方法：：（1）分层法（2）二次弯矩矩分配法竖向荷载作作用下，可可以考虑塑性内力重重分布，进行弯矩矩调幅，一一般降低梁梁端负弯矩矩现浇框架，，调幅系数数可取0.8~0.9装配整体体式框架架，可取取0.7~0.8相应的跨跨中弯矩矩应增加加一般不考考虑活荷荷载的最最不利布布置——活荷载满满布此时，梁梁的跨中中弯矩可可根据具具体情况况，乘以以1.1~1.2的放大系系数4.3.3内力组合合在框架抗抗震设计计时，一一般应考考虑以下下两种基基本组合合。（1）地震作作用效应应与重力力荷载代代表值效效应的组组合4.3.4框架结构构构件截截面抗震震验算框架抗震震设计一一般原则则：具有足够够的承载载能力良好的变变形能力力合理的破破坏机制制------延性框架架结构------应合理地地设计梁梁、柱构构件和节节点区，，防止构构件过早早发生脆脆性破坏坏，控制制构件破破坏先后后顺序------““强柱弱梁梁”、““强剪弱弱弯”、、“强节节点、强强锚固””4.3.4.1框架梁截截面抗震震验算框架梁抗抗震设计计的设计计原则：：“强柱弱弱梁”、、“强剪剪弱弯””、“强强锚固””1)、梁端先于柱端产产生塑性铰，并使塑塑性铰具具有较好好的延性性和耗能能能力2)、应防止梁端截面先先发生脆脆性的剪切破坏坏，即梁形形成塑性性铰后仍仍有足够够的受剪剪承载力力；3)、妥善解解决梁筋锚固固问题4.3.4.1框架梁截截面抗震震验算（1）正截面面承载力力验算考虑地震震作用组组合，正正截面验验算：（2）斜截面面承载力力验算1)计算梁端端剪力设设计值为了避免免梁在弯弯曲破坏坏前发生生剪切破破坏，应应按‘强强剪弱弯弯’的原则调调整框架架梁端部部截面组组合的剪剪力设计计值---------即应使构件的受受剪承载载力大于于构件弯曲曲屈服时时实际达到的剪力值4.3.4.1框架梁截截面抗震震验算一、二、、三级框框架---梁在重力荷载代表值（9度时高层建筑还应包括竖向地震作用标准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计；--分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值;---梁的剪力增大系数，一级为1.3,二级为1.2,三级为1.1。---梁的净跨；4.3.4.1框架梁截截面抗震震验算9度和一级级框架结构尚应应符合：：---分别为梁梁左、右右端逆时时针或顺顺时针方方向根据据实配钢筋筋面积(考虑受压压筋)和材料强强度标准准值计算的抗抗弯承载载力所对对应的弯弯值；4.3.4.1框架梁截截面抗震震验算2)梁截面尺尺寸限制制剪压比：：截面内平平均剪应应力与混混凝土抗抗压强度度设计值值之比，即即：剪压比过过大,混凝土会会过早发发生斜压压破坏,箍筋不能能充分发挥作用用,它对构件件的变形形能力也也有显著著影响。。因此应限制梁端端截面的的剪压比比：跨高比大大于2.5跨高比等等于或小小于2.54.3.4.1框架梁截截面抗震震验算3)斜截面承承载力验验算试验表明明：在反反复荷载载作用下下，混凝凝土的抗抗剪承载载力有所所下降矩形、T形和工字字形截面面框架梁梁对集中荷荷载作用用下的框框架梁4.3.4.2框架柱截截面抗震震验算框架柱抗抗震设计计的设计计原则：：“强柱弱弱梁”、、“强剪剪弱弯””1)避免或推迟柱端出现塑性铰以形成合合理的破破坏机制制；2）在弯曲曲破坏前前不发生生剪切破破坏，使使柱有足足够的抗抗剪能力力；3）控制柱的的轴压比比，以保证证柱的延延性4）加强约约束，配配置必要要的约束箍筋筋。4.3.4.2框架柱截截面抗震震验算（1）柱弯矩矩设计值值的调整整抗震规范规定定：一、二、三级级框架的梁柱节点处处，除顶层和柱轴压压比小于0.15者外，柱端组组合弯矩设计计值应符合下列公公式要求：---节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和;---节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；---柱端弯矩增大系数，一级为1.4,二级为1.2,三级为1.1。4.3.4.2框架柱截面抗抗震验算9度和一级框架架结构尚应符符合：---节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积（考虑受压筋）和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值之和；为了不使框架底层柱过早出现塑性铰，规范规定：：一、二、三级框架架底层柱底截面组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数1.5、1.25、1.15。4.3.4.2框架柱截面抗抗震验算（2）柱端剪力设设计值调整9度和一级框架架结构尚应符合合：一、二、三级级框架柱---梁的剪力增大系数，一级为1.4,二级为1.2,三级为1.1。