多层与高层钢筋混凝土框架结构抗震设计.ppt

第第8章章 多层与高层钢筋混凝土框架结构抗震分析多层与高层钢筋混凝土框架结构抗震分析汶川地震建筑震害案例汶川地震建筑震害案例第一节第一节 多层钢筋混凝土结构震害分析多层钢筋混凝土结构震害分析一、场地影响产生的震害一、场地影响产生的震害1.1.共振效应共振效应地震的振动传播周期场地的卓越周期结构自振周期房屋破坏率与土层厚度关系房屋破坏率与土层厚度关系2.2.地基失效地基失效 唐山地震时，严唐山地震时，严重液化地区喷水高度重液化地区喷水高度可达可达8 8米，厂房沉降米，厂房沉降可达可达1 1米。米。天津地震时，海天津地震时，海河故道及新近沉积土河故道及新近沉积土地区有近地区有近30003000个喷水个喷水冒砂口成群出现，一冒砂口成群出现，一般冒砂量般冒砂量0.1-10.1-1立方立方米，最多可达米，最多可达5 5立方立方米。有时地面运动停米。有时地面运动停止后，喷水现象可持止后，喷水现象可持续续3030分钟。分钟。液化的震害：喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路基；液化的震害：喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出现裂缝、滑移，造成桥梁破坏，等等。沿河岸出现裂缝、滑移，造成桥梁破坏，等等。地基土液化软土震陷断层错动二、结构布置不合理引起的震害二、结构布置不合理引起的震害1.1.平面不规则引起扭转平面不规则引起扭转马那瓜中央银行大厦试问：那一幢破坏严重呢？马那瓜美洲银行大厦 1）平面不规则）平面不规则4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。4层以上的楼板仅为层以上的楼板仅为5cm厚，搁置在高厚，搁置在高45cm长长14m小梁上。小梁上。2）竖向不规则）竖向不规则塔楼上部（塔楼上部（4层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在根，支承在4层楼板水平层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根根1m 1.55m的柱子上（间距的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严重）。上下两部分严重不均匀，不连续。不均匀，不连续。主要破坏：第主要破坏：第4层与第层与第5层之间层之间(竖向刚度和承载力突变竖向刚度和承载力突变),周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；横向裂缝贯穿横向裂缝贯穿3层以上的所有楼板层以上的所有楼板(有的宽达有的宽达1cm),直至电梯井东侧；直至电梯井东侧；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均 严重破坏或倒塌。严重破坏或倒塌。震后计算分析结果震后计算分析结果:1.结构存在十分严重扭转效应结构存在十分严重扭转效应;2.塔楼塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足力大大不足,率先破坏；率先破坏；3.水平地震作用下水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。马那瓜马那瓜中央银行大厦中央银行大厦 结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括括4个个L形的桶体，对称地由连梁连接起来，形的桶体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。构能观察到的主要破坏。分析表明：分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应；明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏；体填充墙的非结构构件的损坏；3.当连梁剪当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。量得到控制。美洲美洲银行银行 复杂体型高层建筑不断兴建复杂体型高层建筑不断兴建 专家评委认为能实施这一方案，不仅能树立专家评委认为能实施这一方案，不仅能树立CCTVCCTV的标志的标志性形象，也将翻开中国建筑界新的一页。性形象，也将翻开中国建筑界新的一页。2.2.竖向不规则导致薄弱层破坏竖向不规则导致薄弱层破坏3.3.