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学习情境12
建筑结构抗震基本知识
12.2.1 震害特点
1.框架梁、柱及节点的震害
（1）框架梁
震害多发生在梁端。梁发生剪切破坏的主要原因是，梁端钢筋屈服后，裂缝的产生和开展使混凝土抵抗剪力的能力逐渐减小，而梁内箍筋配置又少，以及地震的反复作用使混凝土的抗剪强度进一步降低。当剪力超过了梁的抗剪承载能力时产生破坏。
12.2 多层及高层钢筋混凝土房屋
（2）框架柱
框架柱的破坏主要发生在接近节点处，在水平地震作用下，每层柱的上下端将产生较大的弯矩，当柱的正截面抗弯强度不足时，在柱的上下端产生水平裂缝。由于反复的震动，裂缝会贯通整个截面，在强烈地震作用下，柱顶端混凝土被压碎直致剥落，柱主筋被压曲呈灯笼状突出。
当柱的净高与其截面长边的比值小于或接近4时，此时柱的抗侧移刚度很大，所以受到的地震剪力也大，柱身会出现交叉的X形斜裂缝，严重时箍筋屈服崩断，柱断裂，造成房屋倒塌。
　　 框架的角柱，由于是双向受弯构件，再加上扭转的作用，而其所受的约束又比其它柱少，强震作用时，更容易破坏。
（3）框架节点
在地震的反复作用下，节点的破坏机理很复杂，主要表现为：节点核芯区产生斜向的X形裂缝，当节点区剪压比较大时，箍筋未屈服混凝土就被剪压酥碎而破坏，导致整个框架破坏。
破坏的主要原因大都是混凝土强度不足、节点处的箍筋配置量小。
2.抗震墙的震害
在强烈地震作用下，抗震墙的震害主要表现为连梁的剪切破坏，在地震反复作用下，在连梁的梁侧形成X的裂缝，其主要原因是，由剪力和弯矩产生的主拉应力超过连梁混凝土的抗拉强度所致。
3.填充墙的震害
多层框架柱间的填充墙，地震时,梁下的填充墙出现水平裂缝，如果墙和柱拉结不好则会产生竖向裂缝，强烈地震作用时会产生X形裂缝，甚至外倾或倒塌。
12.2.2 抗震设计的一般规定
1.抗震等级
　　抗震等级是确定结构和构件抗震计算与采用抗震措施的标准。
　 《抗震规范》在综合考虑了设防烈度、建筑物高度、建筑物的结构类型、建筑物的类别及构件在结构的重要性程度等因素后，将结构划分为四个等级，它体现了不同的抗震要求。
高层建筑结构的抗震等级划分为五级：特级、一级、二级、三级、四级。
确定结构抗震等级时，应按建筑类别和场地类别对抗震设防烈度进行调整。调整后用于确定抗震等级的烈度。
2.房屋的高度及高宽比限值
《抗震规范》规定，较规则的多高层现浇钢筋混凝土房屋的最大适用高度不超过规范的规定。
　　对平面和竖向不规则的结构或建造在Ⅳ类场地上的结构，适用最大高度应适当降低。当设防烈度为6度、7度、8度且房屋高度分别超过120m、100m、和80m时，不宜采用有框支层的现浇抗震墙结构；9度时，则不应采用。
　　对于窄而高的建筑，在水平荷载作用下会产生较大的水平位移，当地基软弱时会造成整个建筑的倾覆。为了满足整体稳定的要求，高层钢筋混凝土结构的高宽比不宜超过规范规定的限值。
3.建筑设计和建筑结构的规则性
建筑设计应符合抗震概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案。
4.防震缝
用防震缝进行结构平面分段，是把平面上不规则的结构分割成若干个规则结构的有效办法。一般应选用合理的结构方案尽量不设防震缝。只有当建筑平面突出部分较长，结构刚度以及荷载相差悬殊或房屋有较大错层时，才设置防震缝。
必须设置防震缝时，缝的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 （1）项规定数值的70%，抗震墙结构房屋的的防震缝宽度可采用（1）项规定数值的50%；且均不宜小于70mm。
（3）防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。
5.钢筋的锚固和接头
纵向受拉钢筋的抗震锚固长度laE应按下式计算：
laE =ηla 　 （1.2.1）
式中η—系数，一、二级抗震等级取1.15，三级取1.05，四级取1.0；
