多层钢筋混凝土框架结构抗震设计

第5章多层钢筋混凝土框架结构抗震设计„5.1震害及其分析„5.2选型、结构布置和设计原则„5.3钢筋混凝土框架结构的抗震设计5.1震害及其分析震害的调查与分析提高抗震设计水平5.1.1结构布置不合理而产生的震害„扭转破坏1、平面形状不对称2、刚度不对称m)(tug质心刚心薄弱层破坏底部框架结构的变形薄弱层破坏彰化县员林镇邦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。地震时其中一栋倾倒靠在呈L型平面大楼上，柱子间距7至10米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少，间距太大。底部框架砖房薄弱层破坏伊兹米特市一楼房底层空旷，结构不合理，房屋整体倾斜，二楼成了一楼。薄弱层破坏12345678910111213Δ(mm)层135679111340801201976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。右图为该结构输入天津波的弹塑性分析结果。薄弱层破坏应力集中„结构竖向布置有突变时，突变处会出现应力集中引起的震害。防震缝处碰撞„防震缝宽度不够时，其两侧的单元在地震时会相互碰撞产生震害。„整体破坏形式5.1.2框架结构的震害强梁弱柱型强柱弱梁型„框架柱１．柱端弯剪（塑性铰）破坏图5-10、5-11２．柱身剪切破坏图5-12３．角柱破坏弯，剪，扭破坏４．短柱剪切破坏刚度大、剪力大（H/hc≤4)图5-14５．柱牛腿破坏水平力较大原因：抗弯和抗剪承载力不足局部破坏形式塑性铰短柱角柱由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。框架梁１、梁端弯曲破坏纵筋屈服２、梁端剪切破坏箍筋不足梁筋锚固破坏锚固长度不够，拔出连接破坏施工质量差节点（图5-13）剪切破坏Vu不足、箍筋少、混凝土压碎、纵筋压屈„框架填充墙的震害震害：墙面斜裂缝、沿柱周边开裂、倒塌特点：“下重上轻”原因：二者之间的变形不协调，非整体；墙体的受剪承载力低、拉结不紧。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。总结震害经验，结构设计应注意：„1、结构刚度分布要均匀、规则；„2、构件要有足够的承载力与延性；„3、重视构造设计；„4、保证施工质量。5.2选型、结构布置和设计原则1、房屋高度„综合考虑结构类型、抗震性能、地基条件和震害经验等因素，从使用合理和经济的角度出发，来确定房屋的昀大适用高度。5.2.1选型8080120120150150180180筒中筒筒体9度8度7度6度⁄3030353540407070100100130130150150框架框架--核心筒核心筒板柱—抗震墙⁄⁄8080100100120120部分框支6060100100120120140140全部落地抗震墙5050100100120120130130框架-抗震墙2525454555556060框架结构类型现浇钢筋混凝土房屋适用的昀大高度（m）1房屋高度指室外地面至檐口获屋面顶板的高度（不计局部突出）2框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构3部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构4超过表内高度的房屋，应进行专门研究，采取必要的加强措施5平面和竖向均不规则或IV类场地的结构，适用昀大高度应适当降低（20%）2、优先选用现浇式或装配整体式框架，且双向刚接。3、加强楼盖的整体性。浇面层，叠合构件4、选取合适的填充墙。5、选择合理的基础形式。5.2.1选型5.2.2结构布置1、平立面布置宜规则对称平面：尽量规则图5-18、表5-3立面：竖向刚度均匀、昀大高宽比限值表5-4对于不规则结构，适当降低房屋高度，采用较为精确的内力分析方法，按较高抗震等级采取抗震措施。适用的房屋高宽比4566筒体，抗震墙3455框架—抗震墙2344框架、板柱-抗震墙9度8度7度6度结构类型注：1.