多层混凝土结构抗震设计

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1、第5章多层混凝土结构抗震设计返回总目录教学提示：多层钢筋混凝土结构抗震结构设计的要点在于达到抗震设防“三水准”的设防目标，特别是“第三水准”，即在罕遇地震作用下防止结构发生倒塌的设防目标的实现。防倒塌是建筑抗震设计的最低设防标准，也是最重要而必须得到确实保证的要求。教学要求：本章要求学生了解多层钢筋混凝土结构抗震结构设计的要点、抗震计算方法及构造措施。●5.1概述●5.2一般要求●5.3框架内力分析●5.4框架截面设计●5.5框架计算实例●5.6习题本章内容5.1概述多层钢筋混凝土结构主要指多层框架结构，近年来还有异

2、形柱框架结构等结构形式得到应用。框架结构体系是指由钢筋混凝土框架梁和框架柱所组成的结构体系，如果框架柱的截面形式是十字形、T形、L形、一字形等非矩形或圆形的形状，则构成异形柱框架结构体系，如图5.1所示。框架结构既负担竖向重力荷载，又承担水平荷载。按施工方法不同，框架结构又可以分为如下几类：梁、板、柱全部现浇的全现浇框架；楼板预制，梁、柱现场浇筑的现浇框架；梁、板预制，柱现场浇筑的半装配式框架；梁、板、柱全部预制的全装配式框架等。(a)框架结构(b)异形柱框架结构图5.1框架结构体系框架结构体系的优点是建筑平面布置灵

3、活，可以提供较大的内部空间；在竖向可以通过框架梁的外挑或内收，或者设置构架等方法，形成较为丰富的立面，因此框架结构广泛应用于商场、餐厅、展览馆、教学、办公等公共建筑及多层工业厂房。随着我国经济实力的加强和人民生活水平的不断提高，钢筋混凝土框架结构也越来越多地代替砌体结构应用于别墅、多层住宅等民用建筑中。由于框架结构抵抗水平荷载的构件是由梁、柱构成的框架，构件截面小，因而侧向刚度低，在房屋高度增加的情况下其内力和侧移增加很快，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理上带来困难，影响建筑空

4、间的正常使用，在经济上也趋于不合理，因此框架结构只适用于多层或较低的高层建筑。多次地震经验表明，钢筋混凝土结构房屋一般具有较好的抗震性能。只要经过合理的抗震设计和正常的施工程序，在一般烈度区建造多层钢筋混凝土结构房屋是可以保证安全的。但是如果设计不合理或施工质量欠佳的钢筋混凝土结构房屋在地震中遭遇震害的情况，也是经常见到的。主要的震害情况有如下几种。5.1概述1.结构布置不合理产生的震害包括如图2.22所示的扭转破坏、如图2.15、图2.21所示的塑性变形集中产生的薄弱层破坏以及防震缝之间的结构碰撞产生的破坏(详见2

5、.2.4节)等。2.共振效应引起的震害1976年唐山地震中，位于塘沽地区(烈度为8度强)的7～10层框架结构，因其自振周期0.6～1.05与该场地土(海滨)的自振周期0.8～1.05相一致，发生共振，导致该类框架破坏严重。1985年9月墨西哥太平洋岸发生8.1级地震。震中东面约350km处的墨西哥城，建在古湖床深厚软土层上的高层建筑，出人意外地遭到严重破坏，共有164幢6～20层房屋倒塌或濒临倒塌。而5层以下的房屋破坏较轻，23层以上的楼房也未破坏，市内一幢高181m自振周期为3.9s的42层拉丁美洲大厦，基本上没有

6、遭到损害。详细考察后发现，这些中高层房屋的大量倒塌，是由于地震动引起房屋共振造成的。3.框架柱、梁和节点的震害未经抗震设计的框架的震害主要反映在梁柱节点区。柱的震害重于梁；柱顶震害重于柱底；角柱震害重于内柱；短柱震害重于一般柱。5.1概述由于在水平地震作用下，柱端处的弯矩、剪力和轴力都比较大，柱的箍筋配置不足或锚固不好，在弯、剪共同作用下，使箍筋失效，混凝土剥落、甚至压碎崩落，纵向力使纵筋压曲呈灯笼状，如图5.2所示。图5.2柱端震害当有错层、夹层或有半高的填充墙，或不适当地设置某些连系梁时，容易形成短柱(当反弯点在

7、层高范围内时，柱净高/柱截面的边长＜4的柱)。一方面由于短柱的侧向刚度大，相应地承担了较大的地震剪力，另一方面短柱变形能力差，常发生剪切破坏，形成交叉裂缝乃至脆断，如图5.3所示。5.1概述图5.3柱剪切破坏5.1概述梁柱节点区的破坏大都是因为节点区无箍筋或少箍筋，在剪、压作用下混凝土出现斜裂缝甚至挤压破碎，纵向钢筋压曲成灯笼状，如图5.4所示。图5.4节点的破坏5.1概述在地震中房屋不可避免地要发生扭转，因此角柱所受剪力最大，同时角柱又受有双向弯矩作用，而其约束又较其他柱小，所以震害重于内柱。4.框架砖填充墙的震害

8、框架中嵌砌砖填充墙，容易发生墙面斜裂缝，并沿柱周边开裂。端墙、窗间墙和门窗洞口边角部位破坏更加严重。烈度较高时墙体容易倒塌。由于框架侧向变形属剪切型，下部层间位移大，填充墙震害呈现“下重上轻”的现象。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，因此在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落图5.2柱端震害。5.1概