工学建筑结构抗震设计

工学建筑结构抗震设计

建筑结构 第十五章 建筑结构抗震设计 目　录 抗震设计的基本知识和基本要求 1 地震作用与结构抗震验算 2 砌体结构的抗震设计 3 3 钢筋混凝土结构的抗震设计 3 4 建筑结构抗震设计 抗震工程学 是将地球物理学、地质学、地震学、工程力学（材料力 学、结构静力学、结构动力学）、结构工程学（钢筋混凝土 结构学、钢结构学、地基与基础）、施工技术等多方面理论 予以综合，针对建造的建筑物在地震作用下必须安全这一目 的而产生一门科学体系。 学习本门课要达到如下目的 掌握抗震的基本知识、基本理论、基本技能，了解抗震 设计的一般规律； 培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力和抗震计算 能力； 了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震理论、方法 的发展趋势。 引致灾害的自然作用 灾害类別 气象方面 极端雨量 太多 洪灾 太少 干旱 极端气温 太高 热浪 太低 霜冻、大风雪 极端强风 台风、龙卷风 地貌方面 板块活动 地震 、海啸、火山爆发 重力作用 泥石流、雪崩 生物方面 与动物、微生物有关 蝗虫、白蚁等 虫害 細菌或病毒 疾病 ︰ 如伤寒、 “ 非典 ” 、瘟疫 与植物有关 真菌 病害 ︰ 如小麦的铁锈病 数量激增 野草蔓延、赤潮 一、地震是群灾之首 灾害 自然灾害 人为灾害 人为灾害： 火灾、污染（大气、 水、海洋）、核泄 漏、战争等 自然灾害： 地震灾害是群灾之首，它具有突发性和不可预测性，以及频度较高，并产生严重次生灾害，对社会也会产生很大影响等特点。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.1 地震震害概述 死亡 24 人，经济损失 94 亿美元。 云林县六市中山国宝二期大楼座落在大智路上，为 12 层钢筋混凝土住宅和商务混合大楼，其中二栋自楼梯间相接处分裂，东侧楼 6 层以下全部塌陷，并向东侧倒在邻房 4 层楼公寓上。西侧楼 5 层以下全部倒塌，并向西倾倒在另一栋大楼上，柱子间距介于 8 米到 10 米，且柱子数量偏少。 彰化县员林镇邦富贵名门大楼座落在中山路惠明街口，为 16 层钢筋混凝土集合住宅大楼。地震时其中一栋倾倒靠在呈 L 型平面大楼上，柱子间距 7 至 10 米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少，间距太大。 柱子内埋设管线（水、排水、电、煤气、电话）等，虽然节省了空间，但大大降低了柱子的有效承重截面积，造成破坏。 唐山大地震 1976 年 7 月 28 日 3 时 42 分 54 秒，在河北省唐山、丰南一带（东经 118.0 度，北纬 39.4 度），发生了 7.8 级强烈地震，震中区烈度 11 度。地震波及天津市和北京市。这次地震发生在工矿企业集中、人口稠密的城市，极震区内工矿设施大部分毁坏，主要表现为厂房屋顶塌落，围护墙多数倒塌，高层建筑和一般民房几乎全部坍塌。震区内普遍发生铁路路基下沉，铁轨弯曲变形；公路路面开裂；桥墩错动、倾倒，梁体移动及坠落等。但是地下矿井的破坏比地面建筑轻得多。 150 万人口中死亡 24 万，伤 16 万；直接经济损失 100 亿元，震后重建费用 100 亿元。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.1 地震震害概述 唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房， 7.8 级地震时倒塌一层， 7.1 级地震时除四根门柱外，全部坍塌。 开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），仅西部转角残存 。 唐山市开滦煤矿救护楼，为砖混结构人字木屋架的三层楼房，墙倒顶塌。 唐山市河北省煤矿设计院，砖混结构的楼房局部倒塌。 唐山地区交通局，砖混结构的三层办公楼遭到破坏。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。） 唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。） 唐山市机车车辆厂震后概貌。 震后工厂厂区 美国加州北岭地震（ 7.0 级） 1994 年 1 月 17 日， 2400 栋建筑被毁，多处高架公路桥受损，死亡 61 人，伤 7300 人，直接经济损失 300 亿美元，保险损失 104 亿美元。 日本阪神地震（ 7.2 级） 1995 年 11 月 17 日， 22 万栋房屋倒塌或严重损坏，死亡 6348 人，伤 4 万人，经济损失 1000 亿美元。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.1 地震震害概述 汶川地震（ 8.0 级） 2008 年 5 月 12 日四川汶川发生 8.0 级地震，地震造成了大量建筑的倒塌和损坏，给人民的生命和财产带来了巨大的损失。 1. 我国是一个多地震国家 据统计，我国大陆地震约占世界大陆地震的三分之一。 原因是：我国正好介于地球的两大地震带之间。 全世界地震主要分布于以下两个带： （ 1 ）环太平洋地震带：包括南北美洲的太平洋沿岸和从阿留申群岛、堪察加半岛、经千岛群岛日本列岛南下至我国台湾省，再经菲律宾群岛转向东南，直到新西兰。 （ 2 ）喜马拉雅 —— 地中海地震带：从印度、尼泊尔经缅甸至我国横断山脉、喜马拉雅山区，越帕米尔高原，经中亚细亚到地中海及其附近。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.1 地震震害概述 二、我国的地震情况 喜马拉雅 —— 地中海地震带 环太平洋地震带 以上两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的 98% 。 2. 我国是一个地震灾害最严重的国家 1920 年宁夏海原地震（ 8.5 级）死亡 23.4 万人。 1976 年河北唐山地震（ 7.8 级）死亡 24.2 万人。 中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。 1900 年以来，中国死于地震的人数达 55 万之多，占全球地震死亡人数的 53% ； 1949 年以来， 100 多次破坏性地震袭击了 22 个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区 14 个省份，造成 27 万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的 54% ，地震成灾面积达 30 多万平方公里，房屋倒塌达 700 万间。 20 世纪全球两次死亡 20 万人以上的大地震均发生于我国。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.1 地震震害概述 3. 我国的地震活动地区 ① 台湾省及其附近海域； ② 西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部； ③ 西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓； ④ 华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山 - 燕山一带、 山东中部和渤海湾； ⑤ 东南沿海的广东、福建等地。 我国的地震活动主要分布在五个地区的 23 条地震带上。 这五个地区是： 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.1 地震震害概述 4. 目前的地震形势 地震的发生有间歇性。一段时间内发生较频繁，一段时间内较平静。 我国目前处于地震活跃期。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.1 地震震害概述 一、什么是地震？ 有两种学说：断层理论学说；板块构造理论学说 1 、地球构造简介 地球是一个半径约为 6400Km 的椭圆球体，由三层不同的物体组成。即： 表面层：很薄的 地壳 ，平均厚 30Km 中间层： 地幔 ，厚约 2900Km 内层： 地核 ，平均半径厚约 3500Km 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 （ 1 ） 地核是地球的核心，分为： 外核（厚 2100Km ）处于液态 内核（厚 1400Km ）处于固态 地核主要构成物质是镍、铁。 地震观测发现：地震横波不能通过外核（即不能通过液体）。 （ 2 ） 地幔主要有质地坚硬的橄榄岩组成。 地幔是地壳运动的根源，其原因： 由于地球内部放射性物质不断释放能量，地球内部的温度也随深度的增加而升高，地下 200Km 到 700Km 其温度由 600 ℃ 升至 2000 ℃ ，在这一范围内的地幔中存在着一个厚约几百公里的软流层。因温度分布不均匀，就发生了地幔内部物质的对流；另外地球内部的压力也是不均衡的，在地幔上部约 900MPa, 地幔中部为 3700MPa 。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 地幔内部的物质就是在这样的热压状态和不均衡的压力作用下缓慢的运动着。 （地震产生的根源） （ 3 ）地壳由各种不均匀的岩石组成。 地面为沉积岩，地壳上部为花岗岩岩层，地壳下部为玄武岩岩层（海洋下只有玄武岩岩层）。 世界上绝大部分的地震都发生在这一薄薄的地壳内。 （地壳岩石长期积累的变形在瞬间内转换为动能而产生地震） 有此可见： 地震仅发生在地球的地壳和地幔上部。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 2 、地震的含义： 地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动 。 地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震，一年约有 500 万次。其中约 5 万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有 1000 次； 7 级以上的大地震平均一年有十几次。目前记录到的世界上最大地震是  8.9 级，发生于 1960 年 5 月 22 日的智利地震。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 图示 1906 年地震断层破裂之后横过断层的篱笆被错动的情况（跨断层的篱笆当断裂弹性回跳时造成的结果 ） 二、地震类型 按其成因分 构造地震 : 由于地球内部岩层构造变化引起的地震。分布最广，危害最大。 火山地震 ：由于火山爆发，岩浆猛烈冲出地面而引起。 ( 我国没有，日本有 ) 。 陷落地震 ：由于地表或地下岩层突然发生大规模的陷落和崩塌所引起小范围的地面震动。 人工地震 ：由于水库蓄水或深井注水等引起的地面震动 ※ 在工程抗震设计中仅考虑构造地震的设防问题 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 1. 构造地震 破坏性地震主要属于构造地震。据统计，构造地震约 占世界地震总数的 90% 以上。 92% 的地震发生在地壳中， 其余的发生在地幔上部 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 2. 火山地震 由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震，这类地震只占全世界地震的 7% 左右。 1914 年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个 6.7 级地震。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 3. 陷落地震 由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少。 4. 人工地震 因人为因素直接造成的地震是人工地震。 如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。 1962 年 3 月 19 日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震，震级为 6.1 级。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 按震源深浅分类 浅源地震 —— 震源深度小于 60 千米的称为浅源地震。全世界 85% 以上的地震都是浅源地震。 中源地震 —— 震源深度在 60 至 300 千米的称为中源地震。 深源地震 —— 震源深度在 300 千米以上的称为深源地震。 目前有记录的最深震源达 720 公里。 浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震波及范围大，但破坏力小。 2002 年 6 月 29 日晨 1 ： 20 发生于吉林的 7.2 级地震，震源深度为 540km ，无破坏。 1960 年 2 月 29 日发生于摩洛哥艾加迪尔城的 5.8 级地震，深度为 3km 。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中 8km 内。 　 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 三、地震序列 在一定时间内（几十天或数月）相继发生在相邻地区的一系列大小地震称为地震序列。 主震：在某一地震序列中，其中最大的一次地震（破坏力最大或释放能量最多） 前震：主震之前发生的地震。 余震：主震之后发生的地震。 ※ 地震序列中按其释放能量的不同，地震可分为： 主震型：在一个地震序列中，主震震级很突出，其释放能量占全序列的绝大部分。（占 60% ） 震群型：主震震级不突出，主要能量由多个震级相近地震释放的能量。（占 30% ） 单发型：前震和余震稀少，绝大部分能量基本上是通过主震一次释放出来。