教案及讲义建筑结构抗震第十五讲河北联合大学建筑工程学院
教案及讲义 建筑结构抗震 第十五讲 河北联合大学建筑工程学院
教案15课程名称《建筑结构抗震》授课专业土木工程授课内容第五章多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计5.4抗震墙结构的抗震设计5.5框架一抗震墙结构的抗震设计知识熟悉钢筋混凝土剪力墙及框架-剪力墙结构房屋抗震构造的一般规定；教目标熟悉剪力墙、连梁的抗震构造措施；学能力培养学生进行剪力墙及框架-剪力墙房屋抗震计算和抗震构造措施等方面的设计目目标能力标德育获取信息的能力；获取新知识的能力目标重点剪力墙的抗震构造措施。教材难点抗震构造措施的含义分析关键抗震设计规范教学设备多媒体、自制教学课件教教法结合规范，图表展示，以感观启发，分层次教学学方学法规范→查表→总结→思考法教学环节教学内容时间教师调控学生活动组织教学2'师生问好5'导入新课复习教师提问，学生思考，教师边演示课件内容边1、讲述剪力墙及框架-剪力墙房屋抗震构造讲叙，出现图片时，提出新授的一般规定；78'问题，让学生回答，之后2、讲述剪力墙、连梁的抗震构造措施；给出正确答案。5'课堂练习给出思考题、判断题分别让学生回答。5'课后小结抗震墙及框架-剪力墙结构抗震设计要点学生总结→教师归纳5'作业教研室主任签字通过课件教学，调动了学生学习的积极性，掌握了相关的基本知识，做到了理论与实际相结合，达到了教学目标要课堂评价求，教学效果较好。做到结合规范教学，达到了教学目标要求，教学效果较好
教案 15 课程名称 《建筑结构抗震》 授课专业 土木工程 授课内容 第五章多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计 5.4 抗震墙结构的抗震设计 5.5 框架 －抗震墙结构的抗震设计 教 学 目 标 知识 目标 熟悉钢筋混凝土剪力墙及框架-剪力墙结构房屋抗震构造的一般规定； 熟悉剪力墙、连梁的抗震构造措施； 能力 目标 培养学生进行剪力墙及框架-剪力墙房屋抗震计算和抗震构造措施等方面的设计 能力 德育 目标 获取信息的能力；获取新知识的能力 教 材 分 析 重点 剪力墙的抗震构造措施。 难点 抗震构造措施的含义 关键 抗震设计规范 教学设备 多媒体、自制教学课件 教 学 方 法 教法 结合规范，图表展示，以感观启发，分层次教学 学法 规范→查表→总结→思考 教学环节 教学内容 教师调控学生活动 时间 组织教学 师生问好 2’ 导入新课 复习 教师提问，学生思考， 5’ 新授 1、讲述剪力墙及框架-剪力墙房屋抗震构造 的一般规定； 2、讲述剪力墙、连梁的抗震构造措施； 教师边演示课件内容边 讲叙，出现图片时，提出 问题，让学生回答，之后 给出正确答案。 78’ 课堂练习 给出思考题、判断题 分别让学生回答。 5’ 课后小结 抗震墙及框架-剪力墙结构抗震设计要点 学生总结→教师归纳 5’ 作业 5’ 课堂评价 通过课件教学，调动了学生学习的积极性，掌握了相关的 基本知识，做到了理论与实际相结合，达到了教学目标要 求，教学效果较好。做到结合规范教学，达到了教学目标 要求，教学效果较好。 教研室主任签字
讲义155.4抗展墙结构的抗囊设计5.4.1抗震墙结构设计注意的问题（1）较长的抗震墙宜开设洞口，洞口连梁的跨高比宜大于6，各墙段的高宽比不应小于2；（2）墙肢截面的高度沿结构全高不应有突变，洞口较大及一、二级抗震时宜上下对齐：（3）部分框支抗震墙结构的框支层的抗震墙的截面面积不应小于相邻非框支层抗震墙截面的50%且抗震墙间距不宜大于24m；（4）房屋顶层、梯间等抗震墙的配筋应加强。5.4.2地震作用的计算1.抗展墙的分类（1）几个系数的概念①洞口系数P=墙面洞口面积/墙面不计洞口的总面积②整体系数mIc24α=H>m!aj-lIth>j=1L③惯性比（1）4--21Ij=lT—轴向变形系数，3~4肢取0.8：5~7肢取0.85：8肢以上取0.95：m一孔洞列数；h一层高：Is一第j孔洞连梁的折算惯性矩；a,一第j孔洞连梁的计算跨度的一半；C,一第j孔洞两边墙肢轴线距离的一半：I,一第j墙肢的惯性矩；1一抗震墙对组合截面形心的惯性矩。(2）分类①整体墙，无开口或开口很小，P≤15，IAsS②小开口整体墙，p>15且S见表5-12P151
