混凝土框架结构房屋抗震设计.pptx

工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院2012.8南京工业大学土木工程学院 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计目录目录 第一章第一章 地震工程学概论地震工程学概论 第二章第二章 场地与地基基础抗震场地与地基基础抗震 第三章第三章 工程结构的地震反应分析工程结构的地震反应分析 第四章第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计钢筋混凝土框架结构的抗震设计 第五章第五章 砌体结构的抗震设计砌体结构的抗震设计 第六章第六章 工程结构隔震与消能减震简介工程结构隔震与消能减震简介 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计4.1 4.1 概述概述多层和高层钢筋混凝土结构体系包括：多层和高层钢筋混凝土结构体系包括：框架结构、框架框架结构、框架-抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构和框架和框架-筒体结构等。筒体结构等。本章仅介绍前两种。本章仅介绍前两种。钢筋混凝土框架房屋：钢筋混凝土框架房屋：钢筋混凝土纵梁、横梁和柱等钢筋混凝土纵梁、横梁和柱等 构件组成承重体系的房屋，构件组成承重体系的房屋，钢筋混凝土框架房屋层数钢筋混凝土框架房屋层数一般在十层以下。一般在十层以下。框架框架-抗震墙结构：抗震墙结构：在框架房屋中增加抗震墙构成，在框架房屋中增加抗震墙构成，抗抗震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。第四章第四章第四章第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计钢筋混凝土框架结构的抗震设计钢筋混凝土框架结构的抗震设计钢筋混凝土框架结构的抗震设计 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计抗震墙抗震墙框架房屋框架房屋框架框架-抗震墙抗震墙 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计一、框架结构的整体破坏形式一、框架结构的整体破坏形式4.2 4.2 震害及其分析震害及其分析按破坏性质：延性破坏和脆性破坏；按破坏性质：延性破坏和脆性破坏；按破坏机制：强柱弱梁和按破坏机制：强柱弱梁和强梁弱柱强梁弱柱 规范规范通过增大柱端弯矩来实现强柱弱梁，但汶川震害表明，框架结通过增大柱端弯矩来实现强柱弱梁，但汶川震害表明，框架结构破坏基本为强梁弱柱。所以规范规定的方法还有待进一步改进。构破坏基本为强梁弱柱。所以规范规定的方法还有待进一步改进。强柱弱梁强柱弱梁强梁弱柱强梁弱柱 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计二、框架梁、柱的震害二、框架梁、柱的震害 梁柱变形能力不足，构件过早发生梁柱变形能力不足，构件过早发生破坏。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，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。尤其是角柱和边柱更易发生破坏。1 1、柱顶、柱顶 柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交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。筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。主要原因：节点处弯矩、剪力、主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。足，锚固不好等。破坏不易修复。破坏不易修复。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计2 2、柱底、柱底 与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。震害相对柱顶较轻。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计3 3、短柱、短柱 当柱高小于当柱高小于4 4倍柱截面高度（倍柱截面高度（H/b4)H/b4)时形成短柱。时形成短柱。短柱刚度大，易产生剪切破坏。短柱刚度大，易产生剪切破坏。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计4 4、角柱、角柱 由于双向受弯、受剪由于双向受弯、受剪,加加上扭转作用，上扭转作用，震害比内柱重。震害比内柱重。5 5、梁柱节点、梁柱节点 节点核心区产生对角方向节点核心区产生对角方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝土剪碎剥落。节点内箍筋很少土剪碎剥落。节点内箍筋很少或无箍筋时，柱纵向钢筋压曲或无箍筋时，柱纵向钢筋压曲外鼓。