多层及高层钢筋混凝土房屋--抗震设计PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,多层及高层钢筋混凝土房屋,-,抗震设计,抗震结构设计,5.1,概述,5.2,抗震设计的一般要求,5.3,框架内力与位移计算,5.4,钢筋混凝土框架结构构件设计,5.5,框架结构设计例题,结构概念的理解很重要，记 一下：,柱子的,轴压比,：还有,剪跨比,(,柱截面承受的弯距与剪力相对大小的一个参数。表示为：,M/Vh,，,h,表示柱截面高度。此值大于,2,称该柱为长柱。小于,2,为短柱。,),轴力与抗压强度与截面积的乘积之比,，一般和抗震时柱子的延性息息相关,(,同时和剪跨比也有很大关系,),，,轴压比越小，变形能力越强，反之亦然,，柱子和梁比起来，它的变形能力比较差，但是柱子在结构中的地位比梁大，所以要对它的变形能力作更多的要求，轴压比，剪跨比的限制就是因此而来的,轴压比是为了控制小偏心受压,(,脆性,),，,在规范中也有限值，按抗震等级分：柱轴压比限值结构类型 抗震等级一 二 三框架结构,0.7 0.8 0.9,框架抗震墙板柱抗震墙及筒体,0.75 0.85 0.95,部分框支抗震墙,0.6 0.7,结构设计几个限值的意义,1.,轴压比,：,主要为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见抗规,6.3.7,6.4.6,，在剪力墙的轴压比计算中，轴力取重力荷载代表设计值，与柱子的不一样。,2.,剪重比,：,主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性，见抗规,5.2.5,。,3.,侧向刚度比,：,主要为控制结构竖向规则性。位移比：主要为控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。控制比例为,1.5,。见抗规,3.4.2,、,3.4.3,。,4.,周期比：,主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，要求见高规,4.3.5,。,5.,刚重比：,主要为控制结构的稳定性，以免结构产生滑移和倾覆，要求见高规。,6.,剪跨比,：,梁的剪跨比，剪跨比影响了剪应力和正应力之间的相对关系，因此也决定了主应力的大小和方向，也影响着梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式；同时也反映在受剪承载力的公式上。,8.,轴压比,：,轴压比是指有地震作用组合的柱组合轴压力设计值与柱的全截面面积和砼轴心受压抗压强度设计值乘积的比值，是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。轴压比限值的依据是理论分析和试验研究并参照国外的类似条件确定的，其基准值是对称配筋柱大小偏心受压状态的轴压比分界值。,9.,跨高比：,梁的跨高比（梁的净跨与梁截面高度的比值）对梁的抗震性能有明显的影响。梁（非剪力墙的连梁）的跨高比小于,5,和深梁都按照深受弯构件进行计算的。,10.,延性比：,延性比即为弹塑性位移增大系数。延性是指材料、构件、结构在初始强度没有明显退化的情况下的非弹性变形能力。延性比主要分为三个层面，即截面的延性比、构件的延性比和结构的延性比。结构的延性比多指框架或者剪力墙等结构的水平荷载,-,顶层水平位移（,P-delta,）、水平荷载,-,层间位移等曲线。,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。,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。,框架,-,抗震墙结构：在框架房屋中增加抗震墙构成。,钢筋混凝土框架房屋层数一般在十层以下。,抗震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。,5.1,概述,抗震结构设计,抗震墙,框架房屋,框架,-,抗震墙,一、框架梁、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。,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。,破坏不易修复。,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,当柱高小于,4,倍柱截面高度（,H/b4),时形成短柱。,短柱刚度大，易产生剪切破坏。,4,、角柱,由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。,5,、框架梁,震害多在梁端，为剪切破坏。