哈工大《建筑結(jié)構(gòu)》課件

哈工大《建筑結(jié)構(gòu)》課件第一頁，共41頁。12.2.1震害及其分析一、結(jié)構(gòu)布置不合理產(chǎn)生的震害

1．扭轉(zhuǎn)破壞結(jié)構(gòu)的平面布置不當(dāng)容易造成剛度中心和質(zhì)量中心的不重合，從而地震時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。2．薄弱層破壞地震作用下，結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度沿高度方向的突然變化易在抗側(cè)移剛度薄弱的樓層形成塑性變形和破壞集中，造成結(jié)構(gòu)的倒塌。3．應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)豎向布置的突變處由于應(yīng)力集中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重震害。4．防震縫處碰撞防震縫如果寬度不夠，其兩側(cè)的結(jié)構(gòu)單元在地震時(shí)就會(huì)相互碰撞而產(chǎn)生震害。第二頁，共41頁。二、框架結(jié)構(gòu)的震害1．整體破壞形式框架的整體破壞形式可分為延性破壞和脆性破壞，按破壞機(jī)制可分為梁鉸機(jī)制和柱鉸機(jī)制。2．鋼筋混凝土柱破壞形式柱端彎剪破壞：柱上、下端出現(xiàn)水平、斜裂縫，混凝土剝落，箍筋外鼓崩斷，柱筋屈曲，柱端形成塑性餃。柱身剪切破壞：柱出現(xiàn)交叉或S形裂縫，箍筋屈服。角柱破壞：由于受彎、剪、扭共同作用，柱身錯(cuò)動(dòng)，鋼筋由柱內(nèi)撥出，震害重。短柱破壞：短柱剛度大，易產(chǎn)生剪切破壞。柱破壞的原因：抗彎和抗剪承載力不足；箍筋太稀，對(duì)混凝土約束很差；在壓、彎、剪作用下，柱的截面承載力達(dá)到極限。第三頁，共41頁。3．梁破壞形式地震作用下，梁端縱向鋼筋屈服，出現(xiàn)上下貫通的垂直裂縫和交叉斜裂縫。梁負(fù)彎矩鋼筋切斷處由于抗彎能力削弱也容易產(chǎn)生裂縫，造成梁剪切破壞。梁剪切破壞的主要原因：梁端屈服后產(chǎn)生的剪力較大；而其箍筋較稀；反復(fù)荷載作用下混凝土抗剪強(qiáng)度降低。4．梁柱節(jié)點(diǎn)破壞形式節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切破壞：產(chǎn)生對(duì)角方向的斜裂縫或交叉斜裂縫，混凝土剪碎剝落；箍筋很少或沒箍筋時(shí)，柱縱向鋼筋壓曲外鼓。梁筋錨固破壞：梁縱向鋼筋錨固長(zhǎng)度不足，從節(jié)點(diǎn)內(nèi)拔出，將混凝土拉裂。節(jié)點(diǎn)連接破壞：裝配式框架構(gòu)件連接處容易發(fā)生坡口焊接鋼筋拉斷。預(yù)制構(gòu)件接縫處后澆混凝土開裂或散落。第四頁，共41頁。節(jié)點(diǎn)破壞的主要原因：節(jié)點(diǎn)的受剪承載力不足；箍筋太少；梁筋錨固長(zhǎng)度不夠；施工質(zhì)量差。5．框架填充墻破壞形式嵌砌磚填充墻容易產(chǎn)生斜裂縫，特殊部位的墻體破壞會(huì)更加嚴(yán)重。烈度較高時(shí)墻體容易倒塌。由于框架變形屬剪切型，下部層間位移大，填充墻震害呈現(xiàn)“下重上輕”的現(xiàn)象。填充墻破壞的主要原因：墻體受剪承載力低，變形能力?。粔w與框架缺乏有效的拉結(jié)。6．鋼筋的搭接不合理，造成搭接處破壞。第五頁，共41頁。12.2.2框架抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定一、結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)二、抗震縫設(shè)置三、結(jié)構(gòu)布置原則四、截面尺寸選擇第六頁，共41頁。一、結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)1.鋼筋混凝土房屋應(yīng)根據(jù)烈度、房屋高度和結(jié)構(gòu)類型采用不同的抗震等級(jí)。抗震等級(jí)分為一、二、三、四共4級(jí)。2.丙類建筑的框架結(jié)構(gòu)其抗震等級(jí)規(guī)定如下表。3.對(duì)甲、乙、丁類建筑，按相應(yīng)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和表確定抗震等級(jí)。4.裙房與主樓相連時(shí)，除應(yīng)按裙房本身確定抗震等級(jí)外，尚不應(yīng)低于主樓的抗震等級(jí)；裙房與主樓分離時(shí)，按裙房本身確定抗震等級(jí)。5.地下結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)的確定。第七頁，共41頁。第八頁，共41頁。二、抗震縫設(shè)置1.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)應(yīng)避免采用不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)方案，不設(shè)防震縫。2.當(dāng)需要設(shè)置防震縫時(shí)，框架結(jié)構(gòu)房屋的防震縫寬度與高度有關(guān)。當(dāng)高度不超過15m時(shí)，可采用70mm；超過15m時(shí)，6、7、8、9度相應(yīng)每增加高度5、4、3和2m時(shí)加寬20mm。3.對(duì)于8、9度的框架結(jié)構(gòu)房屋，當(dāng)防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)高度、剛度或?qū)痈呦嗖钶^大時(shí)，可在縫兩側(cè)房屋的盡端沿全高設(shè)置垂直于防震縫的抗撞墻（每一側(cè)抗撞墻的數(shù)量不少于兩道，并宜分別對(duì)稱布置，墻肢長(zhǎng)度可不大于一個(gè)柱距）。第九頁，共41頁。三、結(jié)構(gòu)布置原則1.框架結(jié)構(gòu)的平面布置和沿高度方向的布置原則應(yīng)符合“規(guī)則結(jié)構(gòu)”的規(guī)定。2.框架應(yīng)雙向設(shè)置，梁中線與柱中線之間的偏心距不宜大于柱寬的l/4。3.框架結(jié)構(gòu)中的填充墻在平面和豎向的布置宜均勻?qū)ΨQ，砌體填充墻宜與柱脫開或采用柔性連接。4.砌體砂漿強(qiáng)度不低于M5，墻頂與框架梁密切結(jié)合；墻中沿框架柱全高設(shè)置拉筋。6.墻長(zhǎng)＞5m時(shí)，墻頂宜與框架梁有拉結(jié)。7.墻長(zhǎng)超過層高2倍，宜設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)造柱。8.墻高超過4m時(shí)，墻體半高宜設(shè)置與柱連接，且沿墻全長(zhǎng)貫通的鋼筋混凝土水平系梁。第十頁，共41頁。四、截面尺寸選擇1.梁的截面尺寸梁的截面寬度不宜小于200mm；截面高寬比不宜大于4；凈跨與截面高度之比不宜小于4。2.柱的截面尺寸柱的截面寬度和高度均不宜小于300mm；圓柱直徑不宜小于350mm；截面長(zhǎng)邊與短的邊長(zhǎng)比不宜大于3；剪跨比宜大于2；柱的截面尺寸需滿足柱的軸壓比的要求。（軸壓比是指柱組合的軸壓力設(shè)計(jì)值N與柱的全截面面積A和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc的乘積的比值，即

