第五章混凝土结构房屋抗震设计

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装配式框架构件连接处容易发生脆性断裂,特 别是用坡口焊接钢筋处容易拉断,预制构件接缝处 后浇混凝土开裂或散落。
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 所引起的。
5.1 震害现象及其分析
4)板 板的破坏不太多,出现的震害有:板四角的
45°斜裂缝,平行于梁的通长裂缝等。 4、框架填充墙的震害
钢筋混凝土抗震墙结构体系
利用钢筋混凝土墙体系承受重力荷载和 侧向力作用的结构体系称为抗震墙体系,也 称剪力墙结构体系(shear wall system)。 其优点是整体性能好、侧向刚度大,无论是 强度或是变形都易满足抗震设计的要求。其 缺点是大面积墙体的使用限制了建筑物内部 平面布置的灵活性。另外,刚度大产生的地 震作用也大,因此在设计中如果配筋和构造 处理不当,可能会在受力大的部位产生严重 的破坏。
5.1 震害现象及其分析
b)剪切破坏—柱子在往复水平地震剪力作用下,出现 斜裂缝或交叉裂缝,裂缝宽度比较大,箍筋屈服崩断, 难以修复,属于脆性破坏。
c)压弯破坏—柱子在轴力和变号弯矩作用下,混凝土 压碎剥落,主筋压曲成灯笼状。柱子轴压比过大,主 筋不足,箍筋过稀等都会导致这种破坏。破坏大多出 现在梁底与柱顶交接处。这是一种脆性破坏,较难修 复。需要注意的是,箍筋在施工时由于端部接口处弯 曲角度不足,使箍筋端部接口仅锚固在柱混凝土保护 层中,在地震的反复作用下,混凝土保护层剥落、箍 筋迸开失效,使柱混凝土和纵向钢筋得不到约束,从 而导致柱子破坏。
2)裙房与主楼相连,裙房屋面部位的主楼上 下各一层受刚度与承载力突变影响较大,抗 震措施需要适当加强,裙房除应按本身确定 抗震等级外,不应低于主楼的抗震等级。裙 房与主楼之间设防震缝时,应按裙房本身确 定抗震等级;在大震作用下裙房与主楼可能 发生碰撞,也需要采取加强措施。
3)带地下室的多层和高层建筑,当地下室结
第五章 混凝土结构房屋抗震设计
我国地震区的多层和高层房屋设计中大 量采用钢筋混凝土结构形式,根据房屋的结 构高度和抗震设防烈度以及使用要求通常采 用以下几种结构体系。
1.钢筋混凝土框架结构体系
2.钢筋混凝土抗震墙结构体系
3.钢筋混凝土框架-抗震墙体系
4.其他结构体系
钢筋混凝土框架结构体系
由梁、柱杆系构件构成,能够承受竖向和水平 荷载作用的承重结构体系称为框架结构体系 (frame system)。其优点是建筑平面布置灵活, 自身重量较轻,因而产生的地震作用也较小,如果 设计合理,它具有良好的延性性能,能耗散掉地震 时输入到结构的能量。因此,框架结构在多层工业 与民用建筑中得到了广泛的应用。其缺点时侧向刚 度较小,地震时会有较大的水平变形,容易引起非 结构构件的破坏,有时甚至造成主体结构的破坏。
钢筋混凝土框架-抗震墙体系
在框架体系的基础上增设一定数量的抗震墙所 构成的双重体系称为框架-抗震墙体系,是抗震墙 (seismic structural wall)和框架协同工作的 体系。框架-抗震墙体系能克服框架体系和剪力墙 体系各自的缺点,发挥其长处。其优点是结构平面 布置灵活,自重较剪力墙结构轻,而刚度又较框架 结构大,因此能有效地控制结构在地震时产生的地 震作用和变形。框架-抗震墙结构是地震区多层及 高层建筑中可以优先考虑的结构体系。
在强震作用下,抗震墙的震害主要表现为墙肢 之间连梁的剪切破坏。这主要是由于连梁的跨度较 小、高度大形成深梁,在反复荷载作用下形成X形 剪切裂缝,这种破坏为剪切型脆性破坏,尤其是在 房屋1/3高度处的连梁破坏更为明显。
5.2 混凝土结构的抗震概念设计
5.2.1 结构体系选择极最大适用高度
不同的结构体系,其抗震性能、使用效果与经济指标也 不同。《规范》在总结国内外大量震害和工程设计经验的 基础上,根据地震烈度、场地类别、抗震性能,使用要求 及经济效果等因素,规定了地震区各种结构体系的最大适 用高度,见表1。
5.1 震害现象及其分析
3、框架结构的震害
框架结构的震害主要是由于强度和延性不足引 起,一般规律是:柱的震害重于梁,角柱的震害重 于下端。因此,可以归纳为框架柱和节点的破坏, 其主要形式如下:
1)框架柱 按破坏类型不同分: a)弯曲破坏 —具体表现为:上下柱端出现水平
裂缝和斜裂缝(也有交叉裂缝),混凝土局部压碎, 柱端形成塑性铰。严重混凝土剥落,箍筋外鼓崩断, 柱筋屈曲。
4)抗震设防类别为甲、乙、丁类的建筑,应 按规定调整抗震设防烈度后,再根据表2确定 抗震等级。当8度乙类建筑高度超过表2规定 的范围时,应经专门研究采取比一级抗震等 级更有效的抗震措施。
5.2 混凝土结构的抗震概念设计
5.2.3 防震缝的设置
高层钢筋混凝土房屋宜避免采用不规则建筑结 构方案,宜采用合理的结构方案而不设防震缝,同 时采用合适的计算方法和有效的措施,以消除不设 防震缝带来的影响。
多高层钢筋混凝土建筑的主要震害特征: 1、共振效应引起的震害 2、结构布置不合理引起的震害 1)结构平面不对称造成的震害 结构平面不对称有两种情况,一是结构平面