,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（因弯剪作用）。,在梁负弯矩钢筋切断处由于抗剪能力削弱也易产生裂缝，造成梁剪切破坏。,原因：梁端屈服后产生的剪力较大，超过梁的受剪能力，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。,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，节点内箍筋很少或没有放置箍筋时，柱纵向筋压曲外鼓。,梁筋锚固破坏。锚固长度不足，从节点内拔出，将混凝土拉裂。,装配式框架构件连接处易发生脆断，剖口焊接钢筋处易拉断，焊接处后浇混凝土开裂或散落。,原因：节点受弯承载力不足，约束混凝土太少，梁筋锚固长度不足及施工质量引起。,二、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，一般是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌快墙重于砖,墙。,框架,-,剪力墙结构上部较严重，框架结构下部震害严重。,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。,三、抗震墙的震害,在强震作用下，抗震墙的震害主要表现在墙肢之间连梁的剪切破坏。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,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。,四、其他,1,、伸缩缝宽度太小，地震时发生碰撞造成震害。,如：天津友谊宾馆，东西段之间没有,15cm,抗震缝，在唐山地震时，防震缝处不少面积因碰撞而掉落。,2,、建造在软弱地基上的高柔建筑物，因,T,g,=,T,1,发生共振，烈度不高但其破坏的例子屡见不鲜。,如：,1976,年委内瑞拉发生,6.5,级地震，距震中,56km,的加拉加斯冲积场地上有,4,幢,10,至,12,层钢筋混凝土框架结构公寓倒塌。,1976,年唐山发生,7.8,级地震，距震中,70km,的天津塘沽地区，地质条件为淤泥粘土层的天津碱厂蒸发塔工程，高,55m,的框架结构，,7,层以上部分倒塌。,3,、建造在软弱地基上或液化土层上的框架结构，在地震时常因地基不均匀沉陷使上部结构倾斜甚至倒塌。,5.2,抗震设计的一般要求,5.2.1,、结构体系选择,在震区应综合考虑如下条件：,1,、现浇混凝土房屋适用的最大高度（表,5.1,）,2,、房屋高宽比限值（表,5.2,）,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。,抗震结构设计,5.2.2,结构布置,1,、基本原则,2,、框架结构,3,、框架,抗震墙,4,、抗震墙,5,、抗震缝,1,、基本原则：,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。,结构的竖向布置，应使其质量沿高度方向均匀布置，避免结构刚度突变，并应尽可能降低建筑物的重心，易利结构的整体稳定性。,合理设置变形缝。,加强楼屋盖的整体性。,尽可能做到技术先进，经济合理。,2,、框架结构布置,适用范围：,10,层以下住宅、办公及各类公共建筑与工业建筑。有方格式及内廊式两类,.,宜双向设置承重框架,楼梯间、电梯间不宜设置在结构单元的两端及拐角处。,框架结构沿高度不宜突变。,遵守,“,强柱弱梁,”,、,“,强剪弱弯,”,、,“,强节点、强锚固,”,等原则进行延性框架的设计。,3,、框架,抗震墙结构布置,适用范围：,10,20,层的房屋。,抗震墙在结构平面的布置应对称均匀。,抗震墙应沿结构纵横设置，且纵横向抗震墙宜相互俩联合成,T,形、,L,形、十字形等刚度较大的截面，以提高抗震墙的利用效率。,图,5.4,框架,抗震墙结构平面布置示意,抗震墙与柱中线宜重合，当不能重合时，柱中线与抗震墙中线之间的偏心距不宜大于柱宽的,1/4,。,抗震墙应尽可能靠近房屋的端部，但不宜布置在外墙。,抗震墙应设置在墙面不需要开大洞的位置，开洞口时应上下对齐，抗震等级为一、二级的联肢墙的洞口不应采用弱连系梁。（见表,5.4,）,抗震墙宜贯通全高，沿竖向截面不宜由较大突变，以保证结构竖向的刚度基本均匀。,4,、抗震墙的结构布置,适用范围：,20-30,层高层居住建筑,较长的抗震墙可通过开洞口的弱连系梁而形成若干墙段，各段高宽比不应小于,2,。,抗震墙洞口上下对齐，墙肢与连梁明确。一、二级抗震墙底部加强部位不宜有错洞墙。,框支抗震墙宜少设，若设，抗震墙的截面面积不应小于相邻上层抗震墙截面面积的,50%,，框支层落地抗震间距不宜大于,24m,。,底部两层框支抗震墙结构的布置宜对称，且宜设置抗震筒体。