5、钢筋砼框架结构房屋抗震设计 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 震害特点 结构选型与布置 钢筋砼框架房屋抗震验算 钢筋砼框架房屋抗震构造措施 框架结构抗震设计实例 本章学习目标 了解钢筋砼框架结构房屋的震害特点 熟悉钢筋砼结构房屋的选型与布置原则 能正确划分结构的抗震等级 掌握钢筋砼框架结构房屋的抗震验算方 法及构造措施 钢筋砼房屋抗震设计 抗震结构设计 5.1 概述 多层和高层钢筋混凝土结构体系包括： 框架结构、框架-抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构 和框架-筒体结构等。 钢筋混凝土框架房屋：由钢筋混凝土纵梁、横梁和柱等 构件组成承重体系的房屋。 钢筋混凝土框架房屋层数一般在十层以下,它平面布置灵 活,提供较大空间,但抗侧刚度较差。 框架-抗震墙结构：在框架房屋中增加抗震墙构成。 抗震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。 抗震墙 框架-抗震墙 框架房屋 5.1.1 钢筋砼框架结构的震害 破坏的主要部位是：梁柱连接处 熟记 破坏集中于柱上、下端和梁两端以及节点区。 震害特点：柱的震害重于梁，角柱的 震害重于内柱，短柱的震害重于一般 柱，不规则的结构震害加重，砌体填 充墙容易破坏。 钢筋砼房屋抗震设计 一、框架柱的震害 梁柱变形能力不足，构件过早发生 破坏。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。 1、柱顶 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，纵筋压曲成灯笼状。 主要原因：节点处弯矩、剪力、轴 力都较大，受力复杂，箍筋配置不足， 锚固不好等。 破坏不易修复。 框架柱破坏状况 柱 端 钢筋砼房屋抗震设计 2、柱底 与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。 钢筋砼房屋抗震设计 ３、 柱 身 出 现 交 叉 斜 裂 缝 箍 筋 少 、 构 造 处 理 不 当 4、角柱 由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。 钢筋砼房屋抗震设计 电梯井 角 柱 破 坏 电梯井 角柱倒塌 ５、短柱 当柱高小于4倍柱截面高度（H/b 短柱刚度大，易产生剪切破坏。 钢筋砼房屋抗震设计 短柱破坏 钢筋弯钩角度不够 二、框架梁的震害 震害多在梁端，为剪切破坏 梁端斜裂缝:由于梁端箍筋间距过大或直径 过细,斜截面受剪承载力不足。 梁端竖向裂缝:由于水平地震往复作用,梁端 出现正负弯距,纵向钢筋屈服，出现上下贯 通的垂直裂缝和交叉斜裂缝。 原因：梁端屈服后产生的剪力较大，超过 梁的受剪能力，梁内箍筋配置较稀，以及 反复荷载作用下混凝土抗剪强度降低等因 素引起的。 钢筋砼房屋抗震设计 三、梁柱节点 （1）节点核心区产生对角方向的斜裂缝或交 叉斜裂缝，节点受弯承载力不足，混凝土剪碎 剥落， （2）柱纵向筋压曲外鼓。节点内箍筋很少或 没有放置箍筋时，约束混凝土太少。 （3）梁筋锚固破坏。锚固长度不足及施工质 量引起，从节点内拔出，将混凝土拉裂。 （4）装配式框架构件连接处易发生脆断，剖 口焊接钢筋处易拉断，焊接处后浇混凝土开裂 钢筋砼房屋抗震设计 16 或散落。 5.1.2、填充墙的震害 砌体填充墙刚度大而 承载力低，首先承受地震 作用而遭破坏。一般7度 即出现裂缝，8度和8度以 上地震作用下，裂缝明显 增加，甚至部分倒塌，一 般是上轻下重，空心砌体 墙重于实心砌体墙，砌块 墙重于砖墙。 框架-剪力墙结构上部 较严重，框架结构下部震害 严重。 填充墙破坏的主要原因是：墙体受剪承载 力低，变形能力小，墙体与框架缺乏有效的拉 结，在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。 钢筋砼房屋抗震设计 抗震墙的震害 在强震作用下，抗震墙的震害主要表现在墙肢之间连 梁的剪切破坏。主要是由于连梁跨度小，高度大形成深梁， 在反复荷载作用下形成X型剪切裂缝，为剪切型脆性破坏， 尤其是在房屋1/3高度处的连梁破坏更为明显。 其他 1、伸缩缝宽度太小，地震时发生碰撞造成震害。 如：天津友谊宾馆，东西段之间设有15cm抗震缝， 在唐山地震时，防震缝处不少面积因碰撞而掉落。 2、建造在软弱地基上的高柔建筑物，因Tg=T1发生共 振，烈度不高但其破坏的例子屡见不鲜。 如：1976年委内瑞拉发生6.5级地震，距震中56km的 加拉加斯冲积场地上有4幢10至12层钢筋混凝土框 架结构公寓倒塌。 1976年唐山发生7.8级地震，距震中70km的天津塘沽 地区，地质条件为淤泥粘土层的天津碱厂蒸发塔 工程，高55m的框架结构，7层以上部分倒塌。 3、建造在软弱地基上或液化土层上的框架结构，在 地震时常因地基不均匀沉陷使上部结构倾斜甚至 倒塌。 抗震结构设计 5.2 结构选型与布置 5.2.1 结构体系的选择： 根据建筑的高度、高宽比、建筑使用功能及建筑所在的场 地条件、抗震设防烈度等要求，合理地选择结构体系。 5.2.1.1 房屋适用的最大高度 结构 类型 烈 度 框架 框架抗震墙 抗震墙 5.2.1.2 房屋适用的最大高宽比 为保证房屋在地震作用下有足够的抗侧刚 度和整体稳定性 结构 类型 框架 烈 度 钢筋砼房屋抗震设计 5.2.2、结构的抗震等级 地震作用下，钢筋混凝土结构的地震反应有下列特点： 1、地震作用越大，房屋的抗震要求越高； 地震作用与烈度、场地等有关，从经济角度考虑，对 不同烈度、场地的结构的抗震要求可以有明显的差别。 2、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能； 主、次抗侧力构件的抗震要求应有差别。 