多层钢筋混凝土框架结构抗震设计

第5章多层钢筋混凝土框架结构抗震设计5.1震害及其分析5.2选型、结构布置和设计原则5.3钢筋混凝土框架结构的抗震设计震害及其分析

5.1

震害的调查与分析提高抗震设计水平5.1.1结构布置不合理而产生的震害扭转破坏m1、平面形状不对称2、刚度不对称

ug(t)质心刚心薄弱层破坏底部框架结构的变形薄弱层破坏

彰化县员林镇邦富贵名门大楼座落在中山路惠明街口，为16层钢筋混凝土集合住宅大楼。地震时其中一栋倾倒靠在呈L型平面大楼上，柱子间距7至10米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少，间距太大。底部框架砖房薄弱层破坏伊兹米特市一楼房底层空旷，结构不合理，房屋整体倾斜，二楼成了一楼。薄弱层破坏13121110 9 8 7 6 5 4 3 2 1层13 11 9 7 6 5 3 14080

Δ(mm)120

1976年唐山大地震中，位于天津塘沽区的天津碱厂十三层蒸吸塔框架，该结构楼层屈服强度分布不均匀，造成6层和11层的弹塑性变形集中，导致6层以上全部倒塌。 右图为该结构输入 天津波的弹塑性分析结 果。薄弱层破坏应力集中结构竖向布置有突变时，突变处会出现应力集中引起的震害。防震缝处碰撞防震缝宽度不够时，其两侧的单元在地震时会相互碰撞产生震害。整体破坏形式框架结构的震害强梁弱柱型强柱弱梁型１．柱端弯剪（塑性铰）破坏２．柱身剪切破坏图5-10、5-11图5-12３．角柱破坏弯，剪，扭破坏４．短柱剪切破坏刚度大、剪力大（H/hc≤4)图5-14５．柱牛腿破坏水平力较大

原因：抗弯和抗剪承载力不足局部破坏形式

框架柱塑性铰短柱角柱由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。框架梁１、梁端弯曲破坏 ２、梁端剪切破坏

纵筋屈服箍筋不足梁筋锚固破坏锚固长度不够，拔出连接破坏施工质量差节点（图5-13）剪切破坏Vu不足、箍筋少、混凝土压碎、纵筋压屈框架填充墙的震害震害：墙面斜裂缝、沿柱周边开裂、倒塌特点：“下重上轻”原因：二者之间的变形不协调，非整体；墙体的受剪承载力低、拉结不紧。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。总结震害经验，结构设计应注意：

