1、第四章第四章 多层和高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层和高层钢筋混凝土房屋抗震设计 4.1 概述概述 4.2 抗震设计基本要求抗震设计基本要求 4.3 框架结构抗震计算框架结构抗震计算 4.4 框架结构抗震构造措施框架结构抗震构造措施 教学目的和要求教学目的和要求 1.掌握多高层钢筋混凝土结构震害。掌握多高层钢筋混凝土结构震害。2.掌握多高层钢筋混凝土结构的选型、结构布置和设计原则。掌握多高层钢筋混凝土结构的选型、结构布置和设计原则。3.掌握钢筋混凝土框架结构的抗震设计及抗震构造措施。掌握钢筋混凝土框架结构的抗震设计及抗震构造措施。v多层和高层钢筋混凝土多层和高层钢筋混凝土结构体系结构体系包括：包
2、括：框架结构框架结构、框架、框架-抗震墙结构、抗震墙结构、抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构和框架筒体结构和框架-筒体结构等。筒体结构等。钢筋混凝土框架房屋：钢筋混凝土梁和柱等构件组钢筋混凝土框架房屋：钢筋混凝土梁和柱等构件组 成承重体系的房屋。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。钢筋混凝土框架房屋层数一般在十层以下。特点：平面布置灵活，易满足建筑物内大空间的要求特点：平面布置灵活，易满足建筑物内大空间的要求 侧向刚度小，水平位移较大侧向刚度小，水平位移较大4.1 概概 述述抗震墙抗震墙框架房屋框架房屋框架框架-抗震墙抗震墙v结构方案不当引起的震害结构方案不当引起的震害（1）
3、平面布置不当产生的震害）平面布置不当产生的震害 建筑平面布置不规则建筑平面布置不规则-质量中心和刚度中心不重质量中心和刚度中心不重合合 -扭转效应扭转效应-破坏严重（尤其是角柱）破坏严重（尤其是角柱）（2）竖向不规则产生的震害）竖向不规则产生的震害 竖向的质量或刚度有突变竖向的质量或刚度有突变-突变处应力集中，形突变处应力集中，形成薄弱层成薄弱层-较大的塑性变形较大的塑性变形-结构破坏、甚至结构破坏、甚至倒塌倒塌震害及其分析：震害及其分析：（3）防震缝处碰撞）防震缝处碰撞 防震缝两侧结构单元防震缝两侧结构单元的振动特性不同的振动特性不同-发生不同形式的振动发生不同形式的振动 -防震缝缝宽不够防
4、震缝缝宽不够或构造不当或构造不当-发生发生碰撞碰撞u 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。（4）场地影响引起的震害）场地影响引起的震害u 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。（5）框架柱的震害）框架柱的震害A.柱顶柱顶 柱顶周围有水平裂
5、缝、斜裂缝或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，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。柱内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。柱底破坏与柱顶相似，由于箍筋柱底破坏与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。较柱顶密，震害相对柱顶较轻。B B、柱底、柱底 与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。C C、短柱、短柱 当柱高小于当柱高小于4 4倍柱截面高度（倍柱截面高度（H/b4)H/b60 6060 6060 60 高度（高度（m)一一剧场剧场,体育馆等大跨度公共建筑体育馆等大跨度公共建筑一一一一二二
6、二二三三三三四四 框架框架 2530 3030 3030 30 高度（高度（m)框架框架-抗抗震墙震墙结构结构框架框架结构结构结结 构构 类类 型型烈烈 度度6879三三二二一一三三二二现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级注意事项：注意事项：1.此表适用于此表适用于丙类丙类建筑抗震等级的划分；建筑抗震等级的划分；甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施所甲、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。要求的设防烈度按上表确定抗震等级。2.建筑场地为建筑场地为类时，除类时，除6度外可按表内降低一度所对度外可按表内降低一度所对应的抗震等级采取
7、抗震构造措施，但相应的计算要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；求不应降低；3.接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程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。度及场地、地基条件确定抗震等级。4、当框架、当框架-抗震墙结构有足够的抗震墙时抗震墙结构有足够的抗震墙时,其框架部分其框架部分是次要抗侧力构件是次要抗侧力构件,可按框架可按框架-抗震墙结构中的框架抗震墙结构中的框架确定抗震等级。否则按框架结构确定等级。确定抗震等级。否则按框架结构确定等级。区分标准区分标准是看框架部分承受的地震倾覆力矩是否大是看框架部分承受的地震倾覆力矩是否大于
8、结构总地震倾覆力矩的于结构总地震倾覆力矩的50%。5、与主楼相连的群房其抗震等级不应低于主楼的抗、与主楼相连的群房其抗震等级不应低于主楼的抗震等级，震等级，且主楼结构在群房屋面部位的上下各一层且主楼结构在群房屋面部位的上下各一层要适当加强抗震等级要适当加强抗震等级 结构平面布置结构平面布置 结构的平面布置是指在结构平面图上布置柱和墙的位置以及楼盖的传力方式。从抗震的角度看，最主要的是使结构平面的质量中心和刚度中心相重合或尽可能靠近，以减小结构的扭转反应。结构的平面布置宜简单、对称和规则结构的平面布置宜简单、对称和规则 设防烈度L/Bl/bl/Bmax6度和7度6.02.00.358度和9度5.
