建筑结构抗震设计3

二
一
一
一
一
≤ 60
>60
≤ 50
二
一
一
一
一
一
注：1.建筑场地为Ⅰ类时，除6度外可按表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。
5.2.3 抗震等级——续
1、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。
• 反弯点法适用于层数较少、梁柱线刚度比大于3的情况， 计算比较简单。 反弯点位置：上部0.5H，底层0.7H。
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算——续
• D值法（改进的反弯点法）近似地考虑了框架节点转动 对侧移刚度和反弯点高度的影响，比较精确，应用比较 广泛。
• D值法计算框架内力的步骤：
建筑结构抗震设计 Seismic design of buildings
主讲：张美霞 中国地质大学（武汉）工程学院土木系
第5章
多层及高层钢筋混凝土房屋 抗震设计
5.1 概述 5.2 抗震设计的一般要求 5.3 框架内力和位移计算 5.4 钢筋混凝土框架结构构件设计
5.1 概述
1、多层和高层钢筋混凝土结构形式 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。 本章仅介绍前两种。
5.2.3
抗震等级——续
下表为丙类建筑抗震等级的划分：
现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级
结构类型
高度（m)
框架
框架
结构
剧场,体育馆等大跨度公共建筑
框架 -抗 震墙 结构
高度（m) 框架 抗震墙
烈
6
≤ 30 >30
四
三
7
≤ 30
>30
三
二
三
≤ 60 >60
四
三
二
≤ 60
>60
三
二
三
二
度
8百度文库
9
≤ 30
>30
≤ 25
5.3.3 竖向荷载作用下框架内力计算——续
支座弯矩调幅降低后，梁跨中弯矩应相应增加，且调幅 后的跨中弯矩不应小于简支情况下跨中弯矩的50％。 调幅后跨中弯矩为：
只有竖向荷载作用下的梁端弯矩可以调幅，水平荷载作用 下的梁端弯矩不能考虑调幅。因此，必须先将竖向荷载作用 下的梁端弯矩调幅后，再与水平荷载产生的梁端弯矩进行组 合。
5.3.1 水平地震作用计算
1、结构的地震作用计算方向 一般可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震
作用，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力框架结 构承担。 2、计算单元的选取
一般应以防震缝所划分的结构单元作为计算单元，在 计算单元中各楼层重力荷载代表值的集中质点Gi设在楼屋 盖标高处。 3、水平地震作用计算
(4)计算柱端弯矩MC 由柱剪力Vij和反弯点高度y，按下式求得：
上端
M
上 c
Vij
(h
y)
下端
M
下 c
Vij
y
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算——续
(5)计算梁端弯矩Mb 梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上、下柱端
弯矩之和按左、右梁的线刚度比例分配 。
M
左 b
(
M
上 c
M c下）
5.3.3 竖向荷载作用下框架内力计算——续
3、活荷载的不利布置 据统计，国内高层民用建筑重力荷载约12～15kN／M2，
其中活荷载约为2kN／M2左右，所占比例较小，其不利布置 对结构内力的影响并不大。因此，当活荷载不很大时，可 按全部满载布置。这样，可不考虑框架的侧移，以简化计 算。当活荷载较大时，可将跨中弯矩乘以1.1～1.2系数加 以修正，以考虑活荷载不利布置对跨中弯矩的影响。
k1 k1 k2
M
右 b
(M
上 c
M c下）
k2 k1 k2
k2
k1
（6） 梁端剪力
Vb
M
l b
M
r b
l
Vb
M
l b
M
r b
Vb
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算——续
(7)计算柱轴力N 柱轴力为各层柱上梁端剪力之和。
边柱底层柱轴力为：
中柱底层柱轴力(拉力)为： N=46.6+112.7+174.7+253.1-12.2-30.2 -43.7-71.8=429.2kN
5.1.1 震害及其分析——续
5、抗震墙的震害 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。这主要是由于连梁跨度小、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，尤其在房屋1／3高度处的连梁破坏更为明 显。
