建筑抗震設計-第4章-框架、抗震墻

天津城建大學TIANJINCHENGJIANUNIVERSITY建筑抗震設計主講人：王慶鵬目錄多層砌體房屋5場地、地基與基礎2地震作用與結(jié)構抗震驗算3框架、抗震墻與框架-抗震墻4底部框架-抗震墻、多層內(nèi)框架磚砌房屋6抗震設計原則17單層鋼筋混凝土柱廠房框架、抗震墻與框架-抗震墻4抗震墻框架房屋框架-抗震墻抗震墻主要承受水平荷載，框架主要承受豎向荷載。4.1概述抗震墻結(jié)構是由縱、橫向的鋼筋混凝土墻所組成的結(jié)構。因為墻體較多，側(cè)向剛度大，所以它可以建的很高?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻4框架梁、柱的震害

梁柱變形能力不足，構件過早發(fā)生破壞。一般是梁輕柱重，柱頂重于柱底，尤其是角柱和邊柱更易發(fā)生破壞。1、柱頂

柱頂周圍有水平裂縫、斜裂縫或交叉裂縫。重者混凝土壓碎崩落，柱內(nèi)箍筋拉斷，縱筋壓曲成燈籠狀。

主要原因：節(jié)點處彎矩、剪力、軸力都較大，受力復雜，箍筋配置不足，錨固不好等。

破壞不易修復。4.2震害及其分析框架、抗震墻與框架-抗震墻42、柱底

與柱頂相似，由于箍筋較柱頂密，震害相對柱頂較輕。框架、抗震墻與框架-抗震墻43、短柱

當柱高小于4倍柱截面高度（H/b<4)時形成短柱。短柱剛度大，易產(chǎn)生剪切破壞?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻44、角柱

由于雙向受彎、受剪,加上扭轉(zhuǎn)作用，震害比內(nèi)柱重。5、梁柱節(jié)點

節(jié)點核心區(qū)產(chǎn)生對角方向的斜裂縫或交叉斜裂縫，混凝土剪碎剝落。節(jié)點內(nèi)箍筋很少或無箍筋時，柱縱向鋼筋壓曲外鼓。

節(jié)點破壞的主要原因是節(jié)點的受剪承載力不足，約束箍筋太少，梁筋錨固長度不夠以及施工質(zhì)量差所引起。6、框架梁

震害多發(fā)生于梁端。在地震作用下梁端縱向鋼筋屈服，出現(xiàn)上下貫通的垂直裂縫和交叉裂縫。破壞的主要原因是梁端屈服后產(chǎn)生的剪力較大，超過了梁的受剪承載力，梁內(nèi)箍筋配置較稀，以及反復荷載作用下混凝土抗剪強度降低等。

節(jié)點破壞將導致梁柱失去相互之間的聯(lián)系?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻4填充墻的震害

砌體填充墻剛度大而承載力低，首先承受地震作用而遭破壞。一般7度即出現(xiàn)裂縫，8度和8度以上地震作用下，裂縫明顯增加，甚至部分倒塌，一般是上輕下重，空心砌體墻重于實心砌體墻，砌快墻重于磚墻。

框架-剪力墻結(jié)構上部較嚴重，框架結(jié)構下部震害嚴重。框架、抗震墻與框架-抗震墻4

填充墻破壞的主要原因是：墻體受剪承載力低，變形能力小，墻體與框架缺乏有效的拉結(jié)，在往復變形時墻體易發(fā)生剪切破壞和散落?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻4抗震墻的震害

在強震作用下，抗震墻的震害主要表現(xiàn)在墻肢之間連梁的剪切破壞。主要是由于連梁跨度小，高度大形成深梁，在反復荷載作用下形成X型剪切裂縫，為剪切型脆性破壞，尤其是在房屋1/3高度處的連梁破壞更為明顯。框架、抗震墻與框架-抗震墻4防震縫的震害

