结构抗震第五章多层和高层钢筋混凝土结构房屋

它的优点是平面布置灵活，自身重量较轻，因 而产生的地震作用也小，如果设计合理，它具有 很好的延伸性能，能耗散地震输入到结构的能量；
缺点是侧向刚度较小，地震时会产生较大的水 平变形，易引起非结构构件的破坏，有时甚至造2 成 主体结构的破坏。
抗震墙
框架-抗震墙 框架房屋
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纯框架结构用于１２层４０m以下的建筑。 （２）钢筋混凝土框架——剪力墙结构:是剪力墙和 框架共同工作的结构体系。为克服框架体系和剪力墙体系 各自的缺点，发挥其长处，在框架结构中设置一定数量的 剪力墙，便形成框架——剪力墙结构体系。
3.选择结构体系，还要注意经济指标。多高层房屋一般 用钢量大，造价高，因而要尽量选择轻质高强和多功能的 建筑材料，减轻自重，降低造价。
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二、结构布置
1.柱网布置及规则建筑
柱网布置要简单规整，刚度分布均匀，使房屋结构具有
良好的抗震性能。常见的柱网形式有方格式和内廊式。 （1）在平面布置方面，尽可能满足局部突出的尺寸不
（6）楼梯间、电梯间不宜设置在结构单元的两端及拐
角处，因为单元角部扭转应力较大，受力复杂，容易造成
破坏。
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§5.4 框架结构的抗震计算
它的优点是平面布置灵活，自重较剪力墙结构轻，而 刚度又较框架结构大，因而能较为有效地控制结构在地震 时产生的地震作用和变形。
另外，框架结构为剪切变形，结构上部层间变形小， 下部层间变形大；而剪力墙结构为弯曲型变形，结构上部
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层间变形大，下部层间变形小，而当框架和剪力墙两种结
结构共同工作时，相互之间有所协调，结果是框架下部层 间变形和剪力墙上部层间变形减小，因而使结构的变形均 匀合理。
（2）为减小地震作用，应尽量减轻结构自重并降低重 心位置，可将设备层或大型设备布置在建筑物的地下室、 底层或下部几层。
（3）同一结构单元宜将框架梁设置在同一标高处，尽 可能不采用复式框架，避免出现错层和夹层以及不适当31 设 梁使框架柱形成短柱，造成破坏。
（4）为保证框架结构的可靠抗震，应设计延性框架， 遵守“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点、强锚固” 等设计原则，柱截面不宜过小，框架梁和柱的中线应尽可 能重合在同一平面内，两者间的偏心距不宜超过柱宽的 1/（4。5）框架刚度沿高度不宜突变，以免造成薄弱层。出 屋面的小房间不要做成砖混结构，可将框架柱延伸上去或 做钢木轻型结构，以防鞭端效应造成结构破坏。
（3）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。。
（4）防震缝两侧结构类型不同时，按不利体系考虑， 28
并按低的房屋高度计算缝宽。
4.抗撞墙
8、9度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧结构的高 度、刚度或层高相差较大时，可在防震缝两侧房屋的尽端 沿全高设垂直于防震缝的抗撞墙，要求：
选择时应考虑如下因素：
1.选择结构体系，要考虑建筑物刚度与场地条件的关系。
当建筑物自振周期与地基土的卓越周期一致时，容易产生
类共振而加重建筑物的震害。建筑物自振周期与结构本身
刚度有关，在设计房屋之前，一般应先了解场地和地基土
及其卓越周期，调整结构刚度，避开共振周期。
2.选择结构体系，要注意选择合理的基础型式。基础应
破坏不易修复。
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柱底 与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密Fra bibliotek震害相对柱顶较轻
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2）短柱------剪切破坏 短柱： H/b<4的柱，H:柱高; b:柱截面高度
当框架房屋中有错层、夹层或有半高填充墙， 或不适当地设置某些拉梁时，容易形成短柱
短柱刚度大，将吸引较大的地震力而易产生剪切破坏
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3）角柱 由于双向受弯、受剪, 加上扭转作用，该处横梁 约束作用又小，故震害比 内柱重。
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§5.3 结构选型与结构布置
一、结构体系的选择
不同的结构体系，其抗震性能、使用效果和
经济指标亦不同。《抗震规范》在考虑地震烈
度、场地土、抗震性能、使用要求及经济效果等
因素的基础上，对地震区现浇钢筋砼多高层房屋