形状的不对称,如L形、Z形平面等;二是结构的平 面形状对称但结构的刚度分布不对称,这往往是楼 梯间或抗震墙布置不对称造成。结构平面不对称会 使结构的质心与刚度中心不重合,导致结构在水平 地震作用下产生扭转和局部应力集中尤其是在凹角 处,若不采取相应的加强措施,则会造成严重的震 害。
构的刚度和受剪承载力比上部楼层相对较大 时,地下室顶板可视作嵌固部位,在地震作 用下的屈服部位将发生在地上楼层,同时将 影ห้องสมุดไป่ตู้地下一层。地面以下地震响应虽然逐渐 减小,但地下一层的抗震等级不能降低,应 与上部结构相同;地下二层及以下的抗震等 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。
其他结构体系
地震区的高层建筑结构体系还有其他类型, 如板柱-框架结构、框支抗震墙结构、框架 -筒体结构和筒中筒结构等。这些结构的抗 震设计可参阅相关的书籍。这里主要介绍上 述三种结构体系。
另外,单层工业厂房结构柑橘长发跨度、高 度和吊车起重量等因素,可以采用钢筋混凝 土结构。
5.1 震害现象及其分析
当需要设防震缝时,可以结合沉降缝要求贯通 到地基,当无沉降问题时也可以从基础或地下室以 上贯通。防震缝的缝宽应不小于《建筑抗震设计规 范》规定的最小宽度,并且应在防震缝两侧采取抗 撞措施。
抗撞墙设置示例
5.2.4 结构布置
1. 为抵抗不同方向的地震作用,框架结构和框架 -抗震墙结构中的框架和抗震墙均应双向设置;为 防止柱发生扭转,柱中线与抗震墙中线、梁中线与 柱中线之间偏心距不宜大于柱宽的1/4。
结构体系 6
框架
60
框架-抗震墙
130
抗震墙
140
部分框支抗震墙
120
框架-核心筒
150
筒中筒
180
板柱-抗震墙
40
裂 7 55 120 120 100 130 150 35
度 8 45
100 100 80 100 120 30
9 25 50 60 不应采用 70 80 不应采用
5.2 混凝土结构的抗震概念设计
5.1 震害现象及其分析
2)竖向刚度突变造成的震害 结构刚度沿竖向分布突然变化时,在刚
度突变处形成地震中的薄弱部位,产生较大 的应力集中或塑性变形集中。如果不对可能 出现的薄弱部位采取相应的措施,就会产生 严重的震害。 3)防震缝宽度不足产生的震害
一些高层建筑由于预留的防震缝宽度不 足,出现了房屋相互碰撞而引起损坏的现象。
2. 为了使楼盖、屋盖有效地将楼层地震剪力传 给抗震墙,框架-抗震墙结构和板柱-抗震墙结构中, 抗震墙之间无大洞口的楼盖、屋盖的长宽比,不宜 过大。
框架-抗震墙结构采用装配式楼、屋盖时,应 采取措施保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可 靠连接。采用配筋现浇面层加强时,厚度不宜小于 50mm。
3.框架-抗震墙结构中的抗震墙设置,应符合下列 要求:
框架中嵌砌砖填充墙,容易发生墙面斜裂缝, 并沿柱周边开裂。端墙、窗间墙和门窗洞口边角部 位破坏更加严重。烈度较高时墙体容易倒塌。由于 框架变形属剪切型,下部层间位移大,填充墙震害 呈现“下重上轻”的现象。
填充墙破坏的主要原因是:框架与填充墙之间 没有钢筋拉结,墙面开洞过大过多,砂浆强度等级 低,施工质量差,灰缝不饱满等因素,都会使填充 墙的震害加重。
梁剪切破坏的主要原因是两端屈服后产生的剪 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因 素引起的。
5.1 震害现象及其分析
3)梁柱节点 节点核心区产生的对角方向的斜裂缝或交叉斜
裂缝,混凝土剪碎剥落,接点内箍筋很少或没有放 箍筋时,柱纵向钢筋压曲外鼓。
梁筋锚固破坏。梁纵向钢筋锚固长度不足,从 节点内被拔出,将混凝土拉裂。
选择结构体系时还应注意 1)结构的自振周期避开场地的特征周期, 以免发生类共振而加重震害。 2)选择合理的基础形式,保证基础有足够的 埋置深度,有条件时宜设置地下室。在软弱 地基土宜选用桩基、片筏基础、箱形基础或 桩-箱、桩-筏联合基础。
5.2 混凝土结构的抗震概念设计
5.2.2 抗震等级 《规范》根据房屋的设防烈度、结构类
5.1 震害现象及其分析
5、抗震墙的震害
连梁和墙肢底层的破坏是抗震墙的主要震害。
开洞抗震墙中,由于洞口应力集中,连梁端部 在约束弯矩下容易形成垂直的弯曲裂缝;若连梁跨 高比较小,梁腹还容易出现斜裂缝;若连梁抗剪强 度不足,可能发生剪切破坏,使墙肢间失去联系, 抗震墙承载力降低。剪切破坏是脆性破坏,而弯曲 破坏延性较好。
5.1 震害现象及其分析
按破坏类型不同分: (1)角柱破坏。由于双向受弯、受剪。加上扭转作 用,震害比内柱严重。有的上、下柱身错动,钢筋 由柱内拔出。 (2)短柱破坏。当柱高小于4倍柱截面高度
(H/hc≤4)时,形成短柱。短柱刚度大,易产生
剪切破坏。 (3)柱牛腿破坏。牛腿外侧混凝土压碎,预埋件拔 出,柱边混凝土拉裂,其主要原因是由水平力引起 的。
>80 一


