1、 多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计本章主要内容：本章主要内容：5.1 5.1 多高层钢筋混凝土结构的震害及其分析多高层钢筋混凝土结构的震害及其分析 5.2 5.2 选型、结构布置和设计原则选型、结构布置和设计原则 5.3 5.3 钢筋混凝土框架结构的抗震设计原则钢筋混凝土框架结构的抗震设计原则 5.4 5.4 抗震墙结构的抗震设计抗震墙结构的抗震设计 5.5 5.5 框架抗震墙结构的抗震设计框架抗震墙结构的抗震设计 5.1 5.1 多高层钢筋混凝土结构的震害及其分析多高层钢筋混凝土结构的震害及其分析
2、 5.1.1 5.1.1 结构布置不合理而产生的震害结构布置不合理而产生的震害 历次地震经验表明，通过合理抗震设计，钢筋混凝历次地震经验表明，通过合理抗震设计，钢筋混凝土多层框架及框架土多层框架及框架抗震墙结构房屋具有较好的抗震墙结构房屋具有较好的抗震性能，应用十分广泛。抗震性能，应用十分广泛。虽然框架结构本身的抗震性能较好，能承受较大的虽然框架结构本身的抗震性能较好，能承受较大的变形，但是，侧向位移大了容易引起非结构构件变形，但是，侧向位移大了容易引起非结构构件( (如如填充墙、装修等填充墙、装修等) )破坏，有时甚至造成主体结构破坏，破坏，有时甚至造成主体结构破坏，这些破坏会造成很大经济损
3、失，也会威胁人身安全。这些破坏会造成很大经济损失，也会威胁人身安全。所以，如果在地震区建造较高的框架结构，必须选所以，如果在地震区建造较高的框架结构，必须选择既减轻重量，又能经受较大变形的隔墙材料和构择既减轻重量，又能经受较大变形的隔墙材料和构造做法。否则，就要严格控制框架结构建造高度。造做法。否则，就要严格控制框架结构建造高度。5.1.1 5.1.1 结构布置不合理而产生的震害结构布置不合理而产生的震害 1 1、扭转破坏、扭转破坏 如果建筑物的平面布置不当而造成刚度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，或者结构中心和质量中心有较大的不重合，或者结构刚度有过大的突变，
4、则极易使结构在地震时刚度有过大的突变，则极易使结构在地震时由于过大的扭转或变形集中而产生严重破坏。由于过大的扭转或变形集中而产生严重破坏。2 2、薄弱层破坏、薄弱层破坏 结构刚度沿高度方向的突变，使破坏集结构刚度沿高度方向的突变，使破坏集中在刚度薄弱的楼层，变形集中在薄弱层。中在刚度薄弱的楼层，变形集中在薄弱层。如果薄弱层在底层，地震时容易倒塌。（如果薄弱层在底层，地震时容易倒塌。（如如图示图示）5.1.1 5.1.1 结构布置不合理而产生的震害结构布置不合理而产生的震害 3 3、应力集中、应力集中 结构竖向布置产生很大的突变时，在突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
5、破坏。（变处由于应力集中会产生严重破坏。（如图如图示示）4 4、防震缝处碰撞、防震缝处碰撞 防防震震缝缝如如果果宽宽度度不不够够，其其两两侧侧的的结结构构单单元在地震时就会相互碰撞产生震害。元在地震时就会相互碰撞产生震害。5.1.2 5.1.2 框架结构的震害框架结构的震害 国内外大量震害调查表明，未经抗震设防的国内外大量震害调查表明，未经抗震设防的框架结构，在框架结构，在6 6度度7 7度区主体结构基本完好，度区主体结构基本完好，填充墙有轻微裂缝；在填充墙有轻微裂缝；在8 8度度9 9度区主体结构度区主体结构局部破坏，填充墙及屋顶突出部分严重开裂局部破坏，填充墙及屋顶突出部分严重开裂或倒塌；
6、在或倒塌；在1010度区梁柱严重破坏，少量倒塌，度区梁柱严重破坏，少量倒塌，填充墙严重破坏。考虑了抗震设防的框架结填充墙严重破坏。考虑了抗震设防的框架结构，震害则相应减轻。构，震害则相应减轻。震震害害调调查查还还表表明明，下下刚刚上上柔柔的的框框架架结结构构( (下下部部填填充充墙墙较较多多) )，上上部部震震害害较较重重；上上刚刚下下柔柔的的框框架架结结构构( (上上部部有有填填充充墙墙) )，下下部部柱柱顶顶及及柱柱底底震震害较重。害较重。5.1.2 5.1.2 框架结构的震害框架结构的震害 一、框架梁、柱的震害一、框架梁、柱的震害 框架梁、柱的震害主要反映在梁柱节点处。一般情框架梁、柱的