3、房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。 抗震等级是确定结构构件抗震计算和抗震措施的标准。 根据设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及构件在 结构中的重要程度确定，共分四个等级，一级最高。 抗震等级与结构类型、烈度有关，见表5.３查用。 表5-3 现浇钢筋砼房屋抗震等级 结 构 类 型 框 架 烈 高度/m ≤30 >30 ≤30 >30 ≤30 >30 ≤25 框架 四 三 三 二 二 一 一 剧场.. 框架- 高度/m 抗震 框架 墙 抗震墙 度 三 二 一 一 ≤60 >60 ≤60 >60 ≤60 >60 ≤50 四 三 三 二 二 一 一 一 一 一 三 二 钢筋砼房屋抗震设计 5.2.2
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5、钢筋砼框架结构房屋抗震设计 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 震害特点 结构选型与布置 钢筋砼框架房屋抗震验算 钢筋砼框架房屋抗震构造措施 框架结构抗震设计实例 本章学习目标 了解钢筋砼框架结构房屋的震害特点 熟悉钢筋砼结构房屋的选型与布置原则 能正确划分结构的抗震等级 掌握钢筋砼框架结构房屋的抗震验算方 法及构造措施 2 钢筋砼房屋抗震设计 抗震结构设计 5.1 概述 多层和高层钢筋混凝土结构体系包括： 框架结构、框架-抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构 和框架-筒体结构等。 钢筋混凝土框架房屋：由钢筋混凝土纵梁、横梁和柱等 构件组成承重体系的房屋。 钢筋混凝土框架房屋层数一般在十层以下,它平面布置灵 活,提供较大空间,但抗侧刚度较差。 框架-抗震墙结构：在框架房屋中增加抗震墙构成。 抗震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。 抗震墙 框架-抗震墙 框架房屋 5.1.1 钢筋砼框架结构的震害 破坏的主要部位是：梁柱连接处 熟记 破坏集中于柱上、下端和梁两端以及节点区。 震害特点：柱的震害重于梁，角柱的 震害重于内柱，短柱的震害重于一般 柱，不规则的结构震害加重，砌体填 充墙容易破坏。 5 钢筋砼房屋抗震设计 一、框架柱的震害 梁柱变形能力不足，构件过早发生 破坏。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。 1、柱顶 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，纵筋压曲成灯笼状。 主要原因：节点处弯矩、剪力、轴 力都较大，受力复杂，箍筋配置不足， 锚固不好等。 破坏不易修复。 框架柱破坏状况 柱 端 7 钢筋砼房屋抗震设计 2、柱底 与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。 8 钢筋砼房屋抗震设计 ３、 柱 身 出 现 交 叉 斜 裂 缝 箍 筋 少 、 构 造 处 理 不 当 4、角柱 由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。 10 钢筋砼房屋抗震设计 电梯井 角 柱 破 坏 电梯井 角柱倒塌 ５、短柱 当柱高小于4倍柱截面高度（H/b<4)时形成短柱。 短柱刚度大，易产生剪切破坏。 12 钢筋砼房屋抗震设计 短柱破坏 钢筋弯钩角度不够 二、框架梁的震害 震害多在梁端，为剪切破坏 梁端斜裂缝:由于梁端箍筋间距过大或直径 过细,斜截面受剪承载力不足。 梁端竖向裂缝:由于水平地震往复作用,梁端 出现正负弯距,纵向钢筋屈服，出现上下贯 通的垂直裂缝和交叉斜裂缝。 原因：梁端屈服后产生的剪力较大，超过 梁的受剪能力，梁内箍筋配置较稀，以及 反复荷载作用下混凝土抗剪强度降低等因 素引起的。 15 钢筋砼房屋抗震设计 三、梁柱节点 （1）节点核心区产生对角方向的斜裂缝或交 叉斜裂缝，节点受弯承载力不足，混凝土剪碎 剥落， （2）柱纵向筋压曲外鼓。节点内箍筋很少或 没有放置箍筋时，约束混凝土太少。 （3）梁筋锚固破坏。锚固长度不足及施工质 量引起，从节点内拔出，将混凝土拉裂。 （4）装配式框架构件连接处易发生脆断，剖 口焊接钢筋处易拉断，焊接处后浇混凝土开裂 钢筋砼房屋抗震设计 16 或散落。 5.1.2、填充墙的震害 砌体填充墙刚度大而 承载力低，首先承受地震 作用而遭破坏。一般7度 即出现裂缝，8度和8度以 上地震作用下，裂缝明显 增加，甚至部分倒塌，一 般是上轻下重，空心砌体 墙重于实心砌体墙，砌块 墙重于砖墙。 框架-剪力墙结构上部 较严重，框架结构下部震害 严重。 填充墙破坏的主要原因是：墙体受剪承载 力低，变形能力小，墙体与框架缺乏有效的拉 结，在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。 18 钢筋砼房屋抗震设计 抗震墙的震害 在强震作用下，抗震墙的震害主要表现在墙肢之间连 梁的剪切破坏。主要是由于连梁跨度小，高度大形成深梁， 在反复荷载作用下形成X型剪切裂缝，为剪切型脆性破坏， 尤其是在房屋1/3高度处的连梁破坏更为明显。 其他 1、伸缩缝宽度太小，地震时发生碰撞造成震害。 如：天津友谊宾馆，东西段之间设有15cm抗震缝， 在唐山地震时，防震缝处不少面积因碰撞而掉落。 2、建造在软弱地基上的高柔建筑物，因Tg=T1发生共 振，烈度不高但其破坏的例子屡见不鲜。 如：1976年委内瑞拉发生6.5级地震，距震中56km的 加拉加斯冲积场地上有4幢10至12层钢筋混凝土框 架结构公寓倒塌。 