钢筋混凝土框架、抗震墙与框架-抗震墙房屋

（3）结构的侧移刚度宜下大上小逐渐均匀变化，楼层侧 移刚度不宜小于相邻上部楼层侧移刚度的70%或其上相 邻三个楼层侧移刚度平均值的80%。
应避免
侧移刚度沿竖向变化不均匀
（4）为使结构有较好的整体刚度和稳定性，结构高度H 和宽度B的比值不宜超过下表的限值。
表5-6 A级高度钢筋混凝土高层建筑结构的适用的最大高宽比 表 5．3 A 级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比
(a)强梁弱柱型
(b)强柱弱梁型
框架的整体破坏形式
4．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混凝土 抗剪强度降低等。
5．框架柱的震害
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，尤 其是角柱和边柱更易发生破坏。
钢筋混凝土建筑的震害特点及原因
钢筋混凝土建筑的抗震概念设计 框架结构的抗震设计内容 抗震墙结构的抗震设计方法
抗震构造措施 本章小节
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。
概述
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。 框架-抗震墙结构：在框架房屋中增加抗震墙构成。
8．抗震墙的震害
在强震作用下，抗震墙在反复荷载作用下形成X型剪 切裂缝。
抗震墙破坏 (交叉裂缝)
9．抗震墙中的连梁震害
在强震作用下还表现在连梁上，其跨度小，高度大形 成深梁，在反复荷载作用下形成X型剪切裂缝，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。
抗震墙破坏 (交叉裂缝)
抗震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。
5.1 震害特征及原因
钢筋混凝土结构 （reinforced concrete structure）具有较好的抗 震性能，地震时所遭受的破坏比砌体结构的震害 轻得多。但如果设计不合理、施工质量不良，多 层和高层钢筋混凝土结构建筑也会产生严重的震 害。
从震害中汲取教训和经验
1)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。 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。
2)柱底
与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱 顶较轻。
3)短柱
当柱净高小于4倍柱截面高度（H/b<4)或剪跨 比不大于2时,形成短柱。
表5-3
多层及A级高度的高层建筑结构抗震等级
结构类型 抗震设防烈度 6度 ≤30 四 ≤60 四 三 ≤80 ＞80 ≤80 ＞30 三 ＞60 三 ≤30 三 ≤60 三 二 ＞80 7度 ＞30 二 ＞60 二 ≤30 二 ≤60 二 一 ≤80 8度 ＞30 一 ＞60 一 一 ＞80 9度 ≤25 一 ≤50 一 一 ≤60
平面和竖向均不规则的结构或建造于IV类场地的结 构，其最大适用高度应适当降低，降低的高度一般为20% 左右。 当钢筋混凝土结构的房屋高度超过最大适用高度时 ，应通过专门研究，采取有效加强措施，必要时需采用型 钢筋混凝土结构等，并按建设部部长令的有关规定上报审 批。
楼盖在其平面内的刚度应足够大，以使水 平地震力能通过楼盖进行分配和传递。《抗 规》规定，框架-抗震墙和板柱抗震墙结构中， 抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比不 宜超过表5．2的规定限值。
前章主要内容的回顾
抗震计算原理
水平和竖向
抗震验算原则及方法
承载力 楼层剪力
地震作用的计算方法
振型分解法反应谱法 底部剪力法
弹性层间变形
弹塑性层间变形
时程分析法(补充计算)
简化法
第5章 多高层钢筋混凝土 结构抗震设计
本章教学目标与要求
1.熟悉多层及高层钢筋混凝土结构建筑的震害特点
及原因。
2.理解和掌握多层及高层钢筋混凝土结构抗震概念设计
