自考 第五章 混凝土结构抗震设计课件

Chap5混凝土结构抗震设计5.1.1地震概述火山地震：由于火山爆发而引起的地震叫火山地震陷落地震：由于地表或地下岩层突然大规模陷落和崩塌而造成的地震叫陷落地震构造地震：由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震叫构造地震一、地震类型和成因按地震发生的原因§5.1抗震设计基本知识

构造地震的成因断层学：构成地壳的岩层在运动，并不断积累能量，使得岩层内力不断提高，当其超过某处岩层强度时，就会发生断裂和错动，释放大量能量，从而产生地震。

板块构造学：板块间相互挤压、冲撞引起地震板块之间的相互作用力会使地壳中的岩层发生变形，当这种变形积聚到一定程度时，该处岩体就会发生突然断裂或错动，引发地震。§5.1抗震设计基本知识震源：地球内部断层错动并引起周围介质振动的部位震中：震源正上方的地面位置震源深度:从震中到震源的距离震中距：地面某处至震中的水平距离震中距在100公里-1000公里的称为近震震中距超过1000公里的称为远震震源震源深度震中等震线震中距震源深度在60公里以内的地震为浅源地震震源深度超过300公里的地震叫深源地震震源深度介于60-300公里之间的地震为中源地震二、震源、震中和地震波1、震源和震中1.2.1体波体波是指通过地球本体内传播的波，它包含纵波与横波两种。

纵波是由震源向外传递的压缩波，质点的振动方向与波的前进方向一致。周期短、振幅小，在固体、液体里都能传播。横波是由震源向外传递的剪切波，质点的振动方向与波的前进方向垂直。周期长、振幅较大，只能在固体介质中传播。面波是指沿介质表面(或地球地面)及其附近传播的波。2地震波地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播，这就是地震波。地震波是震源辐射的弹性波，一般分为体波和面波。二、震源、震中和地震波纵波是建筑物上下颠簸，横波使建筑物水平方向摇晃，面波则使建筑物既上下颠簸又水平摇晃。通常在横波和面波都到达时振动最为激烈。造成建筑物和地表破坏的主要是面波。三、地震震级、地震烈度和地震基本烈度1、地震震级地震震级:

衡量一次地震强弱程度即地震所释放的能量大小 的度量指标。震级M与震源释放能量E（单位为10-7J）之间的关系为：

logE=11.8+1.5MM<2微震M=2~4有感地震

M>5破坏性地震

M>7强烈地震地震烈度：地震对地面影响的强烈程度，主要依据宏观的地震影响和破坏现象来判断。表5-1是1999年颁布的中国地震烈度表。新烈度表既有定性的宏观标志，又有定量的物理标志，兼有宏观烈度表和定量烈度表两者的功能。三、地震震级、地震烈度和地震基本烈度2、地震烈度3、地震基本烈度注：一般来说，距离震中近，烈度就高；距离震中越远，烈度也越低基本烈度：指一个地区在一定时期（我国取50年）内在一般场地条件下按一定的概率（我国取10%）可能遭遇的最大地震烈度。一个地区进行抗震设防的依据

5.1.2抗震设防一、抗震设防区、抗震设计我国规定地震基本烈度为6度或6度以上的地区为抗震设防区，低于6度的为非抗震设防区。

抗震设计是指抗震设防区的工程结构考虑地震动影响的一种专业设计。凡不考虑地震动影响的结构设计，称为非抗震设计，习称静力设计或常规设计。5.1.2抗震设防二、抗震设防烈度、设计基本地震加速度值和设计地震分组为了进行建筑结构的抗震设防，按国家规定的权限批准审定作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，称为抗震设防烈度，简称烈度。表5-2抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系抗震设防烈度6度7度8度9度设计基本加速度值0.05g0.10(0.15)g0.20(0.30)g0.40g三、建筑物的抗震设防类别及其抗震设计要求根据建筑物使用功能的重要性，按其地震破坏产生的后果，《抗震规范》将建筑物分为4个抗震设防类别：（1）甲类建筑——重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害（地震破坏可能引发水灾、火灾、爆炸、剧毒或强腐蚀性物质，恶性传染病菌大量泄露和其他严重次生灾害）的建筑。（2）乙类建筑——地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，震后会产生较大社会影响或造成相当大的经济损失，包括城市的重要生命线工程和人流密集的大型公共建筑等。（3）丙类建筑——属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑，如大量的一般工业与民用建筑等。（4）丁类建筑——属于抗震次要建筑。地震破坏不易造成人员伤亡和较大经济损失的建筑。