5.2 抗震设计的一般要求
5.2.1 结构体系选择
5.2.3 抗震等级
• 抗震等级是结构构件抗震设防的标准，体现在同 样地震烈度下不同结构类型的钢筋砼房屋不同的 抗震要求。 如：次要的抗侧力结构单元的抗震要求可以低于主 要的抗侧力结构单元。
• 房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。 • 抗震等级分为四级，结构的抗震等级越高，抗震
措施越高，其中一级抗震要求最高。 • 抗震等级与结构类型、烈度有关，查表使用。
5、地震剪力的计算及分配 当已知第j层的水平地震作用标准值Fj和△Fn，第i层的
地震剪力为
然后，再按该层各柱的侧移刚度求其分担的水平地震 剪力标准值。一般将砖填充墙仅作为非结构构件，不考虑 其抗侧力作用。
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算
• 在工程手算方法中，常采用反弯点法和D值法(改进反弯 点法)进行水平地震作用下框架内力的分析。
5.3 框架内力与位移计算
结构抗震计算的内容一般包括： • 结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定； • 结构地震反应计算，包括多遇烈度下的地震荷载与结构
侧移； • 结构内力分析； • 截面抗震设计等。 框架结构设计的过程： 结构布置及构件截面尺寸确定——计算简图——荷载计算 ——重力荷载代表值计算——水平（地震）作用计算—— 内力计算（竖向、水平向）——内力组合——截面强度计 算——变形验算——构造措施等。
用实砌填充砖墙时取0.6～0.7；当采用轻质墙、外挂墙
板时取0.8；
uT
——假想集中在各层楼面处的重力荷载代表值
Gi为水平荷载，按弹性方法所求得的结构顶点假想位移 (m)。
对于有突出于屋面的屋顶间(电梯间、水箱间)
等的框架结构房屋，结构假想位移是指主体结构顶点的 位移。
5.3.1 水平地震作用计算——续
一般情况下采用底部剪力法分别求单元的总水平地震 作用标准值FEK各层水平地震作用标准值Fi和顶部附加水平 地震作用标准值△Fn。
5.3.1 水平地震作用计算——续
4、结构基本周期的计算 一般多采用顶点位移法，计入 T 的影响，框架结构
的基本周期T1可按下式计算：
T1 1.7t uT
T ——考虑非结构墙体刚度影响的周期折减系数，当采
5.3.3 竖向荷载作用下框架内力计算——续
1、竖向荷载下框架内力近似计算可采用分层法和弯矩二次 分配法。
1）分层法 • 将该层梁与上下柱组成计算单元； • 每层只承受该层竖向荷载，不考虑其他各层荷载的影响。
1层 3层
2层
5.3.3 竖向荷载作用下框架内力计算——续
• 由于各个单元上、下柱的远端并不是固定端，而是弹性 嵌固的，故在计算简图中除底层外其他各层柱的线刚度 均乘以折减系数0.9，因此柱的弯矩传递系数也相应地 由l／2改为l／3。
配固端弯矩）和传递（传递系数均为l／2 ）； • 再作一次弯矩分配即可。 2、梁端弯矩的调幅 • 由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质，在竖向
荷载下可以考虑适当降低梁端弯矩，进行调幅，以减少 负弯矩钢筋的拥挤现象。对于现浇框架，调幅系数可取 0.8～0.9；装配整体式框架由于节点的附加变形，可取 =0.7～0.8。将调幅后的梁端弯矩叠加简支梁的弯矩， 则可得到梁的跨中弯矩。
Vi ——第i层楼层剪力；
Dij ——第i层第j根柱的侧移刚度；
n
Dij
——第i层所有各柱侧移刚度之和。
j 1
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算——续
（3）确定反弯点高度y
y ( y0 y1 y2 y3)h
y0——标准反弯点高度比，查表取值； y1——上、下梁线刚度不同，对y0的修正值
K1 K2
1
k1 k2 k3 k4
1
弯点上移， y1为正值
K3 K4
1
k3 k4 k1 k2
1
弯点下移， y1为负值
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算——续
y2 ——上层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。 查表取值。
y3 ——下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。 查表取值。
