抗震建筑设计

对结构的抗震影响

地震引起地面摇动。所以在它上面的建筑会在它的基座上经历运动。根据牛顿第一运动定律，即使建筑物的基础与地面一起移动，屋顶也有保持原来位置的趋势。但由于墙壁和柱子与它相连，它们拖着屋顶一起走。这种继续保持在先前位置的倾向被称为惰性。在建筑中，由于墙体或柱子是灵活的，屋顶的运动与地面是不同的(图1)。

建筑物会因地震而产生运动。

变形在结构中的影响

屋顶所承受的惯性力通过柱子传递到地面，在柱子中产生力。

• 地震时，柱端之间发生相对运动。

• 

  在图2中，这个移动被表示为屋顶和地面之间的量u。
• 柱的顶部和底部的相对水平位移u越大，则柱的内力越大。
• 同样，柱子越硬(即柱子尺寸越大)，这个力也越大。
• 由于这个原因，柱中的这些内力称为刚强度。事实上，柱的刚度力是柱的刚度乘以其两端之间的相对位移。

水平和垂直摇晃

• 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。
• 地面摇动期间的垂直加速度将从引起的加速度增加或减去由于重力而非减去。
• 由于在结构设计中使用安全系数来抵抗重力荷载，通常大多数结构都有足够的抗竖向震动能力。
• 然而，沿X和Y方向(每个方向的+和-方向)的水平振荡仍然是一个关注。
• 一般来说，为重力荷载设计的结构可能不能安全地承受水平地震震动的影响。因此，有必要确保结构能够充分地抵抗水平地震的影响。

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。
• 这些侧惯量通过楼板传递到墙体或柱子上，传递到基础上，最后传递到下面的土壤系统(图4)。
• 因此，必须设计这些结构元件（楼板，墙壁，柱和基础）和它们之间的连接，以安全地通过它们安全地传递这些惯性力。
• 墙或柱是传递惯性力最关键的元素。
• 但是，在传统建筑中，楼板和梁在设计和施工中比墙和柱受到更多的关注和关注。
• 墙壁相对较薄，并且通常由砖石等脆性材料制成。
• 类似地，设计和构造不好的钢筋混凝土柱可能是灾难性的。

地震期间建筑特征如何影响建筑?

建筑特色的重要性

• 建筑在地震期间的行为主要取决于其整体形状、大小和几何形状，除了地震力如何传递到地面。
• 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

地震设计理念

钢筋混凝土建筑中的重力与地震荷载

• 地震震动时发生应力逆转

重力载荷（自身重量）使RC框架弯曲，导致各个位置处拉伸和缩短。张力在表面产生

ACI对抗震设计的特殊规定

一般

• 《特别规定》的主要目标是确保在地震荷载引起的非弹性位移逆转下有足够的韧性。

• 这些规定通过要求设计人员提供混凝土限制和非弹性旋转容量来完成这一目标。

• 对低地震风险或无地震风险的结构没有特殊要求。

• 为高和中等地震风险设计的结构体系分别称为特殊和中级。

混凝土和钢材强度

• 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。

• 对于轻骨料混凝土，混凝土强度上限为5000psi;这一限制是基于缺乏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%。

铁箍、领带和十字领带

• 混凝土的约束是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、箍筋和交叉箍筋上使用抗震吊钩[弯曲不小于135°，直径不小于6杆(但不小于3英寸)，与纵向钢筋相连，并将其伸入箍筋或箍筋内部]。

• 箍是封闭的领带，其可以由几个加强元件组成，每个增强元件在两端具有抗震钩，或者在两端的地震钩缠绕缠绕关系。

• 横撑是一种连续的钢筋，其一端有抗震钩，另一端有不少于90°的弯曲和至少直径为6杆的延伸钩。横梁上的吊钩必须与周边的纵向钢筋啮合。

铁箍、领带和crossties:优点

列中的横跨水平封闭关系在三种方面有帮助，即

1. 它们承载着地震引起的水平剪力，从而抵抗对角剪切裂缝，
2. 它们将竖条固定在一起，防止竖条过度向外弯曲(用技术术语来说，这种弯曲现象称为屈曲)，并且
3. 柱子里有混凝土。领带的两端必须在135°钩处弯曲。这样的钩端防止箍的打开，从而使混凝土和垂直钢筋的屈曲。

