地震抗性建筑设计

地震抗性建筑设计

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对结构的抗震影响

地震使地面震动。所以在它上面的建筑会经历底部的运动。根据牛顿第一运动定律，即使建筑物的底部随着地面移动，屋顶也倾向于保持它原来的位置。但由于墙和柱子是连在一起的，所以屋顶也被拖着走。这种继续保持在以前位置的趋势被称为惯性。在建筑中，由于墙壁或柱子是灵活的，屋顶的运动不同于地面的运动(图1)。

建筑物因地震而震动。

变形在结构中的影响

屋顶所经历的惯性力通过柱子转移到地面，导致柱中的力。

• 地震时，柱子两端发生相对运动。

• 

  在图2中，该移动显示为屋顶和地之间的数量U.
• 柱顶与柱底的相对水平位移u越大，柱内的内力越大。
• 此外，柱的刚度越大(即柱的尺寸越大)，这个力就越大。
• 由于这个原因，柱中的这些内力称为刚度力。实际上，柱的刚度力是柱的刚度乘以两端之间的相对位移。

水平和垂直震动

• 地震导致在所有三个方向上摇动地面 - 沿着两个水平方向（x和y，说）和垂直方向（z，比如说）（图3）。
• 所有结构主要设计为承载重力载荷，向下的力Mg称为重力负荷。
• 地面震动时的垂直加速度要么增加，要么减少由重力引起的加速度。
• 由于在结构设计中使用了安全系数来抵抗重力荷载，通常大多数结构都能适当地抵抗垂直振动。
• 然而，沿X和Y方向(+和-方向)的水平震动仍然是一个问题。
• 通常，为重力负载设计的结构可能无法安全地维持水平地震摇动的影响。因此，有必要确保结构与水平地震效应的充分性。

惯性力量向基础

• 在地面的水平摇动下，水平惯性力在结构的质量水平（通常位于地板上）产生。
• 这些横向惯性力由地板板转移到墙壁或柱，到基础，最后在下面的土壤系统中（图4）。
• 因此，每一个结构元素(楼板、墙壁、柱子和基础)以及它们之间的连接都必须设计得能够安全地传递这些惯性力。
• 墙或柱是传递惯性力的最关键元素。
• 但是，在传统的建筑中，楼板和梁在设计和施工中比墙和柱受到更多的关注和重视。
• 墙相对较薄，通常由砖石等脆性材料制成。
• 同样，设计和建造不当的钢筋混凝土柱也可能是灾难性的。

地震期间建筑特征如何影响建筑物?

建筑特色的重要性

• 建筑物在地震中的行为主要取决于它的整体形状、大小和几何形状，以及地震的力量是如何传递到地面的。
• 因此，在规划阶段本身，建筑师和结构工程师必须共同努力，以确保避免不利的功能，并选择良好的建筑配置。

其他不良情景

画廊

地震设计哲学

钢筋混凝土建筑中的重力与地震荷载

• 在地震晃动时，应力发生逆转

重力荷载(自重)导致钢筋混凝土框架弯曲，导致拉伸和缩短在不同的位置。张力产生于表面

ACI抗震设计特殊规定

一般

• 特别规定的主要目标是确保通过地震载荷带来的无弹性流离失所逆转的充分韧性。

• 规定通过要求设计者提供混凝土约束和非弹性旋转能力来达到这一目的。

• 对于低地震风险或无地震风险的结构没有特殊要求。

• 专为高地震风险和中地震风险设计的结构体系分别称为特殊和中级。

混凝土和钢强度

• 为了确保机芯旋转的充足的延展性和韧性，ACI代码21.2.4设置了3000 psi的最小混凝土强度。

• 对于轻质骨料混凝土，将5000 psi的上限放置在混凝土强度上;该限制基于缺乏更高强度轻质混凝土的实验证据。

• ACI代码21.2.5允许使用等级40和60强化会议ASTM A615的要求,提供了实际的屈服强度不超过指定的收益率超过18 ksi和实际抗拉强度超过实际的屈服强度至少25%。

箍，联系和交叉关系

• 混凝土的约束是由由箍筋组成的横向钢筋提供的。篮球,沿著。

• 为了确保足够的锚固，在箍筋、箍筋和交叉系上使用抗震挂钩[弯曲不小于135欧元，直径6杆(但不小于3英寸)的延伸部分，与纵向钢筋接合，并伸入箍筋或箍筋内部]。

• 箍是闭合的纽带，可以由几个加强元素组成，每个元素在两端都有地震钩子，或者在两端都有地震钩子连续缠绕。

• 横梁是一种连续的钢筋，一端有地震挂钩，另一端有不小于90°弯曲且至少有6杆直径延伸的挂钩。横梁上的挂钩必须与周边的纵向钢筋接合。

箍，联系和圆囊：优点

列中的横跨水平封闭关系在三种方面有帮助，即

1. 它们携带地震引起的水平剪切力，从而抵抗对角线剪切裂缝，
2. 它们将垂直条放在一起，防止它们过度弯曲（在技术方面，这种弯曲现象称为屈曲），
3. 它们包含柱子中的混凝土。领带的末端必须弯曲为135欧元。这样的钩端防止开环，从而导致混凝土屈曲和垂直钢筋屈曲。