防震缝宽度不足产生的震害防震缝宽度不足产生的震害三、框架结构的震害三、框架结构的震害1.1.形成柱铰机制形成柱铰机制-强柱弱梁强柱弱梁2.2.框架柱的局部破坏框架柱的局部破坏 塑性铰处压弯破坏 海地地震柱脚剪切破坏 角柱破坏 3.3.框架梁的局部破坏框架梁的局部破坏4.4.梁柱节点破坏梁柱节点破坏5.5.填充墙的震害填充墙的震害6.6.楼梯破坏楼梯破坏四、具有剪力墙结构的震害四、具有剪力墙结构的震害第二节第二节 结构选型、结构布置和设计原则结构选型、结构布置和设计原则框架结构框架结构剪力墙结构剪力墙结构框架框架-剪力墙结构剪力墙结构筒体结构筒体结构一、结构选型一、结构选型表8.1 现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m）结构体系烈 度678（0.2g）8（0.3g）9框架6050403524框架.剪力墙1301201008050剪力墙1401201008060部分框支剪力墙1201008050不应采用框架.核心筒1501301009070筒中筒18015012010080板柱.剪力墙80705540不应采用二、结构布置二、结构布置1.1.结构总体布置原则结构总体布置原则（1)1)抗震有利的建筑平面和立面抗震有利的建筑平面和立面对称、规则对称、规则（2 2）明确地计算简图）明确地计算简图传力合理传力合理（3 3）变形缝）变形缝（4 4）多道防线）多道防线倪慧敏倪慧敏（5 5）整体性）整体性（6 6）两个主轴方向的动力特性相近）两个主轴方向的动力特性相近2.2.建筑结构的规则性建筑结构的规则性 是指建筑物的平、立面布置要对称、规则，其质量与刚度要是指建筑物的平、立面布置要对称、规则，其质量与刚度要变化均匀。变化均匀。表8.2 平面不规则的主要类型不规则类型定 义扭转不规则在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层表8.3 竖向不规则的主要类型不规则类型定 义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层或出屋面小建筑外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（柱、剪力墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架）向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%3.竖向布置 当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋总高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.7 倍；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。表8.4钢筋混凝土高层建筑结构适用的高宽比结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度9度框架5432板柱.剪力墙654框架-剪力墙、剪力墙7654框架.核心筒8764筒中筒8875 抗震等级是确定结构构件抗震计算和抗震措施的标准。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。结构中的重要程度确定，共分四个等级，一级最高。三、抗震等级三、抗震等级 表8.7 现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级结构类型设 防 烈 度6789框架结构高度（m）24 242424242424框架四三三二二一一大跨度框架三二一一框架.剪力墙结构高度（m）60 602425606024256060242550框架四三四三二三二一二一剪力墙三三二二一一剪力墙结构高度（m）80 802425808080258080242560剪力墙四三四三二三二一二一四、延性和屈服机制四、延性和屈服机制 五、材料及连接五、材料及连接六、楼梯间六、楼梯间七、基础结构七、基础结构 第三节第三节 钢筋混凝土框架结构抗震计算（重点）钢筋混凝土框架结构抗震计算（重点）一、设计步骤 风荷载作用下内力计算施工图绘制 结束确定建筑及结构布置方案初定构件尺寸、材料及做法计算重力荷载计算框架刚度计算周期及振型多遇地震下结构弹性地震作用结构层间弹性变形验算计算风荷载计算竖向荷载竖向荷载作用下内力计算多遇地震下结构内力计算风荷载作用下弹性变形验算是否满足内力组合内力调整构件截面设计及节点抗震验算是否满足弹塑性变形分析抗震及非抗震构造措施若需做弹塑性变形分析是否满足基础设计其他构件设计楼梯设计楼板设计是是是否否二、水平地震作用计算三、框架结构内力计算及水平位移计算1.