1976年唐山发生7.8级地震，距震中70km的天津塘沽 地区，地质条件为淤泥粘土层的天津碱厂蒸发塔 工程，高55m的框架结构，7层以上部分倒塌。 3、建造在软弱地基上或液化土层上的框架结构，在 地震时常因地基不均匀沉陷使上部结构倾斜甚至 倒塌。 抗震结构设计 5.2 结构选型与布置 5.2.1 结构体系的选择： 根据建筑的高度、高宽比、建筑使用功能及建筑所在的场 地条件、抗震设防烈度等要求，合理地选择结构体系。 5.2.1.1 房屋适用的最大高度 结构 类型 烈 度 6 7 8 9 框架 60 55 45 25 框架抗震墙 130 120 100 50 抗震墙 140 120 100 60 5.2.1.2 房屋适用的最大高宽比 为保证房屋在地震作用下有足够的抗侧刚 度和整体稳定性 结构 类型 框架 22 烈 度 6 7 8 9 4 4 3 2 钢筋砼房屋抗震设计 5.2.2、结构的抗震等级 地震作用下，钢筋混凝土结构的地震反应有下列特点： 1、地震作用越大，房屋的抗震要求越高； 地震作用与烈度、场地等有关，从经济角度考虑，对 不同烈度、场地的结构的抗震要求可以有明显的差别。 2、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能； 主、次抗侧力构件的抗震要求应有差别。 3、房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。 抗震等级是确定结构构件抗震计算和抗震措施的标准。 根据设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及构件在 结构中的重要程度确定，共分四个等级，一级最高。 抗震等级与结构类型、烈度有关，见表5.３查用。 表5-3 现浇钢筋砼房屋抗震等级 结 构 类 型 框 架 烈 6 7 8 9 高度/m ≤30 >30 ≤30 >30 ≤30 >30 ≤25 框架 四 三 三 二 二 一 一 剧场.. 框架- 高度/m 抗震 框架 墙 抗震墙 24 度 三 二 一 一 ≤60 >60 ≤60 >60 ≤60 >60 ≤50 四 三 三 二 二 一 一 一 一 一 三 二 钢筋砼房屋抗震设计 5.2.2 钢筋砼房屋抗震等级 (1)丙类建筑抗震等级应按表5-3确定；其它设 防类别的建筑应按规定调整设防烈度后再按 表5-3确定抗震等级。 (2)框架—抗震墙结构，若框架部分承受的地 震倾复力矩大于结构总地震倾复力矩的50%, 其框架部分的抗震等级应按框架结构确定,最 大适用高度可比框架结构适当增加. (3)裙房与主楼相连… (4)当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位 时… 25 钢筋砼房屋抗震设计 5.2.3 框架结构布置 1. 规则的建筑结构 在平面布置方面：尽可能满足局部突出的尺 寸不过大；楼电梯间不偏置；楼盖的局部开 洞不过大；主要的抗侧力结构和质量在平面 内分布基本对称均匀；避免轴线斜交 26 钢筋砼房屋抗震设计 B L B B l b L 27 b L B B B L b L b b B B l 平 面 形 状 的 要 求 l B l l b 设防 烈度 6、7度 l/B l/Bmax l/b l’/Bmax ≤6 ≤5 ≤2 ≥1 8、9度 ≤5 ≤4 ≤ 1.5 ≥1 钢筋砼房屋抗震设计 5.2.3 框架结构布置 在竖向布置方面： 尽可能满足突出屋面 的建筑局部缩进的尺 寸不过大；框架柱等 抗侧力结构构件上下 连续;相邻层的质量, 刚度和承载力无突变; 避免抽柱及错层等要 求. 28 钢筋砼房屋抗震设计 2、承重框架的布置 适用范围： 10层以下住宅、办公及各类公共建筑与工业建筑。有方格 式及内廊式两类. ①宜双向设置承重框架 ②楼梯间、电梯间不宜设置在结构单元的两端及拐角处。 ③梁中线与柱中线宜对齐,偏心距不宜大于1/4柱宽。 ④房屋纵横两个方向的抗侧刚度宜接近。 框架—抗震墙结构布置 适用范围：10～20层的房屋。 ①抗震墙在结构平面的布置应对称均匀。 ②抗震墙应沿结构纵横设置，且纵横向抗震墙宜相 互俩联合成T形、L形、十字形等刚度较大的截面， 以提高抗震墙的利用效率。 30 钢筋砼房屋抗震设计 框架—抗震墙结构布置 ③抗震墙与柱中线宜重合，当不能重合时，柱中线 与抗震墙中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4。 ④抗震墙应尽可能靠近房屋的端部，但不宜布置在 外墙。 ⑤抗震墙应设置在墙面不需要开大洞的位置，开洞 口时应上下对齐，抗震等级为一、二级的联肢墙 的洞口不应采用弱连系梁。 ⑥抗震墙宜贯通全高，沿竖向截面不宜有较大突变， 以保证结构竖向的刚度基本均匀。 31 钢筋砼房屋抗震设计 5.2.3.3 防震缝的布置 (1)尽可能不设 (2)缝宽应满足防震缝的宽度要求 (３)框架结构防震缝的宽度不小于70mm．当房 屋高度超过15m时， 6度、７度、 ８度和９度相 应每增加高度5m 、 4m 、3m 、 2m，宜加宽 20mm 框架结构防震缝的宽度 6 宽度／mm 4H+10 设防烈度 32 7 5H-5 8 7H-35 钢筋砼房屋抗震设计 9 10H-80 5.2.3.4 基础系梁布置 单独柱基有下列情况之一时，宜沿两个主轴 方向设置基础系梁： (1)一级抗震等级的框架和Ⅳ类场地的二级抗震 等级的框架。 (2)各柱基承受的重力荷载代表值差别较大。 (3)基础埋置较深，或各基础埋置深度差别较大 (4)地基主要受力层范围内存在软弱粘土层、液 化土层和严重不均匀土层。 (5)桩基承台之间。 33 钢筋砼房屋抗震设计 5.2.3.5 框架结构布置的其它 问题 （1）楼、电梯间不宜设置在房屋的两端或凹 角处。 （2）砌体填充墙宜采取措施减少其对结构产 生的不利影响。