建筑结构抗震总复习第六章-钢筋混凝土多高层结构抗震设计

[e]——层间弹性位移角限值，钢筋混凝土框架结构取1/550 n uei Vi / Dik k 1
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2.罕遇地震作用下框架结构弹塑性水平位移验算 《抗震规范》规定，对框架结构应进行罕遇地震作用下 薄弱层的弹塑性水平位移验算： 1)薄弱层的确定
楼层屈服强度系数沿高度分布比较均匀的框架结构， 取底层;
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6.5 框架－抗震墙结构抗震设计
6.5.1 框架－抗震墙结构的受力特点 抗震墙是竖向悬臂弯曲结构，其变形曲线是悬臂梁型，越
向上挠度增加越快(图6.21a)。
在普通的抗震墙结构中，所有抗侧力结构都是抗震墙，其侧移曲线
类似，所以水平力在各片抗震墙之间按其等效刚度EcIeq分配。
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框架的工作特点是类似于竖向悬臂剪切梁，其变形曲线 为剪切型，越向上挠度增加越慢。在纯框架结构中，所 有框架的变形曲线类似，所以水平力按各框架的抗侧刚 度D分配。
架和抗震墙在同一楼层处的水平位移相等。 将房屋或变形缝区段内所有与地震方向平行的抗震墙合
并在一起，组成“综合抗震墙”，将所有这个方向的框 架合并在一起，组成“综合框架”。
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4. 房屋越高，地震反应越大，其抗震要求越高。 抗震等级划分：综合考虑地震作用，结构类型和房屋
高度等因素划分抗震等级进行抗震设计，可以对同 一设防烈度的不同高度的房屋采用不同抗震等级设 计；对同一建筑物中结构部分采用不同抗震等级。
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二、 钢筋混凝土结构体系 1. 选取原则：地震烈度、场地土类别、结构体系的抗震性
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墙肢和连梁可能出现弯曲破坏的情况： 连梁不屈服，墙肢弯曲破坏后丧失承载力，一般
连梁刚度及承载力大； 连梁先屈服，然后墙肢弯曲破坏丧失承载力，当
连梁钢筋屈服并具有延性时，可以吸收大量地震 能量，又能继续传递弯矩与剪力，对墙肢有一定 的约束作用。这种破坏形式最理想。
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开洞抗震墙抗震性能优于悬臂抗震墙 第一，开洞抗震墙中，连梁端部钢筋屈服，可以形成
罕遇地震时的值；
y (i) 1 ，则表明该层处于弹性状态； y (i) 1 ，意味进入屈服状态。
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3) 层间屈服剪力计算P136 4) 层间弹塑性水平位移计算
up pue
ue
Vei
n
Dik
k 1
满足条件 ∆up≤[p]h [p]——层间弹塑性位移角限值，取1/50；当框架柱轴压比
小于0.4时，可提高10%，当沿柱全高加密箍筋的最小配箍率 特征值大于30%时，可提高20%,但累计不超过25%。
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3. 节点破坏 当节点核心区无箍筋约束时，节点与柱端合并加重。 4. 砌体填充墙破坏严重 砌体填充墙刚度大强度低，作为框架结构第一道防线，首 先承受地震作用而遭破坏，8度和8度以上地区，填充墙裂 缝明显加重，甚至部分倒塌，震害规律一般是上轻下重。
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二、 防震缝破坏普遍 防震缝受限制，不能满足强震时实际侧移量时，造成相邻 单元间碰撞产生震害。
图6.5 防震缝碰撞破坏
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三、抗震墙结构的震害 1.连梁震害
开洞抗震墙，由于洞口应力集中，在约束弯矩作用下连梁 端部很容易形成垂直裂缝，连梁常常是高梁，跨高比小于2, 还易形成斜向的剪切裂缝。