1.总目标

通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免人员死亡，减轻经济损失。2.“三水准”抗震设防目标

当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响 时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。 当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

简称为：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。四、抗震设防目标第二阶段：

对一些规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变形验算。 有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等。

第一阶段： 对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载 力验算和弹性变形验算；在此基础上对各类结构按规定 要求采取抗震措施。

达到小震不坏、中震可修达到大震不倒五、两阶段抗震设计方法5.1.3建筑场地、地基和基础一、建筑场地建筑场地：工程群体的所在地，具有相似的反应谱特征我国《规范》规定场地覆盖层厚度指：地面至剪切波速大于500m/s的坚硬土层或岩层顶面的距离。覆盖层厚度愈大，对抗震愈不利。等效剪切波速(u)场地类别I类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Vse>5000500≥Vse>250<5≥5250≥Vse>140<33—50>50Vse≤140<33—1515—80>80根据土层等效剪切波速和覆盖层厚度，建筑场地划分为4个不同的类别，Ⅰ类最好，Ⅳ类最差。土层的剪切波速vs愈大，土层愈硬。场地土等效剪切波速式中——计算深度，取覆盖层厚度和20m两者的较小值；——计算深度范围内土层的分层数；——计算深度范围内第j层土的剪切波速(m／s)；——第i层土的厚度。根据等效剪切波速不同，场地土分为：坚硬土、中硬土、中软土和软弱土5.1.3建筑场地、地基和基础5.1.3建筑场地、地基和基础一、地基和基础1、地基的作用地基在抗震中的作用是双重的，它既是建筑物的支承，又是把地震波传递给建筑物的传播介质。故在抗震设计中，既要注意地基的失效和变形，如液化、震陷、滑移和不均匀沉降；也要注意地基的滤波、放大、减震等作用。常见的对抗震不利的地基是：液化地基、软土地基、严重不均匀地基、新近填土以及其他不稳定地基。2、液化地基1）液化土及其判别在地下水位以下的松散的饱和砂土和饱和粉土，在受到地震作用时，土颗粒间有压密的趋势，使土中孔隙水压力增高，当孔隙水来不及排出时，将致使土颗粒处于悬浮状态，此时土体的抗剪强度为零，使场地土是去承载能力，这种形成有如“液体”一样的现象，称为场地土的液化。判别深度一般为地面下15m范围内。5.1.3建筑场地、地基和基础土层液化的判别方法，先初步判别，再标准贯入试验判别。首先初步判断是否会发生液化，《规范》规定对于饱和砂土或粉土，当符合一定条件时，可不考虑液化。钻孔至试验土层上15cm处,用63.5公斤穿心锤，落距为76cm，打击土层，打入30cm所用的锤击数记作N63.5，称为标贯击数。用N63.5与规范规定的临界值Ncr比较来确定是否会液化5.1.3建筑场地、地基和基础2）液化指数与液化等级在同一地震烈度下，液化层的厚度愈厚、埋藏愈浅、地下水位愈高、标准贯入锤击数实测值与临界值之差愈多，液化就愈严重。3）地基抗液化措施可按全部消除地基液化沉陷的措施、部分消除地基液化沉陷的措施、减轻液化影响的基础和上部结构处理的原则进行选择。除丁类建筑外，不应将未经处理的液化土层作为天然地基的持力层。§5.2地震作用与抗震验算5.2.1单自由度弹性体系的地震反应与抗震设计反应谱一、概述地面运动有六个分量（两个水平、一个竖向、三个扭转），故地震作用分为水平地震作用、竖向地震作用和扭转。对结构影响最大的是水平地震作用。结构的主要振动形式，对规则结构主要是水平向的平动，对不规则结构，则是水平向的平动与扭转的耦连振动。对于8、9度的大跨度结构、长悬臂结构以及9度的高层建筑则还需要进行竖向地震作用下的抗震验算。水平地震作用与风荷载的区别：1）风荷载主要与建筑物的体型、高度以及地形地貌有关，而水平地震作用则与建筑物的质量、动力特性以及场地、土质条件有关2）水平地震荷载比风荷载对建筑物产生的振动大3）风荷载作用时间长，水平地震荷载作用时间较短，仅有几秒或几十秒地震引起的结构振动，称为结构的地震反应，包括内力、变形、加速度、速度和位移等。

