内蒙古科技大学：《结构抗震设计》课程电子教案（讲义，第5-8章）

第五章多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计 教学目的和要求 1.1.掌握多高层钢筋混凝土结构震害。 2.2.掌握多高层钢筋混凝土结构的选型、结构布置和设计原则。 3.3.掌握钢筋混凝土框架结构的抗震设计及抗震构造措施。 掌握抗震墙结构抗震设计要点和框架-抗震墙抗震设计要点 教学内容 。·5.1多高层钢筋混凝土结构震害及分析 ··5.2选型、结构布置和设计原则 。5.3钢筋混凝土框架结构的抗震设计 ●●5.4抗震墙结构抗震设计要点 ●●5.5框架-抗震墙抗震设计要点 §5.1多高层建筑钢筋混凝土结构的震害及其分析 5.11结构布置不合理而产生的震害 1扭转破坏 因：刚度中心与质量中心有较大不重合：竖向刚度有较大的突变 2:薄爵层成度突变，会集中在刚度薄弱的楼店 3,应力集中 4.防那缝处碰撞 防震缝宽度不够引起碰撞 5.12框架结构的震害 1整体破坏形式 分米. 按破坏性质分类：延性破坏和脆性破坏 按破坏机制分类：梁较机制（强柱弱梁型）和柱较机制（强梁弱柱型） 2.局部破坏形式 (1)构件塑性铰处的破坏（受弯和受压破坏时）

第五章 多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计 教学目的和要求 1. 1. 掌握多高层钢筋混凝土结构震害。 2. 2. 掌握多高层钢筋混凝土结构的选型、结构布置和设计原则。 3. 3. 掌握钢筋混凝土框架结构的抗震设计及抗震构造措施。 4. 4. 掌握抗震墙结构抗震设计要点和框架-抗震墙抗震设计要点。 教学内容   5.1 多高层钢筋混凝土结构震害及分析   5.2 选型、结构布置和设计原则   5.3 钢筋混凝土框架结构的抗震设计   5.4 抗震墙结构抗震设计要点   5.5 框架-抗震墙抗震设计要点 §5.1 多高层建筑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 破坏类型： 1.扭转破坏 产生原因:刚度中心与质量中心有较大不重合；竖向刚度有较大的突变 2.薄弱层破坏 竖向刚度突变，会集中在刚度薄弱的楼层 3.应力集中 4.防震缝处碰撞 防震缝宽度不够引起碰撞 5.1.2 框架结构的震害 1.整体破坏形式 分类： 按破坏性质分类：延性破坏和脆性破坏 按破坏机制分类：梁铰机制（强柱弱梁型）和柱铰机制（强梁弱柱型） 2. 局部破坏形式 （1）构件塑性铰处的破坏（受弯和受压破坏时）

图5-10柱的破坏形式之 (2)构件的剪切破坏 (3)节点的破坏 (4)短柱破坏 (5)填充墙的破坏 玉比过大（小偏压）引起的脆性破坏 (7)搭接处的破坏（钢筋搭接不合理）

（2）构件的剪切破坏 （3）节点的破坏 （4）短柱破坏 （5）填充墙的破坏 （6）轴压比过大（小偏压）引起的脆性破坏 （7）搭接处的破坏（钢筋搭接不合理）

注意：以上的产生原因和危喜的区别 5.1.3具有抗震墙的结构震害（抗震墙与框架抗震墙） 1破环类型：（抗震性能较好，震害较轻。） (1)墙的底部发生破坏 (2)培体发生剪切破坏 (3)连梁发生剪切破坏 §5.2选型、结构布置和设计原则 52选型 的结形式墙及简休、巨型框架、悬吊结构、框架一简体等结构体系 抗震墙 特点和适用范围 3不同的体系房结构的适用的最大高度《表51)

注意：以上的产生原因和危害的区别 5.1.3 具有抗震墙的结构震害（抗震墙与框架抗震墙） 1.破坏类型：(抗震性能较好，震害较轻。) （1）墙的底部发生破坏 （2）墙体发生剪切破坏 （3）连梁发生剪切破坏 §5.2 选型、结构布置和设计原则 5.2.1 选型 1.多高层建筑的结构形式： 框架、抗震墙、框架－抗震墙及筒体、巨型框架、悬吊结构、框架－简体等结构体系 2.各种结构体系的特点和适用范围 3.不同的体系房屋结构的适用的最大高度（表 5-1）