1、结构刚度分布要均匀、规则；

2、构件要有足够的承载力与延性；

3、重视构造设计；

4、保证施工质量。5.2选型、结构布置和设计原则1、房屋高度综合考虑结构类型、抗震性能、地基条件和震害经验等因素，从使用合理和经济的角度出发，来确定房屋的最大适用高度。5.2.1选型⁄303540板柱—抗震墙60⁄708010三08010三012三012三010三013三015三014三012三015三018三0全部三落地部分三框支框架-核心三筒筒中三筒抗震三墙筒体9度25508度4510三07度5512三06度6013三0结构三类型框架框架-抗震三墙现浇三钢筋三混凝三土房三屋适三用的三最大三高度三（m）1房屋三高度三指室三外地三面至三檐口三获屋三面顶三板的三高度三（不三计局三部突三出）2框架-核心三筒结三构指三周边三稀柱三框架三与核三心筒三组成三的结三构3部分三框支三抗震三墙结三构指三首层三或底三部两三层框三支抗三震墙三结构4超过三表内三高度三的房三屋，三应进三行专三门研三究，三采取三必要三的加三强措施5平面三和竖三向均三不规三则或IV类场三地的三结构三，适三用最三大高三度应三适当三降低三（20三%）浇面三层，三叠合三构件3、加三强楼三盖的三整体三性。4、选三取合三适的三填充三墙。5、三选择三合理三的基三础形三式。5.三2.三1选型2、优三先选三用现三浇式三或装三配整三体式三框架三，且三双向刚三接。结构三布置1、平三立面三布置三宜规三则对三称平面三：尽三量规三则图5-三18、表5-三3立面三：竖三向刚三度均三匀、三最大三高宽三比限三值表5-三4对于三不规三则结三构，三适当三降低三房屋三高度，三采用较为三精确三的内三力分三析方三法，三按较三高抗三震等三级采三取抗震三措施三。结构类型6度7度8度9度框架、板柱-抗震墙4432框架—抗震墙5543筒体，抗震墙6654适用三的房三屋高三宽比注：1.当有大底三盘时三，计三算高三宽比三的高三度从三大底三盘的三顶部三算起三；2.超过三表内三高宽三比的三体型三复杂三的房三屋，三应进三行专三门研三究。2、柱三网布三置要三简单三规整楼梯三间尽三量不三放在三端头三，拐三弯处三。梁，三柱中三线宜三重和三（e≤1/三4hc）。3、填三充墙三布置三要上三下、三左右三均衡三，优三先选用轻三质材三料。填充三墙与三框架三柱之三间宜三脱开三或采三用柔性连三接4、砌体三女儿三墙中三宜设三构造三柱，三墙顶三设压顶，三在人三流出三入口三与主三体结三构锚三固。设缝三将不三规则三结构三划为三规则三结构足够三的缝三宽。设防三撞墙钢筋三混凝三土框三架房三屋的三防震三缝宽三度，三当高三度不超三过1三5m三时可三采用三70三mm三，超三过1三5m三时，三6、三7、8、三9度三相应三每增三加高三度5三m、三4m三、3三m、三2m三，宜三加宽20三mm三。4.防震三缝4.防震三缝防震三缝两三侧结三构类三型不三同时三，按三不利三体系三考虑，三并按三低的三房屋三高度三计算三缝宽三。th框架框架-抗震墙抗撞三墙8、三9度三设防三的钢三筋混三凝土三框架三房屋三防震三缝两三侧的结构三，当三结构三高度三、刚三度或三层高三相差三较大三时，三可在三防震缝三两侧三房屋三的尽三端设三垂直三于防三震缝三的抗三撞墙三。层高三不同高度三、刚三度相三差较三大每一三侧的三数量三不应三少于三两道三。宜三分别三对称三布置三，墙三肢的长度三可不三大于三一个三柱距三。内力三应按三考虑三和不三考虑三抗撞三墙两三种情三况进三行分三析，三按不利情三况取三值。抗撞三墙的三端柱三和框三架边三柱箍三筋应三沿房三屋全三高加三密。材料混凝三土强三度等三级一级三框架三主体三构件三不低三于C3三0；构造三柱、三圈梁三等构三件不三低于C2三0。钢筋三强度三等级受力三筋：HR三B3三35、HR三B4三00箍三筋：HP三B2三35、HR三B3三35、HR三B4三00强屈三比≥1.三25fy实测/fyk≤1.三3施工三中替三换钢三筋要三遵循三承载三力相三等的三原则5.三2.三4抗震三等级确定三抗震三分析三及抗三震措三施的三宏观三标准三。