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。筋锚固长度不够以及施工质量差所引起。6 6、框架梁、框架梁 震害多发生于震害多发生于梁端梁端。在地震作用下梁端纵向钢筋屈服，出现上下贯。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。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。节点破坏将导致梁柱失去相互之间的联系。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计三、填充墙的震害三、填充墙的震害 砌体填充墙刚度大而砌体填充墙刚度大而承载力低，首先承受地震承载力低，首先承受地震作用而遭破坏。一般作用而遭破坏。一般7 7度度即出现裂缝，即出现裂缝，8 8度和度和8 8度以度以上地震作用下，裂缝明显上地震作用下，裂缝明显增加，甚至部分倒塌，一增加，甚至部分倒塌，一般是上轻下重，空心砌体般是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌快墙重于实心砌体墙，砌快墙重于砖墙。墙重于砖墙。框架框架-剪力墙结构上部较剪力墙结构上部较严重（弯曲变形），框架结严重（弯曲变形），框架结构下部震害严重（剪切变形）构下部震害严重（剪切变形）。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 填充墙破坏的主要原因是：墙体受剪承载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。结，在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计四、抗震墙的震害四、抗震墙的震害 在强震作用下，抗震墙的震害主要表现在强震作用下，抗震墙的震害主要表现在墙肢之间连梁的剪切破在墙肢之间连梁的剪切破坏坏。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。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成X X型剪切裂缝，为剪切型脆性破坏，尤其是在房屋型剪切裂缝，为剪切型脆性破坏，尤其是在房屋1/31/3高度处的连梁高度处的连梁破坏更为明显。破坏更为明显。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计五、防震缝的震害五、防震缝的震害 防震缝宽度过小，地震时结构防震缝宽度过小，地震时结构相互碰撞造成震害相互碰撞造成震害。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：结构上主要应注意：1 1）结构的刚度在平面上和沿竖向的分布要规则、均匀；）结构的刚度在平面上和沿竖向的分布要规则、均匀；2 2）结构构件要有足够的承载力和延性；）结构构件要有足够的承载力和延性；3 3）重视构造，加强对混凝土的约束，防止剪切、锚固）重视构造，加强对混凝土的约束，防止剪切、锚固 等脆性破坏；等脆性破坏；4 4）保证施工质量。）保证施工质量。六、楼梯间的震害六、楼梯间的震害 由于楼梯的施工缝在踏步板由于楼梯的施工缝在踏步板1/31/3高处，汶川地震时楼高处，汶川地震时楼梯普遍在此处折断。梯普遍在此处折断。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计原因：单跨框架，结构冗余度不够原因：单跨框架，结构冗余度不够原因：单跨框架，结构冗余度不够原因：单跨框架，结构冗余度不够 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计集集地震中，集集地震中，高层建筑扭转高层建筑扭转破坏（平面不破坏（平面不规则）。规则）。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计集集地震中，底框结构破坏（竖向不规则）。集集地震中，底框结构破坏（竖向不规则）。集集地震中，底框结构破坏（竖向不规则）。集集地震中，底框结构破坏（竖向不规则）。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计学校建筑，纵学校建筑，纵向无墙走廊大向无墙走廊大悬臂，严重破悬臂，严重破坏。坏。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计走廊有柱，破走廊有柱，破坏较轻。坏较轻。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计走廊有柱，带翼墙，走廊有柱，带翼墙，震害较轻。震害较轻。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计临街建筑，单面纵墙，刚临街建筑，单面纵墙，刚度偏心，倒塌。度偏心，倒塌。