二 二 二 二 二


一 一 一 一 一

9 ≤25
一 一 ≤50 一 一 ≤80 一
一 一 一 一
具体使用表2时,应注意以下几点:
1)建筑场地为Ⅰ类时,除6度外可按表2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。
框支层框架
筒体结构
板柱-抗 震墙结构
框架- 框架 核心筒 核心筒
筒中筒
外筒 内筒
板柱的柱
抗震墙
6
≤30 >30



≤60 >60



≤80 >80





三 二 三 三 三



7
8
≤30 >30 ≤30 >30






≤60 >60



≤80 >80



≤60 二 一
≤80 二 一
>60 一 一
3)部分框支抗震墙结构中,抗震墙加强部位以上 的一般部位,应允许按抗震墙结构确定其抗震等级。
另外:
1)当框架一抗震墙结构有足够的抗震墙时, 其框架部分是次要抗侧力构件,才能按框架 -抗震墙结构中的框架确定抗震等级。具体 来说,就是在基本振型地震作用下,框架部 分承受的地震倾覆力矩小于结构总地震倾覆 力矩的50%时,其框架部分的抗震等级按框 架-抗震墙结构的规定划分;否则,其框架 部分的抗震等级按框架结构确定,最大适用 高度可比框架结构适当增加。
柱破坏的原因是抗弯和抗剪承载力不足,箍筋 太少,对混凝土约束很差,在压力、弯矩、剪力共 同作用下,柱的截面承载力达到极限。
5.1 震害现象及其分析
2)框架梁 震害多发生在梁端。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斜裂缝。 在梁负弯矩钢筋切断处由于抗弯能力削弱也容易产 生裂缝,造成梁剪切破坏。
型和房屋高度,分别采用不同的抗震等级, 即一、二、三、四级,如表2所示。其中一级 抗震要求最高,四级最低。不同抗震等级的 结构,应符合相应的计算、构造措施要求。
结构类型
框架结构
框架-抗 震墙结构
抗震墙 结构 部分框支 抗震结构
高度/m 框架 剧场、体育馆等 大跨度公共建筑 高度/m 框架 抗震墙 高度/m 抗震墙 抗震墙
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