,落地抗震墙之间楼盖长宽比不应超过表,5.3,。,抗震墙布置的具体要求,（,1,）楼（电）梯间、竖井等使楼面开洞的竖向通道，不,宜设在结构单元端部角区及凹角处；,这种竖向通道不宜独立设在柱网之外的中间位置。,（,2,）纵横向抗震墙成组布置,纵横向抗震墙宜合并布置为,L,形、,T,形和口字形。,两片墙组成联肢墙,（,3,）合理调整抗震墙的长度,为了保证抗震墙具有足够的的延性,不发生脆性的剪切破坏，每一道抗震墙（包括单片墙、小开口墙和联肢墙）不应过长，总高度与总长度之比宜大于,2,。,较长的单片墙可以留出结构洞口，划分成联肢墙的两个墙肢。,（,4,）抗震墙的最大间距,抗震墙间距不应过大。,抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比宜满足下表要求：,不宜采用,装配式楼盖,现浇、叠合梁扳,9,度,8,度,6,、,7,度,结构,抗震墙之间楼、屋盖的长宽比,抗震墙之间的楼、屋盖有较大开洞时，长宽比还应减小。,当超过上述要求时，应计入楼盖平面内的变形影响。,5,、抗震缝的布置同第四章规定。,5.2.3,、结构的抗震等级,地震作用下，钢筋混凝土结构的地震反应有下列特点：,1,、地震作用越大，房屋的抗震要求越高；,2,、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能；,3,、房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。,地震作用与烈度、场地等有关，从经济角度考虑，对不同烈度、场地的结构的抗震要求可以有明显的差别。,主、次抗侧力构件的抗震要求应有差别。,抗震等级是确定结构构件抗震计算和抗震措施的标准。根据设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及构件在结构中的重要程度确定，共分四个等级，一级最高。,抗震等级与结构类型、烈度有关，见表,5.4,查用。,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。,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%,。,框架承受的地震倾覆力矩可按下式计算：,-,框架,-,抗震墙结构在基本振型地震作用下框架部分承受的地震倾,覆力矩；,-,结构层数；,-,框架,i,层柱的根数；,-,第,i,层,j,根框架柱的计算地震剪力；,-,第,i,层层高。,5.3,框架内力与位移计算,框架结构抗震设计的步骤见框图,5.7,。其抗震计算的内容一般包括：,（,1,）结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定；,（,2,）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；,（,3,）结构内力分析与位移计算；,（,4,）截面抗震设计等。,5.3.1,水平地震作用计算,一般在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。,框架结构自振周期的计算：,抗震结构设计,5.3.2,水平地震作用下框架内力的计算,(,D,值法,),D,值法计算框架内力的方法同钢筋混凝土结构教材所讲方法。,（,1,）计算各层柱的侧移刚度,D,（,5.6,）,（,5.7,）,（,2,）计算各柱所分配的剪力,(5.8),（,3,）确定反弯点高度,y,（,6,）计算梁端剪力,5.3.3,竖向荷载作用下框架内力计算,竖向荷载作用下的梁端弯矩一般要进行调幅，方法同混凝土教材内容。支座弯矩经过调幅降低后，跨中弯矩相应增加，调幅后跨中弯矩不应小于简支情况下跨中弯矩的,50%,。如图,5.14,，跨中弯矩为：,5.3.4,内力组合,在框架抗震设计时，一般应考虑以下两种基本组合。,（,1,）地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合,以框架梁、柱为例，说明内力组合方法,当地震作用自左向右时，离左端为,x,位置的截面弯矩方程为：,5.3.5,框架结构位移验算,5.4,钢筋混凝土框架结构构件设计,5.4.1,框架梁截面设计,梁端抗震设计的基本要求：,梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力；,梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力；,妥善解决梁筋锚固问题,1,、框架梁抗剪承载力验算,（,1,）梁剪力设计值,为了避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，应按,强剪弱弯,的原则调整框架梁端部截面组合的剪力设计值：,抗震结构设计,9,度和一级框架结构尚应符合：,一、二、三级框架梁,-,梁在重力荷载代表值（,9,度时高层建筑还应包括竖向地震作用标,准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值；,-,分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值,;,-,梁的剪力增大系数，一级为,1.3,二级为,1.2,三级为,1.1,。