第10章建筑結(jié)構(gòu)抗震知識(shí)淮南聯(lián)合大學(xué)建筑與藝術(shù)授課方張平92課

第10章建筑結(jié)構(gòu)抗震知識(shí)淮南聯(lián)合大學(xué)-建筑與藝術(shù)學(xué)院授課教師：方張平鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定2地震基礎(chǔ)知識(shí)11地震基礎(chǔ)知識(shí)地震基礎(chǔ)知識(shí)10.1地震基礎(chǔ)知識(shí)10.1.1概述

地震是世界最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，它能在極短的時(shí)間內(nèi)造成慘重的人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失。通過一次又一次的地震災(zāi)難及教訓(xùn)，警示人們：防震減災(zāi)任重道遠(yuǎn)，刻不容緩。為了最大限度地減輕地震災(zāi)害，掌握新建工程的抗震設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的減災(zāi)措施。本章主要介紹地震及房屋建筑抗震設(shè)防的基本知識(shí)。地震基礎(chǔ)知識(shí)10.1.2地震及其破壞作用

地震俗稱地動(dòng)，是一種具有突發(fā)性的自然現(xiàn)象。按其發(fā)生的原因不同，地震主要分為火山地震、陷落地震、人工誘發(fā)地震以及構(gòu)造地震。其中，構(gòu)造地震破壞作用大、影響范圍廣，是房屋建筑抗震研究的主要對(duì)象。構(gòu)造地震是由于地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)（巖層構(gòu)造狀態(tài)的變動(dòng)）使巖層發(fā)生斷裂、錯(cuò)動(dòng)而引起的地面震動(dòng)，這種地面震動(dòng)稱為構(gòu)造地震。地殼深處發(fā)生巖層斷裂、錯(cuò)動(dòng)的地方稱為震源。震源正上方的地面稱為震中。震中附近地面運(yùn)動(dòng)最激烈，也是破壞最嚴(yán)重的地區(qū)，稱為震中區(qū)或極震區(qū)。地面上某處到震源的距離稱為震源距。震源至地面的距離稱為震源深度。一般把震源深度小于60km的地震稱為淺源地震；震源深度處于60～300km的地震稱為中源地震；震源深度大于300km的地震成為深源地震。中國(guó)發(fā)生的絕大部分地震均屬于淺源地震。地震引起的振動(dòng)以波的形式從震源向四周傳播，這種波就稱為地震波。地震波按其在地殼傳播的位置不同，分為體波和面波。地震基礎(chǔ)知識(shí)地震基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)喪失整體性地基失效地裂縫滑坡、坍方地面下沉噴砂冒水地表的破壞現(xiàn)象次生災(zāi)害承重結(jié)構(gòu)承載力不足而引起的破壞建筑物破壞地震基礎(chǔ)知識(shí)10.1.3震級(jí)與烈度1．震級(jí)地震的震級(jí)是衡量一次地震大小的等級(jí)，用符號(hào)M表示。M<2的地震稱為微震，人們感覺不到；M=2~4的地震稱為有感地震；M>5的地震稱為破壞性地震，建筑物有不同程度的破壞；M=7~8的地震稱為強(qiáng)烈地震或大地震；M

>8的地震稱為特大地震。2．地震烈度地震烈度指地震時(shí)某一地點(diǎn)震動(dòng)的強(qiáng)烈程度，用符號(hào)I表示。對(duì)于一次地震，表示地震大小的震級(jí)只有一個(gè)，但它對(duì)不同的地點(diǎn)影響程度是不一樣的。一般來說，離震中越遠(yuǎn)，受到的影響就越小，烈度也就越低。地震基礎(chǔ)知識(shí)10.1.4建筑抗震設(shè)防