防震縫寬度過小，地震時結(jié)構相互碰撞造成震害。

總結(jié)以上震害調(diào)查結(jié)果，除注意場地和地基因素外，從結(jié)構上主要應注意：1）結(jié)構的剛度在平面上和沿豎向的分布要規(guī)則、均勻；2）結(jié)構構件要有足夠的承載力和延性；3）重視構造，加強對混凝土的約束，防止剪切、錨固等脆性破壞；4）保證施工質(zhì)量?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻44.3抗震設計的一般規(guī)定一、房屋的適用最大高度《抗震規(guī)范》規(guī)定：乙、丙和丁類建筑的框架結(jié)構和框架-抗震墻結(jié)構適用的最大高度應不超過下表的規(guī)定。甲類建筑適用的最大高度應專門研究。50100120130框架-抗震墻結(jié)構25455560框架結(jié)構9876結(jié)構類型烈度現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m)注：1.房屋高度指室外地面到主要屋面板板頂?shù)母叨龋ú话ň植客怀鑫蓓敳糠郑?/p>

2.超過表內(nèi)高度的房屋，應進行專門研究和論證，采取有效的加強措施；

3.平面和豎向均不規(guī)則的結(jié)構或建造在Ⅳ場地的構，使用的最大高度應適當降低（一般降低20%左右）?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻4二、結(jié)構的抗震等級根據(jù)結(jié)構類型、設防烈度、房屋高度和場地類別來劃分不同的抗震等級。劃分抗震等級的目的在于對房屋采取不同的抗震措施?？蚣堋⒖拐饓εc框架-抗震墻4

下表為丙類建筑抗震等級的劃分：一一一

抗震墻一一二二三三四

框架≤50>60≤60>60≤60>60≤60

高度（m)

一劇場,體育館等大跨度公共建筑一一二二三三四

框架≤25>30≤30>30≤30>30≤30

高度（m)框架-抗震墻結(jié)構框架結(jié)構結(jié)構類型烈度6879三二一三二現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋的抗震等級注：1.建筑場地為Ⅰ類時，除6度外可按表內(nèi)降低一度所對應的抗震等級采取抗震構造措施，但相應的計算要求不應降低；

2.接近或等于高度分界時，應允許結(jié)合房屋不規(guī)則程度及場地、地基條件確定抗震等級。框架、抗震墻與框架-抗震墻4三、建筑設計和建筑結(jié)構的規(guī)則性建筑及其抗側(cè)力結(jié)構的平面布置宜規(guī)則、對稱，并應具有良好的整體性。建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構的側(cè)向剛度和承載力突變。側(cè)向剛度不規(guī)則——軟弱層。樓層承載力突變——薄弱層?？蚣堋⒖拐饓εc框架-抗震墻4

當建筑平面過長、結(jié)構單元的結(jié)構體系不同、高度和剛度相差過大以及各結(jié)構單元的地基條件有較大差異時，應考慮設防震縫。其最小寬度應符合下面要求：高層建筑宜選用合理的建筑結(jié)構方案，不設防震縫。（1）鋼筋混凝土框架房屋的防震縫寬度，當高度不超過15m時可采用70mm，超過15m時，6、7、8、9度相應每增加高度5m、4m、3m、2m，宜加寬20mm。四、防震縫（2）框架-抗震墻結(jié)構房屋的防震縫寬度可采用框架規(guī)定數(shù)值的50%，且不宜小于70mm。（3）防震縫兩側(cè)結(jié)構類型不同時，按不利體系考慮，并按低的房屋高度計算縫寬。th框架框架-抗震墻框架、抗震墻與框架-抗震墻4

（5）8、9度設防的鋼筋混凝土框架房屋防震縫兩側(cè)的結(jié)構，當結(jié)構高度、剛度或?qū)痈呦嗖钶^大時，可在防震縫兩側(cè)房屋的盡端設垂直于防震縫的抗撞墻。層高不同高度、剛度相差較大

每一側(cè)的數(shù)量不應少于兩道。宜分別對稱布置，墻肢的長度可不大于一個柱距。

內(nèi)力應按考慮和不考慮抗撞墻兩種情況進行分析，按不利情況取值。

抗撞墻的端柱和框架邊柱箍筋應沿房屋全高加密?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻44.4水平地震作用的計算