现浇混凝土房结构用的最大高度( 表5 体系 超过表内高雀的务，应行专门所克和论王，果取要的加强指饰 对平而和向均不规则的结构类场地上的结构使用的最大高度应适当降低 先选用在 荷 通过楼盖平面进行分配和传递.故优 定框架抗震墙和板柱抗震墙结构 比不宜超过表2规定的数信：超过时 震墙之间无大洞口的棱、屋盖的长宽 ，应考虑接盖平面内的变形影响】 抗 屋盖的最大长宽 设防置度 楼服盖类别 现克、是合婴版 441 3325不果用 522结构布置 1.结构布置的基本原则是： ①结构平面布置：力求简单规则，结构的主要抗侧力构件应对称均匀布置，尽量使结构的刚 心与质心重合，避免地震时引起结构扭转及局部应力集中。 在框架和抗震墙结构中，框架和抗震墙均应双向设置，柱中线与抗震墙中线、梁中线与柱中 线之间的偏心不宜大于柱宽的1/4。 高层建筑(8层及8层以上)的平面中的尺寸应满足规范的要求。见P130表5-3 表53 冷防列资 L/B 1/ F/B 6度和7度 2 8度和9度 65 ≤4 31

对平面和竖向均不规则的结构或Ⅳ类场地上的结构,使用的最大高度应适当降低. 楼盖在其平面内的刚度应足够大,以使水平地震荷载通过楼盖平面进行分配和传递.故优 先选用现浇楼盖,其次装配式整体楼盖,最后才是装配式楼盖. 抗震规范规定:框架-抗震墙和板柱抗震墙结构中,抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽 比不宜超过表 5-2 规定的数值；超过时，应考虑楼盖平面内的变形影响。 5.2.2 结构布置 1.结构布置的基本原则是： ①结构平面布置：力求简单规则，结构的主要抗侧力构件应对称均匀布置，尽量使结构的刚 心与质心重合，避免地震时引起结构扭转及局部应力集中。 在框架和抗震墙结构中，框架和抗震墙均应双向设置，柱中线与抗震墙中线、梁中线与柱中 线之间的偏心不宜大于柱宽的 1/4。 高层建筑（8 层及 8 层以上）的平面中的尺寸应满足规范的要求。见 P130 表 5-3

1型 b) 图518高层建筑平面 L、1的限值 设到度L/B/B ②结构的竖向布置，应使其质量沿高度方向均匀分布，避免结构刚度突变，并应尽可能降低 律筑物的重，以利结物的整体稳定性。 适用的房星量大离宽比 泰54 数格类型6健度度线酒 限菜，板柱装成地 4 3中 额美断境 543 筒非，故成墙 654 ③合理地设置防震缝：平面形状复杂时，宜防震缝划分为较规则、简单的单元。但对高层结 构，宜尽量可能不设置缝。伸缩缝和沉降缝的宽度应符合防震缝的要求。 当需要设防震缝时，其最小宽度应符合以下要求： 框架结构：当高度不超过15m是可采用70mm:超过15m时，6度、7度、8度和9度相应 每增加高度5m、4m、3m、2m,宜加宽20mm。 框架-抗震墙：防震缝宽度可采用上述框架规定数值的70%，且不宜小于70mm。 抗震墙 可米用 8、9度框架房屋防震缝两的结构的高庄刚度成是商相差垃太时可在缝两侧房屋的尽 的抗 523材 于防 有关抗撞墙的% 见P131。 构件不应低于C20。并且， 2.普通钢筋的强度等级，纵向受力钢筋宜采用HRB335和HRB4O0:箍筋宜采用HPB235 HRB335和HRB4O0。普通钢筋优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋。对 等级的框架，其普通纵向受力钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于 125:屈服强度实测值与强度的标准值得比值不应大于1.3

