多层及高层混凝土结构抗震设计.ppt

多层和高层钢筋混凝土结构多层和高层钢筋混凝土结构建筑抗震设计建筑抗震设计 本章教学目标与要求本章教学目标与要求1.熟悉多层及高层钢筋混凝土结构建筑的震害特点熟悉多层及高层钢筋混凝土结构建筑的震害特点 及原因。及原因。2.理解和掌握多层及高层钢筋混凝土结构抗震概念设计理解和掌握多层及高层钢筋混凝土结构抗震概念设计 的要求。的要求。3.掌握钢筋混凝土框架结构的抗震设计内容和设计方法。掌握钢筋混凝土框架结构的抗震设计内容和设计方法。4.了解抗震墙结构的抗震设计方法，熟悉多层及高层钢筋了解抗震墙结构的抗震设计方法，熟悉多层及高层钢筋 混凝土结构的抗震构造措施。混凝土结构的抗震构造措施。导入案例导入案例 1972年尼加拉瓜首都马那瓜发生的地震中，有两幢年尼加拉瓜首都马那瓜发生的地震中，有两幢钢筋混凝土结构的高层建筑，相隔不远，一幢是钢筋混凝土结构的高层建筑，相隔不远，一幢是15层的层的中央银行大厦，其结构布置上下不连续、平面不对称；另中央银行大厦，其结构布置上下不连续、平面不对称；另一幢是一幢是18层的美洲银行大厦，其结构布置均匀对称。地层的美洲银行大厦，其结构布置均匀对称。地震时前者发生了严重破坏，震后拆除；而后者只受轻微损震时前者发生了严重破坏，震后拆除；而后者只受轻微损坏，经维修恢复使用。为什么两幢混凝土结构房屋会发生坏，经维修恢复使用。为什么两幢混凝土结构房屋会发生如此不同的破坏呢？如此不同的破坏呢？我们可以通过本章的学习得到说明。我们可以通过本章的学习得到说明。框架结构的抗震设计内容框架结构的抗震设计内容多层及高层钢筋混凝土建筑的震害特点及原因多层及高层钢筋混凝土建筑的震害特点及原因多层及高层钢筋混凝土建筑的抗震概念设计多层及高层钢筋混凝土建筑的抗震概念设计抗震墙结构的抗震设计方抗震墙结构的抗震设计方法法 抗震构造措施抗震构造措施 本章小节本章小节4.1 4.1 震害特征及原因震害特征及原因 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构（reinforced concrete structure）具有较好的抗）具有较好的抗震性能，地震时所遭受的破坏比砌体结构的震害震性能，地震时所遭受的破坏比砌体结构的震害轻得多。轻得多。但但如果如果设计不合理、施工质量不良设计不合理、施工质量不良，多，多层和高层钢筋混凝土结构建筑层和高层钢筋混凝土结构建筑也会产生严重的震也会产生严重的震害害。从震害中汲取教训和经验从震害中汲取教训和经验 失败是成功之母失败是成功之母马那瓜马那瓜美洲银行大厦美洲银行大厦马那瓜马那瓜中央银行大厦中央银行大厦1结构布置不合理产生的震害结构布置不合理产生的震害（1）平面布置不当产生的震害）平面布置不当产生的震害震前震前震后震后马那瓜马那瓜中央银行中央银行 结构平面布置结构平面布置 框架框架抗震墙抗震墙填充墙填充墙马那瓜马那瓜美洲银行美洲银行结构平面布置结构平面布置 1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313(mm)(mm)层层1 13 35 56 67 79 91111131340408080120120 在强烈地震作用下，结在强烈地震作用下，结构的构的薄弱楼层薄弱楼层率先屈服、发率先屈服、发展弹塑性变形，并形成展弹塑性变形，并形成弹塑弹塑性变形集中性变形集中的现象，不能发的现象，不能发挥整体的抗震能力挥整体的抗震能力。1976 1976年唐山大地震中，年唐山大地震中，位于天津塘沽区的天津碱厂位于天津塘沽区的天津碱厂十三层蒸吸塔框架，该结构十三层蒸吸塔框架，该结构楼层屈服强度分布不均匀，楼层屈服强度分布不均匀，造成造成6 6层和层和1111层的弹塑性变形层的弹塑性变形集中集中，导致，导致6 6层以上全部倒塌。层以上全部倒塌。天津碱厂天津碱厂输入天津波的输入天津波的弹塑性分析结果弹塑性分析结果（2 2）竖向不规则产生的震害）竖向不规则产生的震害(薄弱层薄弱层)彰化县员林镇邦彰化县员林镇邦富贵名门大楼富贵名门大楼座落在中山路惠明街口，座落在中山路惠明街口，为为16层钢筋混凝土集合住宅大楼层钢筋混凝土集合住宅大楼,底层柱子间距底层柱子间距7至至10米。地米。地震时倾倒的原因是震时倾倒的原因是底层柱子数量少，间距大底层柱子数量少，间距大。