1．抗震設(shè)防依據(jù)1）基本烈度一個(gè)地區(qū)的基本烈度是指該地區(qū)今后一定時(shí)間內(nèi)（一般指50年），在一般場(chǎng)地條件下遭遇的超越概率為10%的地震烈度值。2）設(shè)防烈度作為一個(gè)地區(qū)建筑抗震設(shè)防依據(jù)的烈度稱為抗震設(shè)防烈度。2．抗震設(shè)防分類1）甲類建筑；2）乙類建筑；3）丙類建筑；4）丁類建筑。3．抗震作用和抗震措施各類建筑物的抗震作用和抗震措施如教材所示。4．抗震設(shè)防目標(biāo)《抗震規(guī)范》規(guī)定以“三個(gè)水準(zhǔn)”來表達(dá)抗震設(shè)防目標(biāo)，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。地震基礎(chǔ)知識(shí)10.1.5抗震設(shè)計(jì)的基本要求抗震設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)方面：概念設(shè)計(jì)、計(jì)算設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)。由于地震及地震效應(yīng)的不確定性和復(fù)雜性，以及計(jì)算模型與實(shí)際情況的差異，因此“單靠數(shù)值”設(shè)計(jì)很難有效地控制結(jié)構(gòu)的抗震性能。結(jié)構(gòu)的抗震性能首先取決于良好的“概念設(shè)計(jì)”。所謂概念設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。1．場(chǎng)地選擇根據(jù)工程需要、地震活動(dòng)情況，建筑場(chǎng)地劃分為有利地段、不利地段和危險(xiǎn)地段。2．建筑平面和立面選擇不規(guī)則的建筑物（包括平面不規(guī)則和立面不規(guī)則兩種）應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行水平地震作用計(jì)算和內(nèi)力調(diào)整，并對(duì)薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施。對(duì)于平、立面特別不規(guī)則的建筑物，可按實(shí)際需要在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫，將建筑平面分成規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。防震縫應(yīng)根據(jù)設(shè)防烈度、場(chǎng)地類別、房屋類別等留有足夠的寬度，同時(shí)，伸縮縫、沉降縫應(yīng)符合防裂縫的要求。2鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定10.2鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定10.2.1多層及高層鋼筋混凝土房屋的抗震規(guī)定

1.震害特點(diǎn)框架梁、柱及節(jié)點(diǎn)的震害框架梁框架柱框架節(jié)點(diǎn)抗震墻的震害填充墻的震害鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定2．抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定1）抗震等級(jí)抗震等級(jí)是確定結(jié)構(gòu)和構(gòu)件抗震計(jì)算與采用抗震措施的標(biāo)準(zhǔn)，《抗震規(guī)范》在綜合考慮了設(shè)防烈度、建筑物高度、建筑物的結(jié)構(gòu)類型、建筑物的類別及構(gòu)件在結(jié)構(gòu)的重要性程度等因素后，將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)劃分為框架結(jié)構(gòu)、框架-抗震墻結(jié)構(gòu)、抗震墻結(jié)構(gòu)和部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)四個(gè)等級(jí)，它體現(xiàn)了不同的抗震要求。2）房屋的高度及高寬比限值根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料和工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為了達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)合理的要求，《抗震規(guī)范》中規(guī)定，較規(guī)則的多層及高層鋼筋混凝土房屋的最大適用高度不超過教材中的規(guī)定。3）建筑設(shè)計(jì)和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求,不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。4）防震縫用防震縫進(jìn)行結(jié)構(gòu)平面分段，把平面上不規(guī)則的結(jié)構(gòu)分割成若干個(gè)規(guī)則結(jié)構(gòu)。5）鋼筋的錨固和接頭鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定3．抗震構(gòu)造措施1）框架結(jié)構(gòu)（1）框架梁①

截面尺寸。梁的截面寬度不應(yīng)小于200mm，否則在地震作用時(shí)，因塑性鉸的出現(xiàn)導(dǎo)致混凝土保護(hù)層剝落而造成梁截面過于薄弱，影響梁的抗剪承載能力。為了保證節(jié)點(diǎn)核新區(qū)的約束能力，梁的寬度不應(yīng)小于柱寬的1/2，也不應(yīng)小于梁高的1/4。②