的结构类型和最大高度给出了规定，见下表。对
平面和竖向均不规则的结构或建造在Ⅳ类场地的
结构，适用的最大高度应适当降低。
钢筋混凝土框架——剪力墙结构适用于１０～２０层 （３）钢筋混凝土剪力墙结构:包括整体剪力墙、联
肢剪力墙和预制墙板等结构，由墙体组成的剪力墙结构其 抗震性能较好。
优点是整体性能好、侧向刚度大，无论是强度或变形 都易满足抗震设计的要求；
缺点是大面积墙体的使用限制了建筑物内部平面布置 5
的灵活性，另外，刚度大产生的地震作用也大，因此在设
4）柱身 由于抗剪强度不足， 往往出现斜截面破坏。
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2、框架梁的震害 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：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。
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3、梁柱节点的震害 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。
计中如对配筋和构造处理不当，可能会在受力大的部位产 生严重破坏。
剪力墙结构适用于２０～３０层 （４）筒体结构或由四周封闭的剪力墙构成单筒式的 筒状结构，或以楼电梯为内筒，密排柱深梁框架为外框筒 组成筒中筒结构。这种结构的空间刚度大，抗侧和抗扭刚 度都很强，建筑布局亦灵活。常用于超高层公寓、办公楼 和商业大厦建筑等。 目前，我国在工业与民用建筑中，特别在地震区，大 量采用多层框架和框架——剪力墙体系。本章主要介绍6 钢 筋砼框架结构房屋的抗震设计。
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现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m)
结构类型
框架结构 框架-抗震墙结构
烈
度
6
7
8
9
60 55 45 25
130 120 100 50
框架结构的抗侧移刚度较差，在地震区一般用于十层 左右体型较简单和刚度较均匀的建筑物。对于层数较多、 体型复杂、刚度不均匀的建筑物，为减小侧移变形，减23 轻 震害，应采用中等刚度的框架剪力墙或剪力墙结构。
（1）每一侧抗撞墙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。
（2）框架和抗撞墙的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。
（3）防震缝两侧抗撞墙的端柱和框架的边柱，箍筋应
沿房屋全高加密。
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高度、刚度相差较大
层高不同
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5.框架结构布置中的其他问题
（1）框架结构房屋中的围护墙和隔墙应优先采用轻质 墙或是与框架柔性连接的墙板。当采用砌体填充墙时，平 面和竖向布置宜均匀对称，并采取措施以减少对主体结构 的不利影响。
第五章 多层和高层钢筋混凝土结构房屋
§5.1 概述 §5.2 震害及其分析 §5.3 结构选型与结构布置
§5.4 框架结构的抗震计算
2021/8/23
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多层和高层钢筋混凝土结构体系包括： 框架结构、框架-抗震墙结构、抗震墙结构、筒 体结构和框架-筒体结构等。 （１）钢筋混凝土框架结构:仅由梁、柱组成的 结构，其是抗震性能较好的一种结构形式。
发展弹塑性变形，并形成弹塑性变形集中的现象，
不能发挥整体的抗震能力。
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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。
1971年2月9日美国圣费尔南多的6.6级地震中，Olive —View医院主楼（六层，一、二层是框架，以上为框－ 剪结构）因上下部分刚度相差高达10倍，造成底层塑性变 形集中，底层框架柱严重酥裂，钢筋压曲，整个建筑倾 斜。
四、其他的震害
建造在软弱地基上的高大柔性建筑，当结构自振周期与 地基土卓越周期相近时，即使烈度不高，结构物的破坏程 度也较重。
建造在软弱地基土或液化土层上的框架结构，在地震时 常因地基的不均匀沉陷使上部结构倾斜甚至倒塌。
伸缩缝宽度过小，地震时结构物互相碰撞也常造成震害。 如天津友谊宾馆，东西段之间设有15cm的抗震缝，唐山地 震时抗震缝两侧不少面砖因碰撞而掉落。
有足够的埋深，宜设置地下室。震害表明，凡设置地下室
的房屋，不仅地下室本身震害轻，还能使整个结构减轻震
害。
