抗震減災(zāi)第一節(jié)

青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院

前章主要內(nèi)容的回顧抗震計(jì)算原理

水平和豎向地震作用的計(jì)算方法振型分解法反應(yīng)譜法底部剪力法時(shí)程分析法(補(bǔ)充計(jì)算)簡(jiǎn)化法

抗震驗(yàn)算原則及方法承載力樓層剪力彈性層間變形彈塑性層間變形第4章多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑抗震設(shè)計(jì)

本章教學(xué)目標(biāo)與要求1.熟悉多層及高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的震害特點(diǎn)及原因。2.理解和掌握多層及高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的要求。3.掌握鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法。4.了解抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法，熟悉多層及高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施。

導(dǎo)入案例1972年尼加拉瓜首都馬那瓜發(fā)生的地震中，有兩幢鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑，相隔不遠(yuǎn)，一幢是15層的中央銀行大廈，其結(jié)構(gòu)布置上下不連續(xù)、平面不對(duì)稱(chēng)；另一幢是18層的美洲銀行大廈，其結(jié)構(gòu)布置均勻?qū)ΨQ(chēng)。地震時(shí)前者發(fā)生了嚴(yán)重破壞，震后拆除；而后者只受輕微損壞，經(jīng)維修恢復(fù)使用。為什么兩幢混凝土結(jié)構(gòu)房屋會(huì)發(fā)生如此不同的破壞呢？我們可以通過(guò)本章的學(xué)習(xí)得到說(shuō)明。框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容多層及高層鋼筋混凝土建筑的震害特點(diǎn)及原因多層及高層鋼筋混凝土建筑的抗震概念設(shè)計(jì)抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法

抗震構(gòu)造措施

本章小節(jié)學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容4.1震害特征及原因

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（reinforcedconcretestructure）具有較好的抗震性能，地震時(shí)所遭受的破壞比砌體結(jié)構(gòu)的震害輕得多。但如果設(shè)計(jì)不合理、施工質(zhì)量不良，多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的震害。

從震害中汲取教訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)

失敗是成功之母馬那瓜美洲銀行大廈馬那瓜中央銀行大廈1．結(jié)構(gòu)布置不合理產(chǎn)生的震害（1）平面布置不當(dāng)產(chǎn)生的震害震前震后馬那瓜中央銀行結(jié)構(gòu)平面布置框架抗震墻填充墻馬那瓜美洲銀行結(jié)構(gòu)平面布置

12345678910111213(mm)層13567911134080120在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(chǎng)十三層蒸吸塔框架，該結(jié)構(gòu)樓層屈服強(qiáng)度分布不均勻，造成6層和11層的彈塑性變形集中，導(dǎo)致6層以上全部倒塌。天津堿廠(chǎng)輸入天津波的彈塑性分析結(jié)果（2）豎向不規(guī)則產(chǎn)生的震害(薄弱層)彰化縣員林鎮(zhèn)邦富貴名門(mén)大樓座落在中山路惠明街口，為16層鋼筋混凝土集合住宅大樓,底層柱子間距7至10米。地震時(shí)傾倒的原因是底層柱子數(shù)量少，間距大。2．防震縫處碰撞防震縫處碰撞破壞

防震縫寬度過(guò)小，地震時(shí)結(jié)構(gòu)相互碰撞造成震害。3．框架整體的震害框架的整體破壞形式按破壞性質(zhì)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(強(qiáng)柱弱梁型)和柱鉸機(jī)制(強(qiáng)梁弱柱型)。(b)強(qiáng)柱弱梁型(a)強(qiáng)梁弱柱型框架的整體破壞形式4．框架梁的震害震害多發(fā)生于梁端。在地震作用下梁端縱向鋼筋屈服，出現(xiàn)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(chǎn)生的剪力較大，超過(guò)了梁的受剪承載力，梁內(nèi)箍筋配置較稀，以及反復(fù)荷載作用下混凝土抗剪強(qiáng)度降低等。5．框架柱的震害