梁的縱向鋼筋。梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2.5%，且計(jì)入受壓鋼筋的梁端混凝土受壓區(qū)高度和有效高度之比，一級(jí)不應(yīng)大于0.25，二、三級(jí)不應(yīng)大于0.35。梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值，除按計(jì)算確定外，一級(jí)不小于0.5，二、三級(jí)不小于0.3。③

梁的箍筋。在地震作用下，梁端塑性鉸區(qū)縱向鋼筋屈服的范圍一般可達(dá)1.5倍梁高左右。在梁端縱向鋼筋屈服范圍內(nèi)，加密封閉式箍筋，可以加強(qiáng)對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土的約束作用，提高塑性鉸區(qū)內(nèi)混凝土的極限應(yīng)變值，防止在塑性鉸區(qū)內(nèi)發(fā)生斜裂縫破壞，從而保證框架梁有足夠的延性。同時(shí)還為縱向受壓鋼筋提供側(cè)向支撐，防止縱筋壓曲。鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定3．抗震構(gòu)造措施（2）框架柱①

截面尺寸。柱截面尺寸不應(yīng)小于300mm，高層房屋柱截面寬度不應(yīng)小于350mm。柱凈高與柱截面長(zhǎng)邊的比值不應(yīng)小于4，否則將形成短柱，地震時(shí)易發(fā)生脆性的剪切破壞。為保證強(qiáng)柱弱梁和增加柱的延性，在確定柱的截面尺寸時(shí)應(yīng)首先保證柱的軸壓比限值。②

柱的縱向鋼筋。柱的縱向鋼筋宜對(duì)稱配置。為了保證柱有足夠的延性，框架柱中全部縱向受力鋼筋的配筋百分率不應(yīng)小于教材表10-8中規(guī)定的數(shù)值，同時(shí)每一側(cè)的配筋百分率不應(yīng)小于0.2。③