uN=N/fcA。第十一頁，共41頁。12.2.3框架截面的抗震設(shè)計(jì)一、抗震框架的一般設(shè)計(jì)原則二、地震作用計(jì)算三、框架在水平地震作用下的內(nèi)力和側(cè)移四、荷載效應(yīng)基本組合五、框架截面抗震驗(yàn)算第十二頁，共41頁。一、抗震框架的一般設(shè)計(jì)原則1.強(qiáng)柱弱梁原則梁端受拉鋼筋的屈服先于柱端受拉鋼筋的屈服。2.強(qiáng)剪弱彎原則構(gòu)件的抗剪承載能力應(yīng)高于該構(gòu)件的抗彎承載能力。3.強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固原則強(qiáng)節(jié)點(diǎn)——抗剪驗(yàn)算，在節(jié)點(diǎn)區(qū)配置足夠的箍筋，并保證混凝土的強(qiáng)度及密實(shí)性。強(qiáng)錨固——處理好縱向鋼筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)的錨固構(gòu)造。第十三頁，共41頁。二、地震作用計(jì)算1.多層框架結(jié)構(gòu)在一般情況下應(yīng)沿兩個(gè)主軸方向分布考慮水平地震作用，各方向的水平地震作用應(yīng)全部由該方向的抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)。2.對(duì)高度不超過40m，以剪切變形為主，且剛度與質(zhì)量沿高度分布比較均勻的框架結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法計(jì)算水平地震作用。三、框架在水平地震作用下的內(nèi)力和側(cè)移采用D值法計(jì)算框架內(nèi)力和側(cè)移第十四頁，共41頁。四、荷載效應(yīng)基本組合SE=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψWγWSWk式中：