竖向荷载作用下的内力计算-分层法2.竖向荷载作用下的内力计算-弯矩二次分配法 力法和位移法的计算结果表明，竖向荷载作用下的多层多跨框架，其侧向位移很小。此法是对弯矩分配法的进一步简化，在忽略竖向荷载作用下框架结点侧移时采用。具体做法是将各结点的不平衡弯矩同时作分配和传递，并以两次分配为限。其计算步骤如下：（1）计算各结点的弯矩分配系数；（2）计算各跨梁在竖向荷载作用下的固端弯矩；（3）计算框架各结点的不平衡弯矩；（4）将各结点的不平衡弯矩同时进行分配，并向远端传递,再将 各结点不平衡弯矩分配一次后，即可结束。3.3.竖向荷载的布置竖向荷载的布置 恒荷载是长期作用在结构上的重力荷载，因此要按其实际布置情况计算其对结构构件的作用效应。确定活荷载的最不利位置，一般有四种方法。（1）分跨计算组合法：逐层逐跨单独作用在框架上，分别计算结构内力，根据所设计构件的某指定截面，组合出最不利的内力。手算时工作量大，较少采用。（2）最不利活荷载位置法：对于每一控制截面，直接由影响线确定其最不利活荷载位置，然后进行内力计算。工作量大，一般不采用。（3）分层组合法：（4）满布荷载法：此法不考虑活荷载的不利布置，而将活荷载同时作用于各框架梁上进行内力分析。这样求得的结果与按考虑活荷载最不利位置所求得的结果相比，在支座处内力极为接近，在梁跨中则明显偏低。因此，应对梁的跨中弯矩进行调整，通常乘以1.11.2的系数。设计经验表明，在高层民用建筑中，当楼面活荷载不大于4kN/m2时，活荷载所产生的内力，相较于恒载和水平荷载产生的内力要小很多，因此采用此法的计算精度可以满足工程设计要求。4.4.内力内力调调整整 竖向荷载作用下梁端负弯矩较大，导致梁端的配筋量较大。可以考虑框架梁端塑性变形内力重分布，对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调幅。梁端弯矩调幅，还可以使框架在破坏时梁端先出现塑性铰，保证柱的相对安全，以满足“强柱弱梁”的设计原则。对于现浇框架，可取0.80.9。支座弯矩调幅降低后，梁跨中弯矩应相应增加。按调幅后的 梁端弯矩的平均值与跨中弯矩之和不应小于按简支梁计算的跨中 弯矩值，即可求得跨中弯矩。5.5.水平荷载作用下结构的内力计算反弯点法水平荷载作用下结构的内力计算反弯点法 6.6.改进反弯点法（改进反弯点法（D D值法）值法）四、内力组合及最不利内力四、内力组合及最不利内力1.1.控制截面及不利内力控制截面及不利内力控制截面：构件某一区段中对截面配筋起控制作用的那些截面。最不利内力组合：控制截面处最大的内力组合。在某些情况下，最大或最小内力不一定是最不利的。因为对大偏心截面而言，偏心距e0M/N越大，截面的配筋越多。因此有时候M虽然不是最大，但相应的N较小，此时偏心距最大，也能成为最不利内力。对于小偏心截面，当N可能不是最大，但相应的M比较大时，配筋反而需要多一些，会成为最不利内力。所以组合时常需考虑第四种情况 2.2.内力组合内力组合 框架结构上作用的竖向荷载有永久荷载、楼屋面活荷载、积灰荷载和雪荷载等；水平荷载有风荷载和地震作用。通过框架内力计算，可得到各种荷载作用下构件的内力标准值。结构设计时，应根据可能出现的最不利情况确定构件控制截面的内力设计值，进行截面设计。多、高层钢筋混凝土框架结构抗震设计时，一般应考虑以下两种基本组合：（1）有地震作用时的内力组合：除考虑地震作用外，还应考虑重力荷载代表值和其他活荷载的作用。对于普通框架结构，可只考虑水平地震作用和重力荷载代表值参与组合，而不考虑风荷载及竖向地震作用，其内力组合设计值S可写成：（2）无地震作用时的内力组合：无地震作用时，框架结构受到全部恒荷载和活荷载的作用，其值一般要比重力荷载代表值大。且计算承载力时不引入承载力抗震调整系数，因此，某些控制截面在无地震作用时的组合内力有可能大于有地震作用时的内力组合，这种组合就可能对某些截面设计起控制作用。此时，其内力组合设计值S可写成：当不考虑楼面活荷载不利布置时，由式（8.13）和（8.15）可得到以下内力组合：五。五。框架结构截面设计框架结构截面设计SR/RE （8.21）S包含地震作用效应的结构构件内力组合设计值，包括组合的弯矩、剪力和轴向力设计值等；R结构构件非抗震设计时的承载力设计值，按各有关结构设计规范计算；RE承载力抗震调整系数，除另有规定外，按表8.16采用。结构构件类别RE正截面承载力计算受弯构件0.75偏心受压柱轴压比小于0.15的柱0.75轴压比不小于0.15的柱0.80偏心受拉构件0.85剪力墙0.85斜截面承载力计算各类构件及框架节点0.85受冲切承载力计算0.85局部受压承载力计算1.01.