對于高度不超過40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的框架結(jié)構的水平地震作用標準值，可按底部剪力法計算：式中符號同前。框架、抗震墻與框架-抗震墻4計算水平地震作用時，首先要確定結(jié)構的基本周期。對于多層鋼筋混凝土框架，由于它的側(cè)移容易計算，故一般采用能量法計算基本周期；對于高層鋼筋混凝土框架，可采用頂點位移法計算結(jié)構基本周期。此外，也可用經(jīng)驗公式計算，選用時應注意其適用范圍。1、能量法2、頂點位移法框架、抗震墻與框架-抗震墻44.5框架結(jié)構內(nèi)力和側(cè)移計算多層框架是高次超靜定結(jié)構，如果按精確方法用手工計算它的內(nèi)力和位移是十分困難的，甚至是不可能的。因此，目前在工程結(jié)構計算中，通常采用近似的分析方法，常用的近似方法有：在水平荷載下的反彎點法和D值法，以及在豎向荷載下的彎矩二次分配法、分層法、迭代法?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻4反彎點法適用條件：當梁的線剛度和柱的線剛度之比大于3時，節(jié)點轉(zhuǎn)角將很小，對框架的內(nèi)力影響不大?；炯俣ǎ毫旱木€剛度為無窮大；同一層柱兩端的相對水平位移均相同，底層柱的反彎點在距離基礎2/3柱高處，其余層柱的反彎點均位于柱高的中點?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻4D值法（改進抗側(cè)剛度和反彎點高度的反彎點法）適用條件：梁的線剛度和柱的線剛度之比大于3時?；炯俣ǎ褐约芭c其相鄰的各桿的桿端轉(zhuǎn)角相同；柱及其相鄰上下柱的線剛度相同，且它們的弦轉(zhuǎn)角相同。在計算梁的線剛度時，可以考慮樓板對梁的剛度的有利影響，即板作為梁的翼緣參加工作。計算步驟：（1）計算各層柱的側(cè)移剛度；

（2）計算各柱所分配的剪力；

（3）計算柱的反彎點高度；

（4）確定柱端彎矩；

（5）按節(jié)點彎矩平衡條件和梁的

轉(zhuǎn)動剛度確定梁端彎矩。框架、抗震墻與框架-抗震墻4彎矩二次分配法適用范圍：無側(cè)移、規(guī)則的框架。計算步驟：先根據(jù)梁、柱的線剛度計算各節(jié)點桿件的彎矩分配系數(shù)，然后計算各跨梁的固端彎矩及各節(jié)點的不平衡彎矩；將各節(jié)點的不平衡彎矩同時進行分配，并向遠端傳遞（傳遞系數(shù)均為1/2）；第一次分配彎矩傳遞后，再進行第二次彎矩分配，分配的結(jié)果不再傳遞。計算結(jié)果將各桿的所有桿端彎矩疊加即為各桿端的最后彎矩?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻4分層法適用范圍：框架的結(jié)構與荷載沿高度比較均勻；節(jié)點的梁柱線剛度比≥3。計算步驟：將框架的各層梁及其上下柱所組成的框架作為一個獨立的計算單元分層用力矩分配法進行計算，分層計算所得的梁彎矩即為梁的最后彎矩；因為每一根柱都同時屬于上下兩層，所以每一個柱的柱端彎矩需由上下兩層計算所得的彎矩值相加得到。框架、抗震墻與框架-抗震墻4迭代法適用范圍：有側(cè)移、無側(cè)移、規(guī)則、不規(guī)則的框架。計算步驟：首先計算各桿端的固端彎矩、各節(jié)點的不平衡力矩及各桿端的轉(zhuǎn)角彎矩分配系數(shù)；然后用近端轉(zhuǎn)角彎矩迭代公式在各節(jié)點反復進行迭代計算，直到各桿端的轉(zhuǎn)角彎矩趨于穩(wěn)定即止；最后各桿端彎矩為最后一輪近端轉(zhuǎn)角彎矩的2倍與最后一輪遠端轉(zhuǎn)角彎矩及固端彎矩之和?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻4彎矩調(diào)幅法（豎向非地震荷載作用下）基本原則：在確定調(diào)幅后的跨內(nèi)彎矩時，應滿足靜力平衡條件，即連續(xù)梁任一跨調(diào)幅后的兩端支座彎矩MA、