1、单自由度弹性体系计算简图：将结构参与振动的全部质量集中于一点，用无重量的弹性直杆支承于地面形成单质点体系，当该体系只作单向振动时，就形成了一个单自由度体系。如等高单层厂房、水塔等.单质点弹性体系计算简图（a）单层厂房及简化体系；（b）水塔及简化体系二、单自由度弹性体系的无阻尼自由振动无阻尼自由振动微分方程：二、

单自由度弹性体系的无阻尼自由振动2、运动方程及其解答弹性恢复力：惯性力：它的解为：A——振幅，即最大的水平位移W——振动的圆频率自振周期：地面（基础）的水平位移：质点对地面的的相对位移质点位移：质点加速度：

三、

单自由度弹性体系的地震反应分析阻尼力运动方程结构振动体系的阻尼比绝对加速度反应谱单自由度体系在给定的地震作用下某个最大反应与体系自振周期的关系曲线称为该反应的地震反应谱。相对位移反应谱绝对加速度反应谱相对速度反应谱地震反应谱的特点：1.阻尼比对反应谱影响很大2.对于加速度反应谱，当结构周期小于某个值时幅值随周期急剧增大，大于某个值时，快速下降。3.对于速度反应谱，当结构周期小于某个值时幅值随周期增大，随后趋于常数。4.对于位移反应谱，幅值随周期增大。不同场地条件对反应谱的影响:将多个地震反应谱平均后得平均加速度反应谱周期（s)岩石坚硬场地厚的无粘性土层软土层反应谱的主要影响因素：结构的阻尼比和场地条件。计算水平地震作用的基本公式:地震系数动力系数水平地震影响系数设防烈度67(7.5)8(8.5)9地震系数k0.050.10(0.15)0.20(0.30)0.40设防烈度与地震系数的对应关系1.地震系数表征地面运动强烈程度地面运动的最大加速度与重力加速度之比2、动力系数单质点最大绝对加速度与地面最大加速度的比表示由于动力效应，质点的最大绝对加速度比地面最大加速度放大了多少倍。从上式可知，动力系数与地面运动加速度，结构自振周期以及阻尼比有关。

－－－β与Ｔ的关系曲线称为β谱曲线，它实际上就是相对于地面加速度的加速度反应谱，两者在形状上完全一样。当基本烈度确定，地震系数k为常数，α仅随β变化。建筑结构的地震影响系数α应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。3、地震影响系数α

五、抗震设计反应谱为了便于计算，《抗震规范》采用水平地震影响系数α与体系自振周期Ｔ之间的关系作为设计用反应谱。（基于标准反应谱曲线）抗震设计反应谱----地震影响系数；----地震影响系数最大值；----结构自振周期；----特征周期；----直线下降段的下降斜率调整系数；----阻尼调整系数；----衰减指数《建筑抗震设计规范》抗震设计反应谱的参数取值1、结构自振周期(2)多质点体系----近似计算2、特征周期

(1)单自由度体系----质点在单位水平集中力作用下产生的侧移设计地震分组场地类别ⅠⅡⅢIV第一组0.250.350.450.65第二组0.300.400.550.75第三组0.350.450.650.90设计特征周期

Tg

值抗震设计中，设计特征周期Tg的取值根据“设计地震分组”确定。地震影响烈度6789多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）0.32罕遇地震—0.50（0.72）0.90（1.20）1.403.水平地震影响系数最大值（阻尼比0.05）括号内的数字分别对应设计基本加速度0.15g和0.30g地区的地震影响系数。4、对应于阻尼比等于0.05和不等于0.05，抗震设计反应谱的形状参数（、、）不同.抗震设计反应谱的曲线特征：