2.墙肢破坏 底层墙肢破坏，内力最大容易出现裂缝和破坏。水平荷载 下受拉的墙肢轴压力较小，甚至会出现拉力，墙肢底部容 易出现水平裂缝。
数量众多的塑性铰，具有较好的变形能力和耗能能力； 第二，具有多道抗震防线，通过连梁的塑性破坏吸收
地震能量，从而保证墙肢安全。可按照强墙弱梁原则 设计。
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抗震墙的边缘构件 两端和洞口两侧应按规定设置边缘构件。
1.抗震墙的轴压比 一、二级抗震墙底部加强部位及相邻的上一层，在重力荷
载代表值作用下的轴压比需满足表的要求。 2.满足轴压比条件设构造边缘构件 3.不满足轴压比条件设约束边缘构件（暗柱、端柱和翼墙）
楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的框架结构，取 屈服强度系数最小或较小的楼层，一般不超过2～3处。
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2) 楼层屈服强度系数计算
y (i) Vy (i) /Ve (i)
(6.52)
y (i) ——第i层的层间屈服强度系数；
Vy (i)——第i层的层间屈服剪力； Ve (i) ——第i层的弹性剪力，计算时地震影响系数取
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四、框架结构水平位移验算 《抗震规范》的二阶段，三水准设计思想，要求进行两方面的侧 移验算：对所有框架都进行多遇地震下的层间弹性位移验算；对 某些结构按规定进行罕遇地震作用下的弹塑性位移验算。 1. 层间弹性位移验算
ue e h (6.47)
∆ue——多遇地震作用标准值产生的层间最大弹性位移位移采 用多遇地震的地震影响系数，各构件分项系数采用 1.0；计算构件刚度D值时，采用构件弹性刚度
能、使用要求和经济效果。 应使结构自振周期避开场地特征周期 选择合理的基础形式，保证基础足够的埋深，减轻震害。
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三、 结构宜有多道抗震防线。
1.框架－填充墙结构是性能较差的多道抗震防线结构。第 一道防线：砌体填充墙，刚度大，承载力低，实际上 是与框架共同工作，但抗震性能差；第二道防线：框 架结构，一旦填充墙达到承载力，刚度退化快，地震 作用转化给框架。
墙肢总高度和总宽度之比较小时，使总剪跨比较小，墙 肢中的斜向裂缝可能贯通发生剪切破坏；
某个抗震墙肢剪跨比较小时，可能出现局部墙肢的破坏。
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6.2 钢筋混凝土结构抗震设计基本要求
一、抗震等级 分级目的：经济和安全。 1. 建筑物的重要性； 2. 地震作用越大，房屋抗震要求越高；
不同设防烈度和场地上，结构的实际抗震能力会有差别， 结构可能进入弹塑性状态的程度不同。 震害表明，未经抗震设计的钢筋混凝土结构，在7度区只 有个别构件破坏，8度、9度破坏增多，因此，对不同设防 烈度和场地可以有明显差别。 3. 结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能，主、 次要抗侧力构件的要求可以有区别。如框架结构中的框架与框 架－抗震墙结构中的框架应有所不同。
第六章 钢筋混凝土多高层结构抗震设计
6.1 结构震害分析 6.2 钢筋混凝土结构抗震设计基本要求 6.3 钢筋混凝土框架结构抗震验算 6.4 抗震墙结构设计 6.5 框架－抗震墙结构抗震设计
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6.1 结构震害分析
一、框架结构震害 1. 结构层间屈服强度有明显薄弱楼层
框架结构在总体上设计不均匀时，将存在层间屈服强 度特别弱的楼层。强烈地震作用下，结构的薄弱层率先屈 服，并形成塑性变形集中的现象。 2. 梁、柱破坏 1）柱端破坏：框架结构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。一般发生柱端弯曲 破坏，轻者发生水平或斜向裂缝，重者混凝土压酥，主筋 外露、压屈和箍筋崩脱。 2）梁破坏：由于水平地震的反复作用，梁端产生较大变 号弯矩，当超过混凝土抗拉强度时，梁端节点附近产生周 圈竖向裂缝或斜缝。