实现梁铰机制，避免柱铰机制实现梁铰机制，避免柱铰机制2.实现弯曲破坏，避免剪切破坏实现弯曲破坏，避免剪切破坏3.实现强节点核芯区、强锚固实现强节点核芯区、强锚固六。六。框架结构构造措施框架结构构造措施1.框架梁框架梁（1）截面尺寸：（2）纵向钢筋：（3）箍筋：2.框架柱框架柱（1）截面尺寸：（2）轴压比的限制：（3）纵向钢筋：（4）箍筋：3.节点核芯区节点核芯区8.4 设计案例设计案例 1 1、甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施、甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施所要求的所要求的设防烈度设防烈度按上表按上表确定抗震等级确定抗震等级。2 2、当框架、当框架-抗震墙结构有足够的抗震墙时抗震墙结构有足够的抗震墙时,其框架部分其框架部分是次要抗侧力构件是次要抗侧力构件,可按框架可按框架-抗震墙结构中的框架确定抗震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受的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩的50%50%。框架承受的地震倾覆力矩可按下式计算：框架承受的地震倾覆力矩可按下式计算：-框架框架-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；覆力矩；-结构层数；结构层数；-框架框架i i层柱的根数；层柱的根数；-第第i i层层j j根框架柱的计算地震剪力；根框架柱的计算地震剪力；-第第i i层层高。层层高。考题 3 3、裙房与主楼的等级、裙房与主楼的等级ccccc1cc裙房顶部上下各裙房顶部上下各一层应提高抗震一层应提高抗震措施措施 4 4、多层与高层建筑的地下室、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。一层以下根据具体情况按三级或按更低等级。9 9度度时应专门研究。时应专门研究。图中图中c c为抗震等级为抗震等级不讲三、建筑结构布置宜规则三、建筑结构布置宜规则四、合理设计结构破坏机制四、合理设计结构破坏机制1 1、框架结构、框架结构 为了充分发挥整个结构的抗震能力，较合理的地震为了充分发挥整个结构的抗震能力，较合理的地震破坏机制应为破坏机制应为节点基本不破坏节点基本不破坏，梁比柱的屈服能早发生、梁比柱的屈服能早发生、多发生多发生；同一层中，；同一层中，各柱两端屈服历程越长越好；底层各柱两端屈服历程越长越好；底层柱底的塑性铰宜最晚发生柱底的塑性铰宜最晚发生。梁柱端的塑性铰出现得尽可。梁柱端的塑性铰出现得尽可能分散。能分散。2 2、框架、框架-抗震墙结构抗震墙结构 抗震墙的各墙段（包括小开洞墙和联肢墙肢）的高抗震墙的各墙段（包括小开洞墙和联肢墙肢）的高宽比不宜小于宽比不宜小于2 2，使其成弯剪破坏。连梁宜在梁端塑性屈，使其成弯剪破坏。连梁宜在梁端塑性屈服，且有足够的变形能力，在墙段充分发挥抗震作用前服，且有足够的变形能力，在墙段充分发挥抗震作用前不失效。不失效。11月2日讲到这里。五、构件在极限破坏前不发生明显的脆性破坏五、构件在极限破坏前不发生明显的脆性破坏 主要抗侧力的钢筋混凝土构件的极限破坏应以构件弯主要抗侧力的钢筋混凝土构件的极限破坏应以构件弯曲时主筋受拉屈服破坏为主，应避免变形性能差的混凝土曲时主筋受拉屈服破坏为主，应避免变形性能差的混凝土首先压溃或剪切破坏，以及钢筋锚固失效和粘接破坏。首先压溃或剪切破坏，以及钢筋锚固失效和粘接破坏。延性破坏和脆性破坏两者的变形性能差别很大，与其延性破坏和脆性破坏两者的变形性能差别很大，与其相关的因素有：抗剪和抗弯承载力之比、剪跨比、剪压比、相关的因素有：抗剪和抗弯承载力之比、剪跨比、剪压比、轴压比、主筋率、配筋率、箍筋形式、混凝土和钢筋材料、轴压比、主筋率、配筋率、箍筋形式、混凝土和钢筋材料、钢筋连接和锚固方式等。钢筋连接和锚固方式等。规范中许多规定都属于这方面的要求。规范中许多规定都属于这方面的要求。当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和刚度相差过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时，刚度相差过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时，应考虑设防震缝。其最小宽度应符合下面要求：应考虑设防震缝。