9、01.50.30表4-4 L、l 的限值4.2.3 结构平面和竖向布置结构平面和竖向布置 高层建筑（8层及8层以上）的平面中L不宜过长（图4-8），突出部分长度l宜减小，凹角处宜采取加强措施。图4-8中，L、l和l的值宜满足前表4-4的要求。图4-8 建筑平面2.2.结构竖向布置结构竖向布置结构沿竖向（竖直方向）应尽可能均匀而少变化，使结构的刚度沿竖向均匀结构沿竖向（竖直方向）应尽可能均匀而少变化，使结构的刚度沿竖向均匀。为使结构有较好的整体刚度和稳定性，结构高度H和宽度B的比值不宜超过表5-4所列的限值 结构类型6度7度8度9度框架，板柱抗震墙4432框架抗震墙5543筒体，抗震墙6654
10、表表4-2 适用的房屋最大高宽比适用的房屋最大高宽比NoImage3.3.防震缝的设置防震缝的设置 平面形状复杂时，宜用防震缝划分成较规则简单的单元。但对高层结构，宜尽可能不设缝。当需要设置防震缝时，其最小宽度应符合下列要求：（1）框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用70mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。（2）框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用上述对框架规定数值的70%，抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用上述对框架规定数值的50%；且均不宜小于70mm。（3）防震缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度应按需要较宽的规定采
11、用，并可按较低房屋高度计算缝宽。（4）8、9度框架结构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沿全高设置垂直于防震缝的抗撞墙，每一侧抗撞墙的数量不应少于两道，宜分别对称布置，墙肢长度可不大于一个柱距。4.2.4 一般性抗震措施一般性抗震措施（1）楼盖）楼盖-刚度要求刚度要求 楼盖的刚度大楼盖的刚度大-能满足水平地震作用传递和分配能满足水平地震作用传递和分配的要求的要求-假定楼盖水平刚度无穷大假定楼盖水平刚度无穷大 抗震墙的最大间距要求：抗震墙的最大间距要求：抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比宜满足下表要求：抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比宜满足下表要求：不宜采用
12、不宜采用装配式楼盖装配式楼盖现浇、叠合梁扳现浇、叠合梁扳9度度8度度6、7度度结构结构4335.22 抗震墙之间楼、屋盖的长宽比抗震墙之间楼、屋盖的长宽比抗震墙之间的楼、屋盖有较大开洞时，长宽比还应减小。抗震墙之间的楼、屋盖有较大开洞时，长宽比还应减小。当超过上述要求时，应计入楼盖平面内的变形影响。当超过上述要求时，应计入楼盖平面内的变形影响。(2)对框架结构的布置要求对框架结构的布置要求宜双向设置承重框架；不宜采用单跨框架宜双向设置承重框架；不宜采用单跨框架框架梁和柱的中线应尽可能重合在同一平面内，两者间框架梁和柱的中线应尽可能重合在同一平面内，两者间的偏心距不宜超过柱宽的的偏心距不宜超过柱
13、宽的1/4楼梯间、电梯间不宜设置在结构单元的两端及拐角处。楼梯间、电梯间不宜设置在结构单元的两端及拐角处。框架结构沿高度不宜突变框架结构沿高度不宜突变;局部突出屋顶的部分应采用局部突出屋顶的部分应采用框架承重框架承重遵守遵守“强柱弱梁强柱弱梁”、“强剪弱弯强剪弱弯”、“强节点、强锚固强节点、强锚固”等原则进行延性框架的设计。等原则进行延性框架的设计。合理考虑砌体填充墙的设置合理考虑砌体填充墙的设置3.抗撞墙的布置抗撞墙的布置8、9度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧的结构，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，可在防震缝两侧当结构高度、刚度或层高相差较大