SE—荷載效應(yīng)和地震作用效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值；

SGE—重力荷載代表值的效應(yīng)；

SEhk—水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；

SEvk—豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；

γG—重力荷載分項(xiàng)系數(shù)；

γW—風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)；

γEh—水平地震作用分項(xiàng)系數(shù)；

γEv—豎向地震作用分項(xiàng)系數(shù)；

ψW—風(fēng)荷載的組合值系數(shù)，應(yīng)取0.20。第十五頁，共41頁。五、框架截面抗震驗(yàn)算（一）框架梁1、框架梁的正截面受彎承載力計(jì)算（1）抗震設(shè)計(jì)中的正截面承載力計(jì)算直接采用靜載作用下的承載力計(jì)算公式：ME

MuE/

RE=Mu/

RE（或

REME

Mu）（2）除按計(jì)算確定外，框架梁梁端截面的底部和頂部縱向受力鋼筋截面面積的比值需滿足下列要求：

一級(jí)抗震等級(jí)As/As≥0.5；

二、三級(jí)抗震等級(jí)As/As≥0.3。

∴框架梁兩端（支座截面）必須是雙筋截面。（3）承載力計(jì)算公式如下：得到名義壓區(qū)高度為：

由平衡條件X=0：第十六頁，共41頁。由另一極限狀態(tài)平衡條件M|As=0：不考慮地震作用時(shí)：

考慮地震作用時(shí)：

1——等效矩形應(yīng)力圖形系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過C50時(shí)，取為1.0；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，取為0.94，其間按線性內(nèi)插；RE——承載力抗震調(diào)整系數(shù)，由表2—15選用；Mbmax——由荷載效應(yīng)組合得到的最大彎矩設(shè)計(jì)值。第十七頁，共41頁。

2、框架梁斜截面受剪承載力計(jì)算(1)抗震設(shè)計(jì)中采用與非抗震設(shè)計(jì)中不同的斜截面受剪承載力計(jì)算公式（R=Vu=Vc+Vs；RE=VuE=0.6Vc+Vs)

即：

VbVuE/RE=（0.6Vc+Vs)/RE

或

REVb(0.6Vc+Vs)(2)承載力計(jì)算（抗震設(shè)計(jì)）一般框架梁：

REVb≤0.42ftbh0+1.25fyvAsvh0/s集中荷載作用下(包括有多種荷載，其中集中荷載對(duì)節(jié)點(diǎn)邊緣產(chǎn)生的剪力值占總剪力值的75%以上的情況)的框架梁：

REVb≤1.05ftbh0/(+1)+fyvAsvh0/s第十八頁，共41頁。（二）框架柱1、柱的正截面承載力計(jì)算公式：

（NE

NuE/

RE=Nu/

RE）（對(duì)大偏心受壓柱）第十九頁，共41頁。2、柱端彎矩調(diào)整——計(jì)算偏心距e0時(shí)(1)按“強(qiáng)柱弱梁”要求調(diào)整“強(qiáng)柱弱梁”要求：柱端彎矩放大Mc倍靜力平衡條件：Muc0+Mdc0=Mbl+Mbr

