建筑抗震设计-第4章-框架、抗震墙

建筑抗震设计-第4章-框架、抗震墙第一页，共45页。目录多层砌体房屋5场地、地基与基础2地震作用与结构抗震验算3框架、抗震墙与框架-抗震墙4底部框架-抗震墙、多层内框架砖砌房屋6抗震设计原则17单层钢筋混凝土柱厂房第二页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4抗震墙框架房屋框架-抗震墙抗震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。4.1概述抗震墙结构是由纵、横向的钢筋混凝土墙所组成的结构。因为墙体较多，侧向刚度大，所以它可以建的很高。第三页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4框架梁、柱的震害

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。4.2震害及其分析第四页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙42、柱底

与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。第五页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙43、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。第六页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙44、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。

节点破坏的主要原因是节点的受剪承载力不足，约束箍筋太少，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。

节点破坏将导致梁柱失去相互之间的联系。第七页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4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。第八页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4

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。第九页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4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。第十页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4防震缝的震害

防震缝宽度过小，地震时结构相互碰撞造成震害。

总结以上震害调查结果，除注意场地和地基因素外，从结构上主要应注意：1）结构的刚度在平面上和沿竖向的分布要规则、均匀；2）结构构件要有足够的承载力和延性；3）重视构造，加强对混凝土的约束，防止剪切、锚固等脆性破坏；4）保证施工质量。第十一页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙44.3抗震设计的一般规定一、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）。第十二页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4二、结构的抗震等级根据结构类型、设防烈度、房屋高度和场地类别来划分不同的抗震等级。划分抗震等级的目的在于对房屋采取不同的抗震措施。第十三页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4

下表为丙类建筑抗震等级的划分：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。第十四页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4三、建筑设计和建筑结构的规则性建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性。建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。侧向刚度不规则——软弱层。楼层承载力突变——薄弱层。第十五页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4

当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和刚度相差过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时，应考虑设防震缝。其最小宽度应符合下面要求：高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。（1）钢筋混凝土框架房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用70mm，超过15m时，6、7、8、9度相应每增加高度5m、4m、3m、2m，宜加宽20mm。四、防震缝（2）框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架规定数值的50%，且不宜小于70mm。（3）防震缝两侧结构类型不同时，按不利体系考虑，并按低的房屋高度计算缝宽。th框架框架-抗震墙第十六页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4

（5）8、9度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧的结构，当结构高度、刚度或层高相差较大时，可在防震缝两侧房屋的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙。层高不同高度、刚度相差较大

每一侧的数量不应少于两道。宜分别对称布置，墙肢的长度可不大于一个柱距。

内力应按考虑和不考虑抗撞墙两种情况进行分析，按不利情况取值。

抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密。第十七页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙44.4水平地震作用的计算

对于高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构的水平地震作用标准值，可按底部剪力法计算：式中符号同前。第十八页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4计算水平地震作用时，首先要确定结构的基本周期。对于多层钢筋混凝土框架，由于它的侧移容易计算，故一般采用能量法计算基本周期；对于高层钢筋混凝土框架，可采用顶点位移法计算结构基本周期。此外，也可用经验公式计算，选用时应注意其适用范围。1、能量法2、顶点位移法第十九页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙44.5框架结构内力和侧移计算多层框架是高次超静定结构，如果按精确方法用手工计算它的内力和位移是十分困难的，甚至是不可能的。因此，目前在工程结构计算中，通常采用近似的分析方法，常用的近似方法有：在水平荷载下的反弯点法和D值法，以及在竖向荷载下的弯矩二次分配法、分层法、迭代法。第二十页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4反弯点法适用条件：当梁的线刚度和柱的线刚度之比大于3时，节点转角将很小，对框架的内力影响不大。基本假定：梁的线刚度为无穷大；同一层柱两端的相对水平位移均相同，底层柱的反弯点在距离基础2/3柱高处，其余层柱的反弯点均位于柱高的中点。第二十一页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4D值法（改进抗侧刚度和反弯点高度的反弯点法）适用条件：梁的线刚度和柱的线刚度之比大于3时。基本假定：柱以及与其相邻的各杆的杆端转角相同；柱及其相邻上下柱的线刚度相同，且它们的弦转角相同。在计算梁的线刚度时，可以考虑楼板对梁的刚度的有利影响，即板作为梁的翼缘参加工作。计算步骤：（1）计算各层柱的侧移刚度；