梁柱變形能力不足，構(gòu)件過(guò)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?chē)兴搅芽p、斜裂縫或交叉裂縫。重者混凝土壓碎崩落，柱內(nèi)箍筋拉斷，縱筋壓曲成燈籠狀。主要原因：節(jié)點(diǎn)處彎矩、剪力、軸力都較大，受力復(fù)雜，箍筋配置不足，錨固不好等。2)柱底與柱頂相似，由于箍筋較柱頂密，震害相對(duì)柱頂較輕。3)短柱當(dāng)柱凈高小于4倍柱截面高度（H/b<4)或剪跨比不大于2時(shí),形成短柱。短柱剛度大，易產(chǎn)生剪切破壞。短柱4)角柱由于雙向受彎、受剪,加上扭轉(zhuǎn)作用，震害比內(nèi)柱重。角柱6、梁柱節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)核心區(qū)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。節(jié)點(diǎn)內(nèi)箍筋很少或無(wú)箍筋時(shí)，柱縱向鋼筋壓曲外鼓。

節(jié)點(diǎn)破壞的主要原因是節(jié)點(diǎn)的受剪承載力不足，約束箍筋太少，梁筋錨固長(zhǎng)度不夠以及施工質(zhì)量差所引起。節(jié)點(diǎn)破壞將導(dǎo)致梁柱失去相互之間的聯(lián)系。梁柱節(jié)點(diǎn)破壞7．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(xiàn)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，填充墻破壞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(jié)，在往復(fù)變形時(shí)墻體易發(fā)生剪切破壞和散落。8．抗震墻的震害在強(qiáng)震作用下，抗震墻在反復(fù)荷載作用下形成X型剪切裂縫。抗震墻破壞(交叉裂縫)9．抗震墻中的連梁震害在強(qiáng)震作用下還表現(xiàn)在連梁上，其跨度小，高度大形成深梁，在反復(fù)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。抗震墻破壞(交叉裂縫)震害中的重要啟示抗震概念設(shè)計(jì)是非常重要的重視局部的加強(qiáng)措施問(wèn)題何謂抗震概念設(shè)計(jì)？4.2結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)4.2.1結(jié)構(gòu)體系的選擇及相關(guān)要求①框架結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是自重輕，地震作用小，但側(cè)向剛度較小，地震時(shí)水平位移較大，會(huì)造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞?？蚣芙Y(jié)構(gòu)適用于高度不很大的建筑。②抗震墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是自重大，側(cè)向剛度大，地震作用大。③框架-抗震墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是克服了純框架結(jié)構(gòu)剛度小和純抗震墻結(jié)構(gòu)自重大的缺點(diǎn)，發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)長(zhǎng)處。具有抗側(cè)剛度較大，自重較輕，結(jié)構(gòu)的水平位移較小的優(yōu)點(diǎn)，抗震性能較好。此外，還有筒體結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)等。我國(guó)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)高層規(guī)程）將鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)按房屋高度劃分為A級(jí)和B級(jí)兩個(gè)級(jí)別。規(guī)定了各自的最大適用高度和高寬比的限制，提出了不同的抗震設(shè)計(jì)要求。。A級(jí)高度的建筑是目前應(yīng)用最廣泛的建筑，B級(jí)高度的建筑的最大適用高度和高寬比可較A級(jí)適當(dāng)放寬，但其結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)、抗震計(jì)算及構(gòu)造措施等要求更加嚴(yán)格。參見(jiàn)相關(guān)表格。表4-1多層及A級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的最大適用高度結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6度7度8度9度0.2g0.3g框架706050453524框架-抗震墻1501301201008050抗震墻全部落地抗震墻1501401201008060部分框支抗震墻1301201008050不應(yīng)采用筒體框架-核心筒1601501301009070筒中筒20018015012010080板柱-抗震墻11080705540不應(yīng)采用表4-2B級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的最大適用高度結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6度7度8度0.2g0.3g框架-抗震墻170160140120100抗震墻全部落地抗震墻180170150130110部分框支抗震墻15014012010080筒體框架-核心筒220210180140120筒中筒300280230170150A級(jí)高度及B級(jí)高度現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)建筑的高寬比均不宜超過(guò)表４．3規(guī)定限值。在確定結(jié)構(gòu)體系時(shí)還要考慮建筑物剛度與場(chǎng)地條件的關(guān)系，應(yīng)注意使房屋的自振周期與場(chǎng)地的特征周期Tg錯(cuò)開(kāi)，以減小地震作用。