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计4.3 4.3 钢筋混凝土结构房屋设计特点及概念设计钢筋混凝土结构房屋设计特点及概念设计一、单柱及群柱的一、单柱及群柱的 曲线曲线-位移延性比位移延性比 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计弹性范围弹性范围有约束屈有约束屈服范围服范围无约束屈无约束屈服范围服范围二、钢筋混凝土结构的抗震设计特点二、钢筋混凝土结构的抗震设计特点使用阶段或在常遇地震作用时，结构在弹性范围工作；使用阶段或在常遇地震作用时，结构在弹性范围工作；在基本烈度地震作用时在基本烈度地震作用时,结构在弹塑性范围工作结构在弹塑性范围工作;在罕遇烈度地震作用时在罕遇烈度地震作用时,结构亦在弹塑性范围工作结构亦在弹塑性范围工作;程度不同程度不同 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计三、钢筋混凝土结构的概念设计三、钢筋混凝土结构的概念设计1.1.设置多道抗震防线；设置多道抗震防线；2.2.合理控制结构的弹塑区部位；合理控制结构的弹塑区部位；1 1）结构有较好的塑性内力重分布能力；）结构有较好的塑性内力重分布能力；2 2）结构有较宽的约束屈服范围及极限变形；）结构有较宽的约束屈服范围及极限变形；3 3）局部破坏不致导致整个结构失效及具有易于修复）局部破坏不致导致整个结构失效及具有易于修复 的可能性。的可能性。3.3.加强结构的整体性和构件间的连接；加强结构的整体性和构件间的连接；4.4.抗侧力构件的刚度、强度、延性应有适当的对应关系；抗侧力构件的刚度、强度、延性应有适当的对应关系；5.5.上部结构应与地基条件适应。上部结构应与地基条件适应。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计4.4 4.4 抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定一、房屋的适用最大高度和最大高宽比一、房屋的适用最大高度和最大高宽比 抗震规范抗震规范规定：乙、丙和丁类建筑的框架结构和框架规定：乙、丙和丁类建筑的框架结构和框架-抗震墙结构适用抗震墙结构适用的最大高度应不超过下表的规定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。甲类建筑适用的最大高度应专门研究。注：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）；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.框架框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；3.部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构；部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构；4.筒体结构带有一部分主要承受竖向荷载的无梁楼盖时，不作为板柱抗震墙结构；筒体结构带有一部分主要承受竖向荷载的无梁楼盖时，不作为板柱抗震墙结构；5.不规则或不规则或类场地的结构，其最大适用高度一般降低类场地的结构，其最大适用高度一般降低20%左右；左右；6.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。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。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计一、房屋的适用最大高度和最大高宽比一、房屋的适用最大高度和最大高宽比高层建筑的高宽比限值高层建筑的高宽比限值 多层与高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层与高层钢筋混凝土房屋抗震设计 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计二、结构的抗震等级二、结构的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：地震作用下，钢筋混凝土结构的地震反应有下列特点：1 1、地震作用越大，房屋的抗震、地震作用越大，房屋的抗震要求要求越高；越高；2 2、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能；、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能；3 3、房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。、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。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。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。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。结构中的重要程度确定，共分四个等级，一级最高。