14、时，可在防震缝两侧房屋的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙房屋的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙。高度、刚度相差较大高度、刚度相差较大层高不同层高不同v每一侧的数量不应少于每一侧的数量不应少于两道两道。宜分别对称布置，墙。宜分别对称布置，墙肢的长度可不大于一个柱距。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，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。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抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密（4）框架抗震墙的布置要求）框架抗震墙的布置要求1、抗震墙布置的基本原则、抗震墙布置的基本原则 框架框架-抗震墙结构中
15、的抗震墙宜沿主轴方向双向布抗震墙结构中的抗震墙宜沿主轴方向双向布置，贯通房屋全高，且横向与纵向抗震墙宜相连，置，贯通房屋全高，且横向与纵向抗震墙宜相连，互为翼墙，以提高其刚度和承载能力。互为翼墙，以提高其刚度和承载能力。抗震墙的一般布置原则是抗震墙的一般布置原则是“均匀、分散、对称、周边均匀、分散、对称、周边”。2、抗震墙布置位置的选择、抗震墙布置位置的选择一般情况下，宜布置在竖向荷载较大处，一般情况下，宜布置在竖向荷载较大处，平面形状变化处和楼梯间、电梯间等。平面形状变化处和楼梯间、电梯间等。房屋较长时，纵向抗震墙不易设置在端开间。房屋较长时，纵向抗震墙不易设置在端开间。3 3、抗震墙与柱中
16、线宜重合，当不能重合时，柱中线、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与抗震墙中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/41/4。4 4、抗震墙应设置在墙面不需要开大洞的位置，开洞、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。洞口不应采用弱连系梁。5 5、抗震墙的布置宜适当多增加片数，避免每片墙的、抗震墙的布置宜适当多增加片数，避免每片墙的刚度太大刚度太大6 6、抗震墙宜贯通全高，沿竖向截面不宜由较大突变，、抗震墙宜贯通全高，沿竖向截面不宜由较大突变，以
17、保证结构竖向的刚度基本均匀。以保证结构竖向的刚度基本均匀。4.2.5 4.2.5 结构材料结构材料 按抗震要求设计的混凝土结构的材料应符合下列要求：按抗震要求设计的混凝土结构的材料应符合下列要求：（1）混凝土的强度等级混凝土的强度等级，抗震等级为一级的框架梁、柱、，抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区、框支梁、框支柱不应低于节点核心区、框支梁、框支柱不应低于C30；构造柱、芯柱、；构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于圈梁及其他各类构件不应低于C20。并且，混凝土结构的强。并且，混凝土结构的强度等级，在度等级，在9度时不宜超过度时不宜超过C60，在，在8度时不宜超过度时不宜超过C70。（2
18、）普通钢筋的强度等级，普通钢筋的强度等级，纵向受力钢筋宜采用纵向受力钢筋宜采用HRB335级和级和HRB400级热轧钢筋；箍筋宜采用级热轧钢筋；箍筋宜采用HPB235、HRB335和和HRB400级热轧钢筋。普通钢筋宜优先采用延性、韧性和可焊级热轧钢筋。普通钢筋宜优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋。对一、二级抗震等级的框架结构，其普通纵向性较好的钢筋。对一、二级抗震等级的框架结构，其普通纵向受力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受力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1.25；屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于；屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.