当有大底盘时，计算高宽比的高度从大底盘的顶部算起；2.超过表内高宽比的体型复杂的房屋，应进行专门研究。2、柱网布置要简单规整楼梯间尽量不放在端头，拐弯处。梁，柱中线宜重和（e≤1/4hc）。3、填充墙布置要上下、左右均衡，优先选用轻质材料。填充墙与框架柱之间宜脱开或采用柔性连接4、砌体女儿墙中宜设构造柱，墙顶设压顶，在人流出入口与主体结构锚固。„设缝将不规则结构划为规则结构„足够的缝宽。„设防撞墙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4.防震缝防震缝两侧结构类型不同时，按不利体系考虑，并按低的房屋高度计算缝宽。th框架框架-抗震墙8、9度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧的结构，当结构高度、刚度或层高相差较大时，可在防震缝两侧房屋的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙。抗撞墙层高不同高度、刚度相差较大每一侧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。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。抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密。5.2.3材料„混凝土强度等级一级框架主体构件不低于C30；构造柱、圈梁等构件不低于C20。„钢筋强度等级受力筋：HRB335、HRB400箍筋：HPB235、HRB335、HRB400强屈比≥1.25fy实测/fyk≤1.3„施工中替换钢筋要遵循承载力相等的原则5.2.4抗震等级„确定抗震分析及抗震措施的宏观标准。„根据设防烈度、房屋高度、结构类型等因素确定。„四个等级丙类建筑按表5-5确定下表为丙类建筑抗震等级的划分：一一一抗震墙一一二二三三四框架≤5060≤6060≤6060≤60高度（m)一剧场,体育馆等大跨度公共建筑一一二二三三四框架≤2530≤3030≤3030≤30高度（m)框架-抗震墙结构框架结构结构类型烈度6879三二一三二现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级注：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。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。原设防烈度原设防烈度甲、乙、丁类以外的一般建筑原设防烈度提高一度（9度适当提高）；小规模建筑改变结构型式时可不提高地震时使用不能中断或需尽快恢复的建筑乙类甲类适当降低（6度不降）提高一度（9度适当提高）抗震措施原设防烈度抗震次要的建筑丁类丙类应高于本地区设防烈度的要求，其值按批准的安评结果确定重大建筑工程和可能发生严重次生灾害的建筑地震作用计算建筑的重要性建筑类别建筑物重要性分类与设防标准裙房与主楼的抗震等级ccc≥ccc1cc裙房顶部上下各一层应提高抗震措施多层与高层建筑的地下室一层以下根据具体情况按三级或按更低等级。9度时应专门研究。图中c为抗震等级5.2.5按抗剪要求的截面限制条件对于跨高比大于2.5的梁、剪跨比大于2的柱：)20.0(10bhfVcREγ≤)15.0(10bhfVcREγ≤)/(0hVMcc=λ对于跨高比不大于2.5的梁、剪跨比不大于2的柱：对于框架结构的中间层柱hHn2≈λ5.3钢筋混凝土框架结构的抗震设计„一般结构在纵横两个主轴方向进行抗震计算„框架柱的边长一般不小于300mm„避免形成短柱„采用柱下单独基础时，某些情况需要沿两个主轴方向设置基础系梁„在竖向荷载作用下的结构内力可以调幅；现浇框架：0.8~0.9；装配整体式：0.7~0.8„地震作用产生的结构内力不能调幅5.3.1框架结构的设计要点地震作用及框架内力的计算一、水平地震作用的计算1、用顶点位移法计算基本自振周期：(s)ψT：0.6~0.72、用底部剪力法求水平地震作用；FEKFi3、求层间地震剪力Vi，并分配到每个柱。