②结构的竖向布置，应使其质量沿高度方向均匀分布，避免结构刚度突变，并应尽可能降低 建筑物的重心，以利结构的整体稳定性。 ③合理地设置防震缝：平面形状复杂时，宜防震缝划分为较规则、简单的单元。但对高层结 构，宜尽量可能不设置缝。伸缩缝和沉降缝的宽度应符合防震缝的要求。 当需要设防震缝时，其最小宽度应符合以下要求： 框架结构：当高度不超过 15m 是可采用 70mm；超过 15m 时，6 度、7 度、8 度和 9 度相应 每增加高度 5m、4m、3m、2m，宜加宽 20mm。 框架-抗震墙：防震缝宽度可采用上述框架规定数值的 70%，且不宜小于 70mm。 抗震墙：防震缝宽度可采用上述框架规定数值的 50%且不宜小于 70mm。 防震缝两侧的结构体系不同时，防震缝的宽度应按需要较宽的规定采用，并可按较低房屋高 度计算缝宽。 8、9 度框架房屋防震缝两侧的结构的高度、刚度或层高相差较大时，可在缝两侧房屋的尽 端沿全高设置垂直于防震缝的抗撞墙。有关抗撞墙的要求详见 P131。 5.2.3 材料 1.混凝土的强度等级，抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区、框支梁、框支柱不 应低 C30;构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于 C20。并且，混凝土结构的强度等 级，在 9 度时不宜超过 C60,在 8 度时不宜超过 C70。 2.普通钢筋的强度等级，纵向受力钢筋宜采用 HRB335 和 HRB400；箍筋宜采用 HPB235、 HRB335 和 HRB400。普通钢筋优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋。对一、二级抗震 等级的框架，其普通纵向受力钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于 1.25；屈服强度实测值与强度的标准值得比值不应大于 1.3。 3.在施工中，当需要以强度等级较高的钢筋代替原设计中纵向受力钢筋时，应按钢筋受 拉承载力相等的原则换算，并应满足正常使用极限状态和抗震构造要求

5.2.4抗震等级 1划分依据：烈度、结构类型和房屋高度 体现在同样地震烈度下不同结构类型的钢筋混凝土房屋不同的抗震要求。如：次要的 等教特为酸技岛是配 现烧用脑满想土结构的枕震等级 55 结构类型 度( 5.2.5按抗剪要求的截面限制条件 (1)对跨高比大于2.5的梁和连梁及剪跨比大于2的柱和抗震墙要求： V1(0.20f.bh) 2对跨高比大于25的梁和连梁及剪跨比不大于2的柱和抗震墙 s(5)

5.2.4 抗震等级 1.划分依据：烈度、结构类型和房屋高度 体现在同样地震烈度下不同结构类型的钢筋混凝土房屋不同的抗震要求。如：次要的 抗侧力结构单元的抗震要求可以低于主要的抗侧力结构单元。 2.抗震等级分为四级，结构的抗震等级越高，抗震措施越高。 5.2.5 按抗剪要求的截面限制条件 (1)对跨高比大于 2.5 的梁和连梁及剪跨比大于 2 的柱和抗震墙要求： (0.20 ) 1 bh0 V f c RE   (2)对跨高比不大于 2.5 的梁和连梁及剪跨比不大于 2 的柱和抗震墙 (0.15 ) 1 bh0 V f c RE  

§5.3钢筋混凝土框架结构的抗震设计 53.1框架结构的设计的步骤 框架结构平面布置确定后，根据实际经验或参考己有的工程设计及对柱子轴压比等控制值 初步确定梁柱的截面尺寸和材料强度等级，继而进行结构水平地震作用和位移计算，验算是 足整界如能作施我和宝力有下的内力分头组合后进行承载 5.32框架结构设计要注意的问题 横两个主轴方向进行抗震计算 (2)梁柱的中线宜重 (3)框架柱的高度和宽度均不应小于300mm (4)应注意避免形成短柱 (5)竖向非地震荷载作用时，可用弯矩调幅法来考虑框架梁的塑性内力重分布，调幅系数： 现浇框架取为0.8~0.9：装配整体式框架取为0.70.8，地震作用引起的内力不应进行调幅。 (6)注意基础系梁的设置（场地类别，荷载，基础埋深，土质） 5.33水平地震作用下框架水平位移验算及内力分析 1.水平地震作用计算 “般情况，对于高度不超过40米以剪切变形为主，且质量刚度沿高度分布均匀的框 架结构，可采用底部剪力法计算地震作用。 (1)结构的基本周期 T=1.7aour αo为考虑填中墙影响的周期调整系数 民用框架，=0.5~0.6；框架抗震培4，=0.7~0.8，抗震墙、以考虑填充墙刚度的框 架结构a0-1.0 对层数不多的工业厂房框架，其基本周期近似取： T=0.33+0.00069H2//B (2)水平地震作用的计算步骤为： ①求结构计算单元的总水平地震作用 F=a.G ②求各质点的水平地震作用