根据设防三烈度三、房三屋高三度、三结构三类型等因素确三定。四个三等级丙类三建筑三按表5-三5确定烈度9高度（m)≤30>30≤30>30≤30>30≤25框架框架四三三二二一一剧场,体育馆等大跨度公共建筑一框架高度（m)≤60>60≤60>60≤60>60≤50-框架四三三二二一一结构抗震墙一一一下表三为丙三类建三筑抗三震等三级的三划分三：现浇三钢筋三混凝三土房三屋的三抗震三等级注：三1.三建筑三场地三为Ⅰ三类时三，除三6度三外可三按表三内降三低一三度所三对应三的抗震三等级三采取三抗震三构造三措施三，但三相应三的计三算要三求不三应降三低；2.三接近三或等三于高三度分三界时三，应三允许三结合三房屋三不规三则程三度及三场地、三地基三条件三确定三抗震三等级三。甲、三乙、三丁类三建筑三应按三抗震三设防三标准三中的三抗震三措施所三要求三的设三防烈三度按三上表三确定三抗震三等级三。抗震三措施提高三一度（9度适三当提三高）提高三一度三（9度适三当提高）三；小三规模三建筑三改变结构三型式三时可三不提三高原设三防烈三度适当三降低三（6度不三降）地震三作用三计算应高三于本三地区三设防三烈度的三要求三，其三值按三批准的三安评三结果三确定原设三防烈三度原设三防烈三度原设三防烈三度建筑三的重三要性重大三建筑三工程三和可三能发三生严重三次生三灾害三的建三筑地震三时使三用不三能中三断或三需尽快三恢复三的建三筑甲、三乙、三丁类三以外三的一三般建筑抗震三次要三的建三筑建筑三类别甲类乙类丙类丁类建筑三物重三要性三分类三与设三防标三准c≥ccccc1cc措施多层三与高三层建三筑的三地下三室一层三以下三根据三具体三情况三按三三级或三按更三低等三级。三9度时应三专门三研究三。裙房三与主三楼的三抗震三等级图中三c为三抗震三等级裙房三顶部三上下三各一层三应提三高抗三震λ=M/(V三h0)5.三2.三5按抗三剪要三求的三截面三限制三条件对于三跨高三比大三于2.三5的梁三、剪跨三比大于2的柱三：(0三.2三0fcbh0)1γREV≤(0三.1三5fcbh0)1γREV≤c三c对于三跨高三比不三大于2.三5的梁三、剪跨三比不大三于2的柱三：对于三框架三结构的中三间层三柱Hn2hλ≈5.三3钢筋三混凝三土框三架结三构的三抗震三设计一般三结构三在纵三横两三个主三轴方三向进三行抗三震计三算框架三柱的三边长三一般三不小三于30三0m三m避免三形成三短柱采用三柱下三单独三基础三时，三某些三情况三需要三沿两三个主轴方三向设三置基三础系三梁在竖三向荷三载作三用下三的结三构内三力可三以调三幅；现浇框架三：0.三8~三0.三9；装三配整三体式三：0.三7~三0.三8地震三作用产生三的结三构内三力不三能调三幅5.三3.三1框架三结构三的设三计要三点地震三作用三及框三架内三力的三计算一、三水平三地震三作用三的计三算1、用三顶点三位移三法计三算基三本自振周三期：(s三)ψT：0.三6~三0.三72、用三底部三剪力三法求三水平三地震三作用三；FEKFi3、求三层间三地震三剪力Vi，并分配到每三个柱三。二、水三平地三震作三用下三框架三内力三计算反弯三点法D值法三、三竖向三荷载三作用三下框三架内三力计三算（分三层法三）重力三荷载三代表三值分层三法（三弯矩三分配三法）三；梁三上的三内力三可进三行调幅。T1=1.三7ψTuT∑D5.三3.三2地震三作用三在结三构各三部分三的分三配及内三力计三算1、地三震作三用在三结构三各部三分的三分配ikViVij=Dijmk=12、内三力计三算反弯三点法三、D值法截面三设计三和构三造各种三荷载三作用三下结三构的三内力内力三组合控制三截面三的最三不利三的内三力截面三计算配筋和构造三设计最不三利组三合指三截面配筋三量较三大的组三合，并非Sma三x。S1=1.三2SGE+1.三3SEh≤R/γRES2=1.三2SG+1.三4SQ≤R内力三组合延性：指三结构三的后三期变三形能三力。指标三：Δu三–Δy或三Δu三/Δy延性三框架：在地三震作三用效三应下三，具三有一三定的三承载三力、三刚度三、变形能三力和三耗能三能力三的框三架。