二、水平地震作用下框架内力计算反弯点法D值法三、竖向荷载作用下框架内力计算（分层法）重力荷载代表值分层法（弯矩分配法）；梁上的内力可进行调幅。TTuTψ7.11=5.3.2地震作用在结构各部分的分配及内力计算1、地震作用在结构各部分的分配imkikijijVDDV∑==12、内力计算反弯点法、D值法5.3.3截面设计和构造各种荷载作用下结构的内力内力组合控制截面的昀不利的内力截面计算配筋和构造设计昀不利组合指截面配筋量较大的组合，并非Smax。REEhGERSSSγ/3.12.11≤+=RSSSQG≤+=4.12.12内力组合„延性：指结构的后期变形能力。指标：Δu–Δy或Δu/Δy„延性框架：在地震作用效应下，具有一定的承载力、刚度、变形能力和耗能能力的框架。„延性框架的设计措施：强柱弱梁；强剪弱弯；强节点、强锚固。延性框架的概念1、“强柱弱梁”一、二、三级框架的梁柱节点处除框架顶层和柱轴压比小于0.15者外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：地震作用效应的调整9度和一级框架结构，尚应符合：——节点左右截面反时针或顺时针方向按实配钢筋（考虑受压钢筋）正截面抗震受弯承载力，所对应的弯矩值之和，可根据实际配筋面积和材料强度标准值确定。∑∑=beCMMη1.12.14.1、、=eη∑∑=buacMM2.1∑buaM一、二级框架角柱调整后的弯矩、剪力设计值应扩大1.3倍；15.125.15.1、、=eη对于底层柱下端截面：防止梁柱端部在弯曲屈服前出现剪切破坏是抗震概念设计的要求，它意味着构件的受剪承载力要大于构件弯曲时实际达到的剪力。2、“强剪弱弯”1）框架梁的梁端截面组合的剪力设计值GbnrblbvbVlMMV++=/)(η1.12.13.1、、=vbη9度时和一级框架尚应符合:GbnrbualbuaVlMMV++=/)(1.12）框架柱设计剪力的调整nbctcvcHMMV/)(+=η1.12.14.1、、=vcη9度时和一级框架结构尚应符合：nbcuatcuaHMMV/)(2.1+=配筋和构造一级）(25.00hx≤梁端截面的混凝土受压区高度x，当考虑受压钢筋的作用时，应满足：二、三级）(35.00hx≤（1）截面尺寸限制条件对于跨高比大于2.5的梁、剪跨比大于2的柱：)20.0(10bhfVcREγ≤)15.0(10bhfVcREγ≤对于跨高比不大于2.5的梁、剪跨比不大于2的柱：（2）抗剪承载力的折减)6.0(1scREbVVV+≤γ]056.0105.1[100NhsAfbhfVsvyvtREc+++≤λγ梁受压柱]2.0105.1[100NhsAfbhfVsvyvtREc−++≤λγ受拉柱构造要求1．框架梁1)普通框架梁截面宽度不宜小于200mm；截面高宽比不宜大于4；净跨与截面高度之比不宜小于4。2)扁梁扁梁指梁截面高度不大于梁截面宽度的梁。扁梁宽度大于柱宽时，楼板应采用现浇；梁中线宜与柱中线重合；扁梁宜双向布置；扁梁的截面尺寸应符合：bb≤2bc；bb≤bc+hb；hb≥16d式中：bc—柱截面宽度，园形截面取柱直径的0.8倍；bb，hb——分别为梁截面宽度和高度；d——柱纵筋昀大直径。扁梁的截面高度应满足挠度和裂缝宽度的有关规定。二级抗震框架梁端的配筋构造hbAs,2.5%Min[hb/4,8d,100mm]纵筋直径bc/20(矩形截面)弦长/20(圆形截面)d10mm加密区bcAs'0.5As连续筋不少于214,且连续筋不少于214,且AS/4AS'/4h0弦长sAxmmd8≥?sAx35.0/0≤=hxξ{}500,5.1maxbhssAA3.0'≥hbAs,2.5%Min[hb/4,8d,100mm]纵筋直径bc/20(矩形截面)弦长/20(圆形截面)d10mm加密区bcAs'0.5As连续筋不少于214,且连续筋不少于214,且AS/4AS'/4h0弦长一级抗震框架梁端的配筋构造?sAx25.0/0≤=hxξ6Hb/4,8d,1501.5hb,500四8Hb/4,8d,1501.5hb,500三8Hb/4,8d,1001.5hb,500二10Hb/4,6