其最小宽度应符合下面要求：高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。1 1、防震缝、防震缝（1 1）钢筋混凝土框架房屋的防震缝宽度，当高度不超过）钢筋混凝土框架房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m15m时可采用时可采用70mm70mm，超过，超过15m15m时，时，6 6、7 7、8 8、9 9度相应每增加度相应每增加高度高度5m5m、4m4m、3m3m、2m2m，宜加宽，宜加宽20mm20mm。六、防震缝与抗撞墙六、防震缝与抗撞墙（2 2）框架）框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架规定数值的可采用框架规定数值的50%50%，且不宜小于，且不宜小于70mm70mm。（3 3）防震缝两侧结构类型不）防震缝两侧结构类型不 同时，按不利体系考虑，同时，按不利体系考虑，并按低的房屋高度计算并按低的房屋高度计算 缝宽。缝宽。t th h框架框架框架框架-抗震墙抗震墙考题 8 8、9 9度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧的结构，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。的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙。2 2、抗撞墙、抗撞墙层高不同层高不同高度、刚度相差较大高度、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。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。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。抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密。2 2、钢筋混凝土框架的梁、柱构件应避免、钢筋混凝土框架的梁、柱构件应避免剪切破坏剪切破坏 “强剪弱弯强剪弱弯”构件弯曲破坏形成的极限剪力应小于构件斜截面的极构件弯曲破坏形成的极限剪力应小于构件斜截面的极限剪力。限剪力。七、钢筋混凝土框架的结构体系七、钢筋混凝土框架的结构体系1 1、钢筋混凝土框架结构宜对称布置、钢筋混凝土框架结构宜对称布置 3 3、钢筋混凝土框架的梁、柱构、钢筋混凝土框架的梁、柱构 件之间应设置成件之间应设置成“强柱弱梁强柱弱梁”4 4、梁柱节点的承载力宜大于梁、柱构件的承载力。、梁柱节点的承载力宜大于梁、柱构件的承载力。“更强的节点更强的节点”抗震墙的一般布置原则是抗震墙的一般布置原则是“均匀、分散、对称、周边均匀、分散、对称、周边”。八、框架八、框架-剪力墙结构的结构布置剪力墙结构的结构布置1 1、抗震墙布置的基本原则、抗震墙布置的基本原则 框架框架-抗震墙结构中的抗震墙宜沿主轴方向双向布抗震墙结构中的抗震墙宜沿主轴方向双向布置，贯通房屋全高，且横向与纵向抗震墙宜相连，互为置，贯通房屋全高，且横向与纵向抗震墙宜相连，互为翼墙，以提高其刚度和承载能力。翼墙，以提高其刚度和承载能力。一般情况下，宜布置在竖向荷载较大处，平面形状一般情况下，宜布置在竖向荷载较大处，平面形状变化处和楼梯间、电梯间等。变化处和楼梯间、电梯间等。2 2、抗震墙布置位置的选择、抗震墙布置位置的选择考题3 3、抗震墙布置的具体要求、抗震墙布置的具体要求（1 1）楼（电）梯间、竖井等使楼面开洞的竖向通道，不）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；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。这种竖向通道不宜独立设在柱网之外的中间位置。（2 2）纵横向抗震墙成组布置）纵横向抗震墙成组布置纵横向抗震墙宜合并布置为纵横向抗震墙宜合并布置为L L形、形、T T形和口字形。形和口字形。两片墙组成联肢墙两片墙组成联肢墙（3 3）合理调整抗震墙的长度）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为了保证抗震墙具有足够的的延性,不发生脆性的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肢墙）不应过长，总高度与总长度之比宜大于2 2。较长的单片墙可以留出结构洞口，划分成联肢墙的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。