讲义 15 5.4 抗震墙结构的抗震设计 5.4.1 抗震墙结构设计注意的问题 （1）较长的抗震墙宜开设洞口，洞口连梁的跨高比宜大于 6，各墙段的高宽比不应小于 2； （2）墙肢截面的高度沿结构全高不应有突变，洞口较大及一、二级抗震时宜上下对齐； （3）部分框支抗震墙结构的框支层的抗震墙的截面面积不应小于相邻非框支层抗震墙截面 的 50％且抗震墙间距不宜大于 24m； （4）房屋顶层、梯间等抗震墙的配筋应加强。 5.4.2 地震作用的计算 1.抗震墙的分类 （1）几个系数的概念 ①洞口系数 ＝墙面洞口面积/墙面不计洞口的总面积 ②整体系数 2 1 1 3 1 1 24 m bj j m j j j j I c H a h I + + = = = ③惯性比（ A I I ） 1 1 m A j j I I I + = = − —轴向变形系数，3～4 肢取 0.8；5～7 肢取 0.85：8 肢以上取 0.95； m—孔洞列数； h—层高； bj I —第 j 孔洞连梁的折算惯性矩； j a —第 j 孔洞连梁的计算跨度的一半； j c —第 j 孔洞两边墙肢轴线距离的一半： j I —第 j 墙肢的惯性矩； I —抗震墙对组合截面形心的惯性矩。 （2）分类 ①整体墙，无开口或开口很小， 15 ； ②小开口整体墙， 15 且 A I I ， 见表 5-12 P151
IA≤C③联肢墙，p>15,110，且「2.总体计算（1）计算机程序（2）其它近似方法，如振型分解法、时程分析法等3.等效刚度单片墙的抗弯刚度采用下式100,PL+f,f'1。一单片墙的等效惯性矩Ig一墙的毛截面惯性矩Pa一墙的轴压力（1）整体墙EJE.I.e09ul1+-A.H?E。一混凝土的弹性模量leg一等效惯性矩H一抗震墙的总高度μ一截面形状系数，矩形截面取1.2，【型截面μ=全面积/腹板面积，T型截面的μ值见表5-13，P153I一抗震墙的惯性矩，取有洞口和无洞口截面的惯性矩沿竖向的加权平均值Zi,h,I=EhA一抗震墙折算截面面积（2）整体小开口墙0.8E,1Eea=9ul1+AH?A一墙肢面积之和I一组合截面惯性矩（3）单片联肢墙、壁式框架和框架一剪力墙qH4(均布荷载)E.I.Teq9U,11qmax H4Eeq（倒三角形分布荷载）120U2
③联肢墙， 15， ，且 A I I ④壁式框架，洞口很大， ，且 A I I 2.总体计算 （1）计算机程序 （2）其它近似方法，如振型分解法、时程分析法等 3.等效刚度 单片墙的抗弯刚度采用下式 100 u c g y c P I I f f = + c I —单片墙的等效惯性矩 g I —墙的毛截面惯性矩 P u —墙的轴压力 （1）整体墙 2 9 1 c w c eq w w E I E I I A H = + E c —混凝土的弹性模量 eq I —等效惯性矩 H —抗震墙的总高度 —截面形状系数，矩形截面取 1.2， I 型截面 =全面积/腹板面积，T 型截面的 值见表 5-13，P153 w I —抗震墙的惯性矩，取有洞口和无洞口截面的惯性矩沿竖向的加权平均值 = i i i w h I h I A w —抗震墙折算截面面积 （2）整体小开口墙 2 0.8 9 1 c w c eq E I E I I AH = + A—墙肢面积之和 I—组合截面惯性矩 （3）单片联肢墙、壁式框架和框架—剪力墙 4 1 ( ) 9 c eq qH E I U = 均布荷载 4 max 2 11 ( ) 120 c eq q H E I U = 倒三角形分布荷载