（占 10% ） 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 四、 震源、震中和地震波 （重点是名词概念） 震源 ：地球内部断层错动并辐射出地震波的部位。（震源不是一个点，而是有一定的深度和范围） 震中 ：震源在地面上的投影点，称为震中，震中周围的地区称为震中区，震中区一般与极震区一致。 震中距 ：地面某处至震中的水平距离。 等震线 ：把地面上破坏程度相近的点连成的曲线。 震源深度 ：震中到震源的垂直距离。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 地球内部发生地震的地方叫 震源 ； 震源在地面上的投影点称为 震中 ； 震中及其附近的地方称为 震中区 ，也称 极震区 ； 从震中到地面上任何一点的距离称为 震中距 。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 地震波 ：地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这就是地震波。包含 体波 （在地球内部传播）和 面波 （在地球表面传播），地震波是一种弹性波。 我们最熟悉的波动是观察到的水波 。当向池塘里扔一块石头时 水面被扰乱，以石头入水处为中心有波纹向外扩展。这个波列是水波附近的水的颗粒运动造成的。然而水并没有朝着水波传播的方向流；如果水面浮着一个软木塞，它将上下跳动，但并不会从原来位置移走。这个扰动由水粒的简单前后运动连续地传下去，从一个颗粒把运动传给更前面的颗粒。这样，水波携带石击打破的水面的能量向池边运移并在岸边激起浪花。地震运动与此相当类似。我们感受到的摇动就是由地震波的能量产生的弹性岩石的震动。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 五、地震波 1 、体波：包括纵波和横波。 纵波 是由震源向外传播的疏密波，其介质质点的振动方向与波的前进方向一致，从而使介质不断地压缩和疏松。 横波 是由震源向外传播的剪切波，其介质质点的振动方向与波前进的方向相垂直。 在地震时，第一类波从断裂处以同等速度向所有方向外传，交替地挤压和拉张它们穿过的 岩石，其颗粒在这些波传播的方向上向前和向后运动，向前和向后的位移量称为振幅。在地震学中，这种类型的波叫 P 波，即纵波，它是首先到达的波。 弹性岩石与空气有所不同，空气可受压缩但不能剪切，而弹性物质通过使物体剪切和扭动，可以允许第二类波传播。地震产生这种第二个到达的波叫 S 波，即横波。 液体或气体内不可能发生剪切运动， S 波不能在它们中传播。 体波在地球中的传播速度将随深度的增加而加快 。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 图示地震 P 波 ( 纵波 ) 和 S 波 ( 横波 ) 运行时弹性 岩石运动的形态 (a) 压缩波 （ b ）剪切波 体波在地球内部传播速度的变化 2 、面波： 当 P 波和 S 波到达地球的自由面或位于层状地质构造的界面时，在一定条件下会产生其他类型的地震波。这些波中最重要的是瑞雷波和洛夫波。这两类波沿地球表面传播； 岩石振动振幅随深度增加而逐渐减小至零 。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 洛夫波是是以 1912 年首次描述它们的洛夫的姓名命名的。洛夫波传播时将使质点在平面内做与波前进方向相垂直的水平方向（ Y 方向）的运动，即在地面上呈蛇形运动形式，运动没有垂向位移。洛夫波在地震中可以成为最具破坏性的波，因为常具有很大振幅，能在建筑物地基之下造成水平剪切。 瑞雷面波于 1885 年首次由瑞雷（ Lord Rayleigh ）描述，是地震波中最近似水波的。岩石质点向前、向上、向后和向下运动，沿波的传播方向作一垂直平面，质点在该平面内运动，描绘出一个椭圆。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 图示面波运行时弹性 岩石运动的形态 （ a ）瑞雷波 （ b ）洛夫波 3 、地震波的波序 地震波的传播以纵波最快，横波次之，面波最慢。 纵波使建筑物产生上下颠簸，横波使建筑物产生水平方向摇晃，而面波则使建筑物既产生上下颠簸又产生左右摇晃，一般在横波和面波都到达时振动最为激烈。因面波的能量比体波的大，所以造成建筑物和地表的破坏以面波为主。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 杂波 P 波开始 S 波开始 面波开始 五、地震强度（常用震级和烈度来反映） 1 、震级 表示一次地震释放能量的多少，也是表示地震强度大小的指标，一次地震只有一个震级，震级用 M 表示，国际通用的是 里氏 震级。                          M =log A A—— 采用标准地震仪，在距震中 100Km 处记录以微米为单位的最大水平地动位移。 ( ) 震级与地震释放能量之间的关系， 能量 E 的单位：尔格 (1 尔格 =10-7J) ： lg E =11.8+1.5 M 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约 32 倍；相差二级，能量相差 1000 倍。 一个 6 级地震相当于一个两万吨级的原子弹。 查尔斯 · 里克特（ 1900 ～ 1985 年） — 里氏震级发明者 按震级的地震分类 微震 --- 2 级以下。 人感觉不到 有感地震 --- 2-4 级 人有感觉 破坏性地震 --- 5 级以上 有破坏 强烈地震 --- 7 级以上 有破坏 特大地震 --- 8 级以上 有破坏 由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 2 、地震烈度 地震烈度是指地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度，用 I 表示。 一次地震的震级只有一个，但距离震中不同的地点，地震的影响不同，地震烈度就不同。震级与震中烈度的关系： 粗略估算方法：震级减 1 后乘 1.5 即为震中烈度。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 震级与震中烈度的关系 3 、地震烈度表 地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。 我国在 1980 年制定了 《 中国地震烈度表 》 。 《 中国地震烈度表 》 将地震烈度分为 1-12 度。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 无感 1 室内个别静止中的人感觉 2 悬挂物微动 门、窗轻微作响 室内少数静止中的人感觉 3 悬挂物明显摆动，器皿作响 门、窗作响 室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒 4 3 （ 2-4 ） 31 （ 22-44 ） 不稳定器物翻倒 门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝 室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人梦中惊醒 5 6 （ 5-9 ） 63 （ 45-89 ） 河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头 损坏 —— 个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝 惊惶失措，仓皇逃出 6 13 （ 10-18 ） 125 （ 90-177 ） 河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏 轻度破坏 —— 局部破坏开裂，但不妨碍使用 大多数人仓皇逃出 7 25 （ 19-35 ） 250 （ 178-353 ） 干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏 中等破坏 —— 结构受损，需要修理 摇晃颠簸，行走困难 8 50 （ 36-71 ） 500 （ 354-707 ） 干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌 严重破坏 —— 墙体龟裂，局部倒塌，修复困难 坐立不稳。行动的人可能摔跤 9 100 （ 72-141 ） 1000 （ 708-1414 ） 山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁 倒塌 —— 大部倒塌，不堪修复 骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感 10 地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏 毁灭 11 地面剧烈变化，山河改观 12 个别： 10% 以下 少数： 10%——50% 多数： 50%——70% 大多数： 70%——90% 普遍： 90% 以上 速度 加速度 其它现象 一般房屋 人的感觉 烈度 4 、基本烈度 一个地区未来 50 年内一般场地条件下可能遭受的具有 10% 超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。用 I b 表示。 相当于 475 年一遇的最大地震的烈度。 基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。 各地区的基本烈度由 《 中国地震动参数区划图 》 （ GB18306-2001) 确定。 （下图是原中国地震烈度区划图） 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 《 中国地震烈度区划图 》 按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度，用 I d 表示。 设防烈度的取值依据： 规范规定：一般情况下，可采用 《 中国地震动参数区划图 》 中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。 5 、设防烈度 规范规定： 抗震设防烈度为 6 度及以上地区的建筑必须进行抗震设计 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 建筑所在地区在设计基准期（ 50 年）内出现的频度最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度，用 Is 表示。其超越概率为 63.2% ，重现期为 50 年。 6 、多遇烈度 7 、罕遇烈度 建筑所在地区在设计基准期（ 50 年）内具有超越概率 2%-3% 的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为 2000 年。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 请思考：图中的两座建筑在经历不同周期特点的地震作用下，那座建筑更易破坏？ 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 六、设计地震分组 设计地震分组是新规范新提出的概念，用以代替旧规范设计近震、设计远震的概念。 在宏观烈度大体相同条件下，处于大震级远离震中的高耸建筑物的震害比中小级震级近震中距的 情况严重的多。 设计地震分三组（教材表 15-2 ） 对于 Ⅱ 类场地，第一、二、三组 的设计特征周期分别为： 0.35s 、 0.40s 、 0.45s. 6 度近震 6 度远震 7 度近震 7 度远震 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 1. 地震动的峰值（最大振幅） 2. 频谱特性 3. 持续时间 地震引起的地面运动，称为地震动。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.2 地震与地震动 七、地震动的三要素 1 、 抗震设防的目标 在遭受 低于 本地区设防的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用 ( 小震不坏 ) 。 在遭受本地区 规定 的设防烈度的地震影响时，建筑物可能有一定损坏，但不致危及人民生命和生产设备的安全，经一般修理或不需修理仍可继续使用 ( 中震可修 ) 。 在遭受 高于 本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏 ( 大震不倒 ) 。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.3 抗震设计的基本要求 2 、建筑结构抗震设计方法 《 规范 》 规定以两阶段设计方法来实现抗震设防目标： 第一阶段：建筑结构在多遇地震作用下 抗震承载能力的验算 （隐含着设防烈度地震作用下的变形验算），保证小震不坏，中震可修。 第二阶段：通过对罕遇地震烈度地震作用下 结构薄弱部位弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施 ，保证大震不倒。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.3 抗震设计的基本要求 A 、中央级、省级的电视调频广播发射塔建筑，国际电信楼、国际海缆登陆站、 国际卫星地球站、中央级的电信枢纽（含卫星地球站）。 B 、研究、中试生产和存放剧毒生物制品和天然人工细菌与病毒（如鼠疫、霍乱、 伤寒等 ) 的建筑。 C 、三级特等医院的住院部、医技楼、门诊部。 抗震次要建筑 丁类 除甲乙丁类以外的一般建筑 丙类 地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑。 