两个墙肢。（4 4）抗震墙的最大间距）抗震墙的最大间距抗震墙间距不应过大。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抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比宜满足下表要求：表要求：不宜采用不宜采用装配式楼盖装配式楼盖现浇、叠合梁扳现浇、叠合梁扳9度度8度度6、7度度结构结构 抗震墙之间楼、屋盖的长宽比抗震墙之间楼、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。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。当超过上述要求时，应计入楼盖平面内的变形影响。抗震墙的端部钢筋配置在柱截面内。抗震墙的端部钢筋配置在柱截面内。4 4、抗震墙的边框梁、柱、抗震墙的边框梁、柱框架梁应保留，当无法设置明梁时应设置暗梁。框架梁应保留，当无法设置明梁时应设置暗梁。暗梁的高度、纵筋、箍筋与明梁相同，配置在墙身内。暗梁的高度、纵筋、箍筋与明梁相同，配置在墙身内。第第6 6章章 钢筋混凝土框架构件设计钢筋混凝土框架构件设计6.1 6.1 延性耗能框架的概念设计延性耗能框架的概念设计 为实现抗震设防目标，钢筋混凝土框架除了具有足够的承载力和刚度外，还应具有良好的延性和耗能能力。延性是指强度或承载力没有大幅度下降情况下的屈服后的变形能力。耗能能力是用往复荷载作用下构件或结构的力-变形滞回曲线包含的面积度量。钢筋混凝土框架结构抗震性能的认识1.梁铰机制（整体机制）优于柱铰机制（局部机制）2.梁铰机制：是指塑性较出在梁端，除柱脚外，柱端无塑性铰。3.柱铰机制：是指在同一层所有柱的上、下端形成塑性较。4.梁是受弯构件，容易实现大的延性和耗能能力，柱是压弯构件，5.尤其是轴压比大的柱，不容易实现大的延性和耗能力。设计中，6.需要通过加大柱脚固定端截面的承载力，推迟柱脚出铰；通过7.“强柱弱梁”，尽量减少柱较。2.弯曲破坏优于剪切破坏梁和柱的剪切破坏是吹脆性破坏，延性小。梁和柱的弯曲破坏是延性破坏，耗能能力大。3.大偏压破坏优于小偏压破坏钢筋混凝土小偏心受压柱的延性和耗能能力显著低于大偏心受压柱，主要是因为小偏压柱相对受压区高度大，延性和耗能能力降低。4.不允许核芯区破坏以及纵筋在核芯区的锚固破坏 为了使钢筋混凝土框架成为延性耗能框架，应采用以下的为了使钢筋混凝土框架成为延性耗能框架，应采用以下的 抗震概念设计抗震概念设计：1.1.强柱弱梁强柱弱梁2.2.强剪弱梁强剪弱梁3.3.强核芯区强核芯区、强锚固强锚固4.4.局部加强局部加强5.5.限制柱轴压比，加强柱箍筋对混凝土的约束限制柱轴压比，加强柱箍筋对混凝土的约束6.6.6.2 6.2 框架梁抗震设计框架梁抗震设计6.2.1 6.2.1 框架梁的破坏形态和延性框架梁的破坏形态和延性影响梁的延性和耗能的主要因素有：破坏形态，截面混凝土相对压区高度，塑性铰区混凝土约束程度等。梁的破坏形态弯曲破坏 延性大。剪切破坏 延性小，是耗能差的脆性破坏。少筋破坏适筋破坏超筋破坏6.2.2 6.2.2 梁截面抗弯设计梁截面抗弯设计 1.梁截面抗弯配筋与延性第第4 4章章 设计要求及荷载效应组合设计要求及荷载效应组合4.1 4.1 承载力验算承载力验算 高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的各种外荷载作用下，各个构件及其连接均有足够的承载力。无地震作用组合时有地震作用组合时不考虑地震作用和考虑地震作用时，构件内力设计值。承载力抗震调整系数，小于1。不考虑地震作用和考虑地震作用时，构件的承载力设计值。设计高层建筑结构时，分别计算各种荷载作用下的内力和位移，然后从不同工况的荷载组合中找到最不利内力及位移，进行结构设计。（4-14-1）（4-24-2）4.2 4.2 侧移限制侧移限制4.2.1 4.2.1 使用阶段层间位移限制使用阶段层间位移限制限制层间位移公式荷载效应组合所得结构楼层层间位移该层层高层间转角限制测向变形的主要原因：a.要防止主体结构开裂和损坏b.要防止填充墙及装修开裂和损坏c.过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用d.过大的侧移会使结构产生附加内力（效应）在正常使用状态下（风荷载和小地震作用）的限值按表4-2选用。钢结构 1/300（4-34-3）4.2.2 4.2.2 防止倒塌层间位移限制防止倒塌层间位移限制 罕遇地震作用下，为防止结构倒塌，要限制结构的最大弹塑性层间位移。