5.2多层和高层钢筋混凝土房屋抗震设计在线视频

大家好

本节呢我们学习以下内容

第一

钢筋混凝土房屋抗震设计的主要内容

钢筋混凝土房屋

我们主要讲的是框架结构

第2 框架结构的抗震设计要点

还有抗震墙结构和框架-抗震墙结构

也就是我们（要讲）的第3条

这两类结构的抗震设计要点

本节主要讲述这三类结构的抗震设计内容及其设计要点

那我们先来看第一个问题

钢筋混凝土房屋抗震设计的主要内容

包括什么呢？

总结起来大概包括以下内容

包括动力特性及分析，地震作用计算

内力分析，内力调整，侧移验算以及构件和节点的抗震设计

我们依次来看这些内容

先来看结构动力特性分析

我想重点说的是动力特性分析的时候，离不开质量源的获取

结构的质量可以采用分布质量和集中质量

它的质量来源不仅取决于结构本身的质量

还包括荷载转化质量

关于荷载转化质量

我们通常取重力荷载代表值

就是这样一个表达，取永久荷载的标准值

加上可变荷载的组合值

第二个问题就是钢筋混凝土结构房屋的地震作用计算

地震作用计算的时候

一般情况下，可在结构两个主轴方向

分别考虑地震作用

进行抗震验算

各个方向地震作用主要由该方向的抗侧力构件承担

水平地震作用的（计算）方法

可以根据实际情况来采用

可以采用底部剪力法、振型分解反应谱法以及时程分析法

分析时结构的阻尼，我们一般取0.05

我们来看结构内力分析

我们可以采用结构有限元分析软件来进行内力分析

这些有限元软件包括PKPM、盈建科YJK等等

对一些简单结构

我们也可以进行手算

水平地震作用下

内力分析，对于框架结构

我们的手算，常常采用反弯点法和D 值法

由于楼板作为框架梁的翼缘参与工作

使得梁的刚度会有所提高

通常情况下

我们先算出矩形截面梁的惯性矩

再乘以不同的增大系数

关于这个增大系数

我们的高层规范里面都有相应的规定

这是框架结构的内力分析

我们来看

对剪力墙，水平地震作用下内力如何分析呢？

我们先来看看抗震墙的分类

抗震墙根据洞口的大小和位置

以及墙肢和连梁刚度

我们用整体系数和肢强系数

来将抗震墙分为四类

一是整体墙

就是我们（a）所示的

第2个是整体小开口墙，像（b）这样的

第3个类就是联肢墙，我们见到最多的（c）

以及壁式框架（d）

对于整体墙和整体小开口墙

它类似一个悬臂柱

在手算时可以近似的按照悬臂构件来计算整体截面的弯矩和剪力

采用材料力学的方法来计算墙体的应力

关于联肢墙可以采用将连梁分散在整个墙体高度的连续连杆

这样的一个连续方法来进行手算

对壁式框架，我们可以简化为带刚域的框架

采用改进的反弯点法来进行计算

这是水平地震作用下的内力分析

关于竖向荷载作用下内力分析

我们重点看框架

框架结构的内力分析可以采用分层法和弯矩分配法来进行计算

竖向荷载作用下

可以考虑钢筋混凝土框架结构的

塑性内力重分布的现象

对梁端弯矩进行调幅来降低梁端的负弯矩

梁跨中的弯曲也要做相应的调整

由于只有竖向荷载作用下的梁端弯矩我们才可以调幅

那水平（荷载）作用下是不调幅的

因此，应先对竖向荷载作用下的梁端弯矩进行调幅

然后，再与水平荷载作用下的梁端弯矩进行组合

刚才说到组合

我们来看看作用效应组合

结构抗震设计时

我们一般考虑两类基本组合

第1类就是考虑地震作用效应的组合

就是这样一个表达式了

第2类就是不考虑地震作用效应的组合

也就是主要是永久荷载和可变荷载的一个效应组合了

有了内力组合

那么我们下面（讲述）一个很重要内容就是内力调整

这也是我们抗震设计非常重要的内容

我们在讲具体的结构类型的时候

再讲这部分内容

关于结构的侧移验算

大家都知道

我们分别要进行多遇地震下的一个弹性层间位移验算

根据需要

可能也需要做罕遇地震作用下的弹塑性层间位移验算

关于最后的构件和节点的抗震设计

我们也在各个结构类型里面讲

我们现在就看第一个结构类型

就是钢筋混凝土框架结构

抗震设计要点

它的一般设计原则是什么呢？

框架结构的破坏

它的破坏类型可分为2类

第1类就是梁铰机制

就是我们看到的第一种情况

在梁端形成塑性铰