U.U2分别外分布荷载产生的结构项点水平位移。5.4.3地震作用在各剪力墙之间的分配及内力计算I.I_VIM-FF =FV=M, =ZIZIZI1,一第i片墙的等效惯性矩1—该层墙的等效惯性矩之和（1）整体墙竖向悬臂构件按材料力学公式计算（2）小开口整体墙1M,=0.85M4+0.15M-111一整个剪力墙截面对组合形心的惯性矩（3）联肢墙对双肢墙和多肢墙，微分方程求解；开洞规则且较大时，简化为壁式框架求解。5.4.4截面设计和构造1.体现“强剪弱弯”的要求一、二、三级抗震强加强部位，其截面组合的剪力设计值按下式调整：V=n...9度时尚应符合：MwaVV =1.1-M..nm一抗震墙剪力增大系数，一级为1.6，二级为1.4，三级为1.2Mwia一实际配筋的抗震承载力所对应的弯矩值M一底部截面组合的弯矩设计值2.抗震墙结构构造措施(1)墙厚、二级墙厚不应低于160mm且不应小于层高的1/20，底部加强时墙厚不应低于200mm且不应小于层高的1/16：三、四级墙厚不应低于140mm且不应小于层高的1/20。（2）钢筋配置①最小配筋率：一、二、三级不应小于0.25%，四级不应小于0.2%；底部加强时，最小配筋率不应小于0.3%，间距不应大于200mm：②直径不应小于8mm且不宜大于墙厚的1/10，宜双排布置，间距不应大于300mm；（3）轴压比
U1 ， U2 分别外分布荷载产生的结构顶点水平位移。 5.4.3 地震作用在各剪力墙之间的分配及内力计算 F F i i i I I = ； V V i i i I I = ； M M i i i I I = i I —第 i 片墙的等效惯性矩 i I —该层墙的等效惯性矩之和 （1）整体墙 竖向悬臂构件按材料力学公式计算 （2）小开口整体墙 M 0.85M 0.15M i i i i I I I I = + I —整个剪力墙截面对组合形心的惯性矩 （3）联肢墙 对双肢墙和多肢墙，微分方程求解； 开洞规则且较大时，简化为壁式框架求解。 5.4.4 截面设计和构造 1.体现“强剪弱弯”的要求 一、二、三级抗震强加强部位，其截面组合的剪力设计值按下式调整： V V = vw w 9 度时尚应符合： 1.1 wua w w M V V M = vw—抗震墙剪力增大系数，一级为 1.6，二级为 1.4，三级为 1.2 M wua —实际配筋的抗震承载力所对应的弯矩值 M w—底部截面组合的弯矩设计值 2.抗震墙结构构造措施 （1）墙厚 一、二级墙厚不应低于 160mm 且不应小于层高的 1/20，底部加强时墙厚不应低于 200mm 且不应小于层高的 1/16； 三、四级墙厚不应低于 140mm 且不应小于层高的 1/20。 （2）钢筋配置 ①最小配筋率：一、二、三级不应小于 0.25％，四级不应小于 0.2％；底部加强时，最小配 筋率不应小于 0.3％，间距不应大于 200mm； ②直径不应小于 8mm 且不宜大于墙厚的 1/10，宜双排布置，间距不应大于 300mm； （3）轴压比
底部加强部位的墙体平均轴压比在9度时不宜超过04，8度一级时不宜超过05，级时不宜超过0.6，以上的一般部位不宜超过底部加强部位的墙体平均轴压比（4）抗墙两端和洞口两侧应设置边缘构件（包括暗柱、端柱和翼墙），并且应符合规范要求抗震墙构造边缘构件的配筋要求抗震等级底部加强部位其他部位纵向钢筋最小量箍筋纵向钢筋最小拉筋量（取较大值）最小直沿竖向最最小直沿竖向最径径大间距大间距(mm)(mm)(mm)1$81006§1481500.010Ac,416二81502000.008Ac，414$86012三60.005Ac,4$12$61504§12200四0.005Ac,4§122004Φ126250$6注：（1）A。为计算边缘构件纵向构造钢筋的暗柱或端柱的面积，即图5-错误！未找到引用源。抗震墙截面的阴影部分。（2）对其他部位，拉筋的水平间距不应大于纵筋间距的2倍，转角处宜用箍筋。（3）当端柱承受集中荷载时，其纵向钢筋、箍筋直径和间距应满足柱的相应要求。5.5框架一抗震墙结构的抗麗设计5.5.1框架一抗震墙结构的设计要注意的问题（1）抗震墙宜贯通房屋全高，横向与纵向抗震墙宜相连：（2）抗震墙设置在墙面不需要有大洞口的位置：（3）房屋较长时，刚度较大的纵向抗震墙不宜设置在房屋的端开间：（4）洞口宜上下对齐，洞边距端柱不宜小于300mm；（5）一、二级抗震墙的洞口连梁的跨高比不宜大于5且截面高度不宜小于400mm。5.5.2地震作用的计算底部剪力法振型反应谱法5.5.3内力计算1.各种计算方法概要力法、位移法和矩阵位移法：结构力学假定的精确法微分方程法：近似的手算法2.微分方程法（1）微分方程及其解基本假定：①不考虑结构的扭转：②楼板在自身平面内的刚度无限大，各抗侧力单元在水平方向无相对变形：③对抗震墙只考虑弯曲变形，对框架只考虑整体剪切变形：④结构个刚度和质量沿高度的分布比较均匀；③各量沿房屋高度为连续变化。两种简化：