2 2防震缝处碰撞防震缝处碰撞防震缝防震缝处碰撞处碰撞破坏破坏 防震缝宽度防震缝宽度过小，地震时过小，地震时结构相互碰撞结构相互碰撞造成震害。造成震害。3 3框架整体的震害框架整体的震害框架的整体破坏框架的整体破坏形式按破坏性质可形式按破坏性质可分为分为延性破坏和脆延性破坏和脆性破坏性破坏，按破坏机，按破坏机制可分为制可分为梁铰梁铰机制机制(强柱弱梁型强柱弱梁型)和和柱柱铰铰机制机制(强梁弱柱强梁弱柱型型)。(b)强柱弱梁型强柱弱梁型(a)强梁弱柱型强梁弱柱型框架的整体破坏形式框架的整体破坏形式4 4框架梁的震害框架梁的震害 震害多发生于震害多发生于梁端梁端。在地震作用下梁端纵向钢筋屈。在地震作用下梁端纵向钢筋屈服，出现上下贯通的服，出现上下贯通的垂直裂缝和交叉裂缝垂直裂缝和交叉裂缝。破坏的主要。破坏的主要原因是梁端屈服后产生的原因是梁端屈服后产生的剪力剪力较大，超过了梁的受剪承较大，超过了梁的受剪承载力，梁内箍筋配置较稀，以及载力，梁内箍筋配置较稀，以及反复荷载反复荷载作用下混凝土作用下混凝土抗剪强度降低等。抗剪强度降低等。5 5框架柱的震害框架柱的震害 梁柱变形能力不足，构件过早发生破梁柱变形能力不足，构件过早发生破坏坏。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更易发生破坏。其是角柱和边柱更易发生破坏。1)1)柱顶柱顶 柱顶柱顶周围有周围有水平裂缝、斜裂水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝缝或交叉裂缝。重者混凝土压碎。重者混凝土压碎崩落，柱内崩落，柱内箍筋拉断箍筋拉断，纵筋压曲纵筋压曲成灯笼状成灯笼状。主要原因：节点处弯矩、剪主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，力、轴力都较大，受力复杂，箍箍筋配置不足，锚固不好筋配置不足，锚固不好等。等。2)2)柱底柱底 与柱顶相似，由于与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密箍筋较柱顶密，震害相对柱，震害相对柱顶较顶较轻轻。3)3)短柱短柱 当柱净高小于当柱净高小于4 4倍柱截面高度（倍柱截面高度（H/b4H/b155m4m3m2m宜加宽宜加宽20mm。框架框架-抗震墙结构抗震墙结构70%框架结构框架结构不能小于不能小于70mm抗震墙结构抗震墙结构50%框架结构框架结构 防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结构类型采用，并按较低房屋高度确定缝宽。构类型采用，并按较低房屋高度确定缝宽。防震缝最小宽度要求防震缝最小宽度要求当设防烈度为当设防烈度为8度、度、9度度时的时的框架结构框架结构房屋防震缝两侧结房屋防震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，可在缝两侧房屋的尽端构高度、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沿全高设置垂直于防震缝的抗撞墙抗撞墙，每侧抗撞墙的数量不，每侧抗撞墙的数量不应少于应少于两道两道，宜分别，宜分别对称布置对称布置，墙肢的长度可不大于一个柱距。墙肢的长度可不大于一个柱距。层高不同层高不同高度、刚度相差较大高度、刚度相差较大 内力内力应按考虑和不考虑抗撞墙两种情况进行分析，按不应按考虑和不考虑抗撞墙两种情况进行分析，按不利情况取值。利情况取值。抗撞墙的端柱和框架边柱抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋箍筋应沿房屋应沿房屋全高加密全高加密。抗撞墙抗撞墙4.2.4结构材料结构材料（1）混凝土的强度等级混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区，为一级的框架梁、柱、节点核心区，不应低于不应低于C30；构；构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于C20；8度、度、9度时分别不宜超过度时分别不宜超过C70和和C60。