曲线由四部分组成，其值也由四部分构成。12341直线上升段：2水平段：时,,,。3曲线下降段：4直线下降段：时(刚体)，，or解：（1）求结构体系的自振周期例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，Ⅰ类场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚度,阻尼比为0.05。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。

h=5m地震特征周期分组的特征周期值（s）0.90

0.65

0.450.35第三组0.75

0.55

0.400.30第二组0.65

0.45

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0.25第一组

Ⅳ

Ⅲ

Ⅱ

Ⅰ场地类别查表确定（2）查表得地震特征周期解：（1）求结构体系的自振周期（3）求水平地震影响系数查表确定地震影响系数最大值（阻尼比为0.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震

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6地震影响烈度例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，Ⅰ类场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚度,阻尼比为0.05。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。

h=5m查表确定（2）查表得地震特征周期例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，Ⅰ类场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚度,阻尼比为0.05。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。

h=5m解：（1）求结构体系的自振周期（3）求水平地震影响系数查表确定（2）查表得地震特征周期解：例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，Ⅰ类场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚度,阻尼比为0.05。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。

（1）求结构体系的自振周期（2）求水平地震影响系数h=5m（3）计算结构水平地震作用ii+1m1m2mimn1、多质点或多自由度体系计算简图多自由度弹性体系：对于多层或高层工业与民用建筑等，则应简化为多质点体系来计算，这样才能比较真实地反映其动力性能。

按质量集中法将i和i+1层之间的结构重力荷载和楼面活荷载集中于楼面标高处，由无重量的弹性直杆支撑于地面上，这样就将多层或高层结构简化为了多质点弹性体系。5.2.2、

多自由度弹性体系的地震反应分析一般来说，对多质点体系，若只考虑其作单向振动时，则体系的自由度与质点个数相同。2、运动方程及求解m1m2mimn12in(1)房屋结构的质量和刚度沿高度分布比较均匀；适用条件：(2)房屋的总高度不超过40m；(3)房屋结构在地震作用时的变形以剪切变形为主(房屋高宽比小于4时)；(4)房屋结构在地震作用时的扭转效应可忽略不计。振动特点：(1)位移反应以基本振型为主；(2)基本振型接近直线。5.2.3计算水平地震作用的底部剪力法m1m2mimn12inHiH底部剪力法基本原理仅考虑基本振型！m1m2mimn12in第j振型j振型的底部剪力为:G—结构的总重力荷载代表值(1)底部剪力标准值的计算j振型的底部剪力为:组合后的结构底部剪力：—高振型影响系数(规范取0.85)第j振型底部剪力作用的标准值:基本周期的水平地震影响系数由T1查设计反应谱结构等效重力荷载代表值结构总的重力荷载代表值的85%总的水平地震作用标准值（结构底部剪力标准值）H1G1GkHk(2)各质点的水平地震作用标准值计算结构振型以第一（基本）振型为主，且基本振型接近直线，则i质点的水平地震作用：角度质点i的计算高度H1G1GkHk进而,可求地震作用下各楼层水平地震层间剪力为：经过计算发现底部剪力法对于层数比较多的结构（自振周期长T1≽1.4Tg），顶部水平地震作用计算结果偏小，所以规范规定：将总的地震作用拿出一部分，作为集中力作用在顶部。(3)对底部剪力法的修正δn－－－－顶部附加地震作用系数(3)对底部剪力法的修正顶部附加地震作用系数δnTg(s)T1>1.4TgT1≤1.4Tg≤0.350.08T1+0.070<0.3～0.550.08T1+0.010>0.550.08T1-0.020顶部附加地震作用系数δn由于是将各个质点的作用拿出一部分放在顶部进行修正，所以，各质点要把那一部分水平地震作用减去。Ⅰ)T1>1.4Tg