如医疗、广播、通讯、供水、供电、供气、消防等 乙类 重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑 甲类 设 防 分 类 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.3 抗震设计的基本要求 3 、抗震设防分类 应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为 6 度时不应降低 丁类 应符合本地区抗震设防烈度度的要求 丙类 一般情况下，当抗震设防烈度为 6-8 度时，应符合本地区抗震设防烈度提高 1 度的要求；当 9 度时，应符合比 9 度抗震设防更高的要求，对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施 乙类 当抗震设防烈度为 6-8 度时，应符合本地区抗震设防烈度提高 1 度的要求；当为 9 度时，应符合比 9 度抗震设防更高的要求 甲类 抗 震 措 施 较小乙类建筑：工矿企业的变电所、空压站以及城市供水水源的泵房等。 抗震性能较好的结构类型指钢筋混凝土结构或钢结构。 4 、抗震设防措施 抗震措施 : 除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。 抗震构造措施：一般不须计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.3 抗震设计的基本要求 5 、地震作用计算 一般情况下仍应符合本地区抗震设防烈度的要求 丁类 应符合本地区抗震设防烈度要求 丙类 应符合本地区抗震设防烈度要求 乙类 按地震安全性评价结果确定 甲类 地 震 作 用 在设防烈度为 6 度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.3 抗震设计的基本要求 一、定义与基本内容 根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程称为概念设计。 基本内容有三部分： 1. 建筑设计应重视建筑结构的规则性； 2. 合理的建筑结构体系选择； 3. 抗侧力结构和构件的延性设计。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.4 建筑抗震概念设计 二、建筑结构的规则性 建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。 最为典型的例子是 1972 年 2 月 23 日南美洲的马那瓜地震。 马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五层高的中央银行大厦，另一幢为 18 层高的美洲银行大厦。当地地震烈度估计为 8 度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.4 建筑抗震概念设计 马那瓜中央银行大厦 试问： 那一幢破坏严重呢？ 马那瓜美洲银行大厦 1 ）平面不规则 4 个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。 4 层以上的楼板仅为 5cm 厚，搁置在高 45cm 长 14m 小梁上。 2 ）竖向不规则 塔楼上部（ 4 层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共 64 根，支承在 4 层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的 10 根 1m × 1.55m 的柱子上（间距 9.4m ）。上下两部分严重不均匀，不连续。 主要破坏：第 4 层与第 5 层之间 ( 竖向刚度和承载力突变 ), 周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈； 横向裂缝贯穿 3 层以上的所有楼板 ( 有的宽达 1cm), 直至电梯井东侧； 塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均 严重破坏或倒塌。 震后计算分析结果 :1. 结构存在十分严重扭转效应 ;2. 塔楼 3 层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足 , 率先破坏； 3. 水平地震作用下 , 柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。 马那瓜 中央银行大厦 结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括 4 个 L 形的桶体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。 分析表明： 1. 对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应； 2. 避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏； 3. 当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。 美洲 银行 不规则类型 定义 扭转不规则 楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的 1.2 倍 凹凸不规则 结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的 30% 楼板局部不连续 楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的 50%, 或开洞面积大于该层楼面面积的 30% ，或较大的楼层错层 平面不规则的类型 扭转不规则 凹凸角不规则 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.4 建筑抗震概念设计 局部不连续 大开洞 错层 不规则类型 定义 侧向刚度不规则 该层的侧向刚度小于相邻上一层的 70% ，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的 80% ；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的 25% 竖向抗侧力构件不连续 竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等向下传递 楼层承载力突变 抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的 80% 竖向不规则的类型 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.4 建筑抗震概念设计 竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀 （有薄弱层） 严重不规则是指体型复杂，多项不规则指标超过表中指标或某一项大大超过规定值，具有严重的抗震薄弱环节，将会导致地震破坏的严重后果者。 注：以上规定主要针对钢筋混凝 土和钢结构的多层和高层建筑。 沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层） 竖向抗侧力构件不连续 三、结构体系的合理选择 抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。 1. 结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。 受力明确、传力合理、传力路线不间断、抗震分析与实际表现相符合。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.4 建筑抗震概念设计 2. 应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。 由于柱子的数量较少或承载能力较弱，部分柱子退出工作后，整个结构系统丧失了对竖向荷载的承载能力。 抗震设计的一个重要原则是结构应有必要的赘余度和内力重分配的功能。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.4 建筑抗震概念设计 3. 结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。 足够的承载力和变形能力是需要同时满足的。 有较大的变形能力而缺少较高的抗侧向力的能力如钢或钢筋混凝土纯框架，由于在不大的地震作用下会产生较大的变形，导致非结构构件的破坏或结构本身的失稳。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.4 建筑抗震概念设计 有较高的承载能力而缺少较大变形能力如不加约束的砌体结构，很容易引起脆性破坏而倒塌。 必要的承载能力和良好的变形能力的结合便是结构在地震作用下具有的耗能能力。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.4 建筑抗震概念设计 四、结构构件的延性 结构的变形能力取决于组成结构的构件及其连接的延性水平。 规范对各类结构采取的抗震措施，基本上是提高各类结构构件的延性水平。 这些抗震措施是： 1 、采用水平向（圈梁）和竖向（构造柱、芯柱）混凝土构件，加强对砌体结构的约束，或采用配筋砌体；使砌体在发生裂缝后不致坍塌和散落，地震时不致丧失对重力荷载的承载能力； 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.4 建筑抗震概念设计 2 、避免混凝土结构的脆性破坏（包括混凝土压碎、构件 剪切破坏、钢筋同混凝土粘结破坏）先于钢筋的屈服； 3 、避免钢结构构件的整体和局部失稳，保证节点焊接部 位（焊缝和母材 ) 在地震时不致开裂。 五、非结构构件 非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。 附着于楼、屋面结构上的非结构构件，应与主体结构有可靠的连接或锚固，避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备。 围护墙和隔墙应考虑对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。 3. 幕墙、装饰贴面与主体结构应有可靠连接，避免地震时脱落伤人。 安装在建筑上的附属机械、电气设备系统的支座和连接，应符合地震时使用功能的要求，且不应导致相关部件的损坏。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.4 建筑抗震概念设计 建筑场地指建筑所在地。大体相当于厂区、居民点和自然村的区域范围。 建筑场地按地震对建筑的影响划分为 4 类。 建筑场地分类的指标是以 场地土的类型 和 覆盖层的厚度 。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.5 场地、地基和基础选择 一、建筑场地类别划分 场地土的类型 淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土， 的填土，流塑黄土 软弱土 稍密的的砾、粗、中砂 , 除松散外的细、粉砂 , 可塑黄土 , 的粘性土和粉土 , 的填土 中软土 中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂， 的粘性土和粉土，坚硬黄土 中硬土 稳定岩石，密实的碎石土 坚硬土 或岩石 土层剪切波 速范围 (m/s) 岩土名称和性状 土的 类型 --- 地基土静承载力标准值 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.5 场地、地基和基础选择 场地覆盖层厚度的确定 一般情况下，应按地面至剪切波速大于 500m/s 的土层顶面； 当地面 5m 以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速 2.5 倍的下卧土层，且下卧土层的剪切波速不小于 400m/s 时，可按地面至该下卧土层顶面的距离确定； 剪切波速大于 500m/s 的孤石、透镜体，应视同周围土层； 土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.5 场地、地基和基础选择 场地类别 ~80 3~15 30~50 0 Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 等效剪切波速 （ m/s ） 场 地 类 型 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.5 场地、地基和基础选择 土层的等效剪切波速 ---- 土层的等效剪切波速 ---- 计算深度（ m) ，取覆盖层厚度和 20m 二者的较小值 ---- 剪切波在地面至计算深度之间的传播时间 ---- 计算深度范围内第 i 土层的厚度 (m) ---- 计算深度范围内第 i 土层的剪切波速 (m/s) ---- 计算深度范围内土层的分层数 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.5 场地、地基和基础选择 例：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建筑场地的类别。 层底深度 (m) 土层厚度 (m) 土的名称 剪切波速 m/s 9.5 9.5 砂 170 37.8 28.3 淤泥质粘土 130 43.6 5.8 砂 240 60.1 16.5 淤泥质粘土 200 63 2.9 细砂 310 69.5 6.5 砾混粗砂 520 解： （ 1 ）确定地面下 20m 表层土的场地土类型 （ 2 ）确定覆盖层厚度 （ 3 ）确定建筑场地类别 属于中软土 属于 Ⅲ 类场地 工程地质条件对地震破坏的影响很大。 地段划分 地段类别 地质、地形、地貌 有利地段 稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等 不利地段 软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等 危险地段 地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.5 场地、地基和基础选择 二、建筑地段的选择 水边地的地下水位较高，土质也较松软，容易在地震时产生土壤滑动或地层液化。 