柱子的箍筋。柱內(nèi)常用箍筋形式如圖所示。鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定（3）框架節(jié)點(diǎn)為保證節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪承載力，使框架梁、柱縱向鋼筋有可靠的錨固條件，對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土應(yīng)進(jìn)行有效地約束。對(duì)于一、二、三級(jí)框架，節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)配箍特征值λV分別不小于0.12、0.10、0.08，其箍筋體積配筋率分別不宜小于0.6%、0.5%和0.4%。（4）填充墻填充墻一般采用輕質(zhì)材料的板材或砌塊組砌。與抗震砌體墻的區(qū)別在于前者不考慮其抗側(cè)力的作用，后者則被用來抵抗水平地震作用。砌體填充墻應(yīng)與柱脫離或采用柔性連接，在平面和豎向的布置上要均勻?qū)ΨQ，避免填充墻不到頂而造成短柱。為防止填充墻的破壞，砌體的砂漿等級(jí)不低于M5，并沿框架全高每隔500mm設(shè)2Φ6拉筋，在設(shè)防烈度為6、7度時(shí)，拉筋伸入墻內(nèi)的長(zhǎng)度不小于墻長(zhǎng)的1/5且不小于700mm，；在設(shè)防烈度為8、9度時(shí)，一般沿墻全長(zhǎng)貫通。當(dāng)墻長(zhǎng)大于5m時(shí)，墻頂與梁應(yīng)有拉接；當(dāng)墻長(zhǎng)超過層高的2倍時(shí)，應(yīng)在墻的中部設(shè)置構(gòu)造柱。當(dāng)墻高超過4m時(shí)，在墻的半高處應(yīng)設(shè)置與柱連接并沿墻全長(zhǎng)貫通的鋼筋混凝土現(xiàn)澆帶。鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定2）抗震墻結(jié)構(gòu)（1）抗震墻結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20。（2）抗震墻的截面尺寸應(yīng)滿足教材中的要求。（3）抗震墻豎向、橫向分布鋼筋的配筋，應(yīng)符合下列要求：一、二、三級(jí)抗震墻的豎向和橫向分布筋最小配筋率均不應(yīng)小于0.25%；四級(jí)抗震墻不應(yīng)小于0.2%；鋼筋間距不應(yīng)大于300mm，直徑不應(yīng)小于8mm?？拐饓ωQ向和橫向分布筋的直徑不應(yīng)大于墻厚的1/10。（4）房屋頂層抗震墻以及矩形平面房屋的樓梯間和電梯間抗震墻，端開間的縱向抗震墻、端山墻的水平和豎向分布鋼筋的最小配筋率不應(yīng)小于0.25%，鋼筋間距不應(yīng)大于200mm，鋼筋直徑不應(yīng)小于8mm且不應(yīng)大于墻肢截面厚度的1/10。（5）抗震墻兩端和洞口兩側(cè)應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件，并應(yīng)符合下列要求：一、二級(jí)抗震墻底部加強(qiáng)部位及相鄰的上一層，應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，但墻肢底截面的軸壓比較小時(shí)可設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。一、二級(jí)抗震墻的其他部位和三、四級(jí)抗震墻均應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件。鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定3）鋼筋混凝土框架—抗震墻結(jié)構(gòu)（1）鋼筋混凝土框架—抗震墻的布置一般情況下，鋼筋混凝土框架—抗震墻布置在豎向載荷較大處、平面形狀變化處、樓梯間和電梯間。考慮到施工時(shí)支模的困難，一般不在抗震縫兩側(cè)同時(shí)設(shè)置抗震墻?？v橫向抗震墻應(yīng)合并布置為L(zhǎng)形、T形、口字形，使縱墻可以作為橫墻的翼緣，或橫墻作為縱墻的翼緣，從而提高其強(qiáng)度和剛度?？拐饓Ρ瓤蚣艿膭偠却蟮亩?，可作為樓板在水平面內(nèi)的支座，因此它們的間距不應(yīng)過大，以防止樓板在自身平面內(nèi)變形過大?？拐饓χg樓（屋）蓋的長(zhǎng)寬比應(yīng)符合要求。（2）抗震墻的構(gòu)造抗震墻的截面厚度應(yīng)符合要求?？拐饓Φ呢Q向和水平分布鋼筋的配筋率，均不應(yīng)小于0.25%，并應(yīng)至少雙排布置。各排分布鋼筋之間設(shè)置拉筋，拉筋直徑不應(yīng)小于6mm，間距不應(yīng)大于600mm。其他構(gòu)造要求同抗震墻結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定10.2.2多層砌體房屋的抗震規(guī)定