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 下表为下表为丙类丙类建筑抗震等级的划分：建筑抗震等级的划分：工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 1 1、甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施、甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施所要求的设防烈度按上表确定抗震等级。所要求的设防烈度按上表确定抗震等级。2 2、当框架、当框架-抗震墙结构有足够的抗震墙时抗震墙结构有足够的抗震墙时,其框架部分其框架部分是次要抗侧力构件是次要抗侧力构件,可按框架可按框架-抗震墙结构中的抗震墙结构中的抗震墙抗震墙确定抗确定抗震等级。否则按框架结构确定等级。区分标准是看框架部分震等级。否则按框架结构确定等级。区分标准是看框架部分承受的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩的承受的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩的50%50%。框架承受的地震倾覆力矩可按下式计算：框架承受的地震倾覆力矩可按下式计算：-框架框架-抗震墙结构在基本振型地震作用下框架部分承受的地震倾抗震墙结构在基本振型地震作用下框架部分承受的地震倾 覆力矩；覆力矩；-结构层数；结构层数；-框架框架i i层柱的根数；层柱的根数；-第第i i层层j j根框架柱的计算地震剪力；根框架柱的计算地震剪力；-第第i i层层高。层层高。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 3 3、裙房与主楼的等级、裙房与主楼的等级ccccc1cc裙房顶部上下各裙房顶部上下各一层应提高抗震一层应提高抗震措施措施 4 4、多层与高层建筑的地下室、多层与高层建筑的地下室当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。地构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。地下室中无上部结构的部分，可根据具体情况采用三级或更低等级。下室中无上部结构的部分，可根据具体情况采用三级或更低等级。图中图中c c为抗震等级为抗震等级裙房与主楼相连，除应按裙房本身考虑外，不应低于主楼的抗震等级；裙房与主楼相连，除应按裙房本身考虑外，不应低于主楼的抗震等级；主楼结构在裙房顶层及相邻上下各一层应适当加强抗震构造措施。裙房主楼结构在裙房顶层及相邻上下各一层应适当加强抗震构造措施。裙房与主楼分离时，应按裙房本身确定抗震等级。与主楼分离时，应按裙房本身确定抗震等级。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计三、建筑结构布置宜规则三、建筑结构布置宜规则四、合理设计结构破坏机制四、合理设计结构破坏机制1 1、框架结构、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破坏机制应为节点基本不破坏，梁比柱的屈服能早发生、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。能分散。2 2、框架、框架-抗震墙结构抗震墙结构 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）的高宽比不宜小于宽比不宜小于2 2，使其成弯剪破坏。连梁宜在梁端塑性屈，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。不失效。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计五、构件在极限破坏前不发生明显的脆性破坏五、构件在极限破坏前不发生明显的脆性破坏 主要抗侧力的钢筋混凝土构件的极限破坏应以主要抗侧力的钢筋混凝土构件的极限破坏应以构件弯构件弯曲时主筋受拉屈服破坏为主，应避免变形性能差的混凝土曲时主筋受拉屈服破坏为主，应避免变形性能差的混凝土首先压溃或剪切破坏，以及钢筋锚固失效和粘接破坏。首先压溃或剪切破坏，以及钢筋锚固失效和粘接破坏。延性破坏和脆性破坏两者的变形性能差别很大，与其延性破坏和脆性破坏两者的变形性能差别很大，与其相关的因素有：相关的因素有：抗剪和抗弯承载力之比、剪跨比、剪压比、抗剪和抗弯承载力之比、剪跨比、剪压比、轴压比、主筋率、配筋率、箍筋形式、混凝土和钢筋材料、轴压比、主筋率、配筋率、箍筋形式、混凝土和钢筋材料、钢筋连接和锚固方式等。钢筋连接和锚固方式等。规范中许多规定都属于这方面的要求。规范中许多规定都属于这方面的要求。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和当建筑平面过长、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，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：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。高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。