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对软弱地基宜选用桩基、筏形基础或箱形基础。岩层高 低起伏不均匀或液化土层时最好采用桩基，桩尖必须穿入 非液化土层，防止失稳。筏形基础的砼和钢筋用量较大， 刚度也不如箱基。当建筑层数不多、地基条件又较好时， 也可采用单独基础或十字交叉条形基础。
过大；楼电梯间不偏置；楼盖的局部开洞不过大；主要的
抗侧力结构和质量在平面内分布基本对称均匀；避免轴线
斜交等要求。
（2）在竖向结构布置方面，尽可能满足局部突出屋面
的建筑局部缩进的尺寸不过大；框架柱等抗侧力结构构件
上下连续；相邻层的质量、刚度和承载力无突变；避免抽
柱及错层等要求。
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2.承重框架布置
（1）框架应双向布置，并宜按双向承重框架布置。横 向框架承重时，主梁沿建筑物横向布置，可加大结构横向 刚度，应用较多；纵向框架承重时，主梁沿建筑物纵向布 置，结构的横向刚度小，较少采用。通常在现浇楼盖大柱 网框架结构中纵横向均按承重框架设计，以利于抗震。
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3、防震缝处碰撞 防震缝两侧结构单
元的振动特性不同-----发生不同形式的振动---防震缝缝宽不够或构造 不当------发生碰撞
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二、结构构件的震害
未经抗震设计的框架的震害主要反映在梁柱节点区。特 点：柱的震害重于梁；柱顶震害重于柱底；角柱震害重于 内柱；短柱震害重于一般柱。具体情况如下：
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三、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。
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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20 易 发生剪切破坏和散落。
破坏的主要原因：1）节点两 端梁的反号弯矩，引起节点
核心区砼产生很大的剪力，使之处于剪压复合应力状态，
当主拉应力超过砼的抗拉强度时，则出现斜裂缝，又因地
震的反复作用，出现交叉斜裂缝。
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2）节点内箍筋未设或过少，纵筋没有箍筋约 束，当柱端砼裂碎剥落，纵筋即压曲外鼓。
节点的破坏还与节点处梁、柱的破坏先后有 关。若梁较弱，梁的破坏在先，则有利于减轻节 点震害；若梁较强而柱较弱，则节点的震害会加 重。
1、框架柱的震害 1）长柱的破坏-----弯压破坏 破坏一般发生在柱的上下两端，特别是柱顶 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。 柱底破坏与柱顶相似，常见是在离地面10～40m处有周
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圈水平裂缝，但因箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。
柱顶 破坏主要原因：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。
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一、结构方案不当引起的震害
1、平面不对称、刚度不均匀产生的震害
建筑平面布置不规则----质量中心和刚度中心不重
合----扭转效应---破坏严重（尤其是角柱） 2、竖向刚度突变产生的震害
竖向的质量或刚度有突变------突变处应力集中，
形成薄弱层----较大的塑性变形---结构破坏、甚至
倒塌 在强烈地震作用下，结构的薄弱楼层率先屈服、
（2）梁中线与柱中线宜对齐，偏心矩不宜大于1/4柱宽
（3）房屋纵、横两个方向的抗侧力刚度宜接近。
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3.防震缝的设置
（1）结构设计时，宜避免不规则的建筑结构，并采用 有效的技术措施，尽可能不设防震缝以及伸缩缝和沉降缝
（2）设置伸缩缝或沉降缝之后，缝的宽度应满足防震 缝的宽度要求，避免地震时两个独立的结构单元相碰撞而 损坏。防震缝应沿房屋全高设置，基础可不分开；防震缝 两侧应布置承重框架。
§5.2 震害及其分析
钢筋砼框架结构的震害情况，据国内外大量震害调查 结果：未经抗震设防的结构，在6～7度区主体结构基完 好，填充墙有轻微裂缝；在8～9度区主体结构局部破坏 填充墙严重毁坏。考虑抗震设防的框架结构，震害则相应 减轻。
震害调查还表明，下刚上柔的框架房屋（下部填充墙 较多），上部震害较重；上刚下柔的框架房屋（上部有填 充墙），下部震害较重。