梁柱节点破坏
7．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，
填充墙 破坏
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， 在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。
在确定结构体系时还要考虑建筑物刚度与场 地条件的关系，应注意使房屋的自振周期与场 地的特征周期Tg错开，以减小地震作用。
表5-2 抗震墙之间楼屋盖的最大长宽比宽比
烈度 楼屋盖类别 现浇、叠合梁板 装配式楼盖 框支层和板柱-抗震 墙的现浇梁板
6
4 3 2.5
7
4 3 2.5
8
3 2.5 2
9
2 不宜采用 不宜采用
结构体系 框架、板柱—抗震墙 框架—抗震墙 抗震墙 筒中筒、框架—核心筒 非抗震 设计 5 5 6 6 6 度、7 度 4 5 6 6 抗震设防烈度 8度 3 4 5 5 9度 2 3 4 4
3．防震缝的设置
高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。
短柱刚度大，易产生剪切破坏。 短柱
4)角柱
由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震 害比内柱重。
角柱
6、梁柱节点
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。 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。
框 架
高度（m） 框 架 高度（m） 框 架 抗震墙 高度（m）
框架-抗震墙
抗震墙
抗震墙
非底部加强部位抗震墙 底部加强部位抗震墙 框支框架 框架 框架-核心筒
四
四 三 二 三 二 三 三 二
三
三 二
三
三 二 二 二 二 二 二 二
二
二 一
二
二 一 一 一 一 一 一 二
一
不应 采用
一
不应 采用 一 一 一
的要求。
3.掌握钢筋混凝土框架结构的抗震设计内容和设计方法。
4.了解抗震墙结构的抗震设计方法，熟悉多层及高层钢筋
混凝土结构的抗震构造措施。
导入案例
1972年尼加拉瓜首都马那瓜发生的地震中，有两幢 钢筋混凝土结构的高层建筑，相隔不远，一幢是15层的 中央银行大厦，其结构布置上下不连续、平面不对称；另 一幢是18层的美洲银行大厦，其结构布置均匀对称。地 震时前者发生了严重破坏，震后拆除；而后者只受轻微损 坏，经维修恢复使用。为什么两幢混凝土结构房屋会发生 如此不同的破坏呢？ 我们可以通过本章的学习得到说明。
55 120 120 100 130 150 35
45 25 100 50 100 60 80 不应采用 100 70 120 80 30 不应采用
注：1)房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的电梯 机房、水箱、构架等高度。 2)表中框架不含异形柱框架结构。 3)部分框支抗震墙结构指首层或底部两层有部分框支抗震墙的抗震墙பைடு நூலகம் 构。 4)房屋高度超过本表数值时，结构设计应有可靠依据，并采取有效措施。
L/B ≤6.0 ≤5.0
l/Bmax ≤0.35 ≤0.30
l/b ≤2.0 ≤1.5
2．结构竖向布置
（1）高层建筑的竖向体型宜规则、均匀；结构竖向抗侧 力构件宜上下连续贯通。
（2）结构避免过大的外挑和内收。
(a)
(b)
(c)
(d)
H1/ H〉0.2时， B1/ B≮0.75
B1/ B≮0.9，a≯4m
失败是成功之母
1．结构布置不合理产生的震害
（1）平面布置不当产生的震害
震前
马那瓜中央银行大厦 马那瓜美洲银行大厦
震后
填充墙 框架 抗震墙
马那瓜中央银行 结构平面布置
马那瓜美洲银行 结构平面布置
（2）竖向不规则产生的震害(薄弱层)
在强烈地震作用下，结 构的薄弱楼层率先屈服、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。
震害中的重要启示
•抗震概念设计是非常重要的
•重视局部的加强措施
问
题
•何谓抗震概念设计？
5.2 结构抗震设计一般规定
一、 结构体系的选择及相关要求