罕遇地震作用下 的限值按表4-3选用。4.3 4.3 舒适度要求舒适度要求4.4 4.4 稳定和抗倾覆（自阅）稳定和抗倾覆（自阅）钢结构 1/50在风荷载作用下高度超过150米的高层建筑住宅、公寓结构顶点最大加速度不大于0.15m/s2办公、旅馆 结构顶点最大加速度不大于0.25m/s2（效应）4.5 4.5 抗震结构延性要求和抗震等级抗震结构延性要求和抗震等级 抗震结构设计除了满足抗震承载力及侧移限制要求外，都要满足延性延性要求和具有良好的耗能性能耗能性能，这是实现“中震可修、大震不倒”的基本措施。钢结构的材料本身就具有良好的延性，而钢筋混凝土结构要通过延性设计，才能实现延性结构。1。柔刚争论。柔刚争论2.2.延性，耗能性能延性，耗能性能4.5.1 4.5.1 延性结构的概念延性结构的概念 延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不 降低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表 示延性，即塑性变形能力的大小。构件延性比是极限变形（曲率 、转角 或挠度 ）与屈 服变形（、或 ）的比值。结构延性比通常是指达到极限时顶点位移 与屈服时顶点位 移 的比值。当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力）不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结构可降低对结构的承载力要求，也可以说，延性结构是用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用；反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力抵抗地震。对于地震发生概率极少的抗震结构，延性结构是一种经济的设计对策。混凝土及砌体结构设计课程考试大纲混凝土及砌体结构设计课程考试大纲课程性质和目的课程性质和目的本课程是土木工程专业的重要专业方向课,属限选课。授课时数：40学时，计 2.5学分。设置本课程的目的设置本课程的目的是使学生掌握结构设计基本原理和基本方法，具有一般工业与民用建筑结构设计的能力，并为学习后续选修课、进行毕业设计和从事土木工程结构设计、施工、监理和管理工作奠定坚实的基础。课程内容课程内容本课程包括单层工业厂房、多层框架结构房屋和砌体结构房屋的设计计算、构造要求及施工图绘制等，是实践性很强的必修专业方向课。本课程的任务是使学生掌握上述三类结构设计的基本原理和基本方法，具有一般工业与民用建筑结构设计能力，并为学习后续选修课、进行毕业设计进行毕业设计打下基础。培养科学、严谨、实事求是的工作作风，为今后进一步深造及迅速适应建筑结构的发展，为将来从事土木工程结构设计、施工、监理和管理工作奠定坚实的基础。各章考试主要内容及考试要求各章考试主要内容及考试要求 第一章 单层厂房结构设计考核知识点：等高排架的计算模型，内力组合方法，柱下独立基础设计，厂房空间工作性能。考核要求：准确掌握等高排架的荷载计算、内力分析,特别是内力组合方法。基本掌握矩形及工形截面排架柱、柱下独立基础、牛腿的设计方法及构造要求。理解各结构构件及支撑系统的作用、荷载的传递路线以及保证厂房整体工作的重要性。了解单层厂房结构的组成及结构布置的特点。了解厂房空间工作性能，各主要承重构件的合理选型、受力特点和设计要点。第二章 多层框架结构设计考核知识点：分层法，反弯点法，D值法，内力图及内力组合，侧移类型。考核要求：准确掌握一般多层框架计算简图的确定方法，框架 结构内力分析和侧移的实用计算方法。掌握框架结构内力组合、构件的截面设计方法及构 造要求。理解多层框架结构的组成及结构布置的特点。了解多层框架房屋的基础类型，并掌握条形基础简 化设计方法（如倒梁法）。第三章 砌体结构设计考核知识点：无筋砌体、配筋砌体受压构件，刚性梁垫，刚性方案多层房屋墙体计算简图，墙、柱高厚比验算，挑梁，墙梁，构造要求。考核要求：准确掌握无筋砌体、配筋砌体受压构件及梁下砌体局部受压承载力的影响因素及计算方法。准确掌握刚性方案多层房屋墙体设计及墙、柱高厚比的影响因素及验算方法。基本掌握过梁、挑梁的受力特点和设计方法，掌握墙体设计中的构造要求。理解概率极限状态设计方法的概念，理解砌体强度设计值的确定方法；理解砌体抗压强度及其主要影响因素；理解墙梁的受力特点和设计方法。了解各类砌体的特点及选用方法；了解砌体的变形性能；了解混合结构房屋的结构布置方案及空间工作性能。大纲说明大纲说明 本考试大纲对概念，方法，技术等的认知程度由低到高分为四个层次：了解、理解、基本掌握、掌握。