（2）计算各柱所分配的剪力；

（3）计算柱的反弯点高度；

（4）确定柱端弯矩；

（5）按节点弯矩平衡条件和梁的

转动刚度确定梁端弯矩。第二十二页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4弯矩二次分配法适用范围：无侧移、规则的框架。计算步骤：先根据梁、柱的线刚度计算各节点杆件的弯矩分配系数，然后计算各跨梁的固端弯矩及各节点的不平衡弯矩；将各节点的不平衡弯矩同时进行分配，并向远端传递（传递系数均为1/2）；第一次分配弯矩传递后，再进行第二次弯矩分配，分配的结果不再传递。计算结果将各杆的所有杆端弯矩叠加即为各杆端的最后弯矩。第二十三页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4分层法适用范围：框架的结构与荷载沿高度比较均匀；节点的梁柱线刚度比≥3。计算步骤：将框架的各层梁及其上下柱所组成的框架作为一个独立的计算单元分层用力矩分配法进行计算，分层计算所得的梁弯矩即为梁的最后弯矩；因为每一根柱都同时属于上下两层，所以每一个柱的柱端弯矩需由上下两层计算所得的弯矩值相加得到。第二十四页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4迭代法适用范围：有侧移、无侧移、规则、不规则的框架。计算步骤：首先计算各杆端的固端弯矩、各节点的不平衡力矩及各杆端的转角弯矩分配系数；然后用近端转角弯矩迭代公式在各节点反复进行迭代计算，直到各杆端的转角弯矩趋于稳定即止；最后各杆端弯矩为最后一轮近端转角弯矩的2倍与最后一轮远端转角弯矩及固端弯矩之和。第二十五页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4弯矩调幅法（竖向非地震荷载作用下）基本原则：在确定调幅后的跨内弯矩时，应满足静力平衡条件，即连续梁任一跨调幅后的两端支座弯矩MA、

MB(绝对值)的平均值，加上调整后的跨度中点的弯矩M1之和，应不小于该跨按简支梁计算的跨度中点弯矩Mo。还要考虑塑性内力重分布后应取得的效果。第二十六页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4控制截面及其内力不利组合在进行构件截面设计时，需求得控制截面上的最不利内力组合作为配筋的依据，内力不利组合就是控制截面配筋最大的内力组合：1、框架梁：一般选梁的两端截面和跨中截面作为控制截面；2、柱：选柱的上、下端截面作为控制截面。第二十七页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙44.6抗震墙结构内力和侧移的计算水平荷载作用下抗震墙结构计算的简化：简化成平面结构。计算时采用如下假设：（1）抗震墙结构的墙体，在其自身平面内的刚度为无限大，平面外的刚度很小，可忽略不计。（2）楼板在其自身平面内的刚度为无限大，使各片墙体之间通过楼板共同工作。第二十八页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙44.7框架-抗震墙结构内力和侧移的计算水平荷载作用下抗震墙结构计算的简化：简化成平面结构。计算时采用如下假设：（1）楼板在自身平面内的刚度为无穷大。（2）结构的刚度中心与质量中心重合，结构在水平地震作用下不发生扭转。（3）在计算框架-抗震墙协同工作时，不考虑框架柱的轴向变形，但计算具有洞口的抗震墙时，考虑墙肢轴向变形的影响。第二十九页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4房屋刚度特征值越大，表示框架侧移刚度越大，而抗震墙刚度越小。框架抗震墙结构中框架所承受的地震剪力不应小于某一限值。因此规范规定，侧向刚度沿竖向分布基本均匀的框架抗震墙结构，任一层框架部分的地震剪力不应小于结构底部总剪力的20%和框架部分各层按协同工作分析的地震剪力最大值1.5倍二者的较小值。第三十页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙44.8框架结构梁、柱及节点的抗震设计

为了防止钢筋混凝土房屋在遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏，结构应具有足够大的延性。要求结构具有一定的延性就必须保证框架梁、柱有足够大的延性。梁、柱的延性是以其截面塑性铰的转动能力来度量的。因此，在进行结构抗震设计时，应注意梁、柱塑性铰的设计，使框架结构成为具有较大延性的“延性结构”。第三十一页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4梁、柱塑性铰设计的一般原则(1)强柱弱梁：要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁中出现尽量避免或减少在柱中出现。因为塑性铰在柱中出现，很容易形成几何可变体系而倒塌。(2)强剪弱弯：对于梁、柱构件而言，要保证构件出现塑性铰，而不过早地发生剪切破坏，要求构件的抗剪承载力大于塑性铰的抗弯承载力。为此，要提高构件的抗剪强度，形成“强剪弱弯”。(3)强节点、强锚固：为了保证延性结构的要求，在梁的塑性铰充分发挥作用前，框架节点、钢筋的锚固不应过早地破坏。第三十二页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4