§5.3 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 5.3.1 框架结构的设计的步骤 框架结构平面布置确定后,根据实际经验或参考已有的工程设计及对柱子轴压比等控制值， 初步确定梁柱的截面尺寸和材料强度等级，继而进行结构水平地震作用和位移计算，验算是 否满足规范限值要求，然后再作地震荷载和重力荷载下的内力分析，将其组合后进行承载力 验算。整个计算步骤如框图。 5.3.2 框架结构设计要注意的问题 （1）只对纵、横两个主轴方向进行抗震计算 （2）梁柱的中线宜重合 （3）框架柱的高度和宽度均不应小于 300mm （4）应注意避免形成短柱 （5）竖向非地震荷载作用时，可用弯矩调幅法来考虑框架梁的塑性内力重分布，调幅系数： 现浇框架取为 0.8～0.9；装配整体式框架取为 0.7～0.8，地震作用引起的内力不应进行调幅。 （6）注意基础系梁的设置（场地类别，荷载，基础埋深，土质） 5.3.3 水平地震作用下框架水平位移验算及内力分析 1.水平地震作用计算 一般情况，对于高度不超过 40 米以剪切变形为主，且质量刚度沿高度分布均匀的框 架结构，可采用底部剪力法计算地震作用。 (1)结构的基本周期 T1 7 0 uT 1.   0 为考虑填中墙影响的周期调整系数。 民用框架 0  0.5 ~ 0.6 ；框架-抗震墙 0  0.7 ~ 0.8 ；抗震墙、以考虑填充墙刚度的框 架结构 0 1.0    n i Gi T D V u 1 对层数不多的工业厂房框架，其基本周期近似取： 2 3 1T  0.330.00069H / B （2）水平地震作用的计算步骤为： ①求结构计算单元的总水平地震作用 FEK 1Geq ②求各质点的水平地震作用

F=- G,H-6.)Fa G,H, ③求楼层地震剪力标准值 K-EE ④将V分配给各榀典型框架的各根柱 Duv D.=D g= D 2.内力计算 (1)反弯点法 框架在水平节点力作用下的弯矩图 内力计算步骤： 层间剪力分配到柱一计算柱弯矩—根据节点平衡计算梁弯矩一求出梁端剪力一 柱子的轴力 注意：梁端 为两端弯矩之 除以梁跨度。结点左右梁端剪力之和即为柱的层间轴力 梁端的弯】 力近似为零。由于地震荷载的方向是可变的，故 2)D值法（修正反湾点法） ①计算柱的抗侧刚度 D,=a12 - i=EI/h α一考虑柱上下端节点弹性约束的修正系数，由梁柱线刚度比定。 a取值

n n Ek j j j i i i F G H G H F (1 ) 1    ③求楼层地震剪力标准值 ④将 Vi 分配给各榀典型框架的各根柱 2.内力计算 （1）反弯点法 反弯点法适用条件：层数较少，梁柱线刚度比大于 3 时。 反弯点位置：上部 0.5H，底层 0.67H，如图 5-19 所示。 框架在水平节点力作用下的弯矩图 内力计算步骤： 层间剪力分配到柱——计算柱弯矩——根据节点平衡计算梁弯矩——求出梁端剪力—— 柱子的轴力 注意：梁端的剪力为梁两端弯矩之和除以梁跨度。结点左右梁端剪力之和即为柱的层间轴力 增量。对中柱，当两边梁的跨度相近时，轴力近似为零。由于地震荷载的方向是可变的，故 梁柱端的弯矩，剪力的轴力方向也是变化的。 （2）D 值法（修正反弯点法） ①计算柱的抗侧刚度 2 12 h i D c ij   i c  Ec I c / h  —考虑柱上下端节点弹性约束的修正系数，由梁柱线刚度比定。   n j i i Di Dij i ij ij V D D V    n j i Vi Fi α 取值

边柱 中柱 2+ =+人++ 2k 2k。 k- =冬+ ②计算楼层总抗侧刚度 D,=∑D ③计算第i层第j根柱所分配的剪力 ①计算各柱反弯点高度位置 h=(%+乃+片+)h 0一标准反弯点高度比，查附表51P181 一上、下梁线刚度不同，对%的修正值，查附表5-3P185 心指驾根据节点平衡算买弯矩求出梁漏剪力一柱子的箱力。 据节 平衡 之 相 梁柱端的弯矩，剪力的轴力方向也是变化的。 3.框架结构水平位移验算 在第一阶段按小震（多遇地震）作用下，其层间弹性位移，应符合下式要求： △。≤Bh 在第二阶段按大震（罕遇地震）作用下，其层间弹塑性位移，应符合下式要求：