延性三框架三的设三计措三施：强柱三弱梁三；强剪三弱弯三；强节三点、三强锚三固。延性三框架三的概三念地震三作用三效应三的调三整1、“强柱三弱梁”一、三二、三三级三框架三的梁三柱节三点处三除框三架顶三层和三柱轴三压比三小于0.三15者外三，柱三端组三合的三弯矩三设计三值应三符合三下式三要求三：9度和三一级三框架三结构三，尚三应符三合：——节点三左右三截面三反时三针或三顺时三针方三向按三实配三钢筋三（考三虑C∑M=ηe∑Mb1.三1.ηe=1.三4、2、1c∑M=1.三2∑Mbu三abu三a∑M受压三钢筋三）正三截面三抗震三受弯三承载三力，三所对三应的三弯矩三值之和，三可根据三实际三配筋三面积三和材三料强三度标三准值三确定。一、三二级三框架三角柱三调整三后的三弯矩三、剪三力设三计值三应扩三大1.三3倍；1.三.1ηe=1.三5、25、15对于三底层三柱下三端截三面：1.三1.2、“强剪三弱弯”防止三梁柱三端部三在弯三曲屈三服前三出现三剪切三破坏三是抗三震概三念设计的三要求三，它三意味三着构三件的三受剪三承载三力要三大于三构件三弯曲时实三际达三到的三剪力三。1）框三架梁三的梁三端截三面组三合的三剪力三设计三值l三rb三bηvb=1.三3、三2、三19度时三和一三级框三架尚三应符三合:rbu三albu三a+M)三/ln+VGbV=1.三1(M1.三1.2）框三架柱三设计三剪力三的调三整V=ηvc(Mct+Mcb)三/Hnηvc=1.三4、三2、三19度时三和一三级框三架结三构尚三应符三合：bcu三atcu三a)三/Hn+MV=1.三2(M配筋三和构三造（1）截三面尺三寸限三制条三件梁端三截面三的混三凝土三受压三区高三度x，当三考虑三受压三钢筋三的作用三时，三应满三足：x≤0.三25h0(一三级）x≤0.三35h0(二三、三三级）对于三跨高三比大三于2.三5的梁三、剪三跨比三大于2的柱三：(0三.2三0fcbh0)1γREV≤(0三.1三5fcbh0)1γREV≤对于三跨高三比不三大于2.三5的梁三、剪三跨比三不大三于2的柱三：γREλ+1γREλ+1（2）抗剪三承载三力的三折减(0三.6Vc+Vs)Vb≤1γRE1三1.三05[Asvsh0+0.三05三6N]ftbh0+fyvVc≤梁受压三柱1三1.三05[Asvsh0−0.三2N]ftbh0+fyv受拉三柱Vc≤构造三要求1．框三架梁1)普通三框架三梁截面三宽度三不宜三小于20三0m三m；截三面高三宽比三不宜三大于4；净跨与三截面三高度三之比三不宜三小于4。2)扁梁扁梁三指梁三截面三高度三不大三于梁三截面三宽度三的梁三。扁梁三宽度三大于三柱宽三时，三楼板三应采三用现三浇；三梁中三线宜三与柱中线三重合三；扁三梁宜三双向三布置三；三扁梁三的截三面尺三寸应三符合三：bb≤2bc；bb≤bc+hb；hb≥16三d式中三：bc—柱截三面宽三度，三园形三截面三取柱三直径三的0.三8倍；bb，hb——分别为梁三截面三宽度三和高三度；d—三—柱纵三筋最三大直三径。扁梁三的截三面高三度应三满足三挠度三和裂三缝宽三度的三有关三规定三。hb连续三筋不三少于三2A'>三0.三5AA二级三抗震三框架三梁端三的配三筋构三造As,<2三.5三%Mi三n[三hb/4三,8三d,三10三0m三m]14三,且三>三AS/4h0弦长Asxd>三10三mmmm≥8Asx<弦三长/三20三(圆三形截三面)ξ=x/h0≤0.三35?加密三区三bcma三x{1.三5hb,三50三0}s三s连续三筋不三少于三2三14三,且三>AS'/三4纵筋三直径三<b三c/三20三(矩三形截三面)'hbAs,<2三.5三%Mi三n[三hb/4三,8三d,三10三0m三m]纵筋三直径三<b三c/三20三(矩三形截三面)<弦三长/三20三(圆三形截三面)d>三10三mm加密三区bcAs'>三0.三5As连续三筋不三少于三2连续三筋不三少于三214三,且三>三AS/414三,且三>AS'/三4h0弦长一级三抗震三框架三梁端三的配三筋构三造xξ=x/h0≤0.三25?As抗震等级加密区长度(mm)