,-,梁的净跨；,-,分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积,(,考虑受压筋,),和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯值；,跨高比大于,2.5,时：,剪压比：截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比，即,（,2,）剪压比限值,剪压比过大,混凝土会过早发生斜压破坏,箍筋不能充分发挥作用,它对构件的变形能力也有显著影响。因此应控制。,跨高比等于或小于,2.5,时：,-,梁端部截面组合的剪力设计值；,-,梁的截面有效高度；,-,混凝土轴心抗压强度设计值；,-,梁的截面宽度；,-,承载力抗震调整系数。,（,3,）梁斜截面受剪承载力,2,、提高粱延性的措施,（,1,）梁截面尺寸的要求,梁宽,200mm,梁宽,/,柱宽,1/2,粱的高宽比,4,粱净跨,/,截面高,4,（,2,）梁端箍筋加密,符合表,5.9,规定,(3),梁纵筋的配筋率及纵筋配置,为了提高梁的正截面塑性铰转动延性，梁的纵向配筋率不宜过高。,为此，框架梁的纵向配筋应符合下列要求：,（,a),梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于,2.5%,；梁端截面最大配筋率应使梁端截面的受压区相对高度（即截面受压区高度与有效高度比）应满足：一级不应大于,0.25,二、三级不应大于,0.35;,（,b),梁端或任何可能屈服截面处，下部与上部配筋量的比值，一级不应小于,0.5,二三级不应小于,0.3,。,（,c),沿梁全长顶面和底面的配筋，一二级不应少于 且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的,1/4,，三四级不应少于 。,5.4.2,框架柱截面设计,框架柱抗震设计的基本要求：,强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰；,在弯曲破坏前不发生剪切破坏，使柱由足够的抗剪能力；,加强约束，配置必要的约束箍筋。,两种破坏形式,弱柱型,弱梁型,为了使塑性铰首先在梁中出现，同一节点柱的抗弯能力要大于梁的抗弯能力。,1,、强柱弱梁,抗震规范规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，除顶层和柱轴压比小于,0.15,者外，柱端组合弯矩设计值应符合下列公式要求,9,度和一级框架结构尚应符合：,-,节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和,;,-,节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；,-,节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积（考,虑受压筋）和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩,值之和；,-,柱端弯矩增大系数，一级为,1.4,二级为,1.2,三级为,1.1,。,为了不使框架底层柱过早出现塑性铰，规范规定：一、二、三级框架底层柱底截面组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数,1.5,、,1.25,、,1.15,。,2,、强剪弱弯,（,1,）柱剪力设计值,柱的抗剪强度要高于它的抗弯强度（强剪弱弯）,9,度和一级框架结构尚应符合：,一、二、三级框架梁,-,分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向正截面,组合的弯矩设计值,;,-,柱的剪力增大系数，一级为,1.4,二级为,1.2,三级,1.1,。,-,柱的净高,；,-,分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积,(,考虑受压筋,),和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯值；,（,2,）剪压比限值,参考梁剪压比的限值。