多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计

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1、59第5章多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计多高层钢筋混凝土结构以其优越的综合性能在城市建设中得到了广泛的应用。在我国，大部分的多高层房屋建筑是用钢筋混凝土结构建造的。我国又是多地震国家。因此，掌握多高层钢筋混凝土结构的抗震设计方法，显然是十分重要的。5.1.多高层钢筋混凝土结构的震害及其分析5.1.1.结构布置不合理而产生的震害1.扭转破坏如果建筑物的平面布置不当而造成刚度中心和质量中心有较大的不重合，或者结构沿竖向刚度有过大的突然变化，则极易使结构在地震时产生严重破坏。这是由于过大的扭转反应或变形集中而引起的。图5-1平面为L形的建筑唐山地震时，位于天津市的一幢平面为L

2、形的建筑(图5-1)由于不对称而产生了强烈的扭转反应，导致离转动中心较远的东南角和东北角处严重破坏：东南角柱产生纵向裂缝，导致钢筋外露;东北角柱处梁柱节点的混凝土酥裂。图5-2框架厂房平面和柱的破坏唐山地震时，一个平面如图(图5-2)所示的框架厂房产生了强烈的扭转反应，导致第二层的十一根柱产生严重的破坏(图5-2)。该厂房的电梯间设置在房屋的一端，引起严重的刚度不对称。2.薄弱层破坏某结构的立面如图5-3所示，底部两层为框架，以上各层为钢筋混凝土抗震墙和框架，上部刚度比下部刚度大10倍左右。这种竖向的刚度突变导致地震时结构的变形集中在底部两层，使底层柱严重酥裂，钢筋压曲，

3、第二层偏移达600mm。59图5-3底部框架结构的变形震害调查表明，结构刚度沿高度方向的突然变化，会使破坏集中在刚度薄弱的楼层，对抗震是不利的。1995年阪神地震时，大量的20层左右的高层建筑在第5层处倒塌（图5-4），这是因为日本的老抗震规范允许在第5层以上较弱。具有薄弱底层的房屋，易在地震时倒塌。图5-5和图5-6示出了两种倒塌的形式。1.应力集中图5-4高层建筑的第5层倒塌结构竖向布置产生很大的突变时，在突变处由于应力集中会产生严重震害。图5-7为在阪神地震时由应力集中而产生的震害。59图5-5软弱底层房屋倒塌形式之一（倾倒）图5-6软弱底层房屋倒塌形式之二（底层完

4、全倒塌）图5-7应力集中产生的震害591.防震缝处碰撞防震缝如果宽度不够，其两侧的结构单元在地震时就会相互碰撞而产生震害（图5-8）。例如唐山地震时，北京民航大楼防震缝处的女儿墙被碰坏；北京饭店西楼伸缩缝处的贴假砖柱脱落，内填充墙侧移达50mm。在相同条件下，缝宽达600mm的北京饭店东楼则未出现碰撞引起的震害。5.1.1.框架结构的震害1.整体破坏形式.图5-9框架的破坏形式(a)强梁弱柱型；(b)强柱弱梁型图5-8防震缝两侧结构单元的碰撞框架的整体破坏形式按破坏性质可分为延性破坏和脆性破坏，按破坏机制可分为梁铰机制（强柱弱梁型）和柱铰机制（强梁弱柱型）（图5-9）。梁

5、铰机制即塑性铰出现在梁端，此时结构能经受较大的变形，吸收较多的地震能量。柱铰机制即塑性铰出现在柱端，此时结构的变形往往集中在某一薄弱层，整个结构变形较小。此外，还有混合破坏机制，即部分结构出现梁铰破坏，部分结构出现柱铰破坏。591.局部破坏形式.(1)构件塑性铰处的破坏。构件在受弯和受压破坏时会出现这种情况。在塑性铰处，混凝土会发生严重剥落，并且钢筋会向外鼓出。框架柱的破坏一般发生在柱的上下端，以上端的破坏更为常见。其表现形式为混凝土压碎，纵筋受压屈曲（图5-8和图5-9）。图5-8柱的破坏形式之一图5-9柱的破坏形式之二(2)构件的剪切破坏。当构件的抗剪强度较低时，会发

6、生脆性的剪切破坏（图5-10）。图5-10柱的剪切破坏图5-11节点的破坏(3)节点的破坏。节点的配筋或构造不当时，会出现十字交叉裂缝形式的剪切破坏（图5-11），后果往往较严重。节点区箍筋过少或节点区钢筋过密都会引起节点区的破坏。e(4)短柱破坏。柱子较短时，剪跨比过小，刚度较大，柱中的地震力也较大，容易导致柱子的脆性剪切破坏（图5-12）。59图5-12短柱破坏(5)填充墙的破坏。（6）柱的轴压比过大时使柱处于小偏心受压状态，引起柱的脆性破坏。（7）钢筋的搭接不合理，造成搭接处破坏。5.1.1.具有抗震墙结构的震害震害调查表明，抗震墙结构的抗震性能是较好的，震害一般较

7、轻。高层结构抗震墙的破坏有以下一些类型：（1）墙的底部发生破坏，表现为受压区混凝土的大片压碎剥落，钢筋压屈（图5-13）。（2）墙体发生剪切破坏（图5-14）。（3）抗震墙墙肢之间的连梁产生剪切破坏（图5-15）。墙肢之间是抗震墙结构的变形集中处，故连梁很容易产生破坏。图5-13抗震墙的破坏图5-14抗震墙的剪切破坏59图5-15墙肢间连梁的破坏5.1.选型、结构布置和设计原则5.1.1.选型框架结构的特点是结构自身重量轻，适合于要求房屋内部空间较大、布置灵活的场合。整体重量的减轻能有效减小地震作用。如果设计合理，框架结构的抗