鋼筋混凝土結構抗震概念設計PPT課件

1、第第 1111 講講 鋼筋混凝土結構抗震概念設計 2021-5-42 4.1 概述 多層和高層鋼筋混凝土結構體系包括： 框架結構、框架-抗震墻結構、抗震墻結構、筒體結構和框架-筒體結構等。 本章僅介紹前兩種。 鋼筋混凝土框架房屋：鋼筋混凝土縱梁、橫梁和柱等 構件組成承重體系的房屋。 框架-抗震墻結構：在框架房屋中增加抗震墻構成。 鋼筋混凝土框架房屋層數一般在十層以下。 抗震墻主要承受水平荷載，框架主要承受豎向荷載。 2021-5-43 抗震墻 框架房屋 框架-抗震墻 2021-5-44 一、結構層間屈服強度有明顯的薄弱樓層 4.2 震害及其分析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

2、12 13 (mm) 層 1 3 5 6 7 9 11 13 4080120 在強烈地震作用下，結構的薄弱樓層率先 屈服、發(fā)展彈塑性變形，并形成彈塑性變形集 中的現象，不能發(fā)揮整體的抗震能力。 1976年唐山大地震中，位于天津塘沽區(qū)的 天津堿廠十三層蒸吸塔框架，該結構樓層屈服 強度分布不均勻，造成6層和11層的彈塑性變形 集中，導致6層以上全部倒塌。 右圖為該結構輸入天津波的彈塑性分析結 果。 2021-5-45 二、框架梁、柱的震害 梁柱變形能力不足，構件過早發(fā)生破壞。一般是 梁輕柱重，柱頂重于柱底，尤其是角柱和邊柱更易發(fā) 生破壞。 1、柱頂 柱頂周圍有水平裂縫、斜裂縫或交叉裂縫。重 者混凝

3、土壓碎崩落，柱內箍筋拉斷，縱筋壓曲成燈 籠狀。 主要原因：節(jié)點處彎矩、剪力、軸力都較大， 受力復雜，箍筋配置不足，錨固不好等。 破壞不易修復。 2021-5-46 2、柱底 與柱頂相似，由于箍筋較柱頂密，震害相對柱頂較輕。 2021-5-47 3、短柱 當柱高小于4倍柱截面高度（H/b4)時形成短柱。 短柱剛度大，易產生剪切破壞。 2021-5-48 4、角柱 由于雙向受彎、受剪,加上扭轉作用， 震害比內柱重。 5、梁柱節(jié)點 節(jié)點核心區(qū)產生對角方向 的斜裂縫或交叉斜裂縫，混凝 土剪碎剝落。節(jié)點內箍筋很少 或無箍筋時，柱縱向鋼筋壓曲 外鼓。 節(jié)點破壞的主要原因是節(jié)點的受剪承載力不足，約束箍筋太少

4、，梁筋錨固長度不夠以及施工 質量差所引起。 6、框架梁 震害多發(fā)生于梁端。在地震作用下梁端縱向鋼筋屈服，出現上下貫通的垂直裂縫和交叉裂縫。 破壞的主要原因是梁端屈服后產生的剪力較大，超過了梁的受剪承載力，梁內箍筋配置較稀，以 及反復荷載作用下混凝土抗剪強度降低等。 節(jié)點破壞將導致梁柱失去相互之間的聯(lián)系。 2021-5-49 三、填充墻的震害 砌體填充墻剛度大而承載力低，首先 承受地震作用而遭破壞。一般7度即出現 裂縫，8度和8度以上地震作用下，裂縫明 顯增加，甚至部分倒塌，一般是上輕下重， 空心砌體墻重于實心砌體墻，砌快墻重于 磚 墻。 框架-剪力墻結構上部較嚴重，框架結構 下部震害嚴重。 2