山坡地在地震时会产生土壤滑动。冲积地的土质松软，地震时容易塌陷，如果此处有地下水层，还容易发生液化。 用另外的土石來填补地基，常有土壤密实度不足情形，导致建筑物在地震时产生倾斜、沉陷。 临近悬崖，容易滑落 谷地或低地，这里的建筑物容易在地震发生时，受土石崩塌破坏。 萨尔瓦多地震引发了一巨大的泥石流，数百户人家被埋在泥石里，估计有 1200 多人遇难 地裂 地段选择 1. 选择有利地段； 2. 避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震措施； 3. 不在危险地段建设。 15.1 抗震设计的基本知识和基本要求 15.1.5 场地、地基和基础选择 地震作用 结构的地震反应 结构、构件的地震作用效应 地震作用和结构抗震验算是建筑抗震设计的重要环节，是确定所设计的结构满足最低抗震设防安全要求的关键步骤。 由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确定性，以及结构和体形的差异等，地震作用的计算方法是不同的。可分为简化方法和较复杂的精细方法。 底部剪力法 振型分解反应谱法 时程分析法 静力弹塑性方法 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 一、结构抗震理论的发展 1. 静力理论阶段 --- 静力法 1920 年，日本大森房吉提出。假设建筑物为绝对刚体。 地震作用 --- 地震系数 将 F 作为静荷载，按静力计算方法计算结构的地震效应 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 2. 反应谱理论 --- 反应谱法 1940 年，美国皮奥特提出。 地震作用 --- 重力荷载代表值 --- 地震系数（反映震级、震中距、地基等的影响） --- 动力系数 ( 反映结构的特性 , 如周期、阻尼等的影响 ) 按静力计算方法计算结构的地震效应 目前，世界上普遍采用的方法。 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 3. 直接动力分析理论 --- 时程分析法 将实际地震加速度时程记录（简称地震记录 earth-quakerecord ）作为动荷载输入，进行结构的地震响应分析。 此外，有用随机振动理论来分析结构地震响应统计特征的，有以地震时输入结构的能量进行设计，使结构所吸收的能量不致造成结构破坏的理论等。但这些方法还没有进入抗震设计规范，因此未被抗震设计使用 。 4. 非线性静力分析方法（ Push Over Analysis) 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 二、与各类型结构相应的地震作用分析方法 不超过 40m 的规则结构：底部剪力法 一般的规则结构：两个主轴的振型分解反应谱法 质量和刚度分布明显不对称结构：考虑扭转或双向地震作用的振型分解反应谱法 8 、 9 度时的大跨、长悬臂结构和 9 度的高层建筑：考虑竖向地震作用 特别不规则、甲类和超过规定范围的高层建筑：一维或二维时程分析法的补充计算 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 重力荷载代表值的确定 结构的重力荷载代表值等于结构和构配件自重标准值 G k 加上各可变荷载组合值。 --- 第 i 个可变荷载标准值； --- 第 i 个可变荷载的组合值系数； 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 三、 单自由度体系的水平地震作用 动力方程 运动方程 或 其中 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 —— 质点自振的圆频率，简称频率 单质点自振周期 k —— 单质点弹性体系的刚度系数 对于单自由度体系，把惯性力看作反映地震对结构体系影响的等效力，用它对结构进行抗震验算。 结构在地震持续过程中经受的最大地震作用为 --- 集中于质点处的重力荷载代表值； --- 重力加速度 --- 动力系数 --- 地震系数 --- 水平地震影响系数 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 抗震设计反应谱 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 --- 地震影响系数； --- 地震影响系数最 大值； 地震影响系数最大值（ ） 1.40 0.90(1.20) 0.50(0.72) ----- 罕遇地震 0.32 0.16(0.24) 0.08(0.12) 0.04 多遇地震 9 8 7 6 地震影响 烈度 括号数字分别对应于设计基本加速度 0.15g 和 0.30g 地区的地震影响系数 --- 结构周期； --- 特征周期； 地震特征周期分组的特征周期值（ s ） 0.90 0.65 0.45 0.35 第三组 0.75 0.55 0.40 0.30 第二组 0.65 0.45 0.35 0.25 第一组 Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 场地类别 --- 曲线下降段的衰减指数； --- 直线下降段的斜率调整系数； --- 阻尼调整系数，小于 0.55 时，应取 0.55 。 解： （ 1 ）求结构体系的自振周期 （ 2 ）求水平地震影响系数 查表确定 地震影响系数最大值（阻尼比为 0.05 ） 1.40 0.90(1.20) 0.50(0.72) ----- 罕遇地震 0.32 0.16(0.24) 0.08(0.12) 0.04 多遇地震 9 8 7 6 地震影响 烈度 例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为 8 度，设计地震分组为二组， Ⅰ 类场地；屋盖处的重力荷载代表值 G=700kN ，框架柱线刚度 , 阻尼比为 0.05 。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。 h=5m 查表确定 解： 例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为 8 度，设计地震分组为二组， Ⅰ 类场地；屋盖处的重力荷载代表值 G=700kN ，框架柱线刚度 , 阻尼比为 0.05 。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。 （ 1 ）求结构体系的自振周期 （ 2 ）求水平地震影响系数 h=5m 查表确定 地震特征周期分组的特征周期值（ s ） 0.90 0.65 0.45 0.35 第三组 0.75 0.55 0.40 0.30 第二组 0.65 0.45 0.35 0.25 第一组 Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 场地类别 解： 例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为 8 度，设计地震分组为二组， Ⅰ 类场地；屋盖处的重力荷载代表值 G=700kN ，框架柱线刚度 , 阻尼比为 0.05 。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。 （ 1 ）求结构体系的自振周期 （ 2 ）求水平地震影响系数 h=5m （ 3 ）计算结构水平地震作用 i i+ 1 m 1 m 2 m i m n 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 四、 多自由度体系的水平地震作用 作用于 i 质点上的力有 m 1 m 2 m i m N x i x g (t) 惯性力 弹性恢复力 阻尼力 运动方程 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 --- 相应于 j 振型自振周期的地震影响系数； --- j 振型 i 质点的水平相对位移； --- j 振型的振型参与系数； --- i 质点的重力荷载代表值。 m 1 m 2 m i 1 振型地震 作用标准值 2 振型 j 振型 n 振型 --- 体系 j 振型 i 质点水平地震作用标准值计算公式 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 振型分解反应谱法 地震作用效应（弯矩、位移等） -- j 振型地震作用产生的地震效应； m -- 选取振型数，可只取前 2~3 个振型；当基本自振周期大于 1.5s 或房屋高宽比大于 5 时，振型个数可适当增加。 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。 抗震设防烈度为 8 度， Ⅱ 类场地，设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）求体系的自振周期和振型 （ 2 ）计算各振型的地震影响系数 1.40 0.90(1.20) 0.50(0.72) ----- 罕遇地震 0.32 0.16(0.24) 0.08(0.12) 0.04 多遇地震 9 8 7 6 地震影响 烈度 地震影响系数最大值（阻尼比为 0.05 ） 查表得 地震特征周期分组的特征周期值（ s ） 0.90 0.65 0.45 0.35 第三组 0.75 0.55 0.40 0.30 第二组 0.65 0.45 0.35 0.25 第一组 Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 场地类别 例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。 抗震设防烈度为 8 度， Ⅱ 类场地，设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）求体系的自振周期和振型 （ 2 ）计算各振型的地震影响系数 查表得 第一振型 第二振型 第三振型 例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。 抗震设防烈度为 8 度， Ⅱ 类场地，设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）求体系的自振周期和振型 （ 2 ）计算各振型的地震影响系数 （ 3 ）计算各振型的振型参与系数 第一振型 第二振型 第三振型 例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。 抗震设防烈度为 8 度， Ⅱ 类场地，设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）求体系的自振周期和振型 （ 2 ）计算各振型的地震影响系数 （ 3 ）计算各振型的振型参与系数 （ 4 ）计算各振型各楼层的水平地震作用 第一振型 第一振型 例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。 抗震设防烈度为 8 度， Ⅱ 类场地，设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）求体系的自振周期和振型 （ 2 ）计算各振型的地震影响系数 （ 3 ）计算各振型的振型参与系数 （ 4 ）计算各振型各楼层的水平地震作用 第一振型 第二振型 第二振型 例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。 抗震设防烈度为 8 度， Ⅱ 类场地，设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）求体系的自振周期和振型 （ 2 ）计算各振型的地震影响系数 （ 3 ）计算各振型的振型参与系数 （ 4 ）计算各振型各楼层的水平地震作用 第一振型 第二振型 第三振型 第三振型 例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。 抗震设防烈度为 8 度， Ⅱ 类场地，设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）求体系的自振周期和振型 （ 2 ）计算各振型的地震影响系数 （ 3 ）计算各振型的振型参与系数 （ 4 ）计算各振型各楼层的水平地震作用 第一振型 第二振型 第三振型 （ 5 ）计算各振型的地震作用效应（层间剪力） 第一振型 1 振型 例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。 抗震设防烈度为 8 度， Ⅱ 类场地，设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）求体系的自振周期和振型 （ 2 ）计算各振型的地震影响系数 （ 3 ）计算各振型的振型参与系数 （ 4 ）计算各振型各楼层的水平地震作用 第一振型 第二振型 第三振型 （ 5 ）计算各振型的地震作用效应（层间剪力） 1 振型 第二振型 2 振型 例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。 抗震设防烈度为 8 度， Ⅱ 类场地，设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）求体系的自振周期和振型 （ 2 ）计算各振型的地震影响系数 （ 3 ）计算各振型的振型参与系数 （ 4 ）计算各振型各楼层的水平地震作用 第一振型 第二振型 第三振型 （ 5 ）计算各振型的地震作用效应（层间剪力） 1 振型 2 振型 第三振型 3 振型 例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。 