MB(絕對值)的平均值，加上調(diào)整后的跨度中點的彎矩M1之和，應不小于該跨按簡支梁計算的跨度中點彎矩Mo。還要考慮塑性內(nèi)力重分布后應取得的效果?？蚣堋⒖拐饓εc框架-抗震墻4控制截面及其內(nèi)力不利組合在進行構件截面設計時，需求得控制截面上的最不利內(nèi)力組合作為配筋的依據(jù)，內(nèi)力不利組合就是控制截面配筋最大的內(nèi)力組合：1、框架梁：一般選梁的兩端截面和跨中截面作為控制截面；2、柱：選柱的上、下端截面作為控制截面?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻44.6抗震墻結(jié)構內(nèi)力和側(cè)移的計算水平荷載作用下抗震墻結(jié)構計算的簡化：簡化成平面結(jié)構。計算時采用如下假設：（1）抗震墻結(jié)構的墻體，在其自身平面內(nèi)的剛度為無限大，平面外的剛度很小，可忽略不計。（2）樓板在其自身平面內(nèi)的剛度為無限大，使各片墻體之間通過樓板共同工作。框架、抗震墻與框架-抗震墻44.7框架-抗震墻結(jié)構內(nèi)力和側(cè)移的計算水平荷載作用下抗震墻結(jié)構計算的簡化：簡化成平面結(jié)構。計算時采用如下假設：（1）樓板在自身平面內(nèi)的剛度為無窮大。（2）結(jié)構的剛度中心與質(zhì)量中心重合，結(jié)構在水平地震作用下不發(fā)生扭轉(zhuǎn)。（3）在計算框架-抗震墻協(xié)同工作時，不考慮框架柱的軸向變形，但計算具有洞口的抗震墻時，考慮墻肢軸向變形的影響。框架、抗震墻與框架-抗震墻4房屋剛度特征值越大，表示框架側(cè)移剛度越大，而抗震墻剛度越小?？蚣芸拐饓Y(jié)構中框架所承受的地震剪力不應小于某一限值。因此規(guī)范規(guī)定，側(cè)向剛度沿豎向分布基本均勻的框架抗震墻結(jié)構，任一層框架部分的地震剪力不應小于結(jié)構底部總剪力的20%和框架部分各層按協(xié)同工作分析的地震剪力最大值1.5倍二者的較小值?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻44.8框架結(jié)構梁、柱及節(jié)點的抗震設計

為了防止鋼筋混凝土房屋在遭受高于本地區(qū)設防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞，結(jié)構應具有足夠大的延性。要求結(jié)構具有一定的延性就必須保證框架梁、柱有足夠大的延性。梁、柱的延性是以其截面塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力來度量的。因此，在進行結(jié)構抗震設計時，應注意梁、柱塑性鉸的設計，使框架結(jié)構成為具有較大延性的“延性結(jié)構”?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻4梁、柱塑性鉸設計的一般原則(1)強柱弱梁：要控制梁、柱的相對強度，使塑性鉸首先在梁中出現(xiàn)盡量避免或減少在柱中出現(xiàn)。因為塑性鉸在柱中出現(xiàn)，很容易形成幾何可變體系而倒塌。(2)強剪弱彎：對于梁、柱構件而言，要保證構件出現(xiàn)塑性鉸，而不過早地發(fā)生剪切破壞，要求構件的抗剪承載力大于塑性鉸的抗彎承載力。為此，要提高構件的抗剪強度，形成“強剪弱彎”。(3)強節(jié)點、強錨固：為了保證延性結(jié)構的要求，在梁的塑性鉸充分發(fā)揮作用前，框架節(jié)點、鋼筋的錨固不應過早地破壞?？蚣?、抗震墻與框架-抗震墻4

框架梁的設計

1、梁的截面尺寸宜符合下列要求：(1)梁的截面寬度不宜小于200mm。(2)梁截面的高寬比不宜大于4。(3)為了避免發(fā)生剪切破壞，梁凈跨與截面高度之比不宜小于4。

框架、抗震墻與框架-抗震墻42、梁的混凝土和鋼筋的強度等級要求（1）、框架梁當按一級抗震等級設計時，其混凝土強度等級不應低于C30；當按二、三級抗震等級設計時，其混凝土強度等級不應低于C20。梁的縱向受力鋼筋，宜選用HRB4m級、HRB335級熱軋鋼筋；箍筋宜選用HRB335、HRB400和HPB235級熱軋鋼筋。（2）、按一、二級抗震等級設計框架結(jié)構，其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時，其檢驗所得的強度實測值，應符合下列要求：

鋼筋抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值，不應小于1.25；鋼筋屈服強度實測值與鋼筋強度標準值的比值，不應大于1.30。