时各质点水平地震作用当结构基本周期T1>1.4Tg时，将结构总地震作用的一部分作为集中力△Fn作用于结构顶部。F1F2FiFn12inHiHG1G2GiGn△

FnⅡ)“鞭端效应”震害表明，局部突出屋面的小建筑如电梯机房、水箱间、女儿墙、烟囱等，它们的震害比下面主体结构严重。这是由于出屋面的这些建筑的质量和刚度突然变小，地震反应随之急剧增大的缘故。这种现象在地震工程中称为“鞭端效应”。－－－－计算其地震作用效应时，将结果乘放大系数3（相当于增加两倍），增加的两倍只在计算这些突出屋顶的建筑物时考虑，不往下传。1.计算结构等效总重力荷载代表值2.计算水平地震影响系数3.计算结构总的水平地震作用标准值底部剪力法计算步骤:底部剪力法计算步骤:4.计算顶部附加水平地震作用5.计算各层的水平地震作用标准值6.计算各层的层间剪力例1：试用底部剪力法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。已知结构的基本周期T1=0.467s,抗震设防烈度为8度,Ⅱ类场地,设计地震分组为第二组。10.5m7.0m3.5m解：（1）计算结构等效总重力荷载代表值10.5m7.0m3.5m（2）计算水平地震影响系数查表得1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震

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6地震影响地震影响系数最大值（阻尼比为0.05）解：（1）计算结构等效总重力荷载代表值10.5m7.0m3.5m（2）计算水平地震影响系数地震特征周期分组的特征周期值（s）0.90

0.65

0.450.35第三组0.75

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0.400.30第二组0.65

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0.25第一组

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Ⅰ场地类别（3）计算结构总的水平地震作用标准值T1=0.467s解：（1）计算结构等效总重力荷载代表值（2）计算水平地震影响系数（3）计算结构总的水平地震作用标准值（4）顶部附加水平地震作用顶部附加地震作用系数（5）计算各层的水平地震作用标准值解：（1）计算结构等效总重力荷载代表值（2）计算水平地震影响系数（3）计算结构总的水平地震作用标准值（4）顶部附加水平地震作用（5）计算各层的水平地震作用标准值（6）计算各层的层间剪力振型分解反应谱法结果解：（1）计算结构等效总重力荷载代表值（2）计算水平地震影响系数（3）计算结构总的水平地震作用标准值（4）顶部附加水平地震作用（5）计算各层的水平地震作用标准值与前面的计算结果很接近，说明底部剪力法的计算结果是可靠的。例2：六层砖混住宅楼，建造于基本烈度为8度区，场地为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，根据各层楼板、墙的尺寸等得到恒荷和各楼面活荷乘以组合值系数，得到的各层的重力荷载代表值为G1=5399.7kN,G2=G3=G4=G5=5085kN,G6=3856.9kN。试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。G12.952.702.702.702.702.70G2G3G4G5G6由于多层砌体房屋中纵向或横向承重墙体的数量较多，房屋的侧移刚度很大，因而其纵向和横向基本周期较短，一般均不超过0.25s。所以规范规定，对于多层砌体房屋，确定水平地震作用时采用。并且不考虑顶部附加水平地震作用。例2：基本烈度为8度，场地为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，G1=5399.7kN,G2=G3=G4=G5=5085kN,G6=3856.9kN。计算各层地震剪力标准值。解：结构总水平地震作用标准值G12.952.702.702.702.702.70G2G3G4G5G61.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震

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6地震影响烈度地震影响系数最大值（阻尼比为0.05）G12.952.702.702.702.702.70G2G3G4G5G6例2：基本烈度为8度，场地为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，G1=5399.7kN,G2=G3=G4=G5=5085kN,G6=3856.9kN。计算各层地震剪力标准值。解：结构总水平地震作用标准值各层水平地震剪力标准值各层水平地震作用层Gi

(kN)Hi(m)GiHi(kN.m)Fi(kN)Vi(kN)63856.917.4555085.014.7545085.012.0535085.09.3525085.06.6515399.72.95Σ

67320.921328.8233815.2547544.7561274.2575003.75306269.72884.5985.7805.3624.8444.4280.44025.1884.51870.22675.53300.33744.74025.129596.65.2.4结构基本自振周期的计算单自由度体系的基本自振周期多自由度体系的基本自振周期对于框架结构：对于质量、刚度沿竖向分布比较均匀的框架结构、框架-抗震墙结构、抗震墙结构，按下式计算：竖向地震运动是可观的：根据观测资料的统计分析，在震中距小于200km范围内，同一地震的竖向地面加速度峰值与水平地面加速度峰值之比av/ah平均值约为1/2，甚至有时可达1.6。根据地震计算分析，对于高层建筑、高耸及大跨结构影响显著。结构竖向地震内力NE/与重力荷载产生的内力NG的比值沿高度自下向上逐渐增大，烈度为8度时为50%至90%，9度时可达或超过1；335m高的电视塔上部，8度时为138%；高层建筑上部，8度时为50%至110%。竖向地震作用的影响是显著的：5.2.6竖向地震作用(1).长悬臂结构；(2).8度和9度时的大跨度结构；(3).9度时的高耸结构和较高的高层建筑；