1 1、防震缝、防震缝（1 1）钢筋混凝土框架房屋的防震缝宽度，当高度不超过）钢筋混凝土框架房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m15m时可采用时可采用70mm70mm，超过，超过15m15m时，时，6 6、7 7、8 8、9 9度相应每增加度相应每增加高度高度5m5m、4m4m、3m3m、2m2m，宜加宽，宜加宽20mm20mm。六、防震缝与抗撞墙六、防震缝与抗撞墙（2 2）框架）框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架规定数值的可采用框架规定数值的50%50%，且不宜小于，且不宜小于70mm70mm。（3 3）防震缝两侧结构类型不）防震缝两侧结构类型不 同时，按不利体系考虑，同时，按不利体系考虑，并按低的房屋高度计算并按低的房屋高度计算 缝宽。缝宽。t th h框架框架框架框架-抗震墙抗震墙 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 8 8、9 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、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，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可在防震缝两侧房屋的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙。抗撞墙。2 2、抗撞墙、抗撞墙层高不同层高不同高度、刚度相差较大高度、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。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。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。抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 2 2、钢筋混凝土框架的梁、柱构件应避免剪切破坏、钢筋混凝土框架的梁、柱构件应避免剪切破坏 “强剪弱弯强剪弱弯”构件弯曲破坏形成的极限剪力应小于构件斜截面的极构件弯曲破坏形成的极限剪力应小于构件斜截面的极限剪力。限剪力。七、钢筋混凝土框架的结构体系七、钢筋混凝土框架的结构体系1 1、钢筋混凝土框架结构宜对称布置、钢筋混凝土框架结构宜对称布置 3 3、钢筋混凝土框架的梁、柱构、钢筋混凝土框架的梁、柱构 件之间应设置成件之间应设置成“强柱弱梁强柱弱梁”4 4、梁柱节点的承载力宜大于梁、柱构件的承载力。、梁柱节点的承载力宜大于梁、柱构件的承载力。“强节点、强锚固强节点、强锚固”工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 抗震墙的一般布置原则是抗震墙的一般布置原则是“均匀、分散、对称、周边均匀、分散、对称、周边”。八、框架八、框架-剪力墙结构的结构布置剪力墙结构的结构布置1 1、抗震墙布置的基本原则、抗震墙布置的基本原则 框架框架-抗震墙结构中的抗震墙宜沿主轴方向双向布抗震墙结构中的抗震墙宜沿主轴方向双向布置，贯通房屋全高，且横向与纵向抗震墙宜相连，互为置，贯通房屋全高，且横向与纵向抗震墙宜相连，互为翼墙，以提高其刚度和承载能力。翼墙，以提高其刚度和承载能力。一般情况下，宜布置在竖向荷载较大处，平面形状一般情况下，宜布置在竖向荷载较大处，平面形状变化处和楼梯间、电梯间等。变化处和楼梯间、电梯间等。2 2、抗震墙布置位置的选择、抗震墙布置位置的选择 房屋较长时，纵向抗震墙不易设置在端开间房屋较长时，纵向抗震墙不易设置在端开间。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计3 3、抗震墙布置的具体要求、抗震墙布置的具体要求（1 1）楼（电）梯间、竖井等使楼面开洞的竖向通道，不）楼（电）梯间、竖井等使楼面开洞的竖向通道，不 宜设在结构单元端部角区及凹角处；宜设在结构单元端部角区及凹角处；这种竖向通道不宜独立设在柱网之外的中间位置。这种竖向通道不宜独立设在柱网之外的中间位置。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计（2 2）纵横向抗震墙成组布置）纵横向抗震墙成组布置纵横向抗震墙宜合并布置为纵横向抗震墙宜合并布置为L L形、形、T T形和口字形。形和口字形。两片墙组成联肢墙两片墙组成联肢墙 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计（3 3）合理调整抗震墙的长度）合理调整抗震墙的长度 为了保证抗震墙具有足够的的延性为了保证抗震墙具有足够的的延性,不发生脆性的不发生脆性的剪切破坏，每一道抗震墙（包括单片墙、小开口墙和联剪切破坏，每一道抗震墙（包括单片墙、小开口墙和联肢墙）不应过长，总高度与总长度之比宜大于肢墙）不应过长，总高度与总长度之比宜大于2 2。较长的单片墙可以留出结构洞口，划分成联肢墙的较长的单片墙可以留出结构洞口，划分成联肢墙的两个墙肢。