9度和一級(jí)框架尚應(yīng)滿足：Mc

1.2Mbu

∑Mc——同一節(jié)點(diǎn)上下柱端截面設(shè)計(jì)彎矩之和；∑Mb——同一節(jié)點(diǎn)左右梁端截面設(shè)計(jì)彎矩之和；∑Mbu——同一節(jié)點(diǎn)左右梁端截面抗彎承載力之和。

mc——強(qiáng)柱系數(shù)；對(duì)一、二、三級(jí)抗震等級(jí)，M分別為1.4、1.2、1.1。頂層柱及軸壓比小于0.15的柱，彎矩可以不調(diào)整。

第二十頁，共41頁。

(2)按“強(qiáng)底層柱”要求調(diào)整抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一、二、三級(jí)框架結(jié)構(gòu)底層柱下端截面彎矩設(shè)計(jì)值，應(yīng)按考慮地震作用組合的彎矩設(shè)計(jì)值分別乘以增大系數(shù)1.5、1.25和1.15。計(jì)算偏心距e0=M/N時(shí)，采用按“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)底層柱”要求調(diào)整后的柱端彎矩Mc。3、柱正截面構(gòu)造規(guī)定抗震結(jié)構(gòu)中柱截面最小含鋼率（%）柱類型抗震等級(jí)非抗震一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)框架中柱、邊柱1.00.80.70.60.6框架角柱、框支柱1.21.00.90.80.6第二十一頁，共41頁。4、柱的斜截面承載力(1)計(jì)算公式：（VE

VuE/

RE，VuE=0.6Vc+Vs)

即：Vb=VuE/RE=（0.6Vc+Vs)/RE

軸力為壓力：軸力為拉力：Vc——設(shè)計(jì)剪力（取按以下要求調(diào)整后的值）；——框架柱的剪跨比，＝M／(Vhc0)；

設(shè)計(jì)時(shí)可近似取=Hc0／(2hc)，(Hc0為柱凈高)，當(dāng)>3時(shí)，取=3，當(dāng)<1時(shí)取=1。N——為與設(shè)計(jì)剪力相應(yīng)的軸向壓力；對(duì)極短柱(Hc0／hc<3)，驗(yàn)算時(shí)要求：當(dāng)N>0.3fcbchc0時(shí)，取N=0.3fcbchc0。

當(dāng)N為拉力時(shí)，公式右端不小于(fyvAsvhc0／s)/Re，且此值不小于0.36

fcbchc0。第二十二頁，共41頁。(2)剪力調(diào)整（1）按柱“強(qiáng)剪弱彎”要求調(diào)整平衡條件：強(qiáng)剪弱彎要求——剪力Vc0放大vc倍，對(duì)一、二、三級(jí)抗震等級(jí)，cv分別為1.4、1.2、1.1。9度和一級(jí)框架尚應(yīng)符合：

Mtc、Mbc——由內(nèi)力組合得到的柱上、下端的最不利設(shè)計(jì)彎矩；

Mtcu、Mbcu——柱上、下端截面的抗彎承載力，可按實(shí)際配筋面積和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定；

（2)“角柱”剪力調(diào)整一、二、三級(jí)抗震等級(jí)的框架角柱，經(jīng)前述調(diào)整后的剪力設(shè)計(jì)值尚應(yīng)乘以不小于1.1的增大系數(shù)。第二十三頁，共41頁。(3)柱的構(gòu)斜截面構(gòu)造要求a.截面尺寸和混凝土強(qiáng)度：地震作用時(shí)：剪跨比大于2的柱Vc0.25cfcbchc0

剪跨比不大于2的柱Vc0.20cfcbchc0地震作用時(shí)：剪跨比大于2的柱Vc

(0.20cfcbchc0)

RE

剪跨比不大于2的柱Vc

(0.15cfcbchc0)

RE

b.柱的軸壓比限制：結(jié)構(gòu)類型抗震等級(jí)