我国抗震设计规范规定以下三类结构要考虑向上或向下竖向地震作用的不利影响。1、结构抗震强度验算荷载组合：截面承载力抗震验算：---包含地震作用效应的结构构件内力组合的设计值；---结构构件承载力设计值；---承载力抗震调整系数，除另有规定外，按下表采用；下列情况可不进行结构强度验算：（1）6度时的建筑（Ⅳ类场地上较高的高层建筑与高耸结构除外）；（2）7度时Ⅰ、Ⅱ类场地、柱高不超过10m且两端有山墙的单跨及多跨等高的钢筋混凝土厂房，或柱顶标高不超过4.5m，两端均有山墙的单跨及多跨等高的砖柱厂房。5.2.7、结构构件截面承载力抗震验算材料结构构件受力状态钢柱、梁支撑节点板件、连接螺栓连接焊缝0.750.800.850.90砌体两端均有构造柱、芯柱的抗震墙其他抗震墙受剪受剪0.91.0混凝土梁梁轴压比小于0.15柱梁轴压比不小于0.15柱抗震墙各类构件受弯偏压偏压偏压受剪、偏拉0.750.750.800.850.85承载力抗震调整系数对于按底部剪力法分析结构地震作用时，其弹性位移计算公式为:---第i层的层间位移；---第i层的侧移刚度；---第i层的水平地震剪力标准值。2、结构抗震变形验算(1)多遇地震作用楼层内最大弹性层间位移应符合下式要求：1/300多、高层钢结构1/1000钢筋混凝土框支层1/1000钢筋混凝土抗震墙、筒中筒1/800钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒1/550钢筋混凝土框架

结构类型(2)罕遇地震作用Ⅰ)验算目的——不倒塌 罕遇地震作用下，结构进入弹塑性工作阶段；结构进入弹塑性后（屈服），结构承载能力已经没有储备，需要通过发展塑性变形来吸收和消耗地震输入的能量；若结构的变形能力不足，结构会倒塌。 通过验算结构在罕遇地震作用下的变形能力，判断结构是否具有足够的安全性。1.下列结构应进行弹塑性变形验算：1)8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；2)7-9度时楼层屈服强度系数小于0．5的钢筋混凝土框架结构；3)高度大于150m的钢结构；4)甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；5)采用隔震和消能减震设计的结构；Ⅱ)验算范围2.下列结构宜进行弹塑性变形验算：

1）上表所列高度范围且属于下表所列不规则类型的高层建筑结构；2）7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；3）板柱-抗震墙结构和底部框架砖房；4）高度不大于150m的其它高层钢结构。Ⅱ)验算范围不规则类型定义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%竖向不规则的类型Ⅲ)计算方法(1)简化方法适用范围：不超过12层且层刚度无突变的钢筋混凝土框架结构、单层钢筋混凝土柱厂房可采用简化方法计算结构薄弱层(部位)弹塑性位移。按简化方法计算时，需确定结构薄弱层(部位)的位置。结构薄弱层：指在强烈地震作用下结构首先发生屈服并产生较大弹塑性位移的部位。(2)除适用简化方法以外的建筑结构，可采用静力弹塑性分析方法或弹塑性时程分析法等。(3)规则结构可采用弯剪层模型或平面杆系模型；不规则结构应采用空间结构模型。

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设计不良或施工质量欠佳的钢筋混凝土结构房屋在地震中遭遇震害的情况，亦不鲜见。主要震害可概述如下：１.共振效应引起的震害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

梁柱变形能力不足，构件过早发生破坏。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更易发生破坏。（1）柱顶