抗震设防烈度为 8 度， Ⅱ 类场地，设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）求体系的自振周期和振型 （ 2 ）计算各振型的地震影响系数 （ 3 ）计算各振型的振型参与系数 （ 4 ）计算各振型各楼层地震作用 第一振型 第二振型 第三振型 （ 5 ）计算各振型的地震作用效应 1 振型 2 振型 3 振型 （ 6 ）计算地震作用效应（层间剪力） 组合后各层地震剪力 底部剪力法 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 底部剪力法适用范围： 底部剪力法适用于建筑结构高度不超过 40m ，以剪切变形为主（房屋高宽比不超过 4 ），质量和刚度分布比较均匀，以及近似与单质点体系的结构。 结构的振动特点： 位移反应应以基本振型（第一振型）为主； 基本振型接近倒三角形。 H 1 G 1 G k H k 地震作用下各楼层水平地震层间剪力为 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 G eq —— 结构等效总重力荷载， G eq =0.85 G 顶部附加地震作用的计算 当结构层数较多时，按上式计算出的水平地震作用比振型分解反应谱法小。 为了修正，在顶部附加一个集中力 。 H 1 G 1 G k H k --- 顶部附加地震作用系数，多层内框架砖房 0.2, 多层刚混、钢结构房屋按下表，其它可不考虑。 顶部附加地震作用系数 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 --- 结构总水平地震作用标准值； --- 相应于结构基本周期的水平地震影响系数；多层砌体房屋、底部框架和多层内框架砖房，宜取水平地震影响系数最大值； --- 结构等效总重力荷载 ； --- i 质点水平地震作用 ； --- i 质点重力荷载代表值 ； --- i 质点的计算高度； 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 例 1 ：试用底部剪力法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。已知结构的基本周期 T 1 =0.467s , 抗震设防烈度为 8 度 ,Ⅱ 类场地 , 设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）计算结构等效总重力荷载代表值 10.5m 7.0m 3.5m （ 2 ）计算水平地震影响系数 查表得 1.40 0.90(1.20) 0.50(0.72) ----- 罕遇地震 0.32 0.16(0.24) 0.08(0.12) 0.04 多遇地震 9 8 7 6 地震影响 烈度 地震影响系数最大值（阻尼比为 0.05 ） 解： （ 1 ）计算结构等效总重力荷载代表值 例 1 ：试用底部剪力法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。已知结构的基本周期 T 1 =0.467s , 抗震设防烈度为 8 度 ,Ⅱ 类场地 , 设计地震分组为第二组。 10.5m 7.0m 3.5m （ 2 ）计算水平地震影响系数 地震特征周期分组的特征周期值（ s ） 0.90 0.65 0.45 0.35 第三组 0.75 0.55 0.40 0.30 第二组 0.65 0.45 0.35 0.25 第一组 Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 场地类别 （ 3 ）计算结构总的水平地震作用标准值 例 1 ：试用底部剪力法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。已知结构的基本周期 T 1 =0.467s , 抗震设防烈度为 8 度 ,Ⅱ 类场地 , 设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）计算结构等效总重力荷载代表值 10.5m 7.0m 3.5m （ 2 ）计算水平地震影响系数 （ 3 ）计算结构总的水平地震作用标准值 （ 4 ）顶部附加水平地震作用 顶部附加地震作用系数 （ 5 ）计算各层的水平地震作用标准值 例 1 ：试用底部剪力法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。已知结构的基本周期 T 1 =0.467s , 抗震设防烈度为 8 度 ,Ⅱ 类场地 , 设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）计算结构等效总重力荷载代表值 10.5m 7.0m 3.5m （ 2 ）计算水平地震影响系数 （ 3 ）计算结构总的水平地震作用标准值 （ 4 ）顶部附加水平地震作用 （ 5 ）计算各层的水平地震作用标准值 例 1 ：试用底部剪力法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。已知结构的基本周期 T 1 =0.467s , 抗震设防烈度为 8 度 ,Ⅱ 类场地 , 设计地震分组为第二组。 解： （ 1 ）计算结构等效总重力荷载代表值 10.5m 7.0m 3.5m （ 2 ）计算水平地震影响系数 （ 3 ）计算结构总的水平地震作用标准值 （ 4 ）顶部附加水平地震作用 （ 5 ）计算各层的水平地震作用标准值 （ 6 ）计算各层的层间剪力 振型分解反应谱法结果 例 2 ：六层砖混住宅楼，建造于基本烈度为 8 度区，场地为 Ⅱ 类，设计地震分组为第一组，根据各层楼板、墙的尺寸等得到恒荷和各楼面活荷乘以组合值系数，得到的各层的重力荷载代表值为 G 1 =5399.7kN, G 2 =G 3 =G 4 =G 5 =5085kN, G 6 =3856.9kN 。试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。 G 1 2.95 2.70 2.70 2.70 2.70 2.70 G 2 G 3 G 4 G 5 G 6 由于多层砌体房屋中纵向或横向承重墙体的数量较多， 房屋的侧移刚度很大，因而其纵向和横向基本周期较短，一般均不超过 0.25s 。所以规范规定，对于多层砌体房屋，确定水平地震作用时采用 。并且不考虑顶部附加水平地震作用。 例 2 ：基本烈度为 8 度，场地为 Ⅱ 类，设计地震分组为第一组， G 1 =5399.7kN, G 2 =G 3 =G 4 =G 5 =5085kN, G 6 =3856.9kN 。计算各层地震剪力标准值。 解： 结构总水平地震作用标准值 G 1 2.95 2.70 2.70 2.70 2.70 2.70 G 2 G 3 G 4 G 5 G 6 1.40 0.90(1.20) 0.50(0.72) ----- 罕遇地震 0.32 0.16(0.24) 0.08(0.12) 0.04 多遇地震 9 8 7 6 地震影响 烈度 地震影响系数最大值（阻尼比为 0.05 ） G 1 2.95 2.70 2.70 2.70 2.70 2.70 G 2 G 3 G 4 G 5 G 6 例 2 ：基本烈度为 8 度，场地为 Ⅱ 类，设计地震分组为第一组， G 1 =5399.7kN, G 2 =G 3 =G 4 =G 5 =5085kN, G 6 =3856.9kN 。计算各层地震剪力标准值。 解： 结构总水平地震作用标准值 各层水平地震剪力标准值 各层水平地震作用 层 G i (kN) H i (m) G i H i (kN.m) F i (kN) V i (kN) 6 3856.9 17.45 5 5085.0 14.75 4 5085.0 12.05 3 5085.0 9.35 2 5085.0 6.65 1 5399.7 2.95 Σ 67320.9 21328.82 33815.25 47544.75 61274.25 75003.75 306269.72 884.5 985.7 805.3 624.8 444.4 280.4 4025.1 884.5 1870.2 2675.5 3300.3 3744.7 4025.1 29596.6 例 3 ：四层钢筋混凝土框架结构，建造于基本烈度为 8 度区，场地为 Ⅱ 类，设计地震分组为第一组，层高和层重力代表值如图所示。结构的基本周期为 0.56s, 试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。 解： 结构总水平地震作用标准值 4.36 3.36 3.36 G 4 =831. 6 G 3 =1039. 6 G 2 =1039. 6 G 1 =1122.7 3.36 1.40 0.90(1.20) 0.50(0.72) ----- 罕遇地震 0.32 0.16(0.24) 0.08(0.12) 0.04 多遇地震 9 8 7 6 地震影响 烈度 地震影响系数最大值（阻尼比为 0.05 ） 地震特征周期分组的特征周期值（ s ） 0.90 0.65 0.45 0.35 第三组 0.75 0.55 0.40 0.30 第二组 0.65 0.45 0.35 0.25 第一组 Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 场地类别 例 3 ：四层钢筋混凝土框架结构，建造于基本烈度为 8 度区，场地为 Ⅱ 类，设计地震分组为第一组，层高和层重力代表值如图所示。结构的基本周期为 0.56s, 试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。 解： 结构总水平地震作用标准值 4.36 3.36 3.36 G 4 =831. 6 G 3 =1039. 6 G 2 =1039. 6 G 1 =1122.7 3.36 例 3 ：四层钢筋混凝土框架结构，建造于基本烈度为 8 度区，场地为 Ⅱ 类，设计地震分组为第一组，层高和层重力代表值如图所示。结构的基本周期为 0.56s, 试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。 解： 结构总水平地震作用标准值 4.36 3.36 3.36 G 4 =831. 6 G 3 =1039. 6 G 2 =1039. 6 G 1 =1122.7 3.36 顶部附加水平地震作用 顶部附加地震作用系数 例 3 ：四层钢筋混凝土框架结构，建造于基本烈度为 8 度区，场地为 Ⅱ 类，设计地震分组为第一组，层高和层重力代表值如图所示。结构的基本周期为 0.56s, 试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。 解： 结构总水平地震作用标准值 4.36 3.36 3.36 G 4 =831. 6 G 3 =1039. 6 G 2 =1039. 6 G 1 =1122.7 3.36 顶部附加水平地震作用 各层水平地震作用 131.6 238.9 313.7 359.3 19.7 111.9 107.3 74.8 45.6 339.6 12008.3 11517.7 8024.9 4895.0 36445.9 14.44 11.08 7.72 4.36 831.6 1039.5 1039.5 1122.7 4033.3 4 3 2 1 Σ V i (kN) (kN) F i (kN) G i H i (kN.m) H i (m) G i (kN) 层 各层水平地震剪力标准值 突出屋面附属结构地震内力的调整 震害表明，突出屋面的屋顶间（电梯机房、水箱间）、女儿墙、烟囱等，它们的震害比下面的主体结构严重。 原因是由于突出屋面的这些结构的质量和刚度突然减小，地震反应随之增大。 --- 鞭端效应。 《 抗震规范 》 规定：采用底部剪力法时，突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应，宜乘以增大系数 3 。此增大部分不应向下传递，但与该突出部分相连的构件应计入。 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.1 地震作用的计算 一、能量法 应用抗震设计反应谱计算地震作用下的结构反应，除砌体结构、底部框架抗震墙砖房和内框架房屋采用底部剪力法不需要计算自振周期外，其余均需计算自振周期。 计算方法：矩阵位移法解特征问题、近似公式、经验公式。 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.2 结构的自振周期 根据能量守恒定律 最大动能 最大势能 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.2 结构的自振周期 由 —— 重力荷载代表值水平作用于质点上时的结构在 i 处弹性位移。 解 : 例 . 已知： 求结构的基本周期。 G 2 G 1 （ 1 ）计算各层层间剪力 （ 2 ）计算各楼层处的水平位移 （ 3 ）计算基本周期 二、顶点位移法 对于顶点位移容易估算的建筑结构，可直接由顶点位移估计基本周期。 (1) 体系按弯曲振动时 自振周期为 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.2 结构的自振周期 (2) 体系按剪切振动时 自振周期为 (3) 体系按剪弯振动时 自振周期为 —— 结构顶点的假想位移值（ m ）。 考虑非结构墙体刚度的影响 能量法 顶点位移法 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.2 结构的自振周期 —— 考虑非结构墙体刚度的周期调整系数。 三、自振周期的经验公式 根据实测统计，忽略填充墙布置、质量分布差异等，初步设计时可按下列公式估算 （ 1 ）高度低于 25m 且有较多的填充墙框架办公楼、旅馆的基本周期 （ 2 ）高度低于 50m 的钢筋混凝土框架 - 抗震墙结构的基本周期 H--- 房屋总高度； B--- 所考虑方向房屋总宽度。 （ 3 ）高度低于 50m 的规则钢筋混凝土抗震墙结构的基本周期 （ 4 ）高度低于 35m 的化工煤炭工业系统钢筋混凝土框架厂房的基本周期 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.2 结构的自振周期 在实测统计基础上，再忽略房屋宽度和层高的影响等，有下列更粗略的公式 （ 1 ）钢筋混凝土框架结构 （ 2 ）钢筋混凝土框架 - 抗震墙或钢筋混凝土框架 - 筒体结构 N--- 结构总层数。 （ 3 ）钢筋混凝土抗震墙或筒中筒结构 （ 4 ）钢 - 钢筋混凝土混合结构 （ 5 ）高层钢结构 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.2 结构的自振周期 竖向地震作用的影响是显著的： 根据地震计算分析，竖向地震作用对于 高层建筑、高耸及大跨结构 影响显著。