框架梁的设计

1、梁的截面尺寸宜符合下列要求：(1)梁的截面宽度不宜小于200mm。(2)梁截面的高宽比不宜大于4。(3)为了避免发生剪切破坏，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。

第三十三页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙42、梁的混凝土和钢筋的强度等级要求（1）、框架梁当按一级抗震等级设计时，其混凝土强度等级不应低于C30；当按二、三级抗震等级设计时，其混凝土强度等级不应低于C20。梁的纵向受力钢筋，宜选用HRB4m级、HRB335级热轧钢筋；箍筋宜选用HRB335、HRB400和HPB235级热轧钢筋。（2）、按一、二级抗震等级设计框架结构，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，其检验所得的强度实测值，应符合下列要求：

钢筋抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值，不应小于1.25；钢筋屈服强度实测值与钢筋强度标准值的比值，不应大于1.30。

第三十四页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙44、梁的斜截面受剪承载力计算剪压比的限制

梁内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比，称为梁的剪压比。对梁的剪压比的限制，也就是对梁的最小截面的限制。第三十五页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4三、框架柱的设计1、柱的截面尺寸宜符合下列各项要求：(1)截面的宽度和高度均不宜小于300mm；圆柱直径不宜小于300mm。(2)截面长边与短边的边长比不宜大于3。

(3)剪跨比宜大于2，其值按下式计算：按上式计算剪跨比λ时，应取柱上下端计算结果的较大值；反弯点位于柱高中部的框架柱，可按柱净高与2倍柱截面高度之比计算。2、柱的材料强度等级柱的混凝土强度等级和钢筋强度等级的要求与梁相同。

第三十六页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙43、柱的正截面承载力的计算按柱的内力不利组合公式确定柱的内力不利组合后，即可按一般钢筋混凝土偏心受压构件计算方法进行配筋计算。为了提高柱的延性，增强结构的抗震能力，在柱的正截面计算中，还应注意以下一些问题：（1）、轴压比的限制轴压比是指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比。轴压比是影响柱的延性重要因素之一，在框架抗震设计中，必须按规范限制轴压比，以保证柱具有一定的延性。另：可不进行地震作用计算的结构，取无地震作用组合的轴力设计值。

第三十七页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4（2）、按“强柱弱梁”原则调整

柱端弯矩设计值

为使框架结构在地震作用下塑性铰首先在梁中出现，必须做到，在同一节点，柱的抗弯能力大于梁的抗弯能力，即满足“强柱弱梁”的要求。规范规定，柱端组合弯矩设计值应符合下列公式要求：当反弯点不在柱的层高范围内时，柱端截面组合弯矩设计值可乘以上述柱端弯矩增大系数。由于框架底层柱柱底过早出现塑性铰将影响整个框架的变形能力，从而对框架造成不利影响。同时，随着框架梁塑性铰的出现，内力塑性重分布，使底层框架柱的反弯点位置具有较大的不确定性。因此，规范规定，一、二、三级框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和1.15。

第三十八页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4(3)、柱的纵向钢筋的配置

柱的纵向钢筋配置，应符合下列各项要求：(1)宜对称配置。(2)截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm。(3)柱纵向钢筋的最小总配筋率按规范采用，同时应满足每一侧配筋率不小于0.2％。

(4)柱总配筋率不应大于5％。(5)一级且剪跨比大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2％。(6)边柱、角柱在地震作用组合产生小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25％。(7)柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。

第三十九页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙44、柱的斜截面承载力的计算（1）、剪压比的限制

柱内平均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值之比，称为柱的剪压比。与梁一样，为了防止构件截面的剪压比过大，在箍筋屈服前，混凝土过早地发生剪切破坏，必须限制柱的剪压比，亦即限制柱的截面最小尺寸。规范规定，框架柱端截面组合的剪力设计值应符合下列要求：

剪跨比大于2时

剪跨比不大于2时

第四十页，共45页。框架、抗震墙与框架-抗震墙4（2）、按“强剪弱弯”的原则调整

柱的截面剪力

为了防止柱在压弯破坏前发生剪切破坏，应按“强剪弱弯”的原则，对柱的