在考虑地震烈度、场地土、抗震性能，使用要求及 经济效果等因素和总结地震经验的基础上，在震区选择 结构体系应综合考虑如下条件： 1、现浇混凝土房屋适用的最大高度 2、房屋高宽比限值 3、建筑物刚度与场地条件有关 4、基础形式及埋置深度 如：天然地基时埋深不小于1/12建筑物高度
天然桩基时埋深不小于1/15建筑物高度 5、应注意技术经济指标。
5.1.1 震害及其分析——续
柱顶震害：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。 破坏不易修复。
柱底震害：与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱 顶较轻。
5.1.1 震害及其分析——续
短柱震害：当柱高小于4倍柱截面高度（H/b<4)时形成短 柱。短柱刚度大，易产生剪切破坏。
• 用弯矩分配法逐层计算各单元框架的弯矩，叠加起来 即为整个框架的弯矩。每一层柱的最终弯矩由上、下层 单元框架所得弯矩叠加。对节点处不平衡弯矩较大的可 再分配一次，但不再传递。
5.3.3 竖向荷载作用下框架内力计算——续
2）弯矩二次分配法 • 计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩）； • 将各节点的不平衡弯矩，同时作分配（按梁柱线刚度分
(1)计算各层柱的侧移刚度D；
D
12EIc h3
kc
EIc h
D
kc
12 h2
KC——柱的线刚度； h ——楼层高度；
——节点转动影响系数，由梁柱线刚度，查表取用。
5.3.2 水平地震作用下框架内力的计算——续
(2)计算各柱所分配的剪力 Vij
式中
Vij
Dij Dij
• Vi
Vij ——第i层第j根柱所分配的地震剪力；
2、当框架-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,可按框架-抗震墙结构中的框架确定抗 震等级。否则按框架结构确定等级。区分标准是看框架 部分承受的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩 的50%。
3、另外，对同一类型结构抗震等级的高度分界，《抗震 规范》主要按一般工业与民用建筑的层高考虑，故对层 高特殊的工业建筑应酌情调整。设防烈度为6度、建于 l～III类场地上的结构，不需做抗震验算，但需按抗震 等级设计截面，满足抗震构造要求。
• 钢筋混凝土框架房屋： 钢筋混凝土纵梁、横梁和柱 等构件组成承重体系的房屋。 • 钢筋混凝土框架房屋层数一 般在十层以下。
5.1 概述——续
• 框架-抗震墙结构：在框架房屋中增加抗震墙构成。 抗震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。
抗震墙
框架-抗震墙
5.1.1 震害及其分析
• 历次地震经验表明，钢筋混凝土结构房屋一般具有较好 的抗震性能。结构设计中只要经过合理的抗震计算并采 取妥善的抗震构造措施，在一般烈度区建造多层和高层 钢筋混凝土结构房屋是可以保证安全的。
• 主要震害可概述如下： 1、共振效应引起的震害
结构的自振周期与场地土的自振周期接近或一致，引起 建筑物的共振，导致结构破坏严重。 2、结构平面或竖向布置不当引起的震害 3、框架柱、梁和节点的震害 未经抗震设计的框架的震害主要反映在梁柱节点区。 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。
5.1.1 震害及其分析——续
角柱震害： 由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比 内柱重。
5.1.1 震害及其分析——续
4、框架砖填充墙的震害 • 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。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，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， 因此在往复变形时墙体 易发生剪切破坏和散落。
5.2.2 结构布置
结构体系确定后，结构布置应当密切结合建筑设计进 行，使建筑物具有良好的体型，使结构受力构件得到合理 的组合。
多高层钢筋混凝土结构房屋结构布置的基本原则是： ①结构平面应力求简单规则，结构的主要抗侧力构件应对
称均匀布置，尽量使结构的刚心与质心重合，避免地震 时引起结构扭转及局部应力集中。 ②结构的竖向布置，应使其质量沿高度方向均匀分布，避 免结构刚度突变，并应尽可能降低建筑物的重心，以利 结构的整体稳定性。 ③合理地设置变形缝。 ④加强楼屋盖的整体性。 ⑤尽可能做到技术先进，经济合理。