19、3。（3）在施工中，当需要以强度等级较高的钢筋代替原设）在施工中，当需要以强度等级较高的钢筋代替原设计中的纵向受力钢筋时，应计中的纵向受力钢筋时，应按照钢筋受拉承载力相等按照钢筋受拉承载力相等的原的原则换算，并应满足正常使用极限状态和抗震构造的要求。则换算，并应满足正常使用极限状态和抗震构造的要求。4.3 框架结构抗震计算 4.3.1 框架结构水平地震作用计算框架结构水平地震作用计算其抗震计算的内容一般包括：其抗震计算的内容一般包括：（1）结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确）结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定；定；（2）结构地震反应计算，包括多遇烈度下的地震荷）结构地震反应计算，
20、包括多遇烈度下的地震荷载与结构侧移；载与结构侧移；（3）结构内力分析与位移计算；）结构内力分析与位移计算；（4）截面抗震设计等。）截面抗震设计等。地震作用的计算方法：地震作用的计算方法：振型分解反应谱法振型分解反应谱法 底部剪力法底部剪力法4.3.1.1结构自振周期结构自振周期对质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构对质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构 -顶点位移法顶点位移法uT017.1u将重力荷载代表值将重力荷载代表值Gi水平作用在各质点上，水平作用在各质点上，按弹性方法求得的结构顶点位移按弹性方法求得的结构顶点位移0考虑填充墙对结构刚度和质量影响的自振周期考虑填充墙对结构刚度和质量影
21、响的自振周期的修正系数，一般取的修正系数，一般取0.60.84.3.1.2水平地震作用计算水平地震作用计算 一般采用底部剪力法计算一般采用底部剪力法计算 第第i层层间剪力层层间剪力:nijjiFVnijjiGV同时，结构各楼层的最小层间剪力应满足：同时，结构各楼层的最小层间剪力应满足：剪力系数，见表剪力系数，见表3.7 主要是考虑长周期结构地震影响系数下降较快，由此计算主要是考虑长周期结构地震影响系数下降较快，由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能太小所得的水平地震作用下的结构效应可能太小1.反弯点法ABABhuABMABMBA反弯点反弯点假定假定：a)a)框架梁的线刚度相框架梁的线刚度相
22、对框架柱的线刚度为无限大。对框架柱的线刚度为无限大。则在忽略柱子轴向变形的情则在忽略柱子轴向变形的情况下，节点的转角为零。况下，节点的转角为零。根据转角根据转角位移方程：位移方程：huiMhuiMABBAABAB66杆件中点的弯矩为零，称为反弯点。杆件中点的弯矩为零，称为反弯点。b)b)底层柱的反弯点取为距基础顶面底层柱的反弯点取为距基础顶面2/32/3柱高处；其余各层柱柱高处；其余各层柱的反弯点取为柱高的中点。的反弯点取为柱高的中点。(1)、简化分析模型 研究内容研究内容：风和地震对框架结构的水平作用，一般都可简化为：风和地震对框架结构的水平作用，一般都可简化为作用于为框架节点上的水平集中力
23、。作用于为框架节点上的水平集中力。4.3.1.3 水平地震作用下框架内力分析水平地震作用下框架内力分析(2)、计算方法FnFjVj1VjkVjmFnFjF1Vj1VjkVjm1 jujkujmu将框架在某一层将框架在某一层的反弯点切开。的反弯点切开。根据几何条件（忽略梁轴向变形）根据几何条件（忽略梁轴向变形）jjmjkjjuuuuu21a)求柱剪力求柱剪力mkjknjiiVF1根据平衡条件，根据平衡条件，有有c)梁端弯矩可由节点弯矩平衡条件求出不平衡弯矩，再用节梁端弯矩可由节点弯矩平衡条件求出不平衡弯矩，再用节点左右梁的线刚度进行分配。点左右梁的线刚度进行分配。注意注意：一般认为当梁柱线刚度比
24、值大于：一般认为当梁柱线刚度比值大于3时，即符合以上基本假定。时，即符合以上基本假定。反之，如果比值小于反之，如果比值小于3时，则要用时，则要用D值法来进行计算。值法来进行计算。当杆件两端发生单位侧移时，杆件内的剪力称为抗侧刚度，用当杆件两端发生单位侧移时，杆件内的剪力称为抗侧刚度，用表示。如果杆件两端没有转角，杆件内的剪力为：表示。如果杆件两端没有转角，杆件内的剪力为：DABBAABABuhihMMV212抗侧刚度抗侧刚度 为：为：D212hiDc对于对于j j层第层第k k柱，其侧移为柱，其侧移为 ，相应的剪力可表示为，相应的剪力可表示为jkujkjkjkuDV（物理条件）（物理条件）Fj