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。

主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。

破坏不易修复。§5.3混凝土结构房屋的抗震设计80一、框架结构的震害（2）柱底

与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。81（3）短柱

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。一、框架结构的震害82（4）角柱

由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。（5）梁柱节点

节点核心区产生对角方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝土剪碎剥落。节点内箍筋很少或无箍筋时，柱纵向钢筋压曲外鼓。

节点破坏将导致梁柱失去相互之间的联系。

节点破坏的主要原因是节点的受剪承载力不足，约束箍筋少，梁筋锚固长度不够以及施工质量差所引起。（6）框架梁

震害多发生于梁端。在地震作用下梁端纵向钢筋屈服，出现上下贯通的垂直裂缝和交叉裂缝。破坏的主要原因是梁端屈服后产生的剪力较大，超过了梁的受剪承载力，梁内箍筋配置较稀，以及反复荷载作用下混凝土抗剪强度降低等。一、框架结构的震害83４.框架填充墙的震害

砌体填充墙刚度大而承载力低，首先承受地震作用而遭破坏。一般7度即出现裂缝，8度和8度以上地震作用下，裂缝明显增加，甚至部分倒塌，一般是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌快墙重于砖墙。

框架-剪力墙结构上部较严重，框架结构下部震害严重。一、框架结构的震害84

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，在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。一、框架结构的震害85５.抗震墙的震害

在强震作用下，抗震墙的震害主要表现在墙肢之间连梁的剪切破坏。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型剪切裂缝，为剪切型脆性破坏，尤其是在房屋1/3高度处的连梁破坏更为明显。一、框架结构的震害一、房屋的适用最大高度《抗震规范》规定：乙、丙和丁类建筑的框架结构和框架-抗震墙结构适用的最大高度应不超过下表的规定。甲类建筑适用的最大高度应专门研究。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)注：1.房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）；

2.超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施；

3.平面和竖向均不规则的结构或建造在Ⅳ场地的构，使用的最大高度应适当降低（一般降低20%左右）。5.3.2混凝土结构房屋抗震设计的一般要求二、抗震等级地震作用下，钢筋混凝土结构的地震反应有下列特点：1、地震作用越大，房屋的抗震要求越高；2、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能；3、房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。

地震作用与烈度、场地等有关，从经济角度考虑，对不同烈度、场地的结构的抗震要求可以有明显的差别。

主、次抗侧力构件的抗震要求应有差别。

抗震等级是确定结构构件抗震计算和抗震措施的标准。根据设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及构件在结构中的重要程度确定，共分四个等级，一级最高。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注：1.建筑场地为Ⅰ类时，除6度外可按表内降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低；

2.接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。多高层钢筋混凝土结构房屋结构布置的基本原则：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。三、结构体系和结构布置90

框架－抗震墙结构是由框架和抗震墙结合而共同工作的结构体系，兼有框架和抗震墙两种结构体系的优点。既具有较大的空间，又具有较大的抗侧刚度。多用于10~20层的房屋。框架－抗震墙结构布置的关键问题是抗震墙的布置，其基本原则是：①抗震墙在结构平面的布置应对称均匀，避免结构刚心与质心有较大的偏移。框架一抗震墙结构平面布置示意②抗震墙应沿结构的纵横向设置，且纵横向抗震墙宜相互联合组成T形、Ｌ形、十字形等刚度较大的截面，以提高抗震墙的利用效率。③抗震墙与柱中线宜重合，当不能重合时，柱中线与抗震墙中线之间偏心距不宜大于柱宽的1/4。91④抗震墙应尽可能靠近房屋平面的端部，但不宜布置在外墙。⑤抗震墙应设置在墙面不需要开大洞口的位置，开洞口时应上下对齐，抗震等级为一、二级的联肢墙的洞口不应采用弱连系梁。⑥抗震墙宜贯通全高，沿竖向截面不宜有较大突变，以保证结构竖向的刚度基本均匀。抗震墙的数量以能满足结构的侧移变形为原则，不宜过多，以免结构刚度过大，增加结构的地震反应。抗震墙的间距应能保证楼、屋盖有效地传递地震剪力给抗震墙。四、屈服机制1、框架结构