底部加强部位的墙体平均轴压比在 9 度时不宜超过 0.4，8 度一级时不宜超过 0.5，二级时不 宜超过 0.6，以上的一般部位不宜超过底部加强部位的墙体平均轴压比 （4）抗震墙两端和洞口两侧应设置边缘构件（包括暗柱、端柱和翼墙），并且应符合规范要 求 抗震墙构造边缘构件的配筋要求 抗震等级 底部加强部位 其他部位 纵向钢筋最小量 （取较大值） 箍筋 纵向钢筋最小 量 拉筋 最小直 径 沿竖向最 大间距 （mm） 最小直 径 (mm) 沿竖向最 大间距 （mm） 一 0.010Ac，416 8 100 614 8 150 二 0.008Ac，414 8 150 612 8 200 三 0.005Ac，412 6 150 412 6 200 四 0.005Ac，412 6 200 412 6 250 注：（1）Ac为计算边缘构件纵向构造钢筋的暗柱或端柱的面积，即图 5-错误!未找到引用源。抗 震墙截面的阴影部分。（2）对其他部位，拉筋的水平间距不应大于纵筋间距的 2 倍，转角处宜 用箍筋。（3）当端柱承受集中荷载时，其纵向钢筋、箍筋直径和间距应满足柱的相应要求。 5.5 框架－抗震墙结构的抗震设计 5.5.1 框架－抗震墙结构的设计要注意的问题 （1）抗震墙宜贯通房屋全高，横向与纵向抗震墙宜相连； （2）抗震墙设置在墙面不需要有大洞口的位置； （3）房屋较长时，刚度较大的纵向抗震墙不宜设置在房屋的端开间； （4）洞口宜上下对齐，洞边距端柱不宜小于 300mm； （5）一、二级抗震墙的洞口连梁的跨高比不宜大于 5 且截面高度不宜小于 400mm。 5.5.2 地震作用的计算 底部剪力法 振型反应谱法 5.5.3 内力计算 1.各种计算方法概要 力法、位移法和矩阵位移法：结构力学假定的精确法 微分方程法：近似的手算法 2.微分方程法 （1）微分方程及其解 基本假定： ①不考虑结构的扭转；②楼板在自身平面内的刚度无限大，各抗侧力单元在水平方向无相对 变形；③对抗震墙只考虑弯曲变形，对框架只考虑整体剪切变形；④结构个刚度和质量沿高 度的分布比较均匀；⑤各量沿房屋高度为连续变化。 两种简化：
①①铰接连杆联系的总抗震墙和总框架总总剪框力架培②刚接连杆联系的总抗震墙和总框架总剪框力架墙3.框架剪力的调整（1）调整理由：①抗震墙间距大，楼板在其平面内能够变形，框架的的楼板产生位移，所以实际的剪力比计算值大：②抗震墙刚度大，承受大部分地震力，会首先开裂，从而使框架承受的地震力比例增大，造成实际的剪力比计算值大。（2）调整方法V, ≥0.2VVo的楼层可不调整；①框架总剪力V,<0.2V2Vo的楼层，框架的剪力调整为以下两式的较小值：②对于了V,=0.2VV,=1.5V maxVf一全部框架柱的总剪力；V一结构的底部剪力Vmx一计算的框架柱最大层剪力5.5.4截面设计和构造配筋特殊要求如下：（1）周边有梁柱的抗震墙，其厚度不应小于160mm且不小于墙净高的1/20：bb（2）梁的宽度不宜小于2（抗震墙厚度），梁的高度不宜小于3W
① ① 铰接连杆联系的总抗震墙和总框架 ②刚接连杆联系的总抗震墙和总框架 3.框架剪力的调整 （1）调整理由： ①抗震墙间距大，楼板在其平面内能够变形，框架的的楼板产生位移，所以实际的剪力比计 算值大； ②抗震墙刚度大，承受大部分地震力，会首先开裂，从而使框架承受的地震力比例增大，造 成实际的剪力比计算值大。 （2）调整方法 ① 框架总剪力 0 0.2 V V f 的楼层可不调整； ②对于 0 0.2 V V f 的楼层，框架的剪力调整为以下两式的较小值： 0 0.2 V V f ＝ max 1.5 V V f f ＝ Vf —全部框架柱的总剪力； V0 —结构的底部剪力 Vf max —计算的框架柱最大层剪力 5.5.4 截面设计和构造配筋 特殊要求如下： （1）周边有梁柱的抗震墙，其厚度不应小于 160mm 且不小于墙净高的 1/20； （2）梁的宽度不宜小于 2 w b （抗震墙厚度），梁的高度不宜小于 3 w b ；