②计算楼层总抗侧刚度   n j i Di Dij ③计算第 i 层第 j 根柱所分配的剪力 i i ij ij V D D V  ④计算各柱反弯点高度位置 yh  (y0  y1  y2  y3 )h 0 y —标准反弯点高度比，查附表 5-1 P181 1 y —上、下梁线刚度不同，对 0 y 的修正值，查附表 5-3 P185 2 y ， 3 y —上、下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。查附表 5-4 P185 ⑤求柱端弯矩——根据节点平衡计算梁弯矩——求出梁端剪力——柱子的轴力 注意：梁端的剪力为梁两端弯矩之和除以梁跨度。结点左右梁端剪力之和即为柱的层间轴力 增量。对中柱，当两边梁的跨度相近时，轴力近似为零。由于地震荷载的方向是可变的，故 梁柱端的弯矩，剪力的轴力方向也是变化的。 3.框架结构水平位移验算 在第一阶段按小震（多遇地震）作用下，其层间弹性位移，应符合下式要求： ue   e h    D V u i e 在第二阶段按大震（罕遇地震）作用下，其层间弹塑性位移，应符合下式要求： 1 2 2 c k k k k   1 2 3 4 2 c k k k k k k     3 c k k k  边柱 中柱 一般层 底层 Kc K2 K1 Kc K4 K1 K2 K3 5 6 c k k k k   K3 Kc K5 Kc K6 2 k k   

Ap≤bnh △p=np∑D 5.3.4竖向荷载作用下的框架内力分析 竖向荷载作用下的框架内力计算常采用分层法或弯矩分配法， 由于框架节点处内力大，配筋多，为保证梁端的延性和便于施工，对现浇或装配整体式框 架在竖向荷载作用下的梁端负弯矩可用弯矩调幅法来考虑框架梁的塑性内力重分布，调幅系 数：现浇框架取为0.8~0.9：装配整体式框架取为0.7~0.8。 采用分层法或弯矩分配法求出柱端和梁端弯矩后，按梁上有荷载和梁端有弯矩作用的简 5框架 柱内力组合 组合 般取两端支座截面和跨中截面。支座截面内力正、负弯矩及剪力，跨中截面 中正 非抗震设计出 M=-(1.2Ma+1.4Mo) 修装游店黄托计到 -M=-(1.2M+1.4M)At 划.一M=-[1.2Ma+1.4纯(M十M门 -M=-(1.35Ma+M) 满抗震设计已沙有的 向计中面片只一M=一-(1.2M+1.3M)的m的中迪 式中：MaMa,M为由恒载，楼面活荷载及风载标准值在梁裁面上产生的弯矩标准值； Ms、Ma为由重力荷载代表值及水平地震作用标准值在梁截面上产生的弯矩标准值： 为可变荷载组合值系数，对多层房屋取0.9，高层建筑取1.0， 2.梁支座正弯矩组合的设计值 49 非抗震设计 M=1.W-1.0Ma M=1.4M-1.0Ma+Ma 抗震设计 M=1.3Mg -1.0Mcr 组合内时，其中Ma,Ma,Mz可乘以弯矩调幅系数A. 3.梁端剪力

up   p h    D V u i p  p 5.3.4 竖向荷载作用下的框架内力分析 竖向荷载作用下的框架内力计算常采用分层法或弯矩分配法. 由于框架节点处内力大,配筋多,为保证梁端的延性和便于施工,对现浇或装配整体式框 架在竖向荷载作用下的梁端负弯矩可用弯矩调幅法来考虑框架梁的塑性内力重分布，调幅系 数：现浇框架取为 0.8～0.9；装配整体式框架取为 0.7～0.8。 采用分层法或弯矩分配法求出柱端和梁端弯矩后，按梁上有荷载和梁端有弯矩作用的简 支梁计算剪力。为简化计算，竖向荷载作用下柱的轴力计算，按荷载面积或简支梁反力的方 法求得。 5.3.5 框架梁、柱内力组合 框架梁内力组合 梁的控制截面一般取两端支座截面和跨中截面。支座截面内力正、负弯矩及剪力，跨中截面 内力有跨中正矩。 1. 梁支座负弯矩组合的设计值 2.梁支座正弯矩组合的设计值 3.梁端剪力