表4-3

現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑適用的高寬比結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6度、7度8度9度框架板柱-抗震墻框架-抗震墻、抗震墻框架-核心筒筒中筒5678845678345672—445抗震等級(jí)是多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。同一結(jié)構(gòu)體系，不同的抗震等級(jí)，具有不同的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算（抗彎、抗剪等）和構(gòu)造措施要求。4.2.2抗震等級(jí)的劃分*為此，我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和高層規(guī)程綜合考慮建筑重要性類(lèi)別、設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類(lèi)型及房屋高度等因素，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)劃分了不同的抗震等級(jí)。表4-5，表4-6。表4-5多層及A級(jí)高度的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)表4-6B級(jí)高度的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)結(jié)構(gòu)類(lèi)型抗震設(shè)防烈度6度7度8度框架-抗震墻框架二一一抗震墻二一特一抗震墻抗震墻二一一框支抗震墻非底部加強(qiáng)部位抗震墻二一一底部加強(qiáng)部位抗震墻一一特一框支框架一特一特一框架-核心筒框架二一一筒體二一特一筒中筒內(nèi)筒二一特一外筒二一特一裙房與主樓的等級(jí)ccc1cc裙房頂部上下各一層應(yīng)提高抗震措施圖中c為抗震等級(jí)cc當(dāng)裙房與主樓相連時(shí)，除應(yīng)按裙房本身確定外，其抗震等級(jí)不應(yīng)低于主樓的抗震等級(jí)；當(dāng)裙房與主樓分離時(shí)（設(shè)有防震縫），應(yīng)按裙房本身確定抗震等級(jí)。4.2.3結(jié)構(gòu)布置1．結(jié)構(gòu)平面布置（1）結(jié)構(gòu)平面布置宜簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱(chēng)、減小偏心，盡量避免平面不規(guī)則情況，使剛度和承載力分布均勻。扭轉(zhuǎn)不規(guī)則凹凸角不規(guī)則平面不規(guī)則的類(lèi)型局部不連續(xù)大開(kāi)洞錯(cuò)層（2）對(duì)于10層和10層以上或高度大于28m屬于A級(jí)高度的高層鋼筋混凝土建筑，平面布置如圖，限制見(jiàn)表4-7。表4-7Ｌ、l的限值

設(shè)防烈度L/Bl/Bmaxl/b6度、7度≤6.0≤0.35≤2.08度、9度≤5.0≤0.30≤1.52．結(jié)構(gòu)豎向布置（1）高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻；結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下連續(xù)貫通。（2）結(jié)構(gòu)避免過(guò)大的外挑和內(nèi)收。H1/H2〉0.2時(shí)，B1/B≮0.75B1/B≮0.9，a≯4m（3）結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度宜下大上小逐漸均勻變化，樓層側(cè)移剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)移剛度的70%或其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)移剛度平均值的80%。應(yīng)避免側(cè)移剛度沿豎向變化不均勻3．防震縫的設(shè)置結(jié)構(gòu)類(lèi)型設(shè)防烈度框架結(jié)構(gòu)高度（m）6789≤15100mm>155m4m3m2m宜加寬20mm?？蚣?抗震墻結(jié)構(gòu)70%框架結(jié)構(gòu)不能小于100mm抗震墻結(jié)構(gòu)50%框架結(jié)構(gòu)防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同時(shí)，宜按需要較寬防震縫的結(jié)構(gòu)類(lèi)型采用，并按較低房屋高度確定縫寬。防震縫最小寬度要求當(dāng)設(shè)防烈度為8度、9度時(shí)的框架結(jié)構(gòu)房屋防震縫兩側(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，每側(cè)抗撞墻的數(shù)量不應(yīng)少于兩道，宜分別對(duì)稱(chēng)布置，墻肢的長(zhǎng)度可不大于一個(gè)柱距。層高不同高度、剛度相差較大