5、021-5-410 填充墻破壞的主要原因是：墻體受剪承載力低，變形能力小， 墻體與框架缺乏有效的拉結，在往復變形時墻體易發(fā)生剪切破壞 和散落。 2021-5-411 四、抗震墻的震害 在強震作用下，抗震墻的震害主要表現在墻肢之間連梁的剪切破壞。主要是由于連梁跨 度小，高度大形成深梁，在反復荷載作用下形成X型剪切裂縫，為剪切型脆性破壞，尤其是在 房屋1/3高度處的連梁破壞更為明顯。 2021-5-412 五、防震縫的震害 防震縫寬度過小，地震時結構相互碰撞造成震害。 總結以上震害調查結果，除注意場地和地基因素外，從結構上主要應注意： 1）結構的剛度在平面上和沿豎向的分布要規(guī)則、均勻； 2）結構構

6、件要有足夠的承載力和延性； 3）重視構造，加強對混凝土的約束，防止剪切、錨固 等脆性破壞； 4）保證施工質量。 2021-5-413 2021-5-414 2021-5-415 2021-5-416 2021-5-417 2021-5-418 走廊有柱，破壞 較輕。 2021-5-419 走廊有柱，帶翼墻，震害較輕。 2021-5-420 臨街建筑，單面縱墻，剛度偏心，倒塌。 2021-5-421 4.3 鋼筋混凝土結構房屋設計特點及概念設計 一、單柱及群柱的 曲線P P P P y P y u AB -位移延性比 yu / P P A BC 2021-5-422 PP A B C y u 彈

7、性范圍 有約束屈服 范圍 無約束屈服 范圍 二、鋼筋混凝土結構的抗震設計特點 使用階段或在常遇地震作用時，結構在彈性范圍工作； 在基本烈度地震作用時,結構在彈塑性范圍工作; 在罕遇烈度地震作用時,結構亦在彈塑性范圍工作; 程度不同 2021-5-423 三、鋼筋混凝土結構的概念設計 1.設置多道抗震防線； 2.合理控制結構的彈塑區(qū)部位； 1）結構有較好的塑性內力重分布能力； 2）結構有較寬的約束屈服范圍及極限變形； 3）局部破壞不致導致整個結構失效及具有易于修復 的可能性。 3.加強結構的整體性和構件間的連接； 4.抗側力構件的剛度、強度、延性應有適當的對應關系； 5.上部結構應與地基條件適應

8、。 2021-5-424 三、鋼筋混凝土結構的概念設計 1.設置多道抗震防線； 2.合理控制結構的彈塑區(qū)部位； 1）結構有較好的塑性內力重分布能力； 2）結構有較寬的約束屈服范圍及極限變形； 3）局部破壞不致導致整個結構失效及具有易于修復 的可能性。 3.加強結構的整體性和構件間的連接； 4.抗側力構件的剛度、強度、延性應有適當的對應關系； 5.上部結構應與地基條件適應。 2021-5-425 4.4 抗震設計的一般規(guī)定 一、房屋的適用最大高度和最大高寬比 抗震規(guī)范規(guī)定：乙、丙和丁類建筑的框架結構和框架-抗震墻結構適用的最大高度應 不超過下表的規(guī)定。 甲類建筑適用的最大高度應專門研究。 注：1

9、. 房屋高度指室外地面到主要屋面板板頂的高度（不包括局部突出屋頂部分）； 2. 框架-核心筒結構指周邊稀柱框架與核心筒組成的結構； 3. 部分框支抗震墻結構指首層或底部兩層框支抗震墻結構； 4. 筒體結構帶有一部分主要承受豎向荷載的無梁樓蓋時，不作為板柱抗震墻結構； 5. 不規(guī)則或類場地的結構，其最大適用高度一般降低20%左右； 6. 超過表內高度的房屋，應進行專門研究和論證，采取有效的加強措施。 2021-5-426 一、房屋的適用最大高度和最大高寬比 高層建筑的高寬比限值 多層與高層鋼筋混凝土房屋抗震設計 2021-5-427 二、結構的抗震等級 地震作用下，鋼筋混凝土結構的地震反應有下列