采用较大值箍筋最大间距(mm)

采用较小值箍筋小直径(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抗震三框架三梁端三箍筋三加密三区的三长度三、箍三筋最三大间三距和三最小三直径2、框三架柱1）截三面尺三寸：截面三宽度三及高三度均三不宜三小于30三0m三m；圆柱三直径三及多三边形三的截三面内三切圆三不宜三小于35三0m三m；剪跨三比宜三大于2；截面三的长三边与三短边三的边三长比三不宜三大于3；2）框三架柱三中线三与框三架梁三中线三之间三的偏三心距三不宜大于三柱截三面宽三度的1/三4。3）轴三压比三限值NfcAn=ξ=x/h0对称三配筋三的压弯构三件fyAsf'yA'sNeηeiαfcbxN=α1fcbx=α1fcbξh0≈1.三0fcAξ≈ξn=NfcA≤ξb为大三偏压>ξb为小三偏压结论轴压三比越三大，三脆性三越大延性三框架三需要三控制三轴压三比在三合理三的范围内一、三二、三三级三抗震三框架三柱[n三]分别三为0.三7、0.三8、0.三9；非抗三震框三架柱三的[n三]取为1.三0。NfcA≤[n]n=4)柱的三纵向三配筋三（矩三形和三圆形三截面三柱）①三纵筋三宜对三称配三置；②三截面三大于40三0m三m的柱三，纵三筋间三距不三宜大三于20三0m三m；③三柱纵三筋的三最小三配筋三率按三规范三规定三采用三，每三侧不三小于0.三2%，建三造于三Ⅳ类三场地三上较三高的三高层三建筑三（接三近适三用最三大高度三），最小三总配三筋率三宜增三加0.三1；④三柱总三配筋三率不三大于5%；⑤剪三跨比三≤2的柱三，每三侧纵三筋配三筋率三不宜三大于1.三2%；⑥边三柱、三角柱三考虑三地震三作用三组合三产生三拉力时三，柱三内纵三筋总截面三面积三计算三值应三增加30三%；5)柱的三箍筋三加密三范围三及用三量柱端三取截三面高三度（三圆柱三直径三），三柱净三高的1/三6，和50三0m三m三者三的最三大值三；底层三柱嵌三固部三位的三箍筋三加密三范围三不小三于柱三净高三的1/三3；当三有刚性三地面三时，三除柱三端外三尚应三取刚三性地三面上、三下各50三0m三m；剪跨三比不三大于2的柱三和固三非结构墙三的约三束形三成的三净高三与柱截面三高度三之比三不大三于4的柱三，取三全高三。箍三筋间三距不三应大三于10三0m三m。梁三柱之三间偏三心较三大，三宜取三全高三；6)柱的三最小三配箍三特征三值入V及体三积配三箍率ρVfcfyvρV≥λV式中三：ρV—体积三配箍三率为三箍筋三体积三与不三包括三净保三护层三混凝土体三积的三比值三。计三算复三合箍三的体三积配三箍率三，应三扣除三重叠部分三的箍三筋体三积；λv—最小三配箍三特征三值，三按表5-三10采用三。对一~四级三的框三架柱三，箍三筋加三密区三的ρV分别三不小三于0.三8%、0.三6%、0.三4%、0.三4%。7)柱非三加密三区的三配筋三要求箍筋三的体三积配三筋率三不宜三小于三加密三区配三筋率三的50三%；箍筋三间距三对一三、二三级抗三震不三应大三于10三d，对三三、三四级三不应大三于15三d；柱中三纵筋三总配三筋率三超过3%时，三箍筋三应焊三成封三闭形式。8）三常用三的柱三截面三箍筋三类别三：①三普通三箍②三复合三箍③三螺旋三箍框架三柱加三密区三的箍三筋最三大肢三距：一级三：二、三三级三：四级三：20三0m三mma三x(三25三0m三m,三20三d)30三0m三m5.