两个墙肢。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计（4 4）抗震墙的最大间距）抗震墙的最大间距抗震墙间距不应过大。抗震墙间距不应过大。抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比长宽比宜满足下表要求：宜满足下表要求：不宜采用不宜采用装配式楼盖装配式楼盖现浇、叠合梁扳现浇、叠合梁扳9度度8度度6、7度度结构结构 抗震墙之间楼、屋盖的长宽比抗震墙之间楼、屋盖的长宽比 抗震墙之间的楼、屋盖有较大开洞时，长宽比还应减小。抗震墙之间的楼、屋盖有较大开洞时，长宽比还应减小。当超过上述要求时，应计入楼盖平面内的变形影响。当超过上述要求时，应计入楼盖平面内的变形影响。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计抗震墙的端部钢筋配置在柱截面内。抗震墙的端部钢筋配置在柱截面内。4 4、抗震墙的边框梁、柱、抗震墙的边框梁、柱框架梁应保留，当无法设置明梁时应设置暗梁。框架梁应保留，当无法设置明梁时应设置暗梁。暗梁的高度、纵筋、箍筋与明梁相同，配置在墙身内。暗梁的高度、纵筋、箍筋与明梁相同，配置在墙身内。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计一、水平荷载作用下的反弯点法一、水平荷载作用下的反弯点法 4.5 4.5 框架结构抗震设计框架结构抗震设计 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计（1）求求各各柱柱剪剪力力时时，假假定定各各柱柱上上下下端端都都不不发发生生角角位位移移，即即认认为为梁梁的的线线刚刚度度与柱线刚度之比为无限大与柱线刚度之比为无限大；即各柱的抗剪刚度只与柱本身有关即各柱的抗剪刚度只与柱本身有关（2）确定柱反弯点位置时确定柱反弯点位置时，假定除底层以外的各层柱的上下端节点转角均假定除底层以外的各层柱的上下端节点转角均相同，即除底层外，假定各层框架柱的反弯点位于柱高的中点；对于底层相同，即除底层外，假定各层框架柱的反弯点位于柱高的中点；对于底层柱，则假定其反弯点距支座柱，则假定其反弯点距支座2/3柱高处。柱高处。即反弯点位置是定值。即反弯点位置是定值。（3）梁端弯矩可由节点平衡条件求出，并按结点左右梁的线刚度进行分配。梁端弯矩可由节点平衡条件求出，并按结点左右梁的线刚度进行分配。基本假定：基本假定：求框架的内力步骤：求框架的内力步骤：求出各柱内剪力求出各柱内剪力 确定反弯点位置确定反弯点位置 各柱端弯矩各柱端弯矩梁端弯矩梁端弯矩 整个框架内力整个框架内力 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计设框架有设框架有n n层，每层有层，每层有m m个柱，以第个柱，以第j j层为分析对象，沿柱反弯点切开来，示出层为分析对象，沿柱反弯点切开来，示出其内力（有剪力、轴力，弯矩为零），则按水平力平衡条件得层间总剪力为：其内力（有剪力、轴力，弯矩为零），则按水平力平衡条件得层间总剪力为：VFj层间总剪力层间总剪力 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计框架受侧向荷载时，框架框架受侧向荷载时，框架柱内的剪力柱内的剪力：12i/h2 称为称为柱的抗侧刚度柱的抗侧刚度（抗剪刚度）（抗剪刚度）由假定假定1由假定假定2可求出各柱的杆端弯矩柱的杆端弯矩对于底层柱对于底层柱对于上部各层柱对于上部各层柱 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计由由假定假定3 （节点平衡条件）可求出（节点平衡条件）可求出梁端弯矩梁端弯矩二、水平荷载作用下的二、水平荷载作用下的 D 值法值法（1）由由于于框框架架各各层层节节点点转转角角不不可可能能相相等等，故故柱柱的的反反弯弯点点位位置置也也不不可可能能 都在都在 柱中点；柱中点；（2）由由于于梁梁柱柱线线刚刚度度之之比比不不可可能能为为无无穷穷大大，故故柱柱的的抗抗侧侧移移刚刚度度也也不不完完全全取取决于柱本身，还与梁的刚度由关。决于柱本身，还与梁的刚度由关。1、反弯点法存在的问题、反弯点法存在的问题 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计2、修正后的柱抗侧移刚度、修正后的柱抗侧移刚度考虑柱上下端节点的弹性约束作用后，考虑柱上下端节点的弹性约束作用后，柱的抗侧移刚度柱的抗侧移刚度为：为：工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计推导的推导的基本假定基本假定为：为：（1）柱柱AB及与其上下相邻的柱的线刚度均为及与其上下相邻的柱的线刚度均为ic;(2)柱柱AB及与其上下相邻的柱的层间位移均为及与其上下相邻的柱的层间位移均为uj（3）柱柱AB两端节点及与其上下左右相邻的各个结点的转角均为两端节点及与其上下左右相邻的各个结点的转角均为i1、i2、i3、i4推得推得 j 层层 k 柱柱抗侧移刚度抗侧移刚度框架框架柱内的剪力柱内的剪力 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计比较比较反弯点法反弯点法和和修正反弯点法修正反弯点法D值法值法的抗侧移刚度：的抗侧移刚度：后者多了一个修正系数后者多了一个修正系数 反映节点转动降低了柱的抗侧移能力反映节点转动降低了柱的抗侧移能力节点转动大小节点转动大小：取决于梁对柱节点转动的约束程度，梁越刚取决于梁对柱节点转动的约束程度，梁越刚 对柱的对柱的约束能力越大约束能力越大 节点转角越小节点转角越小 越接近越接近1。