在平面和竖向的布置宜均匀 对称，避免形成薄弱层和短柱等现象。 （3）应尽量避免夹层、错层以及不适当地设 置梁使框架柱形成短柱现象。 （4）地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时， 应避免在地下室顶板开设大洞口。 34 钢筋砼房屋抗震设计 5.3 钢筋砼框架结构房屋抗震验算 5.3.1 框架结构抗震设计步骤 确定结构方案与结构布置 抗震构造措施处理 初选梁柱截面及材料强度等级 截面抗震验算，框架梁柱配筋计算 计算各层荷载、总重及刚度计算周期 内力分析及内力组合 计算多遇地震烈度下的结构弹性地震作用 35 多遇烈度地震作用下结构层间弹性变形验算 钢筋砼房屋抗震设计 抗震结构设计 5.3.2 水平地震作用及其分配 5.3.2.1 计算单元选取 (1)计算水平风荷载和竖向荷载，一般取若干榀有 代表性的典型框架进行计算，可不考虑空间工作 影响，按平面框架计算。 (2)计算水平地震作用，原则上应以防震缝之间的 区段为计算单元…。 (3)规则建筑结构，可简化按单榀框架为计算单元。 5.3.2.2结构基本自掁周期－－能量法（P.44） T1 2 T 2 G u i i / Gi ui 5.3.2.3 地震作用及其分配 按底部剪力法计算， FEK 1Geq 步骤为： Gi H i Fi n FEK (1 n ) (1)求结构计算单元的总 水平地震作用 GjH j i 1 (2)求各质点的水平地震 n 作用 Vi Fi j i (3)求楼层地震剪力标准 值 n D (4)将Vi分配给各榀典型 V ij V D Dij i ij i 框架的各根柱 Di j i 37 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.3 框架内力分析 5.3.3.1 水平地震作用 下的内力计算—D值法 (1)计算柱的抗侧刚度 ic Ec I c / h 12ic Dij c 2 h (2)计算楼层总抗侧刚度 Di 38 n D j i ij 钢筋砼房屋抗震设计 节点转动影响系数αc 39 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.3 框架内力分析 60.4 (3)计算第i层第j根柱所分 配的剪力 (4)计算各柱反弯点高度 位置 (5)求柱端弯矩 Vij Dij Di 89.66 89.66 120.81 89.66 64.9 140.94 136.52 201.45 183 64.93 98.85 140.94 201.45 205.31 121.07 197.9 183 205.3 318.97 241.88 136.52 318.97 183 121 Vi yh ( y0 y1 y2 y3 )h 40 89.66 278.18 241.88 图7－7 左震时的框架弯距图 (单位 KNm) 钢筋砼房屋抗震设计 197.9 5.3.3.2 水平风荷载作用下的 内力计算 步骤方法同上,但确定标准反弯点高度 y0时,水平风荷载按均布荷载考虑. 41 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.3.3 竖向荷载作用下的 内力计算—弯距二次分配法 上柱 下柱 右梁 0 0.417 0.583 A3 49.14 -117.83 68.69 34.35 B3 56.5 -5.26 -7.36 56.5 -56.5 0.294 A2 25.23 25.23 24.57 13.56 -11.21 -11.21 38.59 27.58 0.316 0.242 A1 -3.68 148.5 66.21(52.92) 0.411 27.58 -85.81 85.81 35.27 17.64 -15.67 -7.84 -66.21 95.61(74.89) 38.6 81.33 B2 413.47 684.81 74.69 53.46(42.77) 17.72 101.99(81.59) 83.89 35.75 714.42 990.88 0.442 72.13 73.62 85.81 20.77 37.93 18.97 -3.99 -3.05 -5.58 35.75 17.72 -53.46 238.3 408 71.08 95.61 -85.81 27.21 208.69 96 104.33 12.62 0.294 148.5 (118.8) 118.24 383.86 56.5 (45.44) 117.83 437.58 604.7 B1 12.62 A0 42 -2.79 101.99 8.86 8.86 1029.66 图7－10 恒载作用下框架的弯距、剪力、轴力图 (单位 KNm、KN) 图7－9 恒载作用下杆端弯距计算 钢筋砼房屋抗震设计 643.47 5.3.3.3 竖向荷载作用下的 内力计算 梁端弯矩调幅:在竖向荷载作用下宜考虑梁 端塑性内力重分布.对于现浇钢筋混凝土框 架结构可取调幅系数0.8~0.9 43 钢筋砼房屋抗震设计 注 为了保证梁的安全,调 幅后的跨中弯矩须满 足以下条件: (M为按简支梁计算该 梁的跨中弯矩) 意 1 M i M j M 0' M 2 1 ' M0 M 2 塑性调幅是对竖向荷载作用下的内力进行调整,因此要 在组合前进行,然后和水平荷载作用下的内力进行组合. 44 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.4 内力组合 5.3.4.1 控制截面及最不利的内力组合 (1)梁的控制截面—梁端及跨中截面 最不利的内力是: 跨中:+Mmax和 –Mmax; 梁端: –Mmax及可能出现的:+Mmax; Vmax 45 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.4 内力组合 (2)柱的控制截面—柱上端,柱下端 最不利的内力是: Mmax及相应的N; Nmax及相应的M; Nmin及相应的M; Vmax及相应的M. 