內(nèi)力應(yīng)按考慮和不考慮抗撞墻兩種情況進(jìn)行分析，按不利情況取值?？棺矇Φ亩酥涂蚣苓呏拷顟?yīng)沿房屋全高加密?？棺矇?.2.4結(jié)構(gòu)材料（1）混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，框支梁、框支柱及抗震等級(jí)為一級(jí)的框架梁、柱、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，不應(yīng)低于C30；構(gòu)造柱、芯柱、圈梁及其他各類(lèi)構(gòu)件不應(yīng)低于C20；8度、9度時(shí)分別不宜超過(guò)C70和C60。（3）抗震等級(jí)為一、二級(jí)的框架結(jié)構(gòu)，其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時(shí)，鋼筋的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)小于1.25；且鋼筋的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.3。（2）普通鋼筋宜優(yōu)先采用延性、韌性和可焊性較好的鋼筋；普通鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)，縱向受力鋼筋宜選用HRB400級(jí)和HRB335級(jí)熱軋鋼筋，箍筋宜選用HRB335、HRB400和HPB300級(jí)熱軋鋼筋。回顧上節(jié)主要內(nèi)容1.震害特征1)結(jié)構(gòu)布置不合理產(chǎn)生的震害2)防震縫處碰撞3)框架整體的震害4)框架梁的震害5)框架柱的震害6)框架梁柱節(jié)點(diǎn)的震害7)填充墻的震害8)抗震墻的震害2.抗震概念設(shè)計(jì)框架抗震墻框架-抗震墻１）特點(diǎn)３）最大適用高寬比結(jié)構(gòu)體系的選擇*（一）（二）抗震等級(jí)的劃分*（三）結(jié)構(gòu)布置*（四）結(jié)構(gòu)材料的選擇*2）最大適用高度重要性類(lèi)別、設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類(lèi)型及房屋高度結(jié)構(gòu)平面布置結(jié)構(gòu)豎向布置防震縫的設(shè)置4.3框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)4.3.1框架結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)

主要內(nèi)容1.柱網(wǎng)布置2.選擇框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型及承重方案3.確定框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的類(lèi)別及設(shè)防烈度4.確定框架結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)5.防震縫及材料選擇1.柱網(wǎng)布置（c）對(duì)稱(chēng)不等跨式（b）等跨式（a）內(nèi)廊式框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)布置既要滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝和建筑平面的要求，又要使結(jié)構(gòu)受力合理，施工方便。（a）橫向框架承重方案（b）縱向框架承重方案（c）縱橫向框架承重方案（d）縱橫向框架承重方案2.選擇框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型及承重方案現(xiàn)澆樓板預(yù)制樓板3.確定框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的類(lèi)別及設(shè)防烈度我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范根據(jù)建筑物重要性及受地震破壞后果的嚴(yán)重性，將建筑物的抗震設(shè)防分為四類(lèi)：

甲類(lèi)建筑、乙類(lèi)建筑、丙類(lèi)建筑、丁類(lèi)建筑丙類(lèi)建筑抗震等級(jí)宜按表４—5劃分；其他設(shè)防類(lèi)別的建筑，則應(yīng)按前述抗震設(shè)防分類(lèi)和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定調(diào)整后再按表４-5劃分抗震等級(jí)。

抗震設(shè)防的烈度：是一個(gè)地區(qū)進(jìn)行抗震設(shè)防的依據(jù)。4.確定框架結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)多層及A級(jí)高度的框架結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)5.防震縫及材料選擇4.3.2框架結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算及驗(yàn)算計(jì)算手段

電算:采用振型分解反應(yīng)譜法或時(shí)程分析法計(jì)算地震作用時(shí)常采用電算方法（如PKPM、