当框架梁线刚度当框架梁线刚度 K=,=1反弯点法和反弯点法和D值法的抗侧移刚度相等值法的抗侧移刚度相等求出D值后则得：工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计D值法关键在于求值法关键在于求、K,详见下表：详见下表：工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计3、修正后的柱反弯点高度、修正后的柱反弯点高度各柱反弯点的位置取决于该柱上下端转角的比值各柱反弯点的位置取决于该柱上下端转角的比值。若柱上下端转角相同，若柱上下端转角相同，反弯点则在柱高中点反弯点则在柱高中点；若若柱柱上上下下端端转转角角不不同同，则则反反弯弯点点偏偏向向转转角角大大的的一一端端，即即偏偏向向约约束刚度较小的一端。束刚度较小的一端。影影响响柱柱两两端端转转角角大大小小的的因因素素：侧侧向向外外荷荷载载形形式式；梁梁柱柱线线刚刚度度比比；结结构构总总层层数数及及该该柱柱所所在在层层数数；柱柱上上下下横横梁梁线线刚刚度度比比；上上下下层层层层高变化。高变化。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计（1）标准反弯点高度比）标准反弯点高度比 yn标准框架各层柱的反弯点高度为标准框架各层柱的反弯点高度为 ynh，查表，查表(2)上上下下横横梁梁线线刚刚度度变变化化时时对对反反弯弯点点高高度度比比的的修修正正值值 y1，y1带带符号，底层不考虑符号，底层不考虑y1。(3)层高变化对反弯点的修正层高变化对反弯点的修正 y2、y3，y2、y3亦带符号，亦带符号，考虑上述因素后考虑上述因素后:工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计三、框架内力计算步骤：三、框架内力计算步骤：1）求框架柱的抗侧刚度）求框架柱的抗侧刚度 D；2）求各柱剪力）求各柱剪力 VjK=(Djk/Djk)VFj；3）求求各各柱柱反反弯弯点点高高度度 yh,并并由由各各柱柱 Vjk 计计算算柱柱端端弯弯矩矩 M1 和和 M2；4)利用节点平衡并按刚度分配求梁端弯矩；利用节点平衡并按刚度分配求梁端弯矩；5)利用梁端弯矩求梁两端剪力；利用梁端弯矩求梁两端剪力；6)利用梁端剪力和上柱轴力求下柱的轴力；利用梁端剪力和上柱轴力求下柱的轴力；工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计4.5 4.5 钢筋混凝土框架的抗震设计钢筋混凝土框架的抗震设计一、一般概念一、一般概念1 1、梁与柱的弯曲延性、梁与柱的弯曲延性实验表明变形能力随轴压比增大而急剧降低。实验表明变形能力随轴压比增大而急剧降低。N N为组合轴压力设计值；为组合轴压力设计值；b b、h h为截面的短长边；为截面的短长边；fcfc为混为混凝土抗压强度设计值。凝土抗压强度设计值。轴压比：轴压比：柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗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，即压强度设计值乘积之比，即 它是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压它是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压区混凝土先达到其极限压应变的区混凝土先达到其极限压应变的主要指标主要指标。配筋率对延性影响也很大。配筋率对延性影响也很大。工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 配筋率增大则弯曲延性差。适当提高混凝土强度等级，配筋率增大则弯曲延性差。适当提高混凝土强度等级，可使配筋率减少弯曲延性改善。可使配筋率减少弯曲延性改善。截面中配置受压钢筋可以改善构件的弯曲延性。截面中配置受压钢筋可以改善构件的弯曲延性。2 2、受剪构件的剪跨比及破坏特征、受剪构件的剪跨比及破坏特征h0 0为截面有效高度。为截面有效高度。剪跨比：剪跨比：构件在弯矩和剪力共同作用下构件在弯矩和剪力共同作用下,受剪破坏与受剪破坏与剪跨比剪跨比有关有关.当当 或构件为超配箍时或构件为超配箍时,发生斜压型破坏；发生斜压型破坏；当当 且构件为低配箍时且构件为低配箍时,发生斜拉型破坏；发生斜拉型破坏；脆性破坏脆性破坏当当 且配筋箍适量时且配筋箍适量时,发生剪压破坏；发生剪压破坏；延性破坏延性破坏 工程结构抗震设计原理工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 在水平地震作用下，梁柱的剪跨比可以直接通过梁的在水平地震作用下，梁柱的剪跨比可以直接通过梁的跨高比和柱的高厚比表示。跨高比和柱的高厚比表示。设反弯点在构件中央设反弯点在构件中央对于梁对于梁