46 钢筋砼房屋抗震设计 小偏心 界限 大偏心 5.3.4.2 楼面活荷载的布置 (1)最不利可变荷载位置法 (2)逐跨施荷法 (3)满布荷载法 47 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.4.3 内力组合 (1)不考虑地震作用（取下列三种荷载组合中最不利者） ①永久荷载+可变荷载 S=1.35SGK+1.4SLK ②永久荷载+风荷载 S=1.2SGK+1.4SWK ③永久荷载+可变荷载+风荷载 S=1.2SGK+0.9(1.4SLK+1.4SWK) 48 1.1~1.3为按满布荷载法计算时,跨中弯距放大系数 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.4.3 内力组合 (2)考虑地震作用 S=1.2SGE+1.3SEK 对于多层框架可不考 虑风荷载的影响 49 钢筋砼房屋抗震设计 E Ee 5.3.5 内力调整 Ey B A C E O δy δ δ e u 延性框架－－框架承载能力无明显降低（不低于其极 限承载力的85%）的前提下，结构发生非弹性变形的 能力。 对于地震区的建筑来说，提高结构延性是增强结构抗 倒塌能力，并使抗震设计做到经济合理的重要途径之 一。 工程设计中，将结构的极限变形δu与结构的屈服变形 δy比值称为结构的延性系数。 钢筋混凝土框架结构的变形能力与框架的破坏机制密 切相关。设计时应尽量做到“强柱弱梁、强剪弱弯、 强节点弱杆件” 50 钢筋砼房屋抗震设计 δ 1、强柱弱梁要求 两种破坏形式 强梁弱柱型 强柱弱梁型 为了实现强柱弱梁型框架，使塑性铰首先在梁 中出现，同一节点柱的抗弯能力要大于梁的抗弯能 力，因此，柱端弯距设计值应于调整。 51 钢筋砼房屋抗震设计 (1)一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱 轴压比小于0.15者,柱端弯距设计值应符合下式要求： M 一级框架、9度时 M M M 52 c M b c 1.2 Mbua c ---节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和; b ---节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和； bua c M c ---节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积（考 虑受压筋）和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩 值之和； ---柱端弯矩增大系数，一级为1.4,二级为1.2,三级为1.1。 钢筋砼房屋抗震设计 1、强柱弱梁要 求 (2)为了不使框架底层柱过早出现塑性铰， 规范规定：一、二、三级框架底层柱底截面 组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数1.5、 1.25、1.15。 为了防止框架底层柱下端过早出现塑性铰， 底层柱纵向钢筋宜按上下端的不利情况配置。 53 钢筋砼房屋抗震设计 2 、 强剪弱弯的要求 为保证梁、柱的延性,要求梁、柱在塑性铰区的抗 剪能力大于抗弯能力 ,不至于过早出现剪切破坏 (1)一、二、三级框架梁的梁端截面组合的剪 力设计值应按下式调整: M bl M br V Vb VGB ln ---梁的净跨； VGb ---梁在重力荷载代表值（9度时高层建筑还应包括竖向地震作用标 准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值； M bl、M br-分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值 ln Vb 54 ---梁端剪力增大系数，一级为1.3,二级为1.2,三级为1.1。 钢筋砼房屋抗震设计 （2）一、二、三级框架柱剪力设计值 柱的抗剪强度要高于它的抗弯强度 V Vc M ct M cb Hn 9度和一级框架结构尚应符合： t b M cua M cua V 1.2 Hn Hn ---柱的净高； M ct、M cb --分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向正截面 组合的弯矩设计值; t b M cua 、M cua ---分别为柱上、下端逆时针或顺时针方向根据实配钢 筋面积(考虑受压筋)和材料强度标准值计算的抗弯承 载力所对应的弯距值； Vc ---柱的剪力增大系数，一级为1.4,二级为1.2,三级 （3）梁柱截面的组合剪力设计值 V fc h0 b RE ①跨高比大于2.5的梁 和剪跨比大于2的柱 V ②剪跨比不大于2的柱： V ---梁端部截面组合的剪力设计值； ---混凝土轴心抗压强度设计值； ---梁的截面有效高度； ---梁的截面宽度； ---承载力抗震调整系数。 1 RE 1 RE (0.2 c f c bh0 ) (0.15 c f c bh0 ) M /(V h0 ) c c βc---砼强度影响系数，当砼强度等级不超过C50时，取βc＝1.0； C80时取βc＝0.8；介于C50和C80之间时取其内插值 。 56 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.5.3 角柱要求 一、二、三级框架结构的角柱，按上 述调整后的组合弯距、剪力设计值尚 应乘以不小于1.1的增大系数。 