--分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值;---柱的净高；---分别为偏心受压柱的上、下端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值；4.3.4.2框架柱截面抗抗震验算（3）柱截面尺寸寸限制同梁，当剪压压比较大时，，将降低箍筋筋的抗剪效果果，应限制柱柱端截面剪压压比：剪跨比大于2时：剪跨比不大于于2时：剪跨比的表达达式：对框架结构的的中间层可按按柱净高与2倍柱截面有效效高度之比计计算Mc为柱端截面组组合的弯矩设设计值，取上上、下端弯矩矩较大值4.3.4.2框架柱柱截面面抗震震验算算（4）斜截截面承承载力力验算算偏压构构件：：偏拉构构件：：--计算剪跨比，当框架柱的反弯点在柱层高范围内时，可取λ＝Hn/2h0，当λ＞3时，取λ＝3；当λ＜1时，取λ＝14.4框架结结构抗抗震构构造措措施4.4.1框架梁梁（1）梁截截面尺尺寸的的要求求1)若梁宽高比比过小，梁截截面抗抗剪能能力下下降，，侧向向稳定定性不不易保保证，，不利利于形形成梁梁铰型型破坏坏机制制2）梁宽度过小，不利利于梁梁对节节点核核心区区的约约束3）梁净跨与截面高高度之比过过小，，易产产生脆脆性的的剪切切破坏坏，降降低梁梁的延延性截面尺尺寸的要求求：梁宽≥≥200mm；梁梁宽宽/柱宽≥≥1/2粱的高高宽比比≤4；粱粱净净跨/截面高高≥44.4.1框架梁梁(2)梁内纵纵筋配配置考虑：：梁端塑性铰铰的形成成及其其转动能能力（（延性性）1）限制制梁端端截面面的纵纵向受受拉钢钢筋最大配配筋率率或相对对受压压区高高度；；2）配置置适当当的受压钢钢筋具体，，框架架梁的的纵向向配筋筋应符符合下下列要要求：：a)梁端纵纵向受受拉钢钢筋的的配筋率率不应大于2.5%；梁端截截面最最大配配筋率率应使使梁端端截面面的受压区区相对对高度应满足足：一级不不应大大于0.25,二、三三级不不应大大于0.35;4.4.1框架梁梁b)梁端截截面的的底面面和顶顶面配配筋量量的比比值，，一级级不应应小于于0.5,二三级级不应应小于于0.3。c)沿梁全长顶面和和底面面的配配筋，一、、二级级不应应少于于2Φ14且分别别不应应少于于梁两两端顶顶面和和底面面纵向向配筋筋中较较大截截面面面积的的1/4，三三、、四四级级不不应应少少于于2Φ12d)纵向向受受拉拉钢钢筋筋的的最小小配配筋筋率率应符符合合规规范范要要求求：：抗震等级梁中位置支座跨中一、二级0.4和80ft/fy的最大值0.3和65ft/fy的最大值三、四级0.3和65ft/fy的最大值0.25和55ft/fy的最大值4.4.1框架架梁梁e)梁内内纵纵筋筋的的直直径径要要求求：：一、、二二级级框框架架梁梁内内贯贯通通中中柱柱的的每每根根纵纵筋筋直直径径，，不不宜宜大大于于柱柱在在该该方方向向截截面面尺尺寸寸的的1/20对圆圆形形截截面面柱柱，，不不宜宜大大于于纵纵筋筋所所在在位位置置柱柱截截面面边边长长的的1/20（3）梁梁内内纵纵筋筋的的锚锚固固和和连连接接试验验表表明明：：在在反反复复地地震震作作用用下下，，钢钢筋筋和和混混凝凝土土之之间间的的粘粘结结作作用用较较单单调调加加载载时时有有所所降降低低，，抗震设计计时的锚锚固和连连接应更更严格4.4.1框架梁a)纵筋最小小锚固长长度一、二级级抗震等等级：三级抗震震等级：：四级抗震震等级：：b)纵筋的连连接一级抗震震等级：：应采用用机械连连接接头头二、三级级抗震等等级：宜宜采用机机械连接接接头，，也可用用焊接接接头或搭接接接头受力钢筋筋连接接接头位置置宜避开开梁端、、柱端箍箍筋加密密区位于同一一连接区区段内的的受力钢钢筋接头头面积百百分率不不应超过过50％当采用搭搭接连接接时，受受力筋搭搭接长度度：4.4.1框架梁（4）梁内箍箍筋1)在梁端塑塑性铰区区范围内内必须设设置密封封式箍筋筋增加对混混凝土的的约束；；提高梁梁端塑性性铰的变变形能力力试验表明明：梁端端塑性铰铰分布范范围约为为梁高的的1.0～1.5倍2)箍筋间距距应加以以限制防止纵筋筋过早压压屈试验表明明：箍筋筋间距小小于6d~8d时，混凝凝土压溃溃之前受受压钢筋筋一般不不致屈服服3)箍筋未端应做做成135度弯钩，弯钩钩端头平直段段长度不应小小于箍筋直径径的10倍，以保证箍箍筋在混凝土土中的锚固4.4.1框架柱（1）柱的截面尺尺寸1）柱截面宽度度和高度均不不宜小于300mm，圆柱直径不不宜小于350mm2)柱截面长边和和短边的边长长不宜大于33)柱剪跨比宜大大于2，圆柱截面可可按等面积的的方形截面进进行计算，以以避免形成易易发生脆性破破坏的短柱（2）柱轴压比限限制轴压比：柱组合的轴压压力设计值与与柱的全截面面面积和混凝凝土抗压强度度设计值乘积积之比4.4.1框架柱（2）柱轴压比限限制轴压压比比大大小小是是影影响响柱柱破破坏坏形形态态和和变变形形性性能能的的重重要要因因素素受压压构构件件的的位位移移延延性性随随轴轴压压比比增增加加而而减减小小0.900.950.800.850.700.75框架框架-剪力墙三二一结构类型