抗弯矩框架(SMRF)的ACI规定

框架梁的规定

一。基本要求:第21.3.1.1节对SMRF中光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. 净跨度≥(4 ×梁有效深度)
3. 宽深比≥0.3
4. 光束宽度≥10英寸。
5. 光束宽度≤支撑构件的宽度（在垂直方向上测量到梁纵向轴线的梁纵向轴线）+支撑构件的两侧的距离不超过光束的第三次深度的距离）

b。抗弯加固

1. 最小配筋率，ρ≥3√f'c/fy和200/fy
2. 最大配筋率，ρ≤0.0025
3. 在整个构件的顶部和底部必须连续设置至少两根钢筋。
4. 柱面正弯矩能力必须至少是同一位置负弯矩强度的一半。
5. 在一个构件的任何截面上的正或负弯矩强度都不能小于该构件两端的最大弯矩强度的四分之一。

c。搭拼接

1. 不是在关节内
2. 不得在构件深度的两倍以内;距节点面或其他预计弯曲屈服的位置2h。
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，只要它们没有被用于以下2所规定的位置。

d。横向钢筋

一世。按照计算结果，横向箍筋的长度必须等于从支撑构件的表面到两端跨中处测量的构件深度的两倍，但必须满足以下条件。

1. 第一个箍必须位于距离支撑构件表面不超过2英寸的位置。
2. 长度超过箍的最大间距不得超过：
   1. 梁d的¼，
   2. 8次最小的纵向钢，
   3. 铁环直径24
   4. 或12英寸。

II。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. 长边比≥0.4。也就是12月12日，12月18日，12月24日;但是12/36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英寸或4英寸，以较小者为准

其中d为col沿最小维数的有效深度。

LAP拼接长度= 1.3 LD = 1.3x 0.05 FY /√FC50 dB for FC 3和FY 40 KSI 70 DB用于FC 3和FY 60 KSI

d .横向钢筋

1. ACI规范21.4.4规定使用最小横向钢筋长度Lo从每个接合面。Lo的长度不能小于
   1. 构件在节理面上或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. 长度内领带的最大间距
   1. Col / 4的最小横向尺寸
   2. 坡口纵钢筋6db
   3. 4 +（14 - HX）/ 3;但不超过6英寸且不小于4英寸。
3. 在其他地方，领带间距至少为6db或6英寸。

弱梁-强柱设计:

对于接头处的构件的框架的弯曲能力应该是使得列比光束强。这样。铰链将在梁中形成而不是列，保持整体垂直负载能力。由于这些原因。“弱光束 - 强柱”方法用于设计受地震载荷的钢筋混凝土框架。

梁柱接头

ACI公司建议:为了在接头内提供足够的限制，必须通过关节继续柱子中使用的横向增强。按照ACI Code21.5.2。

• 为了提供通过接缝的梁钢筋的充分发展，ACI规范21.5.1要求平行于梁钢筋的柱尺寸必须至少是最大纵向钢筋直径的20倍。

• 在柱内终止的梁的纵向钢筋。必须延伸到柱芯的远端面。

具有90°钩子的杆的开发长度必须不小于8 dB，6英寸，或

中间抗矩框架(IMRF)的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. Min钢如式所示
   2. 但不需要大于分析所需的4/3。
   3. 最小的两根钢筋顶部和底部，贯穿构件。
   4. 柱面上的正片段必须是相同位置的负片强度的至少三分之一。
   5. 在一个构件的任何截面上的正或负弯矩强度都不能小于该构件两端的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，在距离节理面L0长度内，接缝间距不可以超过

• 最小纵杆直径的8倍，

• 连杆直径的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。

杂项考虑因素

• 在地震风险高的地区不允许使用同步辐射rf，但在中等地震风险的地区允许使用同步辐射rf。

• 与高地震风险地区不同，在中等地震风险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，普通抗弯矩框架允许使用OMRF，但也可以提供IMRF和SMRF。