57 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.5.4 强节点弱杆件要求 框架节点破坏的主要形式是节点核心区 剪切破坏和钢筋锚固破坏。 为了保证节点的破坏不发生在梁、柱破 坏之前，应使节点的抗剪能力大于梁柱 引起的节点剪力。 一级、二级框架节点应进行抗震验算； 三级、四级框架节点可不进行抗震验算， 但应符合抗震构造措施的要求。 58 钢筋砼房屋抗震设计 节点核芯区抗剪承载力的验算 一、二级框架梁柱节点 核芯区组合的剪力设计值 Vj 59 jb M b hb 0 hb 0 as 1 as H c hb 钢筋砼房屋抗震设计 9度和一级框架尚应符合 1.15 M bua Vj hb 0 as hb 0 as 1 H h c b hb 0 ---梁截面有效高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值； as ---梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离； H c ---柱的计算高度，可采用节点上下柱反弯点之间的距离； hb ---梁的截面高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值； jb ---节点剪力增大系数，一级取1.35,二级取1.2。 M ---节点左右梁端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值之和； M ---节点左右梁端纵向受拉钢筋实际配筋面积（考虑受压筋）和 b bua 材料强度标准值计算的受弯承载力所对应的弯矩值之和。 60 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.6 框架杆件抗震承载力验算 静力作用 0S R 地震作用 S R / RE 61 RE S R 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.6.1 框架梁抗震承载力验算 （1）梁正截面受弯承载力验算 M 1 RE f y As h0 as' 为使截面有足够的变形能力，计入受压钢筋 作用的梁端混凝土受压区高度应符合下列要求： 一级 x 0.25h0 二级、三级 x 0.35h0 x----计入受压钢筋作用的梁端混凝土受压区高度； h0---梁截面的有效高度。 梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5% 62 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.6.1 框架梁抗震承载力验算 （2）梁斜截面受剪承载力 框架梁受剪截面尺寸 V 1 RE (0.2 c f c bh0 ) Asv 1 h0 0.42 f t bh0 1.25 f yv 框架梁抗震受剪承载力 Vb RE s 对集中荷载作用下的框架梁 （包括多种荷载，且其中集中 荷载对节点边缘产生的剪力值 占总剪力的75%以上），其斜 截面抗震受剪承载力 63 Asv 1 1.05 Vb f t bh0 f yv h0 RE 1 s 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.6.2 框架柱抗震承载力验算 （1）柱抗震正截面受弯承载力验算 （2）斜截面抗震受剪承载力验算 框架柱受剪截面尺寸应符合公式（5-14、5-15）要求 框架柱斜截面受剪承载力 Asv 1 1.05 V f t bh0 f yv h0 0.056N RE 1 s 当框架柱出现拉力时， Asv 1 1.05 V f t bh0 f yv h0 0.2 N 其斜截面受剪承载力 RE 1 s 64 Asv 公式右边应 f yv h0 0.36 f t bh0 钢筋砼房屋抗震设计 s 5.3.7 框架的节点设计 框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切 破坏和钢筋锚固破坏。 节点主要受剪力和压力的组合作用，节点核心 区未开裂前，箍筋应力很小，基本上是混凝土承受 剪力。约当剪力达到核心区极限抗剪能力60～70%时， 混凝土突然发生对角贯通裂缝，节点刚度明显降低， 箍筋应力也突然增大，个别甚至屈服，此后斜裂缝 增多赠宽，箍筋陆续达到屈服。 直交梁对节点核心区有明显约束作用。满足一定条 件的四边有梁的节点，核心区混凝土抗剪强度可提 高50～100%。 钢筋砼房屋抗震设计 65 5.3.7 节点核芯区抗剪承载力的 验算 5.3.7.1 核心区截面有 效验算宽度 （1）当验算方向的梁截 面宽度不小于该侧柱截 面宽度的1/2时，可采用 该侧柱截面宽度； b j bc b j bb 0.5hc 当小于该侧柱截面宽度 的1/2时，可采用下列二 者的较小值： 66 b j bc 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.7 节点核芯区抗剪承载力的 验算 5.3.7.1 核心区截面有 效验算宽度 （2）当梁、柱的中线不 重合且偏心距不大于柱宽 的1/4时，核芯区截面有效 验算宽度可采用上式和下 式计算结果的较小值： b j 0.5bb bc 0.25hc e 67 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.7.2 节点核芯区的 截面抗震验算 （1）节点核芯区组合的剪力设计值应符合 Vj 1 RE 0.3 j f cb j h j ηj—正交梁的约束影响系数； hj—节点核芯区截面高度，可采用验算方向的 柱截面高度； γRE—承载力抗震调整系数，可采用0.85 68 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.7.2 节点核芯区的 截面抗震验算 （2）节点核芯区截面抗震承载力的验算 一、二级框架： bj hb 0 a s 1 Vj 1 . 