25、jkFjmljljkFjmljljkjkVViiVDDV11根据平衡条件、几何条件和物理条件，可求得根据平衡条件、几何条件和物理条件，可求得jknjiiFjFV为为j j层层k k柱的剪力分配系数；柱的剪力分配系数；为水平荷载在为水平荷载在j j层层产生的层间剪力。产生的层间剪力。(2)、计算方法a)求柱剪力求柱剪力 逐层取脱离体，利用上式求得各柱剪力后，根据各层反弯逐层取脱离体，利用上式求得各柱剪力后，根据各层反弯点位置，可以求出柱上、下端的弯矩点位置，可以求出柱上、下端的弯矩323111111hVMhVMkbkcktkc底层柱：底层柱：Vj1VjkVjmVj1hj/2Vj1hj/2Vjkh
26、j/2Vjkhj/2Vjmhj/2Vjmhj/22jjkbcjktcjkhVMM其余层柱：其余层柱：b)b)求柱端弯矩求柱端弯矩(2)、计算方法MctMcbMbrMbl)()(tcbcrblbrbrbtcbcrblblblbMMiiiMMMiiiMc)求梁端弯矩求梁端弯矩bctcrblbMMMMrblbrblbiiMM4:4:lVbMbrMblVbd)求梁端剪力求梁端剪力lMMVrblbb(2)、计算方法(3)、计算步骤、计算步骤在各层反弯在各层反弯点处切开点处切开柱反弯点柱反弯点处的剪力处的剪力剪力分配剪力分配柱端柱端弯矩弯矩)323(2jjjjkhhhV、梁端梁端弯矩弯矩利用节点力利用节点
27、力矩平衡条件矩平衡条件梁端梁端剪力剪力lMMVrblbb柱轴柱轴力力节点竖向力节点竖向力平衡条件平衡条件VlbnVrbnNnkNnkNn-1,kVlb,n-1Vrb,n-1e)求柱轴力求柱轴力从上到下利用节点竖向力平衡条件。从上到下利用节点竖向力平衡条件。(2)、计算方法2.常用方法常用方法D值法值法（1）计算各柱的侧移刚度）计算各柱的侧移刚度（2）计算各柱分配到的地震剪力）计算各柱分配到的地震剪力（3）确定各柱的反弯点位置）确定各柱的反弯点位置（4）计算各柱的柱端弯矩）计算各柱的柱端弯矩（5）计算各梁的梁端弯矩）计算各梁的梁端弯矩（6）计算各梁的梁端剪力）计算各梁的梁端剪力（7）计算各柱的轴
28、力）计算各柱的轴力D值法计算框架内力的方法同钢筋混凝土结构教材所讲方法。（1）计算各层柱的侧移刚度）计算各层柱的侧移刚度D（2）计算各柱所分配的剪力 ijV（3）确定反弯点高度y（6）计算梁端剪力4.3.2竖向荷载作用下的框架内力计算竖向荷载作用下的框架内力计算计算方法：计算方法：（1）分层法）分层法（2）二次弯矩分配法）二次弯矩分配法v竖向荷载作用下，可以考虑竖向荷载作用下，可以考虑塑性内力重分布塑性内力重分布，进，进行弯矩调幅，一般降低梁端负弯矩行弯矩调幅，一般降低梁端负弯矩 现浇框架，调幅系数可取现浇框架，调幅系数可取0.80.9 装配整体式框架，可取装配整体式框架，可取0.70.8 相
29、应的跨中弯矩应增加相应的跨中弯矩应增加v一般不考虑活荷载的最不利布置一般不考虑活荷载的最不利布置活荷载满布活荷载满布 此时，梁的跨中弯矩可根据具体情况，乘以此时，梁的跨中弯矩可根据具体情况，乘以1.11.2的放大系数的放大系数4.3.3内力组合内力组合在框架抗震设计时，一般应考虑以下两种基本组合。在框架抗震设计时，一般应考虑以下两种基本组合。（1）地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合）地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合RERSSS/3.12.1EhkGE的标准值；下重力荷载代表值效应相应于水平地震作用GES标准值。水平地震作用效应的EhS载的组合包括全部恒荷载与活荷）竖向荷载效应组合，（
30、2RSSSQkGk4.12.1值。截面设计用的内力设计取上述最不利情况作为4.3.4 框架结构水平位移验算框架结构水平位移验算框架结构的侧移验算包括两方面侧移验算包括两方面：多遇地震作用下层间弹性位移的计算，对所有框架都应进行此项计算；罕遇地震下层间弹塑性位移验算，一般仅对非规则框架需进行此项计算。1、多遇地震作用下层间弹性位移验算 2、罕遇地震作用下层间弹塑性位移验算(1)结构薄弱层(部位)的确定(2)楼层屈服承载力系数 y的计算（3）楼层屈服承载力的确定（4）薄弱层的层间弹塑性位移计算4.3.5框架结构构件截面抗震验算框架结构构件截面抗震验算1框架抗震设计一般原则：框架抗震设计一般原则：具
31、有足够的承载能力具有足够的承载能力 良好的变形能力良好的变形能力 合理的破坏机制合理的破坏机制 -延性框架结构延性框架结构 -应合理地设计梁、柱构件和节点区，防止构应合理地设计梁、柱构件和节点区，防止构件过早发生脆性破坏，控制构件破坏先后顺序件过早发生脆性破坏，控制构件破坏先后顺序 -“强柱弱梁强柱弱梁”、“强剪弱弯强剪弱弯”、“强节点、强节点、强锚固强锚固”2、框架梁截面抗震验算、框架梁截面抗震验算框架梁抗震设计的设计原则：框架梁抗震设计的设计原则：“强柱弱梁强柱弱梁”、“强剪弱弯强剪弱弯”、“强锚固强锚固”1)1)、梁端先梁端先于柱端产生于柱端产生塑性铰塑性铰，并使塑性铰具有较好，并使塑性