一

二

三框架0.70.80.9框架一剪力墻框架一核芯筒0.750.850.95框支結(jié)構(gòu)0.60.7—第二十四頁，共41頁。12.2.4縱向鋼筋的錨固和連接一、縱向受拉鋼筋的抗震錨固長(zhǎng)度二、縱向受力鋼筋的連接三、鋼筋在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的錨固和連接第二十五頁，共41頁。梁、柱鋼筋錨固及搭接在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，縱向受力鋼筋的錨固和搭接長(zhǎng)度要求比非抗震設(shè)計(jì)時(shí)加大。（1）縱筋錨固要求一、二級(jí)抗震等級(jí)

laE=1.15la

三級(jí)抗震等級(jí)laE=1.05la

四級(jí)抗震等級(jí)laE=1.00la

式中：la為非抗震設(shè)計(jì)時(shí)受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度。（2）縱筋搭接要求搭接方法有搭接接頭、機(jī)械接頭和焊接接頭；宜優(yōu)先選用焊接或機(jī)械接頭；當(dāng)采用搭接接頭時(shí)，其搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于：

llE=laE

——鋼筋接頭面積百分率系數(shù)（=1.2~1.6）。第二十六頁，共41頁。（3）節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋錨固非抗震設(shè)計(jì)時(shí)框架梁縱向鋼筋的連接構(gòu)造

第二十七頁，共41頁。第二十八頁，共41頁。第二十九頁，共41頁。第三十頁，共41頁。非抗震設(shè)計(jì)時(shí)框架柱的縱向鋼筋錨固及梁柱鋼筋搭接構(gòu)造第三十一頁，共41頁。抗震設(shè)計(jì)時(shí)框架梁柱節(jié)點(diǎn)的鋼筋搭接構(gòu)造

第三十二頁，共41頁。12.2.5抗震框架的一般構(gòu)造要求一、材料二、框架梁的配筋三、框架柱的配筋第三十三頁，共41頁。一、材料1.混凝土混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20；對(duì)于一級(jí)抗震等級(jí)的框架梁、柱、節(jié)點(diǎn)不應(yīng)低于C30；設(shè)防烈度為8度時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜超過C70；設(shè)防烈度為9度時(shí)，不宜超過C60。2.鋼筋普通縱向受力鋼筋宜選用HRB400級(jí)、HRB335級(jí)鋼筋；箍筋宜選用HRB335級(jí)、HPB235、HRB400級(jí)鋼筋；對(duì)一、二級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì)的各類框架中的縱向受力鋼筋，在采用上述普通鋼筋時(shí)，要求鋼筋的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值對(duì)屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比不應(yīng)小于1.25，屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值對(duì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比不應(yīng)大于1.3。第三十四頁，共41頁。二、框架梁的配筋1.縱向鋼筋的配置a.框架梁的縱向受拉鋼筋最小配筋率：不應(yīng)小于下表規(guī)定的數(shù)值。b.梁端鋼筋：梁端截面的底部和頂部縱向受力鋼筋截面而積，除滿足計(jì)算要求外，其比值對(duì)一級(jí)抗震不小于0.5，二、三級(jí)抗震不小于0.3。c.通長(zhǎng)鋼筋：沿梁全長(zhǎng)頂面和底面至少應(yīng)各配置兩根通長(zhǎng)的縱向鋼筋。對(duì)一、二級(jí)抗震等級(jí)鋼筋直徑不應(yīng)小于14mm，且分別不少于梁端頂面和底面縱向受力鋼筋中較大截面面積的l／4；對(duì)三、四級(jí)抗震等級(jí)，鋼筋直徑不小于12mm。第三十五頁，共41頁。第三十六頁，共41頁。2.箍筋a.梁端箍筋加密區(qū)在框架梁梁端應(yīng)設(shè)置箍筋加密區(qū)。加密區(qū)長(zhǎng)度、箍筋間距、直徑應(yīng)滿足上表的要求、當(dāng)梁端縱向受拉鋼筋配筋率超過2％時(shí)，表中箍筋直徑應(yīng)增大2mm。第一個(gè)箍筋距框架節(jié)點(diǎn)邊緣不應(yīng)大于50mm。加密區(qū)長(zhǎng)度內(nèi)的箍筋肢距：對(duì)一級(jí)抗震不宜大于200mm和箍筋直徑20