建筑结构系列电子教案第二部分.doc

建筑结构系列电子教案第二部分.doc

《建筑结构系列电子教案第二部分.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑结构系列电子教案第二部分.doc（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

建筑结构系列电子教案

建筑结构抗震设计

ReinforcedConcreteStructure

4.多层和高层钢筋混凝土房屋抗震设计

SeismicDesignforMulti-storyandHigh-riseBuildingReinforcedConcreteStructure

主讲：

张自荣

2007－11

4.多层和高层钢筋混凝土房屋抗震设计

•§4.1概述

•§4.2钢筋砼结构抗震设计特点

•§4.3钢筋砼结构抗震设计的一般规定

•§4.4钢筋砼结构及构件抗震等级

•§4.5框架内力与位移计算

•§4.6钢筋砼框架结构构件设计

•§4.7框架-抗震墙和抗震墙结构的抗震设计

§4.1概述

一、结构分类

2~10层为多层，10层及以上（28m以上）为高层

•按抗侧力构件形式可分为：

•框架结构（10层以下）

•框架-抗震墙结构（10~20层）

•抗震墙结构（20~30层）

•筒体结构（30层以上）

•其抗侧力结构的刚度逐渐增加；

•框架最柔，筒体结构抗侧刚度最大

§4.1概述---震害分析

二、主要震害

•重视震害调查分析：

每次大地震都能为我们今后的设计提供借鉴，以人类的生命和财产为代价换取的经验和教训，非常重要。

•框架结构的震害：

•未经抗震设防的框架，在6~7度区主体结构基本完好，填充墙轻微裂缝；在8~9度区主体结构局部损坏，填充墙及屋顶突出部分严重损坏或倒塌；在10度区梁柱严重破坏，少量倒塌，填充墙破坏。

•考虑了抗震设防的框架，震害相应减轻

§4.1概述---震害分析

1.框架梁柱的震害:

•主要集中于梁柱节点处，且柱的震害重于梁；角柱重于内柱；短柱重于一般柱

①柱的震害：

•柱顶：

弯矩、剪力、轴力共同作用且都比较大；柱箍筋失效，混凝土剥落，轴力压曲纵筋。

•柱底：

离地面100~400处有周圈水平裂缝，震害较轻

•柱身：

易因剪力大而出现斜裂缝

•短柱破坏严重。

§4.1概述---震害分析

•框架柱的震害

§4.1概述---震害分析

§4.1概述---震害分析

§4.1概述---震害分析

②框架梁的震害:

•一般梁的震害较轻，通常在梁的两端节点附近产生竖向裂缝或斜裂缝，严重时将出现塑性较。

③梁柱节点的震害：

•节点主要承受剪力和压力，当节点核心抗剪强度不足时引起剪切破坏。

2.填充墙的震害：

•交叉斜裂缝。

在大震时，填充墙大部分倒塌。

框架结构下部填充墙破坏重于上部.

§4.1概述---震害分析

3.其他震害:

•位于软弱地基上的高大柔性建筑物，因类共振而在低度下破坏严重。

•软弱地基或液化土层上的框架结构，常因地基不均匀沉降而倾斜甚至倒塌。

•防震缝两侧碰撞

•结构沿竖向刚度突变，在薄弱层产生过大变形甚至倒塌。

§4.1概述---震害分析

§4.1概述---震害分析

§4.2钢筋混凝土结构抗震设计的特点

一P-Δ效应

1.一阶计算分析：

重力和水平荷载下内力和位移叠加，不考虑重力和水平荷载之间的相互作用

2.重力二阶效应（P-Δ效应）：

•重力荷载P对水平位移Δ的效应称为P-Δ效应

•当水平荷载在建筑上产生位移Δ时，引起重力荷载P对墙柱轴的偏心，从而对结构产生附加外弯矩，附加外弯矩进一步产生位移（附加位移）

•附加力使构件受力超过其承载力，附加位移使结构超过总位移加大而超过其允许值，引起结构倒塌（尤其重力P大，刚度小（Δ大），抗震设计应考虑

§4.2钢筋混凝土结构抗震设计的特点

二P-Δ曲线

1.单柱的P-Δ曲线：

悬臂柱：

A点：

对应于柱屈服B点：

对应于柱破坏

§4.2钢筋混凝土结构抗震设计的特点

二P-Δ曲线

1.单柱的P-Δ曲线：

A点：

对应于柱一端开始屈服B点：

对应于柱另一端开始屈服C点：

对应于柱破坏

§4.2钢筋混凝土结构抗震设计的特点

二P-Δ曲线

2.群柱的P-Δ曲线：

A点：

对应于某柱一端开始屈服B点：

对应于全部柱端屈服C点：

对应于整个楼层破坏

§4.2钢筋混凝土结构抗震设计的特点

三钢筋混凝土结构设计特点

小震：

结构处于弹性阶段，变形可恢复---范围1

中震：

结构处于弹塑性阶段，保证坏而可修---范围2

大震：

结构处于弹塑性阶段，坏而不倒---范围2

§4.2钢筋混凝土结构抗震设计的特点

三钢筋混凝土结构设计特点

抗震设计时应考虑重力二阶P-Δ效应：

一般当结构在地震作用下的重力附加弯矩大于初始弯矩10%时，应计入重力二阶效应的不利影响

§4.3抗震设计的一般要求

一、结构体系选择

•结构体系的选择应注意：

•使结构的自振周期避开场地特征周期

•选择合理的基础形式，保证基础有足够的埋深（天然基础：

d≥H/15，桩基：

d≥H/18）

•不得超过规范规定的结构体系相应的最大适用高度和高宽比限制见表4.1和4.2

多高层钢筋混凝土房屋适用最大高度（H）

•1房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）。

•2框架核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；

•3部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构；

•4乙类建筑可按本地区抗震设防烈度确定适用的最大高度；

•5超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。

多高层钢筋混凝土房屋适用最大高宽比

二、结构布置---平面

•建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并具有良好的整体性。

•应尽量避免下表所列的平面不规则的情况

•建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变

•应尽量避免下表所列的竖向不规则的情况

Ø平面不规则：

①扭转不规则，

②楼板凹凸不规则

③楼板局部不连续

Ø竖向不规则：

①侧向刚度不规则

②竖向抗侧力构件不连续

③楼层承载力突变

平面不规则---①扭转不规则

平面不规则---②凹凸不规则

结构平面凹进的一侧尺寸过大，即l/Bmax>0.3

楼板局部不连续:

①有效宽度小于典型宽度的50%

②开洞面积大于楼面面积的30％

③较大的楼层错层

竖向不规则---①侧向刚度不规则

（1）沿竖向侧向刚度K（层剪力/层间位移）不规则:

（2）局部收进水平尺寸大于相邻下一层的25％

（1）沿竖向侧向刚度K（层剪力/层间位移）不规则:

（2）局部收进水平尺寸大于相邻下一层的25％

内收：

H1/H>0.2：

B1<0.75B

外挑：

B<0.9B1且水平外挑尺寸a>4m

竖向不规则---②竖向抗侧力构件不连续

竖向抗侧力构件（柱、剪力墙、支撑）在某层中断，其内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递

楼层承载力突变：

（层间受剪承载力变小）

§4.3抗震设计的一般要求

二、结构布置---不规则结构

n不规则结构：

个别项目超过不规则类型的指标

n特别不规则结构：

有多项超过不规则类型的指标，或某一项超过不规则指标较多

n严重不规则结构：

多个项目超过不规则的指标比较多，或某一项超过了严重不规则指标的上限

1平面柱网布置：

方格式或内廊式

承重框架应双向设置，使结构在两个主轴方向动力特性相近

2立面刚度沿高度不宜突变，以免出现薄弱层

避免出现错层和短柱。

3非承重构件材料：

轻质，平面、立面均匀对称布置。

1抗震墙宜贯通房屋全高，且横向与纵向的抗震墙宜相连。

2抗震墙宜设置在墙面不需要开大洞口的位置。

3房屋较长时刚度较大的纵向抗震墙不宜设置在房屋的端开间。

4抗震墙洞口宜上下对齐；形成明显的墙肢和连梁。

5一、二级抗震墙的洞口连梁，跨高比不宜大于5，且梁截面高度不宜小于400mm。

1.应尽量减轻结构自重并降低重心位置:

轻质填充墙、地下室布置大型设备等

2.楼梯间、电梯间不宜设在单元两端及拐角，以避免扭转等破坏

3.同一结构单元宜将框架梁设置在同一标高处，避免出现错层，以免造成短柱破坏

1选用合理的建筑结构方案，尽量避免设置防震缝

2当建筑平面突出部分较长，结构刚度和荷载相差悬殊或房屋有较大错层时，可设置防震缝

3防震缝应有一定的宽度。

最小宽度应符合下列要求：

•房屋高度在15米以下时，为70mm;

•房屋高度超过15米，随烈度和房屋高度的增加而相应增加：

6、7、8、9度相应每增加5、4、3、2米，防震缝宽度增加20mm.

•框架-抗震墙结构房屋的缝宽可按以上规定的70%取用；

•抗震墙房屋的缝宽可按以上规定的50%取用，且均不得小于70mm.

4.防震缝应沿房屋全高设置，基础可不分开。

5.一般情况下，三缝合一考虑

n延性：

在中等地震烈度下，结构进入弹塑性状态，允许结构某些部位屈服，形成塑性铰，结构通过塑性变形耗散地震能，但必须保证结构的承载能力，结构不破坏，这种性质为延性。

延性越好，抗震能力越强。

而影响延性的因素有截面应力性质，材料，配筋和构造等。

在抗震设计中延性要求体现为对结构和构件采取一系列抗震措施。

n不同高度、不同烈度、不同体系的钢筋混凝土房屋结构，延性与耗能要求不同，通过抗震等级，区分对结构的延性与耗能的不同要求，

n抗震等级共分四级，一级要求最高，四级最低

n不同抗震等级，采取不同抗震措施

结构抗震等级的划分

表中的烈度：

确定抗震等级的烈度与下列因素有关:

①建筑类别（甲类，乙类，丙类，丁类）

②设防烈度

③场地

Ø确定抗震等级的参数：

设防烈度，结构类型，房屋高度。

Ø抗震等级特点:

①房屋越高，结构地震反应越大，对延性的要求越高，其抗震等级也越高。

②对次要抗侧力构件的抗震要求可低于主要抗侧力构件，如：

同样是框架，在框架-抗震墙结构和框架结构中地位不同，抗震等级也不同。

③烈度越高，地震反应越大，对延性的要求越高，其抗震等级也越高。

设计时，根据抗震等级的不同，采用不同的计算和构造措施，使房屋抗震设计更加经济合理

不同抗震等级，采取不同抗震措施

n抗震措施：

n计算措施—地震作用计算和抗力计算以外的计算，主要是调整或放大组合的内力计算值，用调整或放大后的内力作为设计值

n抗震构造措施—保证结构构件具有足够的延性与耗能的构造措施

§4.4抗震等级划分

思考题：

钢筋混凝土框架—剪力墙房屋结构，高60m，丙类建筑，8度设防。

确定：

Ⅰ类场地时，框架、剪力墙的抗震等级；

Ⅲ类场地时，框架、剪力墙的抗震等级

§4.5钢筋砼框架结构抗震设计

—内力和位移计算

结构承载力抗震设计内容：

①计算结构自振周期

②计算水平地震作用

③结构内力分析

④截面抗震验算

结构位移抗震验算内容：

①弹性层间位移验算

②弹塑性层间位移验算

一、地震作用计算

•计算方法常用的有：

底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法；各方法的适用条件已有描述

•作为手算方法（底部剪力法），一般可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑地震作用，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力结构承担。

1.计算单元：

按抗震缝划分的结构单元，各层Gi集中于楼、屋盖处。

一、地震作用计算

2.结构基本周期Ｔ１的确定：