32、铰具有较好的延性和耗能能力的延性和耗能能力2)2)、应、应防止梁防止梁端截面先发生脆性的端截面先发生脆性的剪切破坏剪切破坏，即梁形，即梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力；成塑性铰后仍有足够的受剪承载力；3)3)、妥善解决、妥善解决梁筋锚固梁筋锚固问题问题（1）正截面承载力验算）正截面承载力验算 考虑地震作用组合，正截面验算：考虑地震作用组合，正截面验算：RERS/（2）斜截面承载力验算）斜截面承载力验算1)计算梁端剪力设计值计算梁端剪力设计值 为了避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，应按为了避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，应按强剪弱弯强剪弱弯的原则调整框架梁端部截面组合的剪力设计值的原则调整框架梁
33、端部截面组合的剪力设计值-即应使即应使构件的受剪承载力大于构件的受剪承载力大于构件弯曲屈服时构件弯曲屈服时实际实际达到达到的的剪力值剪力值GbnrblbVbbVlMMV一、二、三级框架一、二、三级框架GbV-梁在重力荷载代表值（梁在重力荷载代表值（9 9度时高层建筑还应包括竖向地震作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；用标准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计；rblbMM、-分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值弯矩设计值;Vb-梁的剪力增大系数，梁的剪力增大系数，一级为一级为1
34、.3,1.3,二级为二级为1.2,1.2,三级为三级为1.11.1。nl-梁的净跨；梁的净跨；v9度和一级框架度和一级框架结构尚应符合：结构尚应符合：GbnrbualbuabVlMMV1.1rbualbuaMM、-分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向根据分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积实配钢筋面积(考虑受压筋考虑受压筋)和材料强度标准值和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯值；计算的抗弯承载力所对应的弯值；2)梁截面尺寸限制梁截面尺寸限制0bhfVc剪压比：剪压比：截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比，即：之比，即：剪压比过大剪压
35、比过大,混凝土会过早发生斜压破坏混凝土会过早发生斜压破坏,箍筋不能充分箍筋不能充分发挥作用发挥作用,它对构件的变形能力也有显著影响。它对构件的变形能力也有显著影响。因此应因此应限制梁端截面的剪压比：限制梁端截面的剪压比：跨高比大于跨高比大于2.5)2.0(10bhfVcRE跨高比等于或小于跨高比等于或小于2.5)15.0(10bhfVcRE3)斜截面承载力验算斜截面承载力验算试验表明：在反复荷载作用下，混凝土的抗剪承试验表明：在反复荷载作用下，混凝土的抗剪承载力有所下降载力有所下降0svyv0tREb25.10.421hsAfbhfV0svyv0tREb105.11hsAfbhfV矩形、矩形、
36、T形和工字形截面框架梁形和工字形截面框架梁对集中荷载作用下的框架梁对集中荷载作用下的框架梁3、框架柱截面抗震验算、框架柱截面抗震验算框架柱抗震设计的设计原则：框架柱抗震设计的设计原则：“强柱弱梁强柱弱梁”、“强剪弱弯强剪弱弯”1)1)避免避免或推迟或推迟柱端柱端出现出现塑性铰塑性铰以形成合理的破坏机制；以形成合理的破坏机制；2 2）在弯曲破坏前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗）在弯曲破坏前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力；剪能力；3 3）控制柱的轴压比控制柱的轴压比，以保证柱的延性，以保证柱的延性4 4）加强约束，配置必要的）加强约束，配置必要的约束箍筋。约束箍筋。（1）柱弯矩设计值的调）柱
37、弯矩设计值的调整整抗震规范规定：抗震规范规定：一、二、三级框架一、二、三级框架的梁柱节点处，的梁柱节点处，除除顶层和柱轴压比小于顶层和柱轴压比小于0.15者外，柱端组合弯矩设计值者外，柱端组合弯矩设计值应符合下列公式要求：应符合下列公式要求：bccMMcM-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;bM-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组合的弯矩设计值之和；c-柱端弯矩增大系数，柱端弯矩增大系数，一级为一级为1.4,1.4,二级为二级为1.2,1.2,三级为三级为1.1