第2类就是柱铰机制

就是在柱端形成塑性铰

第三个呢

实际上是这两种（机制）混合的形式了

我们希望看到的是第一种形式

这样房屋不容易出现立刻的倒塌

关于出现梁铰机制

就要求我们的设计类型是强柱弱梁型

这样的话，是先在梁端出现塑性铰

根据这样的一个基本设计原则

我们钢筋混凝土框架结构

它的抗震设计应该满足以下3条

强柱弱梁、强剪弱弯

第3条就是强节点、强锚固

我们不希望节点先于构件破坏啊

那我们先来看第1条，如何保证强柱弱梁

也就是所谓的梁铰破坏机制

规范规定对节点处柱端组合的弯矩设计值进行调整

就是刚才我们说到的内力调整

考虑地震作用效应的组合

同一节点柱端弯矩设计值应略大于梁端弯矩设计值

对于不调整之前呢

节点处弯矩是平衡的

那么此处要调整

让柱端的弯矩设计值略大于梁端弯矩设计值

怎么略大于呢？

根据我们框架结构

（确切）说，根据框架的抗震等级的不同来确定

除了框架顶层和柱轴压比小于0.15

以及框支梁和框支柱的节点外

梁端组合的弯矩设计值

应该按照下式来进行调整

Mc 就是节点两端柱

按照顺时针或者逆时针组合的弯矩设计值

Mb ，同理

是节点的梁端弯矩设计值

那么ŋc 为

柱端组合弯矩的调整系数

增大系数，框架柱端弯矩增大系数

对于一级的框架结构和9度的一级框架

这（两个框架）是不同的啊

框架结构和框架

这个框架指的是

其他结构类型中的框架部分

可不符合（不按）上式的要求

按下式来进行

就是这样一个表达式

那这里面不同的是Mbua ，它是什么意思呢？

表示是按照实际配筋的正截面抗震受弯承载力

对应的弯矩

这时我们就得到同一节点处

柱端弯矩设计值的一个调整值了

这时候怎么办呢？

再按照弹性（柱弯矩比例关系）再分配到各个柱端

那我们来看第二个原则

强剪弱弯

为了避免构件在弯曲破坏之前发生脆性的剪切破坏

规范规定了对梁端截面组合的剪力设计值

进行调整

考虑地震作用效应的组合下

对同一杆件

其剪力设计值应略大于杆端弯矩设计值

或者实际抗弯承载力及梁上荷载反算出来的剪力值

那我们按照这样一个原则来对框架梁的设计剪力进行调整

同样根据框架梁对应的抗震等级来进行调整

这是我们调整的一个表达式

这个表达式ŋvb 就是梁端剪力增大系数

VGb 是什么意思呢？

是梁在重力荷载代表值作用下

按照简支梁分析，得到梁端截面剪力设计值

当然了

和强柱弱梁相同

一级的框架结构和九度的一级框架梁

可以不按照上式来调整

按照实际的配筋情况来进行调整

调整完梁

柱也存在（这个问题），我们需要调整柱的剪力

（采用与）梁的剪力类似的方法

我们来进行

柱剪力的调整

这里和梁不同的是，没有柱上（横向）荷载所引起的剪力

因此，没有最后的一项V 项

那我们来看第3个（调整），就是剪压比限值

剪压比是截面上平均剪应力和混凝土轴心抗压强度设计值的比值

主要反应截面上承受的名义剪应力的大小

研究表明

在一定范围内，增加箍筋可以提高我们构件的受剪承载力

但如果剪压比过大

剪压区的混凝土就会

过早产生脆性剪切破坏

而箍筋就不能充分发挥作用

为了保证构件的延性

防止发生脆性破坏

我们必须限制剪压比

对于跨高比大于2.5的梁和连梁

以及剪跨比大于2的柱和抗震墙

按照这样一个剪压比限值来进行验算

对跨高比不大于2.5的连梁、剪跨比不大于2的柱和抗震墙、

部分框支抗震墙的框支柱以及框支梁、

以及落地抗震墙的底部加强部位

按照这个式子来进行剪压比限制的验算

剪跨比按照这样一个表达式来进行计算

这里面的符号我们在学混凝土结构的时候都学过

所以这个地方，我们不再逐一的解释

梁柱斜截面抗震受剪承载力如何来进行验算呢？

在反复荷载作用下

斜截面上的混凝土反复开裂剥落

使得混凝土的剪压区的剪切强度

斜裂缝混凝土的咬合力

包括纵向钢筋的销栓力会降低

但箍筋的受剪承载力降低并不明显

基于这样一个规律，进行截面的受剪承载力验算的时候

对混凝土的受剪承载力力取非抗震（设计）情况下

混凝土受剪承载力的60%

箍筋项是保持不变的

和我们普通混凝土设计

这一项是一样的

我们看第三个原则