10、特點： 1、地震作用越大，房屋的抗震要求越高； 2、結構的抗震能力主要取決于主要抗側力構件的性能； 3、房屋越高，地震反應越大，抗震要求越高。 地震作用與烈度、場地等有關，從經濟角度考慮，對不同烈度、場地的 結構的抗震要求可以有明顯的差別。 主、次抗側力構件的抗震要求應有差別。 抗震等級是確定結構構件抗震計算和抗震措施的標準。根據設防烈度、房 屋高度、建筑類別、結構類型及構件在結構中的重要程度確定，共分四個等級， 一級最高。 2021-5-428 下表為丙類建筑抗震等級的劃分： 2021-5-429 1、甲、乙、丁類建筑應按抗震設防標準中的抗震措施所要求的設防烈度按 上表確定抗震等級。 2、當

11、框架-抗震墻結構有足夠的抗震墻時,其框架部分是次要抗側力構件,可 按框架-抗震墻結構中的框架確定抗震等級。否則按框架結構確定等級。區(qū)分標 準是看框架部分承受的地震傾覆力矩是否大于結構總地震傾覆力矩的50%。 n i m j iijc hVM 11 框架承受的地震傾覆力矩可按下式計算： c M -框架-抗震墻結構在基本振型地震作用下框架部分承受的地震傾 覆力矩； n -結構層數； m -框架i層柱的根數； ij V-第i層j根框架柱的計算地震剪力； i h -第i層層高。 2021-5-430 3、裙房與主樓的等級 c c c c c c1 c c 裙房頂部上下各一層應 提高抗震措施 4、多層與

12、高層建筑的地下室 當地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時，地下一層的抗震等級應與上部結構相同，地下一層以下的 抗震等級可根據具體情況采用三級或更低等級。地下室中無上部結構的部分，可根據具體情況采用三 級或更低等級。 圖中c為抗震等級 裙房與主樓相連，除應按裙房本身考慮外，不應低于主樓的抗震等級；主樓結構在裙房頂層及相 鄰上下各一層應適當加強抗震構造措施。裙房與主樓分離時，應按裙房本身確定抗震等級。 2021-5-431 三、建筑結構布置宜規(guī)則 四、合理設計結構破壞機制 1、框架結構 為了充分發(fā)揮整個結構的抗震能力，較合理的地震破壞機制應為節(jié)點基 本不破壞，梁比柱的屈服能早發(fā)生、多發(fā)生；同一層中，

13、各柱兩端屈服歷程 越長越好；底層柱底的塑性鉸宜最晚發(fā)生。梁柱端的塑性鉸出現得盡可能分 散。 2、框架-抗震墻結構 抗震墻的各墻段（包括小開洞墻和聯(lián)肢墻肢）的高寬比不宜小于2，使 其成彎剪破壞。連梁宜在梁端塑性屈服，且有足夠的變形能力，在墻段充 分發(fā)揮抗震作用前不失效。 2021-5-432 五、構件在極限破壞前不發(fā)生明顯的脆性破壞 主要抗側力的鋼筋混凝土構件的極限破壞應以構件彎曲時主筋受拉屈服破 壞為主，應避免變形性能差的混凝土首先壓潰或剪切破壞，以及鋼筋錨固失效 和粘接破壞。 延性破壞和脆性破壞兩者的變形性能差別很大，與其相關的因素有：抗剪 和抗彎承載力之比、剪跨比、剪壓比、軸壓比、主筋率、

14、配筋率、箍筋形式、 混凝土和鋼筋材料、鋼筋連接和錨固方式等。 規(guī)范中許多規(guī)定都屬于這方面的要求。 2021-5-433 當建筑平面過長、結構單元的結構體系不同、高度和剛度相差過大以及 各結構單元的地基條件有較大差異時，應考慮設防震縫。其最小寬度應符合 下面要求： 高層建筑宜選用合理的建筑結構方案，不設防震縫。 1、防震縫 （1）鋼筋混凝土框架房屋的防震縫寬度，當高度不超過15m時可采用70mm，超 過15m時，6、7、8、9度相應每增加高度5m、4m、3m、2m，宜加寬20mm。 六、防震縫與抗撞墻 （2）框架-抗震墻結構房屋的防震縫寬度可采用框架規(guī)定 數值的50%，且不宜小于70mm。 （3