38、1.1。9度和一级框架结构尚应符合：度和一级框架结构尚应符合：buacMM2.1buaM-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；值之和；为了不使为了不使框架底层柱框架底层柱过早出现过早出现塑性铰塑性铰，规范规定：一、，规范规定：一、二、三级框架底层二、三级框架底层柱底截面柱底截面组合的组合的弯矩设计值弯矩设计值应分别应分别乘以乘以增大系数增大系数1.5、1.25、1.15。4.3.4.2框架柱截面抗震验算（
39、2）柱端剪力设计值调整）柱端剪力设计值调整nbctcVccHMMV9 9度和一级框架度和一级框架结构尚应符合：结构尚应符合：一、二、三级框架柱一、二、三级框架柱nbcuatcuacHMMV2.1Vc-梁的剪力增大系数，梁的剪力增大系数，一级为一级为1.4,1.4,二级为二级为1.2,1.2,三级为三级为1.11.1。bctcMM、-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;nH-柱的净高；柱的净高；bcuatcuaMM、-分别为偏心受压柱的上、下端逆时针或顺时针方向根据实配分别为偏心受压柱的上、下端逆时针或顺时针方向根据实
40、配钢筋面积和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值；钢筋面积和材料强度标准值计算的抗弯承载力所对应的弯矩值；4.3.4.2框架柱截面抗震验算（3）柱截面尺寸限制）柱截面尺寸限制同梁，当剪压比较大时，将降低箍筋的抗剪效果，同梁，当剪压比较大时，将降低箍筋的抗剪效果，应限制柱端截面剪压比：应限制柱端截面剪压比：剪跨比大于剪跨比大于2 2时时：)2.0(10bhfVcRE剪跨比不大于剪跨比不大于2 2时时：)15.0(10bhfVcRE0hVMcc剪跨比的表达式剪跨比的表达式：对框架结构的中间层可按柱净高与对框架结构的中间层可按柱净高与2倍柱截面有效高度之比计算倍柱截面有效高度之比计算Mc为柱
41、端截面组合的弯矩设计值，取上、下端弯矩较大值为柱端截面组合的弯矩设计值，取上、下端弯矩较大值（4）斜截面承载力验算）斜截面承载力验算NhsAfbhfV056.0105.110svyv0tRENhsAfbhfV2.0105.110svyv0tRE偏压构件：偏压构件：偏拉构件：偏拉构件：-计算剪跨比，当框架柱的反弯点在柱层高范围内时，可取计算剪跨比，当框架柱的反弯点在柱层高范围内时，可取H Hn n/2h/2h0 0，当，当3 3时，取时，取3 3；当；当1时，取时，取1 框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切破坏和钢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。筋锚固破坏。四、框架的
42、节点设计四、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力达到核心区极限抗剪能力606070%70%时，混凝土突然发生时，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，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。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，节点区的破坏与交于节点的
43、梁、柱破坏顺序有关，弱柱强梁型的节点区破坏严重。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件的四边有梁的节点，核心区混凝土抗剪强度可提高5050100%100%。节点区的破坏与交于节点的梁、柱破坏顺序有。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。关，弱柱强梁型的节点区破坏严重。根据强节点的设计要求，框架节点的设计准则是：根据强节点的设计要求，框架节点的设计准则是：（1 1）节点的承载力不应低于其连接构件（梁、柱）的承）节点的承载力不应低于其连接构
44、件（梁、柱）的承载力；载力；（2 2）多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；）多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；（3 3）罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载）罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递；的传递；（4 4）节点配筋不应使施工过分困难。）节点配筋不应使施工过分困难。1.1.节点核心区受剪承载力的验算节点核心区受剪承载力的验算（1 1）节点核心区组合的剪力设计值）节点核心区组合的剪力设计值bcsbsbbjbjhHahahMV0019 9度和一级框架尚应符合度和一级框架尚应符合bcsbsbbuajhHahahMV00115.1sa-梁截面有效高度，节点两侧梁截面高度不