7、震害主要反映在梁柱节点处。一般情况是：柱的震害重于梁；柱顶震害重于柱底；角柱震况是：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。具体震害如下：害重于内柱；短柱震害重于一般柱。具体震害如下：1 1、框架柱、框架柱 (1)(1)柱顶：柱顶：柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝，重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压屈缝，重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压屈外凸呈灯笼状，上部梁、板倾斜。主要原因是节点处外凸呈灯笼状，上部梁、板倾斜。主要原因是节点处柱端处于变号弯矩、剪力和轴力复合作用之下，且三柱端处于变号弯矩、剪力和轴力复合作用之
8、下，且三者均比较大，柱的箍筋配置不足或锚固不好，致使箍者均比较大，柱的箍筋配置不足或锚固不好，致使箍筋失效，混凝土开裂、剥落，同时纵筋压曲。（筋失效，混凝土开裂、剥落，同时纵筋压曲。（图示图示）5.1.2 5.1.2 框架结构的震害框架结构的震害 (2)(2)柱底：柱底：常见的震害是在离地面或楼面常见的震害是在离地面或楼面100mm100mm400mm400mm处有周圈水平裂缝。柱底受力状态虽与柱顶处有周圈水平裂缝。柱底受力状态虽与柱顶相似，但由于其箍筋一般较密相似，但由于其箍筋一般较密( (处在柱的纵筋搭接处在柱的纵筋搭接接头加密箍筋段接头加密箍筋段) )，故震害较轻。（，故震害较轻。（如图
9、示如图示） (3)(3)柱身：柱身：当地震剪力较大而柱抗剪强度不足时，当地震剪力较大而柱抗剪强度不足时，柱身可能出现斜裂缝。（柱身可能出现斜裂缝。（如图示如图示） (4)(4)角柱角柱：在地震作用下房屋不可避免地要发生：在地震作用下房屋不可避免地要发生扭转，角柱所受的附加扭转剪力最大，同时角柱又扭转，角柱所受的附加扭转剪力最大，同时角柱又受有双向弯矩作用，而其所受的横梁约束又比其它受有双向弯矩作用，而其所受的横梁约束又比其它柱小，所以震害重于内柱。（柱小，所以震害重于内柱。（如图示如图示）5.1.2 5.1.2 框架结构的震害框架结构的震害 (5)(5)短柱短柱 当框架房屋中有错层、夹层或有半
10、高的填充墙，当框架房屋中有错层、夹层或有半高的填充墙，或不适当地设置某些拉梁时，容易形成短柱。即：或不适当地设置某些拉梁时，容易形成短柱。即：H Hn n为柱净高，为柱净高，h hc c为柱截面长边尺寸即高度。为柱截面长边尺寸即高度。 短柱的刚度大，所受的地震剪力大，易发生短柱的刚度大，所受的地震剪力大，易发生剪切破坏，形成交叉裂缝，严重时产生脆性错断。剪切破坏，形成交叉裂缝，严重时产生脆性错断。( (如图示如图示) )5.1.2 5.1.2 框架结构的震害框架结构的震害 通常在梁的两端节点附近产生周圈的竖通常在梁的两端节点附近产生周圈的竖向裂缝和斜裂缝。向裂缝和斜裂缝。 这是由于水平地震的反
11、复作用，在梁端这是由于水平地震的反复作用，在梁端产生较大的变号弯矩，当超过混凝土抗拉强产生较大的变号弯矩，当超过混凝土抗拉强度时，便产生周圈裂缝，严重时梁端纵向钢度时，便产生周圈裂缝，严重时梁端纵向钢筋屈服，截面曲率剧增，出现塑性铰。筋屈服，截面曲率剧增，出现塑性铰。 若箍筋数量不足、间距过大或弯起钢筋若箍筋数量不足、间距过大或弯起钢筋不多，由于无法承担强烈地震作用引起的附不多，由于无法承担强烈地震作用引起的附加剪力，梁端将出现斜向裂缝或混凝土剪压加剪力，梁端将出现斜向裂缝或混凝土剪压破坏。（破坏。（如图示如图示） 2 2、框架梁、框架梁5.1.2 5.1.2 框架结构的震害框架结构的震害 3