15、）防震縫兩側結構類型不 同時，按不利體系考慮， 并按低的房屋高度計算 縫寬。 t h 框架 框架-抗震墻 2021-5-434 8、9度設防的鋼筋混凝土框架房屋防震縫兩側的結構，當結構高度、剛度或層高相差較大時， 可在防震縫兩側房屋的盡端設垂直于防震縫的抗撞墻。 2、抗撞墻 層高不同高度、剛度相差較大 每一側的數量不應少于兩道。宜分別對稱布置，墻肢的長度可不大于一個柱 距。 內力應按考慮和不考慮抗撞墻兩種情況進行分析，按不利情況取值。 抗撞墻的端柱和框架邊柱箍筋應沿房屋全高加密。 2021-5-435 2、鋼筋混凝土框架的梁、柱構件應避免剪切破壞 “強剪弱彎” 構件彎曲破壞形成的極限剪力應小于

16、構件斜截面的極限剪力。 七、鋼筋混凝土框架的結構體系 1、鋼筋混凝土框架結構宜對稱布置 3、鋼筋混凝土框架的梁、柱構 件之間應設置成“強柱弱梁” 4、梁柱節(jié)點的承載力宜大于梁、柱構件的承載力。 “強節(jié)點、強錨固” 2021-5-436 抗震墻的一般布置原則是“均勻、分散、對稱、周邊”。 八、框架-剪力墻結構的結構布置 1、抗震墻布置的基本原則 框架-抗震墻結構中的抗震墻宜沿主軸方向雙向布置，貫通房屋全高， 且橫向與縱向抗震墻宜相連，互為翼墻，以提高其剛度和承載能力。 一般情況下，宜布置在豎向荷載較大處，平面形狀變化處和樓梯間、 電梯間等。 2、抗震墻布置位置的選擇 房屋較長時，縱向抗震墻不易設

17、置在端開間。 2021-5-437 3、抗震墻布置的具體要求 （1）樓（電）梯間、豎井等使樓面開洞的豎向通道，不 宜設在結構單元端部角區(qū)及凹角處； 這種豎向通道不宜獨立設在柱網之外的中間位置。 2021-5-438 （2）縱橫向抗震墻成組布置 縱橫向抗震墻宜合并布置為L形、T形和口字形。 兩片墻組成聯(lián)肢墻 2021-5-439 （3）合理調整抗震墻的長度 為了保證抗震墻具有足夠的的延性,不發(fā)生脆性的剪切破壞，每一道 抗震墻（包括單片墻、小開口墻和聯(lián)肢墻）不應過長，總高度與總長度之 比宜大于2。 較長的單片墻可以留出結構洞口，劃分成聯(lián)肢墻的兩個墻肢。 2021-5-440 （4）抗震墻的最大間距

18、 抗震墻間距不應過大。 抗震墻之間無大洞口的樓、屋蓋的長寬比宜滿足下表要求： 不宜采用裝配式樓蓋 現澆、疊合梁扳 9度8度6、7度結構 4 3 3 5.2 2 抗震墻之間樓、屋蓋的長寬比 抗震墻之間的樓、屋蓋有較大開洞時，長寬比還應減小。 當超過上述要求時，應計入樓蓋平面內的變形影響。 2021-5-441 抗震墻的端部鋼筋配置在柱截面內。 4、抗震墻的邊框梁、柱 框架梁應保留，當無法設置明梁時應設置暗梁。 暗梁的高度、縱筋、箍筋與明梁相同，配置在墻身內。 第第11講結束！講結束！ 學習是一件快樂的事情，且聽下回 分解！ 2021-5-443 抗震墻 框架房屋 框架-抗震墻 2021-5-444 抗震墻 框架房屋 框架-抗震墻 2021-5-445 2021-5-446 下表為丙類建筑抗震等級的劃分： 2021-5-447 1、甲、乙、丁類建筑應按抗震設防標準中的抗震措施所要求的設防烈度按 上表確定抗震等級。 2、當框架-抗震墻結構有足夠的抗震墻時,其框架部分是次要抗側力構件,可 按框架-