结构竖向地震内力 N E 与重力荷载产生的内力 N G 的比值沿高度自下向上逐渐增大，烈度为 8 度时为 50% 至 90% ， 9 度时可达或超过 1 ； 335m 高的电视塔上部， 8 度时为 138% ；高层建筑上部， 8 度时为 50% 至 110% 。 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.3 结构竖向地震作用 目前，国外抗震设计规定中要求考虑竖向地震作用的结构或构件有： 1. 长悬臂结构； 2. 大跨度结构； 3. 高耸结构和较高的高层建筑； 4. 以轴向力为主的结构构件（柱或悬挂结构）； 5. 砌体结构； 6. 突出于建筑顶部的小构件。 我国抗震设计规范规定前三类结构要考虑向上或向下竖向地震作用的不利影响。 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.3 结构竖向地震作用 一、结构抗震计算原则 各类建筑结构的抗震计算应遵循下列原则： 一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。 有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于 15 度时，应分别考虑各抗侧力构件方向的水平地震作用。 质量和刚度分布明显不对称的结构，应考虑双向水平地震作用下的扭转影响其他情况宜采用调整地震作用效应的方法考虑扭转影响。 8 度和 9 度时的大跨度结构、长悬臂结构， 9 度时的高层建筑，应考虑竖向地震作用。 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.4 结构抗震验算 二、结构抗震计算方法的确定 高度不超过 40m ，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，宜采用底部剪力法等简化方法。 除上述以外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。 特别不规则的建筑、甲类建筑和下表所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。 烈度、场地类别 房屋高度范围（ m ） 8 度 Ⅰ 、 Ⅱ 类场地和 7 度 >100 8 度 Ⅲ 、 Ⅳ 类场地 >80 9 度 >60 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.4 结构抗震验算 采用二阶段设计法： 第一阶段：对绝大多数结构进行多遇地震作用下的结构和构件承载力验算 , 以及多遇地震作用下的弹性变形验算。 第二阶段：对一些结构进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。 三、结构抗震验算内容 1. 多遇地震下结构允许弹性变形验算 除砌体结构、厂房外的框架结构、填充墙框架结构、框架 - 剪力墙结构等需验算允许弹性变形。 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.4 结构抗震验算 楼层内最大弹性层间位移应符合下式 --- 多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移； --- 计算楼层层高； --- 弹性层间位移角限值，按下表采用。 1/300 多、高层钢结构 1/1000 钢筋混凝土框支层 1/1000 钢筋混凝土抗震墙、筒中筒 1/800 钢筋混凝土框架 - 抗震墙、板柱 - 抗震墙、框架 - 核心筒 1/550 钢筋混凝土框架 结构类型 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.4 结构抗震验算 2. 多遇地震下结构强度验算 下列情况可不进行结构强度验算： 6 度时的建筑（ Ⅳ 类场地上较高的高层建筑与高耸结构除外）； 7 度时 Ⅰ 、 Ⅱ 类场地、柱高不超过 10m 且两端有山墙的单跨及多跨等高的钢筋混凝土厂房，或柱顶标高不超过 4.5m ，两端均有山墙的单跨及多跨等高的砖柱厂房。 除上述情况的所有结构都要进行结构构件承载力的抗震验算，验算公式为 --- 包含地震作用效应的结构构件内力组合的设计值； --- 结构构件承载力设计值； --- 承载力抗震调整系数，除另有规定外，按下表采用； 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.4 结构抗震验算 材料 结构构件 受力状态 钢 柱、梁 支撑 节点板件、连接螺栓 连接焊缝 0.75 0.80 0.85 0.90 砌体 两端均有构造柱、芯柱的抗震墙 其他抗震墙 受剪 受剪 0.9 1.0 混凝土 梁 梁轴压比小于 0.15 柱 梁轴压比不小于 0.15 柱 抗震墙 各类构件 受弯 偏压 偏压 偏压 受剪、偏拉 0.75 0.75 0.80 0.85 0.85 承载力抗震调整系数 --- 重力荷载分项系数，一般取 1.2 ，当重力荷载效应对构件承载能力 有利时，不应大于 1.0 ； --- 分别为水平、竖向 地震作用分项系数， 按右表采用； 0.5 1.3 同时计算水平与竖向地震作用 1.3 0.0 仅计算竖向地震作用 0.0 1.3 仅计算水平地震作用 地震作用 --- 风荷载分项系数，应采用 1.4 ； --- 重力荷载代表值的效应； --- 水平、竖向地震作用的标准值效应 , 尚应乘以相应的增大系数或调整系数 ; --- 风荷载标准值的效应； --- 风荷载组合系数 ; 一般结构可不考虑 , 风荷载起控制作用的高层建筑应采用 0.2; 15.2 地震作用和结构抗震验算 15.2.4 结构抗震验算 3. 荷载效应 基本组合 多层砌体房屋是我国当前建筑业中使用最广泛的一种建筑形式。在民用建筑中约占 90% 以上，在整个建筑业中约占 80% 。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.1 抗震设计的一般规定 抗震性能差的原因： 1 、刚度大、自重大，地震作用也大； 2 、砌体材料质脆 , 抗剪、抗拉、抗弯强度低 , 地震作用下极易出现裂缝 ; 3 、受施工质量的影响较大 ; 如砂浆不饱满 , 易出现裂缝 , 减弱抗震性能。 一、平立面布置要规则 二、房屋高度、层数、层高要限制 房屋平面最好为矩形。 1. 一般情况下，层数和总高度不应超过下表 --- --- 6 18 7 21 7 21 190 混凝土小砌块 --- --- 5 15 6 18 7 21 190 4 12 6 18 7 21 7 21 240 4 12 6 18 78 21 8 24 240 普通粘土砖 层数 高度 层数 高度 层数 高度 层数 高度 6 7 8 9 烈度 最小 (mm) 房屋类别 多孔粘土砖 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.1 抗震设计的一般规定 2. 对医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋，总高度应比前表的规定降低 3m, 层数相应减少一层；各层横墙很少的多层砌体房屋，还应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。 3. 横墙较少的多层砌体住宅楼，当按规定采取加强措施并满足抗震承载力要求时，其高度和层数可按上表采用。 4. 砖和砌快承重房屋的层高不应超过 3.6m 。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.1 抗震设计的一般规定 三、房屋高宽比的限制 抗震规范对多层砌体房屋不要求作整体弯曲的承载力验算。为了使多层砌体房屋有足够的稳定性和整体抗弯能力，房屋的高宽比应满足下表： 房屋高宽比：房屋总高度与总宽度的最大比值。 烈度 6 7 8 9 最大高宽比 2.5 2.5 2.0 1.5 房屋高宽比的限值表 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.1 抗震设计的一般规定 四、抗震横墙间距的限制 横向地震作用主要由横墙承受。横墙间距较大时，楼盖水平刚度变小，不能将横向水平地震作用有效传递到横墙，致使纵墙发生较大出平面弯曲变形，造成纵墙倒塌。 4 7 11 11 木楼、屋盖 7 11 15 15 装配式钢筋混凝土楼、屋盖 11 15 18 18 现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖 9 8 7 6 烈度 房屋类型 房屋抗震横墙最大间距 (m) 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.1 抗震设计的一般规定 五、房屋局部尺寸的限制 在强烈地震作用下，房屋首先在薄弱部位破坏，这些薄弱部位一般是，窗间墙、尽端墙段、突出屋顶的女儿墙等。 1.5 1.5 1.0 2.0 0.0 1.2 1.2 1.0 1.5 0.5 1.0 1.0 1.0 1.0 0.5 1.0 1.0 1.0 1.0 0.5 承重窗间墙最小宽度 承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离 非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离 内墙阳角至门窗洞边的最小距离 无锚固女儿墙 ( 非出入口处 ) 的最大高度 9 8 7 6 烈度 部位 房屋局部尺寸限值 (m) 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.1 抗震设计的一般规定 六、结构体系要合理 1 、应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系； 2 、纵横墙的布置宜对称，沿水平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；同一轴线上的窗间墙宜均匀； 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.1 抗震设计的一般规定 4 、楼梯间的位置 不宜设在房屋的尽端和转角处。 3 、防震缝 有下列情况之一时宜设置防震缝 （ 1 ）房屋立面高差在 6m 以上； （ 2 ）房屋有错层，且楼板高差较大； （ 3 ）各部分结构刚度、质量截然不同。 体形不对称的结构较体形均匀对称的结构破坏更严重一些。加防震缝可以将体形复杂的结构划成体形对称均匀的结构。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.1 抗震设计的一般规定 4 、楼梯间的位置 不宜设在房屋的尽端和转角处。 5 、烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体，当墙体被削弱时，应对墙体采取加强措施，不宜采用无竖向配筋的附墙烟囱及出墙面的烟囱。 6 、不宜采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。 3 、防震缝 有下列情况之一时宜设置防震缝 （ 1 ）房屋立面高差在 6m 以上； （ 2 ）房屋有错层，且楼板高差较大； （ 3 ）各部分结构刚度、质量截然不同。 体形不对称的结构较体形均匀对称的结构破坏更严重一些。加防震缝可以将体形复杂的结构划成体形对称均匀的结构。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.1 抗震设计的一般规定 对于多层砌体结构，抗震构造措施对于提高房屋的抗震性能，作到大震不倒有重要意义。 各种构造措施的目的只有一个：即加强房屋的整体性，使之具有一定的变形能力（延性）。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 （一）设置钢筋混凝土构造柱 多层砖房的抗震构造措施 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 1 、钢筋混凝土构造柱的主要功能 约束墙体，使之有较高的变形能力。 2 、设置位置和要求 （ 1 ）构造柱设置部位一般情况下应符合下表要求 内墙 ( 轴线 ) 与外墙交接处 , 内墙的局部较小墙垛处 ,7-9 度时 , 楼、电梯的四角 ,9 度时 , 内纵墙与横墙 ( 轴线 ) 交接处 三、四 五、六 六、七 八 隔开间横墙 ( 轴线 ) 与外墙交接处 , 山墙与内纵墙交接处 ,7-9 度时 , 楼、电梯的四角 二 四 五 六、七 7 、 8 度时，楼、电梯的四角，每隔 15m 左右的横墙或单元横墙与外墙交接处 二、三 三、四 四、五 9 度 8 度 7 度 6 度 房屋层数 设置部位 外墙四角， 错层部位横 墙与外纵墙 交接处较大 洞口两侧， 大房间内外 墙交接处 （ 2 ）外廊式和单面走廊式的多层房屋，应根据房屋增加一层后的层数，按前表设置构造柱，且单面走廊两侧的纵墙均应按外墙处理。 （ 3 ）教学楼、医院等横墙较少的房屋，应根据房屋增加一层后的层数，按上表设置构造柱；当教学楼、医院等横墙较少的房屋为外廊式或单面走廊式时，应按前款要求设置构造柱，但 6 度不超过四层、 7 度不超过三层和 8 度不超过二层时，应按增加二层后的层数考虑。 3 、截面尺寸、配筋和连接的要求 （ 1 ）截面与配筋 构造柱最小截面可采用 240 × 180mm ，纵向钢筋宜采用 ，箍筋间距不宜大于 250mm ，且在柱上下端适当加密； 7 度时超过六层、 8 度时超过五层和九度时，构造柱纵向钢筋宜采用 ，箍筋间距不应大于 200mm ；房屋四角的构造柱可适当加大截面及配筋。 （ 2 ）构造柱与墙体的连接 构造柱与墙体连接处应砌成马牙槎，并应沿墙高每隔 500mm 设 拉结钢筋，每边深入墙内不宜小于 1m 。 构造柱与圈梁连接处，构造柱的纵筋应穿过圈梁，保证构造柱纵筋上下贯通。 （ 3 ）构造柱与圈梁的连接 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 构造柱可不单独设置基础，但应深入室外地面下 500mm ，或与埋深小于 500mm 的基础圈梁相连。 （ 4 ）构造柱的基础 （ 5 ）房屋高度和层数接近限值时的构造柱间距 房屋高度和层数限值时，纵横墙内的构造柱间距尚应符合下列要求： 1 ）横墙内构造柱间距不宜大于层高的二倍，下部 1/3 的楼层的构造柱间距适当减小； 2 ）外墙的构造柱间距应每开间设置一柱；当开间大于 3.9m 时，应令设加强措施。内纵墙的构造柱间距不宜大于 4.2m 。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 ( 二 ) 设置钢筋混凝土圈梁 1 、钢筋混凝土圈梁的主要功能 增加纵横墙体的连接，加强整个房屋的整体性；圈梁可箍住楼盖，增强其整体刚度；减小墙体的自由长度，增强墙体的稳定性；可提高房屋的抗剪强度，约束墙体裂缝的开展；抵抗地基不均匀沉降，减小构造柱计算长度。 （ 1 ）装配式钢筋混凝土楼盖、屋盖或木楼盖、屋盖的砖房，横墙承重时应按下表的要求设值圈梁，纵墙承重时每层均应设置圈梁，且抗震墙上的圈梁间距应比表内要求适当加密。 2 、钢筋混凝土圈梁的设置部位及构造要求 圈梁与构造柱一起 , 形成砌体房屋的箍，使其抗震性能大大改善。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 同上 ; 各层所有横墙 同上；屋盖处沿所有横墙，且间距不应大于 7m ；楼盖处间距不应大于 7m ，构造柱对应部位 同上 ; 屋盖处间距不应大于 7m ，楼盖处间距不应大于 15m, 构造柱对应部位 内横墙 屋盖处及每层楼盖处 屋盖处及每层楼盖处 屋盖处及每层楼盖处 外墙及内纵墙 9 8 6 、 7 墙类 烈度 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 （ 2 ）现浇或装配整体式钢筋混凝土楼盖、屋盖与墙体可靠连接的房屋可不另设圈梁，但楼板沿墙体周边应加强配筋，并应与相应的构造柱钢筋可靠连接。 （ 3 ）圈梁应闭合，遇有洞口应上下搭接，圈梁宜与预制板设在同一标高处或紧靠板底。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 （ 4 ）圈梁在前表要求的间距内无横墙时，应利用梁或板缝中配筋替代圈梁。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 3 、圈梁的截面尺寸及配筋 圈梁的截面高度一般不应小于 180mm ，配筋应符合右表要求，但在软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层上的砌体房屋的基础圈梁，截面高度不应小于 180mm ，配筋不应少于 。 150 200 250 最大箍筋间距 (mm) 最小纵筋 9 8 6 、 7 配筋 烈度 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 ( 三 ) 楼盖、屋盖构件具有足够的搭接长度和可靠的连接 1. 现浇钢筋混凝土楼板或屋面板伸进纵、横墙内的长度，均不宜小于 120mm 。 2. 装配式钢筋混凝土楼板或屋面板，当圈梁未设在板的同一标高时，板端伸进外墙的长度不应小于 120mm ，伸进内墙的长度不应小于 100mm ，在梁上不应小于 80mm 。 3. 当板的跨度大于 4m 并与外墙平行时，靠外墙的预制板侧边与墙或圈梁拉接。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 4. 房屋端部大房间的楼盖， 8 度时房屋的屋盖和 9 度时房屋的楼盖、屋盖，圈梁设在板底时，钢筋混凝土预制板应相互拉结，并应与梁、墙或圈梁拉结。 5. 楼、屋盖的钢筋混凝土梁或物价，应与墙、柱（包括构造柱）或圈梁可靠连接，梁与砖柱的连接不应削弱柱截面，各层独立砖柱顶部应在两个方向均有可靠连接。 6. 坡屋顶房屋的屋架应与顶层圈梁可靠连接，檩条或屋面板应与墙及屋架可靠连接，房屋出入口的檐口瓦应与屋面构件锚固； 8 度和 9 度时，顶层内纵墙顶宜增砌支撑端山墙的踏步式墙垛。 7. 门窗洞口不应采用无筋砖过梁，过梁支撑长度， 6 ～ 8 度时不应小于 240mm ； 9 度时不应小于 360mm 。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 8. 预制阳台应与圈梁和楼板的现浇板带可靠连接。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 ( 四 ) 横墙较少砖房的有关规定与加强措施 横墙较少的多层普通粘土砖、多孔粘土砖房的总高度和层数接近或达到规定限制，应采取下列加强措施： 1. 房屋的最大开间尺寸不宜大于 6.6m 。 2. 同一个结构单元内横墙错位数量不宜超过横墙总数的 1/3 ，且连续错位不宜多于两道；错位的墙体交接处均应增设构造柱，且楼、屋面板应采用现浇钢筋混凝土板。 3. 横墙和内纵墙上洞口的宽度不宜大于 1.5m ；外纵墙上洞口的宽度不宜大于 2.1m 或开间尺寸的一半；内外墙上洞口位置不应影响外纵墙和横墙的整体连接。 4. 所有纵横墙均应在楼、屋盖标高处设置加强的现浇钢筋混凝土圈梁，圈梁的截面高度不小于 150mm ，上下纵筋各不应少于 ，箍筋不小于 ，间距不大于 300mm 。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 5. 所有纵横墙交界处及横墙的中部，均应设置加强柱；该加强柱在横墙内的柱距不宜大于层高，在纵墙内的柱距不宜大于 4.2m ，最小截面尺寸不宜小于 240mm×240mm ，配筋宜符合下表的要求。 最大配筋率 (%) 最小配筋率 (%) 最小直径 加密区范围 (mm) 加密区间距 (mm) 最小直径 角柱 1.8 0.8 全高 边柱 1.8 0.8 上端 700 中柱 1.4 0.4 下端 500 位置 纵向钢筋 箍筋 100 6. 同一结构单元的楼、屋面板应设在同一标高处。 7. 房屋的底层和顶层，在窗台标高处宜设置沿纵横墙通长的水平现浇钢筋混凝土带，其截面高度不小于 60mm ，宽度不小于 240mm ，纵向钢筋不少于 。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 ( 五 ) 墙体之间的连接 1.7 度时长度大于 7.2m 的大房间及 8 度和 9 度时，外墙转角及内外墙交接处，应沿墙高每隔 500mm 配置 拉结钢筋，并每边深入墙内不宜小于 1m 。 2. 后砌的非承重砌体隔墙应沿墙高每隔 500mm 配置 拉结钢筋与承重墙或柱拉结，并每边深入墙内不宜小于 500mm ； 8 度和 9 度时长度大于 5m 的后砌非承重砌体隔墙的墙顶，尚应与楼板或梁拉结。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 ( 六 ) 加强楼梯间的整体性 1.8 度和 9 度时，顶层楼梯间横墙和外墙应沿墙高每隔 500mm 设 通长钢筋； 9 度时其它各层楼梯间可在休息板平台或楼层半高处设置 60mm 厚的钢筋混凝土带或配筋砂浆带，砂浆强度等级不应低于 M7.5 ，钢筋不宜少于 。 楼梯间应符合下列要求： 2.8 度和 9 度时，楼梯间及门厅内墙阳角处的大梁支承长度不应小于 500mm ，并应与圈梁连接。 3. 装配式楼梯段应与平台板的梁可靠连接，不应采用墙中悬挑式踏步或踏步竖肋插入墙体的楼梯，不应采用无筋砖砌栏板。 4. 突出屋顶的楼、电梯间，构造柱应伸到顶部，并与顶部圈梁连接，内外墙交接处应沿墙高每隔 500mm 设 拉结钢筋，且每边伸入墙内不应小于 1m 。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 ( 七 ) 采用同一类型的基础 同一结构单元的基础（或桩承台），宜采用同一类型的基础，底面宜埋在同一标高上，否则应增设基础圈梁并应按 1 ： 2 的台阶逐步放坡。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 抗震构造措施 一、 水平地震作用 H 1 G 1 G k H k 二、 楼层地震剪力 G i 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 计算要点 三、 墙体截面抗震承载力验算 1. 各类砌体沿阶梯形截面破坏的抗剪强度设计值 非抗震设计的砌体抗剪强度设计值，按 《 砌体结构设计规范 》 采用； 砌体强度正应力影响系数，按下表确定： 0.0 1.0 3.0 5.0 7.0 10.0 15.0 20.0 普通粘土砖 , 多孔粘土砖 0.80 1.00 1.28 1.50 1.70 1.95 2.32 混凝土小砌块 1.25 1.75 2.25 2.60 3.10 3.95 4.80 砌体类别 砌体强度的正应力影响系数 为对应与重力荷载代表值的砌体截面平均压应力。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 计算要点 2. 粘土砖、多孔砖墙体的截面抗震承载力验算 验算公式： 墙体地震剪力设计值； 承载力抗震调整系数，对于两端均有构造柱、芯柱的承重墙为 0.9 ，其它承重墙为 1 ，自承重墙取 0.75; 墙体横截面面积，多孔砖取毛截面面积； 砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪设计值。 当按上式验算不能满足时，除采用配筋砌体的提高承载力外，尚可采用在墙段中部增设构造柱的方法。 15.3 多层砌体结构房屋的抗震验算 15.3.2 计算要点 一、钢筋混凝土结构的抗震设计特点 使用阶段或在常遇地震作用时，结构在弹性范围工作； 在基本烈度地震作用时 , 结构在弹塑性范围工作； 在罕遇烈度地震作用时 , 结构亦在弹塑性范围工作。 程度不同 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.1 设计特点及概念设计 二、钢筋混凝土结构的概念设计 1. 设置多道抗震防线； 2. 合理控制结构的弹塑区部位； 1 ）结构有较好的塑性内力重分布能力； 2 ）结构有较宽的约束屈服范围及极限变形； 3 ）局部破坏不致导致整个结构失效及具有易于修复 的可能性。 3. 加强结构的整体性和构件间的连接； 4. 抗侧力构件的刚度、强度、延性应有适当的对应关系； 5. 上部结构应与地基条件适应。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.1 设计特点及概念设计 一、房屋的适用最大高度 《 抗震规范 》 规定：乙、丙和丁类建筑的框架结构和框架 - 抗震墙结构适用的最大高度应不超过下表的规定。 甲类建筑适用的最大高度应专门研究。 50 100 120 130 框架 - 抗震墙结构 25 45 55 60 框架结构 9 8 7 6 结构类型 烈 度 现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（ m ） 注： 1. 房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）； 2. 超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施； 3. 平面和竖向均不规则的结构或建造在 Ⅳ 场地的构，使用的最大高度应适当降低（一般降低 20% 左右）。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.2 一般规定 二、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； 2 、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能； 3 、房屋越高，地震反应越大，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。 主、次抗侧力构件的抗震要求应有差别。 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。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.2 一般规定 下表为丙类建筑抗震等级的划分： 一 一 一 抗震墙 一 一 二 二 三 三 四 框架 ≤ 50 >60 ≤ 60 >60 ≤ 60 >60 ≤ 60 高度（ m) 一 剧场 , 体育馆等大跨度公共建筑 一 一 二 二 三 三 四 框架 ≤ 25 >30 ≤ 30 >30 ≤ 30 >30 ≤ 30 高度（ m) 框架 - 抗 震墙 结构 框架 结构 结 构 类 型 烈 度 6 8 7 9 三 二 一 三 二 现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级 注： 1. 建筑场地为 Ⅰ 类时，除 6 度外可按表内降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低； 2. 接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.2 一般规定 2 、裙房与主楼的等级 c c c c c1 c c 裙房顶部上下各一层应提高抗震措施 3 、多层与高层建筑的地下室 一层以下根据具体情况按三级或按更低等级。 9 度时应专门研究。 图中 c 为抗震等级 1 、甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施所要求的设防烈度按上表确定抗震等级。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.2 一般规定 三、建筑结构布置宜规则 四、合理设计结构破坏机制 为了充分发挥整个结构的抗震能力，较合理的地震破坏机制应为节点基本不破坏，梁比柱的屈服能早发生、多发生；同一层中，各柱两端屈服历程越长越好；底层柱底的塑性铰宜最晚发生。梁柱端的塑性铰出现得尽可能分散。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.2 一般规定 五、构件在极限破坏前不发生明显的脆性破坏 主要抗侧力的钢筋混凝土构件的极限破坏应以构件弯曲时主筋受拉屈服破坏为主，应避免变形性能差的混凝土首先压溃或剪切破坏，以及钢筋锚固失效和粘接破坏。 