但是，在框架－抗震墙结构的同一个结构单元中，既有 框架，又有抗震墙，它们之间通过平面内刚度很大的楼 板连接在一起，它们各自不再能自由变形，而必须在同 一楼层上保持位移相等，因此框架－抗震结构的变形曲 线是一条反S形曲线。
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在下部楼层，抗震墙位移小，它拉着框架按弯曲形曲线 变形，抗震墙承担大部分水平力。在上部楼层，抗震墙 外倾，框架内收，框架拉抗震墙按剪切形曲线变形，抗 震墙出现负剪力，框架除了负担外荷载产生的水平力外， 还要把抗震墙拉回来，承担附加的水平力，因此，即使 外荷载产生的顶层剪力很小，框架承受的水平力也很大
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6.4 抗震墙结构设计
一、抗震墙结构的抗震性能
1.基本概念：抗震墙结构就是抵抗侧向力的钢筋混凝 土剪力墙结构。它可以是单独的由抗震墙组成的结构， 也可以和框架共同抵抗侧向力形成框架－剪力墙结构， 筒体结构中的实腹筒也由剪力墙组成。
剪力墙受力承受水平力中的绝大部分，但并非只是抗 剪或以剪切破坏为主，在高宽比大于2的抗震墙中， 破坏往往由弯曲破坏控制。
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五、 控制构件在极限破坏前不发生明显的脆性破坏 1. 轴压比限制（N/bhfc) (1)目的：控制偏心受拉边钢筋先达到抗压强度，防止受压 边混凝土先达到其极限压应变。 (2)轴压比对柱变形能力的影响，轴压比增加会急剧降低柱 变形能力，需进行限制，但又要符合技术水平和经济条件。 2. 剪压比限制 V / fcbh0 • 配箍率太大时，不能充分发挥强度，发生斜压破坏； • 剪压比对截面变形有影响； • 实际上是限制最小截面尺寸。
2. 框架－抗震墙结构是具有良好性能的多道抗震防线结 构。其中抗震墙既是主要抗侧力构件又是第一道防线 。因此抗震墙应有足够的数量。
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四、 合理设计结构破坏机制 1.框架结构的破坏机制
节点基本不坏，梁比柱的屈服早发生、多发生 同一层中各柱两端的屈服历程越Biblioteka Baidu越好，底层柱的塑性铰 较晚形成。 概念设计理念： 强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱杆件。 2 . 框架－抗震墙结构的破坏机制 破坏形态为弯剪破坏，且塑性屈服宜发生在柱底，连梁应 在梁端塑性屈服。 条件：控制各墙段高宽比不宜小于2.
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6.6.2 基本假设和计算简图
１. 基本假设 工程设计中，通常把它简化为一个平面结构来计算，计算
时采用如下假设： 楼板在自身平面内的刚度为无穷大； 结构的刚度中心与质量中心重合，忽略其扭转影响； 不考虑抗震墙和框架柱的轴向变形以及基础转动的影响。
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２. 计算简图 根据以上假设可推知，当结构受到水平地震作用时，框
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图6.21 框架－抗震墙结构受力特点
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纯框架结构中控制截面在下部楼层；而框架－抗震墙 结构中的框架，控制截面变为中部甚至是顶部楼层。 由此，可得到两个重要推论：
① 纯框架结构设计完毕后，如果又加上抗震墙，就必须 按框架－抗震墙结构重新核算，否则不能保证上部楼 层的安全。
② 在框架结构中如果有电梯井筒等弯曲型构件，就必须 按框架－抗震墙结构计算，不能简单地按纯框架结构 计算，不考虑电梯井筒进行内力分析，结果会使中部 或上部楼层框架计算内力不符合实际情况且偏于不安 全。