考试教材：混凝土结构(中册).东南大学，同济大学，天津大学合编.中国建筑工业出版社，2003砌体结构.刘立新主编.武汉理工大学出版社，2003参考教材：混凝土结构设计.周克荣，顾祥林，苏小卒编.同济大学出版社，2001 （试题在突出重点的同时，要注意内容的覆盖面）（试题在突出重点的同时，要注意内容的覆盖面）试题类型：选择题20、简答题40、计算题40。难度等级：试题的难度等级分为简单，中等难度，较难或难三个等级，大致的比例是 40：45 ：15。成绩构成：平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。考试时间：120分钟。江苏科技大学土木工程系 2003.12了解了解1.多层框架结构的组成及结构布置的特点；2.多层框架房屋的基础类型。掌握掌握1.一般多层框架计算简图的确定方法；2.框架结构内力分析(分层法、反弯点法及D值法)；3.侧移的实用计算方法；4.框架结构构件的截面设计方法及构造要求；5.条形基础简化设计方法（如倒梁法）。混凝土及砌体结构设计总复习混凝土及砌体结构设计总复习多层框架结构设计多层框架结构设计了解了解砌体结构在建筑工程中的作用和地位；块体材料和砂浆的种类及其相应的性能；各类砌体的特点及选用方法；砌体变形性能；混合结构房屋的结构布置方案及空间工作性能。理解理解砌体抗压强度及其主要影响因素；砌体抗拉、抗弯及抗剪强度；无筋砌体受压构件的受力特点。掌握掌握砌体强度设计值的确定方法并正确使用；无筋砌体受压构件、砌体及梁下砌体局部受压承载力计算方法；刚性方案多层房屋墙体设计及墙、柱高厚比验算方法；过梁、墙梁和挑梁的受力特点和设计方法；墙体设计中的构造要求。砌体结构设计砌体结构设计了解了解单层厂房结构的组成及结构布置的特点；厂房空间工作性能，各主要承重构件的合理选型、受力特点和设计要点。理解理解各结构构件及支撑系统的作用、荷载的传递路线以及保证厂房整体工作的重要性。掌握掌握等高排架的荷载计算、内力分析及内力组合方法；矩形及工形截面排架柱、柱下独立基础、牛腿的设计方法及构造要求。单层厂房结构设计单层厂房结构设计第七章第七章 多层和高层钢筋混凝土结构房屋抗震设计多层和高层钢筋混凝土结构房屋抗震设计第一节第一节 概述概述框架结构房屋具有建筑平面布置灵活，可任意分隔房间的特点，容易满足生产工艺和使用要求。一般在十层（30m)以上的建筑就较少使用框架结构。而需在房屋适当部位增设若干钢筋混凝土抗震墙形成钢筋混凝土框架-抗震墙结构。对于分割比较固定的高层住宅楼，一般较多采用抗震墙结构。对于更高层的建筑或超高层建筑可采用框架-筒体结构、筒体结构。第二节第二节 震害及分析震害及分析一、框架梁、柱的震害一、框架梁、柱的震害框架的震害主要集中于梁柱节点处，总的是柱的震害重于梁；柱顶震害重于柱低；角柱重于内柱；短柱重于一般柱。二、填充墙的震害二、填充墙的震害填充墙在地震发生时就可能出现斜裂缝，在随后的反复地震作用下墙面形成交叉裂缝。从总体上看，框架结构的下部填充墙破坏重于上部，这是因为框架结构的变形为剪切型，下部层间变形大。而在框架-抗震墙结构上部填充墙的破坏重于下部。三、抗震墙的震害三、抗震墙的震害抗震墙的震害主要表现在墙肢之间连梁产生剪切破坏，这主要是由于连梁跨度小，高度大形成深梁，剪跨比小而剪切效应十分明显，在反复和在作用下形成X形剪切裂缝。四、其他震害四、其他震害位于较弱地基上的高大柔性建筑物，有时即使烈度不高，但结构物的破坏比预计的破坏的严重很多。抗震缝两侧结构单元，在地震时可能会产生相向的位移，发生碰撞而破坏。第三节第三节 结构抗震设计原则结构抗震设计原则一、结构体系的选择原则一、结构体系的选择原则抗震规范对地震区的多、高层房屋最大使用高度作了规定。选择结构体系，应注意到以下几点：使结构的自振周期避开场地特征周期；注意选择合理的基础形式，保证基础有足够的埋深，有条件时尽量设置地下室。二、结构布置二、结构布置结构布置要简单规整，刚度分布匀称，尽量使刚度中心与质量中心一致。所谓的规则建筑是指在平面上局部突出部分的长度不宜大于其宽度，同时楼层之间的刚度相差不宜大于30%，且连续三层总的刚度降低不超过50%。框架和抗震墙均宜双向设置，框架梁与柱中线之间偏心距不宜大于柱宽的1/4。为了使楼盖、无盖有效的将楼层地震建立传给抗震墙，抗墙之间无大洞口的楼盖、屋盖的长宽比，不宜超过表7-2的规定。超过时，应考虑楼盖平面内变形的影响。框架-抗震墙结中的抗震墙设置，应符合下列要求：抗震墙宜贯通房屋全高，且横向与纵向抗震墙宜相连。洞口梁不宜小于层高的1/5。房屋较长时，纵向抗震墙不宜设置在端开间。在结构布置中还有一些应注意的问题是：楼梯间、电梯见不宜设在单元的两端及拐角处因为单角扭转应力大，受力复杂，容