为了充分发挥整个结构的抗震能力，较合理的地震破坏机制应为节点基本不破坏，梁比柱的屈服能早发生、多发生；同一层中，各柱两端屈服历程越长越好；底层柱底的塑性铰宜最晚发生。梁柱端的塑性铰出现得尽可能分散。2、框架-抗震墙结构

抗震墙的各墙段（包括小开洞墙和联肢墙肢）的高宽比不宜小于2，使其成弯剪破坏。连梁宜在梁端塑性屈服，且有足够的变形能力，在墙段充分发挥抗震作用前不失效。五、基础结构抗震墙的抗震等级可取框架-抗震墙结构中框架的抗震等级

框架单独柱基有下列情况之一时，宜沿两个主轴方向设置基础系梁：

1）、

一级框架和IV类场地的二级框架；

2）、

各柱基础底面在重力荷载代表值作用下的压应力差别较大；

3）、

基础埋臵较深，或各基础埋臵深度差别较大；

4）、

地基主要受力层范围内存在软弱黏土层、液化土层或严重不均匀土层；

5）、

桩基承台之间。5.3.3混凝土框架抗震设计一、框架柱的抗震设计框架柱抗震设计的原则：1）强柱弱梁2）在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力3）控制住的轴压比不要太大4）加强约束，配置必要的约束箍筋1、轴压比的概念

名义轴向压应力与砼抗压强度之比

轴压比是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。轴压比越大，柱子的延性越差。柱子的破坏形态也随轴压比的增大，由大偏心破坏向小偏心破坏过渡。抗震结构要求柱子有足够的延性且为大偏心破坏，故控制轴压比的限值。组合轴压力设计值

轴压比抗震等级一二三框架柱0.70.80.9

框支柱0.60.7框-墙、板柱墙及筒体0.750.850.952、强柱弱梁--柱设计弯矩的取值要求：塑性铰出现在梁上(如何设计？）作法：（*以下所述内容主要针对一、二、三级框架。）

⑴节点上、下柱端的弯矩设计值ηc对于一、二、三级框架分别为1.4、1.2、1.1。

⑵底层柱、角柱内力：一、二、三级框架底层柱底截面的组合弯矩设计值应分别乘以1.5、1.25和1.15的增大系数，角柱内力按上述调整后进一步放大10%。⑶柱的轴力按组合值取。⑷柱的配筋计算，注意承载力抗震调整系数。作法：

⑴柱剪力设计值

ηｖｃ——柱剪力增大系数，一、二、三级框架分别取1.4、1.2、1.1。3、强剪弱弯——设计剪力取值要求：在弯曲破坏之前不发生剪切破坏⑵剪压比限值，柱截面尺寸不能太小短柱⑶柱斜截面受剪承载力4、加强柱端约束：

在柱端一定范围内加密箍筋。加密箍筋的作用：承担剪力；约束砼；提高抗压强度；提高变形能力；防止纵向压曲加密箍筋注意事项⑴范围：中取最大值，底层，刚性地面上下各500mm。短柱、角柱全高加密。⑵箍筋的最大间距抗震等级最大间距（取较小值）最小直径一级：6d，100mmφ10二级：8d，100mmφ8三级：8d，150mmφ8四级：8d，150mmφ8⑶箍筋最小体积配筋率⑷箍筋型式：普通箍、复合箍、螺旋箍⑸肢距：加密区，一级≤200，二、三级≤250

或20倍d，四级≤300

每隔一个纵筋它在两个方向有箍筋约束。非加密区：箍筋量不少于加密区的50%（6）、柱纵向钢筋的配置：最小配筋率和最大配筋率要求。最小配筋率如三级框架，中边柱0.7%。最大配筋率为5%，注意防止粘结不足破坏。当柱边尺寸大于400mm时，纵向钢筋间距不宜大于200mm。5.3.3混凝土框架抗震设计二、框架梁的抗震设计1、框架梁抗震设计的原则：⑴梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力(强剪弱弯）

——设计剪力的取值。⑵梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力——延性设计问题。⑶解决好梁筋的锚固问题（强锚固）。2、框架梁受剪承载力验算⑴梁剪力设计值

要充分估计梁端实际配筋屈服并产生超强时有可能产生的最大剪力。——梁左右端顺时针或逆时针组合设计弯矩。对一级框架两端均为负