延性破坏和脆性破坏两者的变形性能差别很大，与其相关的因素有：抗剪和抗弯承载力之比、剪跨比、剪压比、轴压比、主筋率、配筋率、箍筋形式、混凝土和钢筋材料、钢筋连接和锚固方式等。 规范中许多规定都属于这方面的要求。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.2 一般规定 当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和刚度相差过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时，应考虑设防震缝。其最小宽度应符合下面要求： 高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。 1 、防震缝 （ 1 ）钢筋混凝土框架房屋的防震缝宽度，当高度不超过 15m 时可采用 70mm ，超过 15m 时， 6 、 7 、 8 、 9 度相应每增加高度 5m 、 4m 、 3m 、 2m ，宜加宽 20mm 。 六、防震缝与抗撞墙 （ 2 ）框架 - 抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架规定数值的 50% ，且不宜小于 70mm 。 （ 3 ）防震缝两侧结构类型不同时，按不利体系考虑，并按低的房屋高度计算缝宽。 t h 框架 框架 - 抗震墙 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.2 一般规定 8 、 9 度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧的结构，当结构高度、刚度或层高相差较大时，可在防震缝两侧房屋的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙。 2 、抗撞墙 层高不同 高度、刚度相差较大 每一侧的数量不应少于两道。宜分别对称布置，墙肢的长度可不大于一个柱距。 内力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。 抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.2 一般规定 2 、钢筋混凝土框架的梁、柱构件应避免剪切破坏 “ 强剪弱弯 ” 构件弯曲破坏形成的极限剪力应小于构件斜截面的极限剪力。 七、钢筋混凝土框架的结构体系 1 、钢筋混凝土框架结构宜对称布置 3 、钢筋混凝土框架的梁、柱构件之间应设置成 “ 强柱弱梁 ” 4 、梁柱节点的承载力宜大于梁、柱构件的承载力。 “ 更强的节点 ” 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.2 一般规定 一、一般概念 1 、梁与柱的弯曲延性 实验表明变形能力随轴压比增大而急剧降低。 N 为组合轴压力设计值； b 、 h 为截面的短长边； f c 为混凝土抗压强度设计值。 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 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。 配筋率对延性影响也很大。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 配筋率对延性影响也很大。 配筋率增大则弯曲延性差。适当提高混凝土强度等级，可使配筋率减少弯曲延性改善。 截面中配置受压钢筋可以改善构件的弯曲延性。 2 、受剪构件的剪跨比及破坏特征 h 0 为截面有效高度。 剪跨比： 构件在弯矩和剪力共同作用下 , 受剪破坏与剪跨比有关 . 当 或构件为超配箍时 , 发生斜压型破坏； 当 且构件为低配箍时 , 发生斜拉型破坏； 脆性破坏 当 且配筋箍适量时 , 发生剪压破坏； 延性破坏 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 1 ）平面或楼层有局部薄弱环节，不能发挥整体抗震能力； 3 、震坏房屋在设计上存在的问题 2 ）梁柱变形能力不足，构件过早破坏； 3 ）梁柱节点箍筋不足，节点受震破坏，梁柱失去了相互之间的联系； 4 ）砌体添充墙破坏； 5 ）其他。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 1 ）框架塑性效应较多地发生在梁端，底层柱的塑性效应较晚形成； 4 、框架结构抗震设计的正确指导思想 2 ）梁柱在弯曲破坏前，避免发生其它形式破坏，如剪切破坏、粘结破坏等； 3 ）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力； 4 ）重视非结构构件设计。 强柱弱梁，强剪弱弯，更强的节点 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 两种破坏形式 二、 “ 强柱弱梁 ” 框架的抗震设计 弱柱型 弱梁型 为了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。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 抗震规范规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，除顶层和柱轴压比小于 0.15 者外，柱端组合弯矩设计值应符合下列公式要求 9 度和一级框架结构尚应符合： --- 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 ; --- 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； --- 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 。 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 。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 1. 梁、柱的抗剪强度要高于它的抗弯强度（强剪弱弯） 9 度和一级框架结构尚应符合： 三、梁、柱延性破坏之前不发生其它脆性破坏的抗震设计 为了避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，应按 ‘ 强剪弱弯 ’ 的原则调整框架梁端部截面组合的剪力设计值： 一、二、三级框架梁 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 --- 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； -- 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； --- 梁的剪力增大系数，一级为 1.3, 二级为 1.2, 三级为 1.1 。 --- 梁的净跨； --- 分别为梁左、右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矩值； 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 跨高比大于 2.5 时： 剪压比：截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比，即 2. 梁、柱截面的剪压比不宜过大 剪压比过大 , 混凝土会过早发生斜压破坏 , 箍筋不能充分发挥作用 , 它对构件的变形能力也有显著影响。因此应控制。 跨高比等于或小于 2.5 时： --- 梁端部截面组合的剪力设计值； --- 梁的截面有效高度； --- 混凝土轴心抗压强度设计值； --- 梁的截面宽度； --- 承载力抗震调整系数。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 剪跨比宜大于 2 ，剪跨比按下式计算： 3. 梁、柱的剪跨比要有所限制 --- 剪跨比，取两端计算结果的较大值； --- 端截面组合剪力计算值； --- 端截面组合弯矩计算值； --- 截面有效高度。 反弯点位于中部时，可按构件净长与 2 倍截面高度之比计算。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 N 为组合轴压力设计值； b 、 h 为柱的短长边； fc 为混凝土抗压强度设计值。 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： 4 、柱的轴压比不宜过大 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。 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。 0.90 0.95 0.80 0.85 0.70 0.75 框架 框架 - 剪力墙 三 二 一 结构类型 抗震等级 柱轴压比限制 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 为此，框架梁的纵向配筋应符合下列要求： 为了提高梁的正截面塑性铰转动延性，梁的纵向配筋率不宜过高。 5 、纵向钢筋的配筋率应该合适 （ a) 梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于 2.5% ；梁端截面最大配筋率应使梁端截面的受压区相对高度（即截面受压区高度与有效高度比）应满足：一级不应大于 0.25, 二、三级不应大于 0.35; （ b) 梁端或任何可能屈服截面处，下部与上部配筋量的比值，一级不应小于 0.5, 二三级不应小于 0.3 。 （ c) 沿梁全长顶面和底面的配筋，一二级不应少于 且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的 1/4 ，三四级不应少于 。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 柱的纵向配筋应符合下列要求： 对于柱： （ a ）宜对称布置； （ b ）截面尺寸大于 400mm 的柱，纵向钢筋间距不宜大于 200mm; （ c ）纵向钢筋的最小配筋率应按下表采用。 0.6 0.8 0.7 0.9 0.8 1.0 1.0 1.2 中柱和边柱 角柱 四 三 二 一 类别 抗震等级 （ d) 柱的总配筋率不应大于 5% 。 （ e) 一级且剪跨比大于 2 的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于 1.2% 。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 梁、柱纵向钢筋的接头与锚固应符合规范规定。 6 、梁、柱纵向钢筋的接头与锚固 加密箍筋可以约束混凝土，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。 7 、箍筋在一定范围内应加密 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 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。 四、框架的节点设计 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。 节点区的破坏与交于节点的梁、柱破坏顺序有关，弱柱强梁型的节点区破坏严重。 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% 。节点区的破坏与交于节点的梁、柱破坏顺序有关，弱柱强梁型的节点区破坏严重。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 根据强节点的设计要求，框架节点的设计准则是： （ 1 ）节点的承载力不应低于其连接构件（梁、柱）的承载力； （ 2 ）多遇地震时，节点应在弹性范围内工作； （ 3 ）罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递； （ 4 ）节点配筋不应使施工过分困难。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 1. 节点核心区受剪承载力的验算 （ 1 ）节点核心区组合的剪力设计值 9 度和一级框架尚应符合 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 --- 梁截面有效高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值； --- 节点剪力增大系数，一级取 1.35, 二级取 1.2 。 --- 柱的计算高度，可采用节点上下柱反弯点之间的距离； --- 梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离； --- 梁的截面高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值； --- 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； --- 节点左右梁端纵向受拉钢筋实际配筋面积（考虑受压筋）和材 料强度标准值计算的受弯承载力所对应的弯矩值之和。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 （ 2 ）框架节点核心区截面受剪承载力的验算 一、二级框架： 9 度时 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计 --- 混凝土抗拉强度设计值； --- 对应与组合剪力设计值的上柱组合轴向压力较小值； --- 箍筋间距； --- 箍筋抗拉强度设计值； --- 核心区有效验算宽度范围内同一截面验算方向箍筋的总截面面积； 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。 15.4 多层钢筋混凝土框架的抗震设计 15.4.3 抗震设计