1 f b h 0 . 05 N f A j c j j j yv svj RE bc s 9度时 hb 0 a s 1 Vj 0.9 j f c b j h j f yv Asvj RE s 三、四级框架节点核心区可不进行抗震验算，但应符 合构造措施的要求。 69 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.8 框架抗震变形验算 5.3.8.1 框架结构弹性位移近似计算 框架在水平荷载作用下，其侧移由两部 分变形组成：总体剪切变形和总体弯曲变形。 70 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.8.1 框架结构弹性位移近似计算 （1）层间位移计算 Vi ui Dij （2）顶点位移计算 n u ui i 1 71 钢筋砼房屋抗震设计 5.3.8.2 多遇地震作用下 层间弹性位移验算 楼层最大的弹性层间位移应符合 ue e h 5.3.8.3 罕遇地震作用下 层间弹性位移验算 薄弱层（部位）弹塑性层间位移 应符合 u p p h 72 钢筋砼房屋抗震设计 抗震结构设计 5.4 钢筋砼框架结构房屋 抗震构造措施 5.4.1 一般规定 5.4.1.1纵向受力钢筋的锚固和连接 （1）纵向受力钢筋的最小锚固 熟记 一、二级： laE 1.15la 三级： laE 1.05la 四级： laE 1.0la 纵向受力钢筋的锚固长度， 普通钢筋为： la fy ft d 对于HRB335、HRB400和RRB400级钢筋，当其直径大 于25mm或采用环氧树脂涂层时，锚固长度应分别乘 1.1或1.25 5.4.1.1纵向受力钢筋的锚固和连接 （2）钢筋混凝土结构构件的纵向受力钢筋的连接 接头规定： ①钢筋砼结构构件的纵向受力钢筋的连接有两类： 绑扎搭接；机械连接或焊接 ②受力钢筋连接接头位置宜设在受力较小处，且 避开梁端、柱端箍筋加密区 ③同一连接区段内的受力钢筋接头面积百分率： 对梁、板、墙类构件，不宜大于25%；对于柱类 构件，不宜大于50%。… ④同一构件中相邻钢筋绑扎搭接接头宜互相错开。 74 钢筋砼房屋抗震设计 llE 0.3llE 1.3llE （3）搭接长度计算： llE laE 受拉钢筋搭接长度修正系数ζn 同一连接区段内搭接钢 筋面积百分率（%） 搭接长度修正系数ζ 75 ≤25 50 100 1.2 1.4 1.6 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.1.2 箍筋的要求 （1）箍筋的末端应做成1350弯钩，弯钩端头平 直段长度不应小于箍筋直径的10倍 （2）在纵向受力钢筋搭接长度范围内的箍筋间 距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应 大于100mm 5.4.1.3 混凝土和钢筋的要求 混凝土和钢筋的要求按1.3.4.4“材料和施工”的 规定（P.18） 76 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.2 梁的抗震构造措施 5.4.2.1 梁的截面尺寸 （1）截面宽度不宜小于200mm （2）截面高宽比不宜大于4 （3）为避免发生剪切破坏，梁净跨与截面高 度之比不宜小于4 。 采用扁梁时，楼盖应现浇， 梁中线宜与柱中线重合； 当梁宽大于柱宽时，扁梁应 双向布置；扁梁的截面尺寸， 宜符合： 77 bb 2bc bb bc hb hb 16d 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.2.2 梁的纵向钢筋配置 （1）当梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于 2.5%，且计入受压钢筋的梁端砼受压区x/h0， 一级≤0.25，二、三级≤0.35。 （2）梁端截面AS‘/AS，一级≥0. 5，二、三级 ≥0.35。 （3）沿梁全长顶面和底面配筋，一、二级 ≥2Ø14，且…，三、四级不应少于2Ø12。 （4）一、二级框架梁内贯通中柱的每根纵向 钢筋直径，对于矩形截面柱，不宜大于柱在该 方向截面尺寸的1/20；圆形截面柱，不宜大于 纵向钢筋所在位置柱截面弦长的1/20。 78 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.2.2 梁的纵向钢筋配置 （5）纵向受拉钢筋的配筋率 抗震 等级 梁 支 中 位 座 置 跨 中 一级 0.4和80ft/fy的较大值 0.3和65ft/fy的较大值 二级 0.3和65ft/fy的较大值 0.25和55ft/fy的较大值 三、四 级 0.25和55ft/fy的较大值 0.2和45ft/fy的较大值 79 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.2.3 梁的箍筋构造要求 (1)梁端加密区箍筋的配置要求（避免剪切破坏） ①梁端箍筋加密区长度、箍筋最大间距和箍筋最小直径 抗震 等级 箍筋加密区长度 （采用较大者） /mm 箍筋最大间距 （采用较小者） /mm 箍筋最小直径 /mm 一 2hb，500 hb/4，6d，100 10 hb/4，8d，100 8 hb/4，8d，150 8 hb/4，8d，150 6 二 三 四 1.5hb，500 5.4.2.3 梁的箍筋构造要求 ②梁加密区箍筋肢距，一级不宜大于200mm和20倍 箍筋直径的较大值，二、三级不宜大于250mm的 20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm。 （2）第一个箍筋应设置在距构件节点边缘不大于 50mm；非加密区的箍筋最大间距不宜大于加密区 的箍筋最大间距2倍。 沿梁全长箍筋的配 筋率应符合下列 规定： Asv 一级： sv 0.32 f t / f y bs 二级： sv 0.28 f t / f y 三、四级： sv 0.26 f t / f y 81 钢筋砼房屋抗震设计 框架 梁柱 箍筋 设置 82 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.3 柱的抗震构造措施 5.4.3.1柱的截面尺寸 （1）柱的截面宽度和高度均不宜小于 300mm；圆柱截面直径不宜小于350mm （2）柱的截面高度与宽度比不宜大于3 （3）为避免发生剪切破坏，柱的净高与 截面高度比宜大于4 83 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.3.2 柱的轴压比限值 轴压比：柱组合的轴压力设计值与柱的全截 面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比,即： N N / f c bc hc N — —组合压力设计值； bc、hc — —分别为柱的短边、长边尺寸； f c — —混凝土抗压强度设计值。 它是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还 是受压区混凝土先达到其极限压应变的主要指标。 柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低。 84 钢筋砼房屋抗震设计 柱轴压比限制 规范规定： 柱轴压比不应超过下表，但Ⅳ类场地上的较 高高层建筑柱轴压比限值应适当减小。 结构类型 框架 框架-剪力墙 框支柱 85 抗震等级 一 二 三 0.70 0.75 0.6 0.80 0.85 0.7 0.90 0.95 — 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.3.3、柱内纵筋的配 置 （1)宜对称布置； （2)截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不 宜大于200mm; （3)纵向钢筋的最小配筋率应按下表采用。 类别 中柱和边柱 角柱、框支柱 86 抗震等级 一 二 三 四 1.0 1.2 0.8 1.0 0.7 0.9 0.6 0.8 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.3.3、柱内纵筋的配置 （4)柱纵筋的总配筋率不应大于5%。 （5)一级且剪跨比不大于2的柱，每侧纵向钢筋 配筋率不宜大于1.2%。 （6)边柱、角柱在地震作用组合产生小偏心受 拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%。 87 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.3.4、柱的箍筋构造要求 （1）柱的箍筋加密范围： ①柱端，取h、柱净高1/6和500mm三者的最大 值； ②底层柱，柱根不小于柱净高的1/3； ③剪跨比不大于2的柱和短柱，取全高； ④框支柱取全高； ⑤一级及二级框架的角柱，取全高。 88 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.3.4、柱的箍筋构造要求 （2）柱端加密箍筋 加密箍筋可以：承担柱子剪力；约束混凝土， 改善混凝土的变形性能，提高构件的延性；防止 混凝土过早地压溃及防止纵向钢筋的压曲失稳。 加密位置、箍筋直径、箍筋间距等应符合规范 规定。 89 钢筋砼房屋抗震设计 柱端箍筋加密区箍筋的最大间距 和最小直径 抗震 等级 一 90 箍筋最大间距（采用较 箍筋最小直径 /mm 小者）/mm 10 6d，100 二 8d，100 8 三 8d，150 （柱根100） 8 四 8d，150 （柱根100） 6（柱根8） 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.3 柱的抗震构造措施 （3）柱箍筋形式 91 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.3 柱的抗震构造措施 （4）柱箍筋加密区箍筋肢距 （5）柱箍筋加密区的最小体积配筋率 n1 As1l1 n2 As 2l2 sv v f c / f yv Acor S （6）柱箍筋非加密区的体积配筋率不宜小 于加密区50%；箍筋间距：一、二级不应 大于10d，三、四级不应大于15d 92 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.4 框架节点抗震构造措施 5.4.4.1梁柱纵向钢筋在节点内的锚固 楼层中间节点 93 楼层边节点 顶层中间节点 钢筋砼房屋抗震设计 梁柱的纵向钢筋在顶层边节点范 围内的锚固和搭接 94 钢筋砼房屋抗震设计 5.4.5 砌体填充墙抗震构造措施 填充墙 与框架 的连接 95 钢筋砼房屋抗震设计 抗震结构设计 5.5 多层框架抗震设计实例 多层 框架 抗震 设计 实例 97 钢筋砼房屋抗震设计 多层框架抗震设计实例 98 钢筋砼房屋抗震设计 横向框 架梁上 荷载示 意图 99 钢筋砼房屋抗震设计 永久荷 载作用 下框架 内力计 算过程 100 钢筋砼房屋抗震设计 永久荷载作用下框架内力图 101 钢筋砼房屋抗震设计 可变荷 载作用 下框架 内力计 算过程 102 钢筋砼房屋抗震设计 可变荷载作用下框架内力图 103 钢筋砼房屋抗震设计 横向水平地震作用下框架内力图 104 钢筋砼房屋抗震设计 风荷载作用下框架内力图 105 钢筋砼房屋抗震设计