①框架结构体系的特点是自重轻，地震作用小，但侧向 刚度较小，地震时水平位移较大，会造成非结构构件的 破坏。框架结构适用于高度不很大的建筑。 ②抗震墙结构体系的特点是自重大，侧向刚度大，地震 作用大。 ③框架-抗震墙结构体系的特点是克服了纯框架结构刚度 小和纯抗震墙结构自重大的缺点，发挥了各自的优点长 处。具有抗侧刚度较大，自重较轻，结构的水平位移较 小的优点，抗震性能较好。此外，还有筒体结构、巨型 框架结构等。
框支抗震墙
筒 体 筒中筒 板柱-抗震墙
核心筒 内筒 外筒
板柱的柱 抗震墙
不应 采用
表5-4
B级高度的高层建筑结构抗震等级 6度 二 二 二 二 一 一 二 二 二 二 抗震设防烈度 7度 8度 一 一 一 特一 一 一 一 一 特一 一 一 一 一 一 特一 特一 一 特一 特一 特一
结构类型 框架-抗震 墙 抗震墙 框架 抗震墙 抗震墙 非底部加强部 位抗震墙
框支抗震墙 底部加强部位抗 震墙 框支框架 框架 框架-核心 筒 筒体
筒中筒
内筒 外筒
裙房与主楼的等级 当裙房与主楼相连时，除应按裙房本身确定外，其 抗震等级不应低于主楼的抗震等级；当裙房与主楼 分离时（设有防震缝），应按裙房本身确定抗震等 级。
图中c为抗震等级
裙房顶部上下各 一层应提高抗震 措施
彰化县员林镇富贵名门大楼座落在中山路惠明街口，为 16层钢筋混凝土集合住宅大楼,底层柱子间距7至10米。地震 时倾倒的原因是底层柱子数量少，间距大。
2．防震缝处碰撞
防震缝宽度 过小，地震时 结构相互碰撞 造成震害。
防震缝 处碰撞 破坏
3．框架整体的震害
框架的整体破坏 形式按破坏性质可 分为延性破坏和脆 性破坏，按破坏机 制可分为梁铰机制 (强柱弱梁型)和柱 铰机制(强梁弱柱 型 )。
2 1
2
Bmax
B 0.3Bmax
Bmax
扭转不规则 凹凸角不规则
b 0 .5 B
B
大开洞
错层
B
A0 0.3 A A Bl
局部不连续
l
（2） 对于10层和10层以上或高度大于28m属于A级高度的高层 钢筋混凝土建筑，平面布置 如图，限制见表5-5。
表5-5
Ｌ、l的限值
设防烈度 6度、7度 8度、9度
c c
c
c
c
c1 c
c
3、结构布置
1．结构平面布置
（1）结构平面布置宜简单、规则、对称、减小偏心， 尽量避免平面不规则情况，使刚度和承载力分布均匀。
平面不规则的类型
2 1
2
B 0.3Bmax B 0.3Bmax
1
2
Bmax
Bmax
B 0.3Bmax
2 1.2
2、抗震等级的划分*
抗震等级是多层和高层钢筋混凝土结构、构件进行抗 震设计的标准。同一结构体系，不同的抗震等级，具 有不同的抗震设计计算（抗弯、抗剪等）和构造措施 要求。
为此，我国抗震设计规范和高层规程综合 考虑建筑重要性类别、设防烈度、结构类型及 房屋高度等因素，对钢筋混凝土结构划分了不 同的抗震等级。表5-3，表5-4。
表5-1 多层及A级高度钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度 抗震设防烈度 结构体系 非抗震设计 6度 7度 8度 9度
框架 框架-抗震墙 全部落地抗震墙 抗震墙 部分框支抗震墙 框架-核心筒 筒体 筒中筒 板柱-抗震墙
70 140 150 130 160 200 70
60 130 140 120 150 180 40
我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（ JGJ32002）（以下简称高层规程）将钢筋混凝土高层 建筑结构按房屋高度划分为 A级和 B级两个级别。 规定了各自的最大适用高度和高宽比的限制，提出 了不同的抗震设计要求。。 A级高度的建筑是目前应用最广泛的建筑，B 级高度的建筑的最大适用高度和高宽比可较A级适 当放宽，但其结构抗震等级、抗震计算及构造措 施等要求更加严格。参见相关表格。
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。
13
12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 7 6 5 3 1 40 80 9 11 13 层
1
(mm) 120
天津碱厂输入天津波的 弹塑性分析结果