12、 3、梁柱节点、梁柱节点 在反复地震作用下，节点的破坏机理十在反复地震作用下，节点的破坏机理十分复杂，节点主要承受剪力和压力，由节点分复杂，节点主要承受剪力和压力，由节点两侧梁端的反号弯矩引起节点核芯区两侧梁端的反号弯矩引起节点核芯区( (指梁、指梁、柱交汇的部位柱交汇的部位) )很大的剪力，使核芯区混凝土很大的剪力，使核芯区混凝土处于剪压复合应力状态。节点核芯区在强震处于剪压复合应力状态。节点核芯区在强震作用下破坏的实例较多，主要表现为：作用下破坏的实例较多，主要表现为： 节点核芯区因抗剪强度不足而引起的剪节点核芯区因抗剪强度不足而引起的剪切破坏。破坏时，核芯区产生斜向对角的通切破坏。破坏时
13、，核芯区产生斜向对角的通长裂缝，节点区内的箍筋屈服、外鼓甚至崩长裂缝，节点区内的箍筋屈服、外鼓甚至崩断。断。5.1.2 5.1.2 框架结构的震害框架结构的震害 3 3、梁柱节点、梁柱节点 当当节节点点区区剪剪压压比比( (核核芯芯区区平平均均剪剪应应力力与与混混凝凝土土轴轴心心抗抗压压强强度度设设计计值值之之比比) )较较大大时时，箍箍筋筋可可能能并并未未达达到到屈屈服服，而而是是混混凝凝土土被剪压酥碎成块而发生破坏。被剪压酥碎成块而发生破坏。 由于构造措施不当或因图施工方便，由于构造措施不当或因图施工方便，致使节点区的箍筋过稀而产生脆性破坏，致使节点区的箍筋过稀而产生脆性破坏，或由于交于节
14、点核芯区的钢筋过密而影响或由于交于节点核芯区的钢筋过密而影响混凝土浇筑质量引起剪切破坏。混凝土浇筑质量引起剪切破坏。( (如图示如图示) )5.1.2 5.1.2 框架结构的震害框架结构的震害 1 1、在水平地震作用下，填充墙与框架是共同、在水平地震作用下，填充墙与框架是共同工作的，一方面墙体受到框架的约束，另一工作的，一方面墙体受到框架的约束，另一方面框架受到填充墙的支撑。方面框架受到填充墙的支撑。 由于填充墙框架侧向刚度大，故受到的由于填充墙框架侧向刚度大，故受到的地震作用较大，而砖填充墙的抗剪强度又较地震作用较大，而砖填充墙的抗剪强度又较低，变形能力小，所以填充墙的震害重于框低，变形能力
15、小，所以填充墙的震害重于框架，其破坏较早也较严重。填充墙在地震发架，其破坏较早也较严重。填充墙在地震发生时就可能出现斜裂缝，在随后的反复地震生时就可能出现斜裂缝，在随后的反复地震作用下，将在墙面形成交叉裂缝，端墙、窗作用下，将在墙面形成交叉裂缝，端墙、窗间墙及门窗洞口边角部位的破坏更为严重。间墙及门窗洞口边角部位的破坏更为严重。 二、填充墙和抗震墙的震害二、填充墙和抗震墙的震害5.1.2 5.1.2 框架结构的震害框架结构的震害 烈烈度度在在9 9度度以以上上时时，填填充充墙墙大大部部分分倒倒塌塌，空空心心砖砖填填充充墙墙尤尤为为严严重重。由由于于框框架架变变形形一一般般属属于于剪剪切切型型，
16、下下部部层层间间位位移移较较大大，故故填填充充墙墙的震害呈现的震害呈现“下重上轻下重上轻”的现象。的现象。 填填充充墙墙的的破破坏坏程程度度，一一方方面面与与地地震震烈烈度度有有关关，另另一一方方面面也也与与设设计计或或构构造造是是否否合合理理有有关关。例例如如，填填充充墙墙没没有有钢钢筋筋与与框框架架拉拉结结，或或拉拉结结不不能能满满足足强强地地震震时时的的要要求求；墙墙体体施施工工质质量量差差，砂砂浆浆强强度度等等级级过过低低，灰灰缝缝不不饱饱满满；墙墙上上的的门门窗窗孔孔洞洞过过大大或或开开孔孔过过多多等等，都都将将加加重重填充墙的震害。（填充墙的震害。（如图示如图示）二、填充墙和抗震墙的震害二、填充墙和抗震墙的震害5.1.2 5.1.2 框架结构的震害框架结构的震害 (1)(1)墙墙的的底底部部发发生生破破坏坏，表表现现为为受受压压区区混混凝土的大片压碎剥落，钢筋压屈。凝土的大片压碎剥落，钢筋压屈。(2)(2)墙体发生剪切破坏。墙体发生剪切破坏。(3)(3)抗震墙墙肢之间的连梁产生剪切破坏。抗震墙墙肢之间的连梁产生剪切破坏。 抗震墙的破坏形式抗震墙的破坏形式二、填充墙和抗震墙的