强节点、强锚固

框架结构的节点是保证结构承载力和延性的关键部位

节点的主要破坏

是节点核心区的剪切破坏和钢筋的锚固破坏

因而，应对节点核心区截面进行抗震受剪承载力验算

保证节点区纵筋的锚固

抗震规范规定不同（抗震）等级框架的节点

核心区应进行抗震验算

四级的框架节点核心区

可不进行抗震验算

但应该符合抗震构造措施的要求

那节点核心区剪力设计值如何来确定呢？

对一、二、三级框架梁柱节点的节点核心区组合剪力设计值

按下式来确定

这（式子）里面有一个 ŋjb

它为什么呢？

它为强节点系数和框架的抗震等级相关的

那从这地方，大家看出了

我们在进行内地调整的时候

总是（结构）的抗震等级是息息相关的

同样，对于一级框架结构和九度的一级框架

可以不按上式来确定

但应该满足这样一个表达式

这里面的符号和我们前面讲到的符号都是相似的

就不再一一解释了

那剪压比限值是怎么来定的呢？

由于节点核心区周围一般都有梁的约束

抗剪面积实际比较大

因此节点核心区的剪压比限值可以适当放宽，

节点核心区组合的剪力设计值按下式来进行验算就行了

这里面有个ŋj 是什么呢？

为正交梁的约束影响系数

楼板为现浇

梁柱中线重合

四侧各梁截面的宽度

不小于该侧柱截面宽度的1/2

且正交方向梁高度不小于框架梁高度3/4的时候

我们可以采用1.5

九度的一级宜采用1.25

其他情况下呢

我们就不考虑它的影响了

取1.0

那现在我们就可以对节点核心区截面抗剪承载力进行验算了

节点的核心区截面抗震受剪承载力

按下式来进行验算

9度一级的时候

我们可以按照这个式子进行验算了

那这里面的符号呢

和我们混凝土里面规定的符号呢都是相似的

在此呢

我们也不做一一解释

那我们现在来看

抗震墙结构和框架抗震墙结构抗震设计的要点

对于抗震墙结构和

框架抗震墙结构应采用抗震措施

提高抗震墙的受剪承载力

加强其抗震构造措施，使其具有较大的变形能力

这是我们设计的一个基本原则

剪力墙在地震作用下

会在底部一定高度范围内出现塑性铰

为了使结构出现塑性铰以后

具有一定的延性

在该范围内采取加强措施

提高其抗剪承载力

那么，这个范围我们称为底部加强部位

高层规程规定了在抗震设计时剪力墙底部加强部位的（取值）范围

那么，这个是需要我们来认识的，到后面的抗震设计要点

是涉及到这个加强部位

该规程规定

底部加强部位的高度

应从地下室顶板算起

当结构计算

嵌固端为地下室一层顶板

及其以下的时候

底部加强部位宜延伸到嵌固端

底部加强部位的高度可以取底部两层和墙肢总高度的1/10

两者中的较大值来进行确定

那我们来看看墙肢如何来进行调整

我们来看看弯矩的调整

抗震墙各墙肢截面组合的内力设计值按下式规定来采用

一级抗震墙的底部加强部位的以上部位

墙肢的组合弯矩设计值应乘以增大系数

这个值可以采用1.2倍的剪力来进行相应调整

部分框支抗震墙结构的落地抗震墙

这个墙肢不应出现小偏心受拉

双肢抗震墙中墙肢不宜出现小偏心受拉

当任一墙肢为偏心受拉时

另一墙肢的剪力设计值、弯矩设计值应该乘以1.25倍的增大系数

除了弯矩调整

那我们来看底部加强部位剪力的调整

根据抗震墙强剪弱弯的要求

一、二、三级的抗震墙底部加强部位

其截面组合的剪力设计值

应该按下式进行调整

九度的一级可不按上式调整

但应符合下式的要求

这样的调整方法和我们前面的框架结构的调整是非常类似的

最后，我们来看看连梁

我们这个联肢墙

连梁对于结构的抗震也是非常重要的

那么连梁的剪力，我们（需要）进行调整

包括刚度做一定的折减

来保证我们结构的延性

为了使抗震墙中连梁具有较好的延性

连梁剪力应根据强剪弱弯的原则进行调整

同时

也对连梁截面的剪压比进行限值

我们前面在讲框架结构的时候已经讲到这部分内容

计算地震内力的时候

抗震墙连梁的刚度我们可以折减

折减系数不宜小于0.5

计算位移的时候可不进行折叠

那么考虑折减主要也是考虑到在地震作用下

我们希望在连梁这个地方形成塑性铰

来提高（保证）抗震墙的延性

我们本节呢就讲到这里

谢谢大家！