la—纵向受拉钢筋的锚固长度，按3.1节的规定采用。
现浇钢筋混凝土框架梁连接方法：
二、三、四级框架梁可采用绑扎搭接或焊接接头。
焊接或绑扎接头均不宜位于构件最大弯矩处，且宜避开梁端、柱端的箍筋加密区。当无法避免时，应采用机械连接接头，且钢筋接头面积百分率不应超过50%。
当采用绑扎搭接接头时，其搭接长度不应小于下式的计算值：
llE =ζlaE 　　　 （12.2.2）
　　llE—抗震设计时受拉钢筋的搭接长度；
　　ζ—受拉钢筋搭接长度修正值，按3.1节之规定采用。
箍筋末端应作135゜的弯钩，弯钩的平直部份的长度不应小于10d（d为箍筋直径），高层建筑中尚不应小于75mm。
12.2 多层及高层钢筋混凝土房屋
( 2)抗震构造措施
　1) 框架梁
　　①截面尺寸
梁的截面宽度不宜小于200mm，梁的宽度不应小于柱宽的1/2，也不应小于梁高的1/4。
　　②梁的纵向钢筋
　　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混凝土受压区高度和有效高度之比，一级不应大于0.25，二三级不应大于0.35。梁端截面的底面和顶面纵向钢
筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不小于0.5，二、三级不小于0.3。
考虑到地震弯矩的不确定性，梁底和梁顶应配置通长的贯通钢筋，一、二级框架不少于2φ14且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、四级框架不少于2φ12。
在中柱部位，框架梁上部钢筋应贯穿中柱节点。一、二级框架内，贯通中柱的每根纵向钢筋直径，对矩形截面柱不宜大于在该方向截面尺寸的1/20；对圆形柱不宜大于纵向钢筋所在弦长的1/20。
梁内纵向钢筋的锚固方式一般有两种，即直线锚固和弯折锚固。 在中柱常用直线锚固，在边柱常用90度弯折锚固。弯折锚固可分为水平锚固段和弯折锚固段两部分，弯折段长度不能太短，一般应保证15d（d为钢筋直径）。
③梁的箍筋
在梁端纵向钢筋屈服范围内，加密封闭式箍筋，可以加强对节点核芯区混凝土的约束作用，提高塑性铰区内混凝土的极限应变值，防止在塑性铰区内发生斜裂缝破坏，从而保证框架梁有足够的延性。同时还为纵向受压钢筋提供侧向支撑，防止纵筋压曲。
《抗震规范》对梁端箍筋加密区的范围和构造做出强制性规定。
2）框架柱
①截面尺寸
柱截面尺寸不宜小于300mm，高层房屋柱截面宽度不宜小于350mm。柱净高与柱截面长边的比值不应小于4，否则将形成短柱，地震时易发生脆性的剪切破坏。
为保证强柱弱梁和增加柱的延性，在确定柱的截面尺寸时应首先保证柱的轴压比限值。
②柱的纵向钢筋
柱的纵向钢筋宜对称配置。为了保证柱有足够的延性，框架柱和框支柱中全部纵向受力钢筋的配筋百分率不应小于规范规定的数值，同时，每一侧的配筋百分率不应小于0.2；对Ⅲ类场地土上较高的高层建筑，最小配筋百分率应按规范规定的数值增加0.1采用。
对框架柱来说，柱总的配筋率不应大于5%；对截面边长大于400mm的柱纵向钢筋间距不宜大于200，对截面边长不大于400mm时纵向筋可用4根，任何情况下纵向受力钢筋的净距均不小于50mm。
图12.2.1柱常用箍筋形式
③柱子的箍筋
柱内常用箍筋形式：
框架柱和框支柱上下两端箍筋应加密，加密区的箍筋
最大间距和箍筋的最小直径应符合规范的规定。
一般情况下，框架柱箍筋加密区长度，应取柱截面长边尺寸（或圆形截面直径）、柱净高的1/6和500mm的最大值。
一 、二级框架的角柱应沿柱全高加密箍筋。柱的非加密区箍筋量不宜小于加密区的50%，且箍筋间距，一 、二级不应大于10倍纵向钢筋直径，三级不应大于15倍纵向钢筋直径。
当柱的纵向受力钢筋总配筋率大于3%时，箍筋直径不宜小于φ8，且应焊成封闭式，单面焊缝不小于5倍箍筋直径。箍筋间距不应大于200mm及10倍纵筋最小直径。
在纵向钢筋搭接接头处，箍筋间距不大于5倍纵向钢筋最小直径及100mm，箍筋弯钩要绕过两根纵筋，弯钩平直部分不小于10倍纵筋直径，见图12.2.2。