2（3）柱的截面宽度不宜小于2.5bw，高度不小于宽度；（4）抗震墙的水平分布钢筋应与柱可靠拉结，其端部竖筋配在柱内：（5）抗震墙的洞口应配置加强钢筋。本章小结本章简要介绍了多层和高层钢筋混凝土结构房屋主要结构体系及布置要求，给出了多层和高层钢筋混凝土结构房屋主要是框架结构房屋的抗震设计内容、步骤及基本要求。1.结构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定；②结构地震反应计算，包括常遇烈度下的地震荷载与结构侧移：③结构内力分析：④截面抗震设计等。2.多层和高层钢筋混凝土结构房屋的水平地震作用一般可通过基底剪力法成振型分解法依据反应谱理论求得。3.地震区的框架结构，应设计成延性框架，遵守“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、强节点、强锚固等设计原则。4.框架梁设计的基本要求是：①梁端形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力：②梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力：③应可靠解决梁筋锚固问题。5.框架柱的设计应遵循以下设计原则：①强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰：②在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力：③控制柱的轮压比不要太大：④加强约束，配置必要的约束箍筋。6.框架节点是框架梁柱构件的公共部分，框架结构抗震设计中对节点应以足够的重视。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罕遍地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递；④梁柱纵筋在节点区应有可靠的锚固：节点配筋不应使施工过分困难
（3）柱的截面宽度不宜小于 2.5 w b ，高度不小于宽度； （4）抗震墙的水平分布钢筋应与柱可靠拉结，其端部竖筋配在柱内； （5）抗震墙的洞口应配置加强钢筋。 本章小结 本章简要介绍了多层和高层钢筋混凝土结构房屋主要结构体系及布置要求，给出了多层 和高层钢筋混凝土结构房屋主要是框架结构房屋的抗震设计内容、步骤及基本要求。 1.结构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定； ②结构地震反应计算，包括常遇烈度下的地震荷载与结构侧移；③结构内力分析；④截面抗 震设计等。 2.多层和高层钢筋混凝土结构房屋的水平地震作用一般可通过基底剪力法成振型分解 法依据反应谱 理论求得。 3.地震区的框架结构，应设计成延性框架，遵守“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、强节点、 强锚固等设计原则。 4.框架梁设计的基本要求是：①梁端形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力；②梁筋屈服 后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力；③应可靠解决梁筋锚固问题。 5.框架柱的设计应遵循以下设计原则：①强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰；②在弯曲 破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力；③控制柱的轮压比不要太大；④加强约 束，配置必要的约束箍筋。 6.框架节点是框架梁柱构件的公共部分，框架结构抗震设计中对节点应以足够的重视。 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罕遍地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的 传递；④梁柱纵筋在节点区应有可靠的锚固；⑤节点配筋不应使施工过分困难