框架、抗震墻與框架-抗震墻44、梁的斜截面受剪承載力計算剪壓比的限制

梁內(nèi)平均剪應力與混凝土抗壓強度設計值之比，稱為梁的剪壓比。對梁的剪壓比的限制，也就是對梁的最小截面的限制?？蚣堋⒖拐饓εc框架-抗震墻4三、框架柱的設計1、柱的截面尺寸宜符合下列各項要求：(1)截面的寬度和高度均不宜小于300mm；圓柱直徑不宜小于300mm。(2)截面長邊與短邊的邊長比不宜大于3。

(3)剪跨比宜大于2，其值按下式計算：按上式計算剪跨比λ時，應取柱上下端計算結(jié)果的較大值；反彎點位于柱高中部的框架柱，可按柱凈高與2倍柱截面高度之比計算。2、柱的材料強度等級柱的混凝土強度等級和鋼筋強度等級的要求與梁相同。

框架、抗震墻與框架-抗震墻43、柱的正截面承載力的計算按柱的內(nèi)力不利組合公式確定柱的內(nèi)力不利組合后，即可按一般鋼筋混凝土偏心受壓構件計算方法進行配筋計算。為了提高柱的延性，增強結(jié)構的抗震能力，在柱的正截面計算中，還應注意以下一些問題：（1）、軸壓比的限制軸壓比是指柱組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土抗壓強度設計值乘積之比。軸壓比是影響柱的延性重要因素之一，在框架抗震設計中，必須按規(guī)范限制軸壓比，以保證柱具有一定的延性。另：可不進行地震作用計算的結(jié)構，取無地震作用組合的軸力設計值。

框架、抗震墻與框架-抗震墻4（2）、按“強柱弱梁”原則調(diào)整

柱端彎矩設計值

為使框架結(jié)構在地震作用下塑性鉸首先在梁中出現(xiàn)，必須做到，在同一節(jié)點，柱的抗彎能力大于梁的抗彎能力，即滿足“強柱弱梁”的要求。規(guī)范規(guī)定，柱端組合彎矩設計值應符合下列公式要求：當反彎點不在柱的層高范圍內(nèi)時，柱端截面組合彎矩設計值可乘以上述柱端彎矩增大系數(shù)。由于框架底層柱柱底過早出現(xiàn)塑性鉸將影響整個框架的變形能力，從而對框架造成不利影響。同時，隨著框架梁塑性鉸的出現(xiàn)，內(nèi)力塑性重分布，使底層框架柱的反彎點位置具有較大的不確定性。因此，規(guī)范規(guī)定，一、二、三級框架底層柱底截面組合的彎矩設計值，應分別乘以增大系數(shù)1.5、1.25和1.15。

框架、抗震墻與框架-抗震墻4(3)、柱的縱向鋼筋的配置

柱的縱向鋼筋配置，應符合下列各項要求：(1)宜對稱配置。(2)截面尺寸大于400mm的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200mm。(3)柱縱向鋼筋的最小總配筋率按規(guī)范采用，同時應滿足每一側(cè)配筋率不小于0.2％。

(4)柱總配筋率不應大于5％。(5)一級且剪跨比大于2的柱，每側(cè)縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2％。(6)邊柱、角柱在地震作用組合產(chǎn)生小偏心受拉時，柱內(nèi)縱筋總截面面積應比計算值增加25％。(7)柱縱向鋼筋的綁扎接頭應避開柱端的箍筋加密區(qū)。

框架、抗震墻與框架-抗震墻44、柱的斜截面承載力的計算（1）、剪壓比的限制

柱內(nèi)平均剪應力與混凝土軸心抗壓強度設計值之比，稱為柱的剪壓比。與梁一樣，為了防止構件截面的剪壓比過大，在箍筋屈服前，混凝土過早地發(fā)生剪切破壞，必須限制柱的剪壓比，亦即限制柱的截面最小尺寸。規(guī)范規(guī)定，框架柱端截面組合的剪力設計值應符合下列要求：

剪跨比大于2時

剪跨比不大于2時

框架、抗震墻與框架-抗震墻4（2）、按“強剪弱彎”的原則調(diào)整

柱的截面剪力

為了防止柱在壓彎破壞前發(fā)生剪切破壞，應按“