图12.2.2 箍筋端部构造
3）梁柱钢筋的锚固与连接
梁柱钢筋在节点内的锚固参见第8章，但锚固长度la应改为抗震锚固长度laE。
柱内纵向钢筋不应在中间各层节点内截断，柱内钢筋接头的位置应避开柱的箍筋加密区。
图 12.2.3 柱纵向钢筋的接头
4）框架节点
为保证节点核心区的抗剪承载力，使框架梁、柱纵向钢筋有可靠的锚固条件，对节点核心区混凝土应进行有效地约束，节点区内配箍特征值λν，对于一、二、三级框架分别不小于0.12、0.10、0.08，其箍筋体积配筋率分别不宜小于0.6%、0.5%和0.4%。
　5）填充墙
　　填充墙一般采用轻质材料的板材或砌块组砌。与抗震砌体墙的区别在于前者不考虑其抗侧力的作用，后者则被用来抵抗水平地震作用。
　　砌体填充墙宜与柱脱开或采用柔性连接。
　　在平面和竖向的布置，要均匀对称。应避免填充墙不到顶而造成短柱。为防止填充墙的破坏，砌体的砂浆
等级不低于M5，并沿框架全高每隔500mm设2φ6拉筋，拉筋伸入墙内的长度，在6、7度时不小于墙长的1/5且不小于700mm，8、9度时一般沿墙全长贯通。
　　当墙长大于5m时,墙顶与梁宜有拉接；当墙长超过层高的2倍时，应在墙的中部设置构造柱。
　　当墙高超过4m时，在墙的半高处宜设置与柱连接并沿墙全长贯通的钢筋混凝土现浇带（图12.2.4）。
填充墙构造
填充墙构造
2.抗震墙结构
（1）抗震墙结构混凝土强度等级不应低于C20。
（2）抗震墙的截面尺寸应规范的规定；
（3）抗震墙，竖向、横向分布钢筋的配筋，应符合下列要求：
① 一、二、三级抗震墙的竖向和横向分布筋最小配筋率均不应小于0.25%；四级抗震墙不应小于0.2%；钢筋间距不应大于300mm,直径不应小于8mm。
② 抗震墙竖向和横向分布筋的直径不宜大于墙厚的1/10。
（4）房屋顶层抗震墙以及矩形平面房屋的楼梯间和电梯间抗震墙，端开间的纵向抗震墙、端山墙的水平和竖向分布钢筋的最小配筋率不应小于0.25%，钢筋间距不应大于200mm，钢筋直径不应小于8mm且不应大于墙肢截面厚度的1/10。
（5）抗震墙两端和洞口两侧应设置边缘构件，并应符合下列要求：
① 抗震墙结构，一、二级抗震墙底部加强部位
及相邻的上一层，应设置约束边缘构件，但墙肢底截面的轴压比较小时可设置构造边缘构件。
② 一、二级抗震墙的其它部位和三、四级抗震墙，均应按图12.2.5阴影线部位设置边缘构件。
抗震墙的约束边缘构件包括暗柱、端柱和翼墙，应符合图12.2.6所示要求。
　　
　　为了发挥约束边缘构件的作用,每个箍筋的长边不大于短边的3倍,当约束边缘构件沿墙肢的长度lC较长而设两个箍筋时，相邻两个箍筋应至少相互搭接1/3长边的距离如右图。
　　
抗震墙的构造边缘构件的范围如图12.2.8。
　　（6）抗震墙墙肢长度大于墙厚的3倍时，箍筋应沿全高加密。
　　（7）一、二级抗震墙跨高比不大于2的连梁，除普通箍筋外宜另设斜向交叉构造钢筋。顶层连梁的纵向钢筋锚固范围内，应设置箍筋。
　　
（8）洞口补强构造
　　
3.钢筋混凝土框架—抗震墙结构
（1）抗震墙的布置
　　一般情况下，抗震墙布置在竖向荷载较大处，平面形状变化处以及楼梯间和电梯间。考虑到施工时支模的困难，一般不在抗震缝两侧同时设置抗震墙。
　　纵横向抗震墙，宜合并布置为L形、T形、口字形，使纵墙可以做为横墙的翼缘，或横墙做为纵墙的翼缘，从而提高其强度和刚度。
　　抗震墙的间距不应过大，以防止楼板在自身平面内变形过大。抗震墙之间楼（屋）盖的长宽比应符合规范的规定。
（2）抗震墙的构造
　　抗震墙的截面厚度应符合规范的规定。
抗震墙的配筋率，一、二、三级应≥0.25%，四级应≥0.2%。钢筋直径≥8mm，同时≤墙厚/10，间距应≤300mm。
小 结：
1.抗震墙的布置；
2.抗震墙的构造。
作业布置：
预 习：§12.3；
思考题：12.10。

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