三3.三4框架三节点三核心三区的三设计设计三原则三：1、节三点承三载力三不低三于其三他构三件的三承载三力；2、多三遇地三震时三，节三点应三在弹三性范三围内三工作；3、罕三遇地三震时三，应三保证三竖向三荷载三的传三递；4、节三点配三筋不三应使三施工三困难三。1、破三坏形三态节点三核心三区的三主要破坏三形式三为剪三切破坏；破坏三特征三：交三叉斜裂缝三、混三凝土三被压碎、三柱纵三筋压三屈2、节三点抗三剪强三度和三延性三的影三响因三素梁板三对节三点区三的约三束作三用四边三有梁三且带三现浇三楼板三的中三节点三抗剪三强度三约能提高50三%。轴压三力的三影响轴压三比较三小时三，N提高三，V就提三高；轴压三比大三于0.三6~三0.三8时，N提高三，V就下三降。轴压三力的三存在三会使三节点三延性三降低。剪压三比和三配箍三率限制三配箍三率，三尽量三保证三纵筋三先屈三服，三通过三限制三水平三截面上三的剪三压比三来实三现。三剪压三比不三能大三于0.三35。梁纵三筋滑三移在循三环反三复荷三载作三用下三，纵三筋滑三移会三降低三节点三的抗三剪强度三、刚三度、三延性三、耗三能能三力。限制三纵筋三直径三，保三证锚三固长三度，三增强三锚固三性能3、节三点核三心区三的抗三震验三算要三求核心三区混三凝土三强度三等级三与柱三相同三时，三一、三二级框架三节点三应进三行抗三震验三算；三三、三四级三可不三进行验算三，但三应符三合构三造要三求；三三级三框架三高度三接近二级三的下三限时三应验三算。节点三核心三区混三凝土三强度三等级三不宜三低于三柱，三否则应进三行正三斜截三面承三载力三验算三。Mc+McMb+MbMcl+McuHn≈l三rHn=4、节三点核三心区三抗震三验算三方法（1）节三点剪三力设三计值(fykAsb+fykAst)(hbo−as')Hn=柱剪三力：b三tVc=Hn由节三点平三衡：Vj=Cl+Tr−Vc=fykAsb+fykAst−Vc)HnVj=1.三15fyk(A+A)s三tb三ts三s规范三规定三：1）一三级框三架和9度区三：顶层三节点三：其他三层节三点：Vj=1.三15fyk(Ab+As)(三1−)Hn2）其三他情三况：顶层三节点三：Hn)hbo−as'Hn(1−Mbl+MbrHn其他三层节三点：Vj=ηb各抗三震等三级的三顶层三端节三点和三三、三四级三的所三有节三点，可不三进行三抗剪三计算三，仅三按构三造配三箍筋三就行三。（2）节点三受剪三承载三力的三设计三要求1）、三节点三箍筋三的设三置同三框架三柱端三加密三区；2）、三柱中三的纵三筋不三能在三节点三中截三断。Vj≤VjuAsv三jsbjhjbchc(hbo−as')]+fyvVju=[1三.1ηjftbjhj+0.三05ηjN1γREAsv三js(hbo−as')]Vju=[0三.9ηjftbjhj+fyv1γRE9度区三：（3）节点三受剪三截面三限制三条件(0三.3ηjβcfcbjhj)1γREVj≤5.三3.三5预应三力混三凝土三框架三的抗三震设三计要三求适用三于6、7、8度区1、一三般要三求抗震三设计三时，三框架三的后三张预三应力三构件三宜采三用有三粘结预应三力筋三；后三张预三应力三筋的三锚具三不宜三设置三在梁三柱节