,（,3,）柱斜截面受剪承载力,3,、控制柱的轴压比,轴压比：柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比,即：,它是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压区混凝土先达到其极限压应变的主要指标。,柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低。,0.90,0.95,0.80,0.85,0.7,0.70,0.75,0.6,框架,框架,-,剪力墙,框支柱,三,二,一,结构类型,抗震等级,柱轴压比限制,规范规定：,柱轴压比不应超过下表，但,类场地上的较高高层建筑柱轴压比限值应适当减小。,柱的纵向配筋应符合下列要求：,（,a),宜对称布置；,（,b),截面尺寸大于,400mm,的柱，纵向钢筋间距不宜大于,200mm;,（,c),纵向钢筋的最小配筋率应按下表采用。,0.6,0.8,0.7,0.9,0.8,1.0,1.0,1.2,中柱和边柱,角柱、框支柱,四,三,二,一,类别,抗震等级,（,d),柱的总配筋率不应大于,5%,。,（,e),一级且剪跨比大于,2,的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于,1.2%,。,4,、柱内纵向钢筋的配置,5,、加强柱端约束,加密箍筋可以：承担柱子剪力；约束混凝土，改善,混凝土的变形性能，提高构件的延性；防止混凝土过早,地压溃及防止纵向钢筋的压曲失稳。,加密位置、箍筋直径、箍筋间距等应符合规范规定。,框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏。,5.4.3,框架的节点设计,节点主要受剪力和压力的组合作用，节点核心区未开裂前，箍筋应力很小，基本上是混凝土承受剪力。约当剪力达到核心区极限抗剪能力,60,70%,时，混凝土突然发生对角贯通裂缝，节点刚度明显降低，箍筋应力也突然增大，个别甚至屈服，此后斜裂缝增多赠宽，箍筋陆续达到屈服。,节点区的破坏与交于节点的梁、柱破坏顺序有关，弱柱强梁型的节点区破坏严重。,根据强节点的设计要求，框架节点的设计准则是：,（,1,）节点的承载力不应低于其连接构件（梁、柱）的承载力；,（,2,）多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；,（,3,）罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递；,（,4,）节点配筋不应使施工过分困难。,直交梁对节点核心区有明显约束作用。满足一定条件的四边有梁的节点，核心区混凝土抗剪强度可提高,50,100%,。节点区的破坏与交于节点的梁、柱破坏顺序有关，弱柱强梁型的节点区破坏严重。,1.,节点核芯区抗剪承载力的验算,（,1,）节点核芯区组合的剪力设计值,9,度和一级框架尚应符合,-,梁截面有效高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值；,-,节点剪力增大系数，一级取,1.35,二级取,1.2,。,-,柱的计算高度，可采用节点上下柱反弯点之间的距离；,-,梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离；,-,梁的截面高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值；,-,节点左右梁端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值之和；,-,节点左右梁端纵向受拉钢筋实际配筋面积（考虑受压筋）和 材料强度标准值计算的受弯承载力所对应的弯矩值之和。,（,2,）节点核芯区截面受剪承载力的验算,一、二级框架：,9,度时,-,混凝土抗压强度设计值；,-,对应与组合剪力设计值的上柱组合轴向压力较小值；,-,箍筋间距；,-,箍筋抗拉强度设计值；,-,核心区有效验算宽度范围内同一截面验算方向箍筋的总截面面积,;,三、四级框架节点核心区可不进行抗震验算，但应符合构造措施的要求。,（,3,）节点截面有效高度,（,4,）剪压比限值,节点核芯区同样要控制剪压比，但可适当放宽，需满足式（,5.42,）（,5.43,）的要求，参考梁剪压比验算方法。,（,5,）框架节点构造要求,有关要求见表,5.12,、,5.13,柱中纵向受力钢筋，不宜在节点切断。,2,、梁柱纵筋在节点区的锚固,5.5,框架结构设计例题,1,6,5,4,3,2,10,9,8,7,19,22,25,30,29,28,11,12,13,16,20,18,17,15,14,27,26,24,23,21,