1．多層砌體房屋的震害特點(diǎn)墻體的破壞墻角轉(zhuǎn)角處的破壞樓梯間墻體的破壞內(nèi)外墻連接處的破壞樓蓋預(yù)制板的破壞突出屋面的屋頂間等附屬結(jié)構(gòu)的破壞鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定2．抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定1）多層砌體房屋的層數(shù)和高度要求（1）一般情況；（2）醫(yī)院、教學(xué)樓等及橫墻較少的多層砌體房屋和橫墻很少的多層砌體房屋；（3）橫墻較少的多層磚砌體住宅樓。2）多層砌體房屋的最大高寬比限制3）多層砌體房屋抗震墻的間距4）多層砌體房屋的局部尺寸限制為了保證在地震時(shí)，不因局部墻段的首先破壞，而造成整片墻體連續(xù)破壞，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)倒塌，必須對(duì)墻體的局部尺寸加以限制。5）多層砌體房屋的結(jié)構(gòu)布置（1）在平面布置時(shí)，縱橫墻應(yīng)均勻?qū)ΨQ，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)，同時(shí)應(yīng)避免墻體的高度不一致而造成錯(cuò)層；（2）樓梯間不應(yīng)布置在房屋盡端和轉(zhuǎn)角處；（3）煙道、風(fēng)道、垃圾道的設(shè)置不應(yīng)削弱墻體，當(dāng)墻體被削弱時(shí)應(yīng)對(duì)墻體采取加強(qiáng)措施，不應(yīng)采用無豎向配筋的附墻煙囪及出屋面的煙囪；（4）當(dāng)房屋立面高差大于6m、房屋有錯(cuò)層且樓板高差較大、或房屋的結(jié)構(gòu)剛度，質(zhì)量截然不同時(shí)，應(yīng)設(shè)置防震縫，將其劃分為規(guī)則均勻?qū)ΨQ的抗震單元。鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定3．多層砌塊房屋的抗震構(gòu)造措施1）芯柱的設(shè)置多層砌塊房屋應(yīng)按教材表10-16的要求設(shè)置鋼筋混凝土芯柱,對(duì)醫(yī)院、教學(xué)樓等橫墻較少的房屋，應(yīng)根據(jù)房屋增加一層后的層數(shù)，按表中的要求設(shè)置芯柱。2）圈梁的設(shè)置砌塊房屋的現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁應(yīng)按教材表10-17的要求設(shè)置，圈梁寬度不應(yīng)小于190mm，配筋不應(yīng)小于4Φ12，箍筋間距不應(yīng)大于200mm。鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定10.2.3底部框架結(jié)構(gòu)磚房

1．震害特點(diǎn)底部框架結(jié)構(gòu)磚房是指底部為鋼筋混凝土框架或框架-抗震墻結(jié)構(gòu)，上部為多層磚砌體結(jié)構(gòu)的房屋，如圖所示。這種結(jié)構(gòu)形式多用于底層為商店上部為住宅的建筑。歷次地震都證明，底層框架磚房的破壞相當(dāng)嚴(yán)重，破壞部位都發(fā)生在底部框架部分。在唐山地震中，有一棟底層框架磚房，由于底層框架柱的破壞，導(dǎo)致上面幾層直接墜落，造成房屋全部倒塌。鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定底部框架結(jié)構(gòu)磚房底部框架磚房上部縱橫墻較密，它們不僅重量大而且側(cè)向剛度比下部框架大得多，形成下柔上剛的結(jié)構(gòu)體系。這種剛度的突變，使得房屋側(cè)向變形集中于薄弱的底層，超過了底層的極限變形值，從而導(dǎo)致房屋的破壞。鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)及底部框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震規(guī)定2．抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定底部框架結(jié)構(gòu)磚房的結(jié)構(gòu)布置，應(yīng)符合下列要求：（1）上部的砌體抗震墻與底部的框架或抗震墻應(yīng)對(duì)齊或基本對(duì)齊。（2）房屋的底部應(yīng)沿縱橫兩個(gè)方向設(shè)置一定數(shù)量的抗震墻，并應(yīng)均勻?qū)ΨQ布置或基本均勻?qū)ΨQ布置。當(dāng)設(shè)防烈度為6、7度且總層數(shù)不超過五層的底部框架-抗震墻房屋，應(yīng)允許采用嵌砌于框架之間的砌體抗震墻，但應(yīng)計(jì)入砌體墻對(duì)框架的附加軸力和附加剪力；其余情況應(yīng)采用鋼筋混凝土抗震墻。（3）底層框架結(jié)構(gòu)磚房的縱橫兩個(gè)方向，當(dāng)設(shè)防烈度為6、7度時(shí)，第二層與底層側(cè)向剛度的比值不應(yīng)大于2.5；當(dāng)設(shè)防烈度為8度時(shí)，第二層與底層側(cè)向剛度的比值不應(yīng)大于2.0，且均不應(yīng)小于1.0。（4）底部?jī)蓪咏Y(jié)構(gòu)磚房的縱橫兩