（3）抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋）抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实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测值的比值不应小于1.25；且钢筋的屈服强度实测值与；且钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于强度标准值的比值不应大于 1.3。（2）普通钢筋普通钢筋宜优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢宜优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋；普通钢筋的强度等级，纵向筋；普通钢筋的强度等级，纵向受力钢筋受力钢筋宜选用宜选用HRB400级级和和HRB335级级热轧钢筋，热轧钢筋，箍筋箍筋宜选用宜选用HRB335、HRB400和和HPB235级热轧钢筋级热轧钢筋。回顾上节主要内容回顾上节主要内容1.震害特征震害特征1)1)结构布置不合理产生的震害结构布置不合理产生的震害2)2)防震缝处碰撞防震缝处碰撞3)3)框架整体的震害框架整体的震害4)4)框架梁的震害框架梁的震害5)5)框架柱的震害框架柱的震害6)6)框架梁柱节点的震害框架梁柱节点的震害7)7)填充墙的震害填充墙的震害8)8)抗震墙的震害抗震墙的震害2.2.抗震概念设计抗震概念设计框架框架抗震墙抗震墙框架框架-抗震墙抗震墙）特点）特点）最大适用高宽比）最大适用高宽比结构体系的选择结构体系的选择*（一）（一）（二）抗震等级的划分（二）抗震等级的划分*（三）结构布置（三）结构布置*（四（四）结构材料的选择）结构材料的选择*2）最大适用高度）最大适用高度重要性类别、设防烈度、结构类型及房屋高度重要性类别、设防烈度、结构类型及房屋高度结构平面布置结构竖向布置防震缝的设置4.34.3框架结构的抗震设计框架结构的抗震设计4.3.1框架结构抗震概念设计框架结构抗震概念设计 主要内容主要内容1.柱网布置柱网布置2.选择框架结构的结构类型及承重方案选择框架结构的结构类型及承重方案3.确定框架结构抗震设防的类别及设防烈度确定框架结构抗震设防的类别及设防烈度4.确定框架结构的抗震等级确定框架结构的抗震等级5.防震缝及材料选择防震缝及材料选择1.柱网布置柱网布置（c）对称不等跨式）对称不等跨式（b）等跨式）等跨式（a）内廊式）内廊式框架结构的柱网布置既要满足生产工艺和建筑平面的框架结构的柱网布置既要满足生产工艺和建筑平面的要求，又要使结构受力合理，施工方便。要求，又要使结构受力合理，施工方便。（a）横向框架承重方案）横向框架承重方案（b）纵向框架承重方案纵向框架承重方案（c）纵）纵横向框架承重方案横向框架承重方案（d）纵横向框架承重方案纵横向框架承重方案2.选择框架结构的结构类型及承重方案选择框架结构的结构类型及承重方案现浇现浇楼板楼板预制预制楼板楼板3.确定框架结构抗震设防的类别及设防烈度确定框架结构抗震设防的类别及设防烈度我国建筑抗震设计规范根据建筑物重要性及受地震破我国建筑抗震设计规范根据建筑物重要性及受地震破坏后果的严重性，将建筑物的抗震设防分为坏后果的严重性，将建筑物的抗震设防分为四类四类：甲类建筑、乙类建筑、丙类建筑、丁类建筑甲类建筑、乙类建筑、丙类建筑、丁类建筑丙类建筑丙类建筑抗震等级宜按表抗震等级宜按表5划分；其他设防类别划分；其他设防类别的建筑，则应按前述抗震设防分类和设防标准的规定的建筑，则应按前述抗震设防分类和设防标准的规定调整后再按表调整后再按表-5划分抗震等级。划分抗震等级。4.确定框架结构的抗震等级确定框架结构的抗震等级结结 构构 类类 型型抗震设防烈度抗震设防烈度6度度7度度8度度9度度框框 架架高度高度（m）3030 3030 30 30 25框框 架架四四三三三三二二二二一一一一多层及多层及A级高度的框架结构抗震等级级高度的框架结构抗震等级5.防震缝及材料选择防震缝及材料选择4.3.2 框架结构抗震计算及验算框架结构抗震计算及验算计算手段计算手段 电算电算:采用振型分解反应谱法或时程分析法采用振型分解反应谱法或时程分析法计算地震计算地震