45、等时可取平均值；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，一级取节点剪力增大系数，一级取1.35,1.35,二级取二级取1.21.2。b-柱的计算高度，可采用节点上下柱反弯点之间的距离；柱的计算高度，可采用节点上下柱反弯点之间的距离；cH0bh-梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离；梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离；bh-梁的截面高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值；梁的截面高度，节点两侧梁截面高度不等时可取平均值；bM-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；节点左右梁端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值之和；buaM-节点左右梁端纵向受拉钢
46、筋实际配筋面积（考虑受压筋）和材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。料强度标准值计算的受弯承载力所对应的弯矩值之和。（2 2）框架节点核心区截面受剪承载力的验算）框架节点核心区截面受剪承载力的验算sahAfbbNhbfVsbsvjyvcjjjjtjREj005.01.11一、二级框架：一、二级框架：9 9度时度时sahAfhbfVsbsvjyvjjtjREj09.01-混凝土抗拉强度设计值；混凝土抗拉强度设计值；tfN-对应与组合剪力设计值的上柱组合轴向压力较小值；对应与组合剪力设计值的上柱组合轴向压力较小值；s-箍筋间距；箍
47、筋间距；yvf-箍筋抗拉强度设计值；箍筋抗拉强度设计值；svjA-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。合构造措施的要求。4.4框架结构抗震构造措施4.4.1框架梁框架梁（1）梁截面尺寸的要求）梁截面尺寸的要求1)若梁若梁宽高比宽高比过过小小，梁截面抗剪能力下降，侧向稳定性，梁截面抗剪能力下降，侧向稳定性不易保证，不利于形成梁铰型破坏机制不易保证，不利于形成梁铰型破坏机制2）梁）梁宽度宽度过过小小，不利于梁对节
48、点核心区的约束，不利于梁对节点核心区的约束3）梁）梁净跨净跨与与截面高度截面高度之比过小，易产生脆性的剪切破坏，之比过小，易产生脆性的剪切破坏，降低梁的延性降低梁的延性截面尺寸截面尺寸的要求：的要求：梁宽梁宽200mm；梁宽梁宽/柱宽柱宽1/2 粱的高宽比粱的高宽比4；粱净跨粱净跨/截面高截面高4(2)梁内纵筋配置梁内纵筋配置 考虑：考虑：梁端梁端塑性铰塑性铰的形成及其的形成及其转动能力（延性）转动能力（延性）1）限制梁端截面的纵向受拉钢筋）限制梁端截面的纵向受拉钢筋最大配筋率最大配筋率或相对或相对受压区高度；受压区高度；2）配置适当的）配置适当的受压钢筋受压钢筋具体，框架梁的纵向配筋应符合下
49、列要求：具体，框架梁的纵向配筋应符合下列要求：a)梁端纵向受拉钢筋的梁端纵向受拉钢筋的配筋率配筋率不应不应大于大于2.5%；梁端截面最大配筋率应使梁端截面的梁端截面最大配筋率应使梁端截面的受压区相对受压区相对高度高度应满足：应满足：一级不应大于一级不应大于0.25,二、三级不应大于二、三级不应大于0.35;b)梁端截面的底面和顶面配筋量的比值，一级不梁端截面的底面和顶面配筋量的比值，一级不应小于应小于0.5,二三级不应小于二三级不应小于0.3。c)沿梁沿梁全长全长顶面和底面的配顶面和底面的配筋筋，一、二级不应少于，一、二级不应少于 2 14 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且
50、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积的1/4，三、四级不应少于，三、四级不应少于212d)纵向受拉钢筋的纵向受拉钢筋的最小配筋率最小配筋率应符合规范要求：应符合规范要求：抗震等级抗震等级梁中位置梁中位置支座支座跨中跨中一、二级一、二级0.4和和80ft/fy的最大的最大值值0.3和和65ft/fy的最大的最大值值三、四级三、四级0.3和和65ft/fy的最大的最大值值0.25和和55ft/fy的最大的最大值值e)梁内纵筋的直径要求：梁内纵筋的直径要求：v一、二级框架梁内贯通中柱的每根纵筋直径，不宜一、二级框架梁内贯通中柱的每根纵筋直径，不宜大于柱在该方向截面尺寸的大于柱在该方