ACI关于特殊抗力矩框架(SMRF)的规定

框架梁的准备

一。基本要求:根据21.3.1.1节对SMRF中波束的基本要求总结如下

1. 因子轴向压缩力≤AG.F'c/ 10（其中，Ag =光束跳过截面区域=混凝土的抗压强度。）
2. 净跨距≥(4 ×梁有效深度)
3. 宽深比≥0.3
4. 光束宽度≥10英寸。
5. 横梁宽度≤支撑件宽度(在垂直于横梁纵轴的平面上测量)+支撑件两侧距离不超过横梁深度的四分之三)

湾抗弯加固

1. 最小配筋比，ρ≥3√f’c/fy和200/fy
2. 最大加固率，ρ≤0.0025
3. 在整个构件的顶部和底部必须连续提供至少两根钢筋。
4. 柱正面的正弯矩必须至少为同一位置负弯矩强度的一半。
5. 在构件的任何截面上的正或负弯矩强度都不能小于构件两端最大弯矩强度的四分之一。

c。搭拼接

1. 不在关节内
2. 不在构件深度的两倍以内;2h，从关节面或其他弯曲屈服预期的位置。
3. 搭接拼接必须由箍或螺旋封闭，具有有效深度的最大间距或4英寸的最大间距。
4. 焊接和机械连接是允许的，只要它们不是在2所规定的位置上使用。

天。横向强化

我。箍形式的横向加强必须在等于两倍于从支撑构件的面向两端的中血的成员深度在两端测量的两倍的长度使用，但是在以下条件下实现。

1. 第一个箍必须位于离支撑构件表面不超过2英寸的位置。
2. 箍与长度的最大间距不能超过:
   1. �d的光束，
   2. 8次最小的纵向钢，
   3. 箍筋直径24
   4. 或12。

2根据计算，否则箍，但间距不超过D / 2

提供列

答:尺寸

1. 每一侧至少12 in
2. 长短边比≥0.4。即12/12,12/18,12/24 OK;但12月36日不行

b .抗弯加固

c .圈拼接

1. 如图所示，中间内
2. 搭接处的扎带间距为d/4或4英寸，以较小的为准

其中d为沿最小尺寸的有效深度。

搭接长度= 1.3 ld = 1.3x 0.05 fy/√fc 50 db fc 3和fy 40 ksi 70 db fc 3和fy 60 ksi

d .横向钢筋

1. ACI规范21.4.4规定了从每个接合面开始最小长度Lo的横向钢筋的使用。长度Lo不能小于
   1. 构件在接缝处或在可能发生弯曲屈服的截面处的深度“d”
   2. 构件净跨度的六分之一;hc / 6或
   3. 18英寸。
2. 长度范围内的最大间距
   1. Col / 4的最小横向尺寸
   2. 6分贝的纵向棒材
   3. 4 +（14 - HX）/ 3;但不超过6英寸且不小于4英寸。
3. 其他地方的拉杆间距至少为6db或6英寸。

弱梁-强柱设计:

对于一个框架来说，节点上构件的抗弯能力应该是这样的，即柱比梁更强。以这种方式。铰链将在梁而不是柱中形成，保持整体的垂直荷载能力。由于这些原因。采用“弱梁强柱”的方法设计受地震荷载作用的钢筋混凝土框架。

梁柱接头

ACI公司建议:为了在节点内提供足够的约束，在柱子中使用的横向钢筋必须通过节点继续使用。符合ACI Code21.5.2。

• 为了使通过接缝的梁筋充分发展，ACI规范21.5.1要求平行于梁筋的柱尺寸必须至少为最大纵筋直径的20倍。

• 终止于柱内的梁纵向钢筋。必须延伸到柱芯的远端面。

90°钩子的开发长度必须不小于8 dB，6英寸，或

抗中间力矩框架(IMRF) ACI规定

提供梁

1. 尺寸：无特殊要求(如普通横梁要求)
2. 抗弯加固
   1. 公式中给出的Min钢
   2. 但不需要大于分析所需的4/3。
   3. 顶部和底部最少两根钢筋，贯穿整个构件。
   4. 柱正面的正弯矩必须至少为同一位置负弯矩强度的三分之一。
   5. 构件任意截面上的正或负弯矩强度均不得小于构件两端最大弯矩强度的五分之一。
3. 横向钢
4. 腿上

提供列

尺寸：没有特殊要求（就像普通的COL要求）2。弯曲钢铁：没有特殊要求（就像普通的COL要求）3.横钢：根据下一页4.圈子的要求较少4.圈：没有特别的要求（就像普通的COL要求）

对于柱，在距离接合面L0的长度范围内，拉杆间距不得超过

• 是最小纵杆直径的8倍

• 拉杆直径的24倍，

• 列的最小横截面尺寸的一半，

• 或12 in。，

符合ACI代码21.8.5。

其他注意事项

• 在地震风险高的地区不允许使用IMRF，但在地震风险中等的地区允许使用SMRF。

• 与地震危险性高的地区不同，在地震危险性中等的地区允许采用无梁双向板体系。

• 在低地震风险或无地震风险的地区，一般的抗弯矩框架是允许的，但也可以提供IMRF和SMRF。