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1 导论：抗震设计概念1

1.1 抗震设计和抗震性能：综述1

1.1.1 抗震设计的极限状态6

(a)使用极限状态6

(b)破坏控制极限状态6

(c)免坍极限状态6

1.1.2 结构性能7

(a)刚度7

(b)强度7

(c)延性7

1.2 抗震结构体系的基本要求8

1.2.1 抗震结构体系9

(a)框架体系9

(b)结构墙体系9

(c)复合结构体系9

1.2.2 地震反应10

(a)竖向地震反应：建筑物看作一根垂直悬臂梁10

(b)水平向地震反应：质量中心和刚度中心10

1.2.3 建筑物形式对地震反应的影响12

(a)楼层薄膜作用12

(b)扭转效应的改善13

(c)建筑物竖向布置14

1.2.4 按设计的延性水准对结构分类16

(a)弹性反应16

(b)延性反应17

1.3 设计参量定义18

1.3.1 设计荷载和作用力18

(a)恒荷载(D)18

(b)活荷载(L)18

(c)地震力(E)19

(d)风力(W)19

(e)其他作用力19

1.3.2 荷载组合和力的效应19

1.3.3 各种强度的定义及其相互关系21

(a)要求强度(Su)21

(b)理想强度(Si)21

(c)可能强度(Sp)21

(d)超强强度(So)22

(e)各种强度的相互关系22

(f)弯曲超强系数(ψ0)22

(g)体系超强系数(ψ0)23

1.3.4 强度降低系数23

1.4 能力设计原理24

1.4.1 主要特点24

1.4.2 图示比拟25

1.4.3 结构的能力设计26

1.4.4 示例27

2 地震的起因和作用29

地震烈度→结构反应→地震作用29

2.1 地震烈度29

2.1.1 引言：成因和作用29

2.1.2 地震波31

2.1.3 地震等级和地震烈度32

(a)地震等级32

(b)地震烈度33

2.1.4 地震加速度特性33

(a)地震加速度33

(b)垂直加速度34

(c)场地土刚度的影响34

(d)方向效应34

(a)地理位置的放大作用35

2.1.5 衰减关系36

2.2 地震设计值的选取37

2.2.1 地震烈度与地面加速度的关系37

2.2.2 重复周期：地震出现的概率38

2.2.3 地震危险率40

2.2.4 影响设计烈度的因素40

(a)设计极限状态40

(b)经济方面考虑41

2.3 结构的动力特性42

2.3.1 水平地面加速度作用下的单自由度体系的反应特性43

(a)刚度43

(b)阻尼43

(c)周期44

2.3.2 弹性反应谱44

2.3.3 单自由度体系的非线性反应特性46

2.3.4 非线性反应谱47

2.3.5 多层建筑的反应特性49

2.4 设计作用力的确定49

2.4.1 非线性动力时程分析50

2.4.2 振型叠加法50

2.4.3 等效侧向力的计算方法51

(a)第一振型周期52

(b)影响基底剪力的因素53

(c)基底剪力沿建筑物高度的分配55

(d)水平作用力分析57

(e)顶部位移和层间位移的估计57

(f)框架结构中的P-△效应57

(g)扭转效应58

3 构件设计原理59

3.1 引言59

3.2 材料59

3.2.1 无约束混凝土59

(a)无约事混凝土的应力-应变曲线59

(b)无约束混凝土中压应力图块的设计参数60

(c)混凝土的抗拉强度61

3.2.2 约事混凝土61

(a)横向钢筋的约束作用61

(b)约束混凝土的受压应力-应变关系62

(c)周期荷载对混凝土应力-应变关系的影响63

(d)应变速率对混凝土应力-应变关系的影响64

(e)约束混凝土压应力图块的设计参数64

3.2.3 砌体65

(a)复合材料的抗压强度66

(b)无浆砌体67

(c)灌浆混凝土砌体68

(d)灌浆砖砌体69

(e)弹性模量69

(f)非约束及约束砌体的受压应力-应变关系69

(g)砌体压应力图块的设计参数70

3.2.4 钢筋71

(a)单调加载性能71

(b)非弹性周期性反应72

(c)应变速率效应72

(d)温度和应弯龄期效应72

(e)超强系数(λ0)72

3.3 构件截面分析73

3.3.1 混凝土和砌体截面的抗弯强度公式73

(a)假定73

(b)梁截面抗弯强度73

(c)柱和墙截面抗弯强度74

3.2.2 抗剪强度76

(a)斜向受拉和受压破坏的控制76

(b)滑移剪力79

(c)梁柱节点中的剪力81

3.3.3 扭转81

3.4 截面设计81

3.4.1 强度折减系数82

3.4.2 钢筋的限制82

3.4.3 构件的尺寸比例83

3.5 延性关系83

3.5.1 应变延性84

3.5.2 曲率延性84

(a)屈服曲率84

(b)最大曲率85

(c)影响曲率延性的因素85

3.5.3 位移延性86

3.5.4 曲率延性与位移延性的关系86

(a)屈服位移87

(b)最大位移87

(c)塑性铰长度87

3.5.5 构件和系统的延性88

(a)若干塑性铰形成的同时性88

(b)运动关系88

(c)屈服位移与塑性位移的产生88

3.5.6 以试验验证延性能力90

3.6 构造90

3.6.1 柱子延性要求的构造措施90

(a)约束用的横向钢筋91

(b)柱中纵向钢筋的间距91

3.6.2 粘结和锚固92

(a)钢筋强度的发挥92

(b)塔接连接93

(c)对锚固的几点附加考虑94

3.6.3 抗弯钢筋的切断95

3.6.4 横向钢筋96

4 钢筋混凝土延性框架98

4.1 结构模式98

4.1.1 一般假定98

4.1.2 几何形状的抽象99

4.1.3 刚度模式100

4.2 分析方法102

4.2.1 “精确”的弹性分析102

4.2.2 非线性分析102

4.2.3 修正的弹性分析102

4.2.4 重力荷载下的近似弹性分析103

4.2.5 水平荷载下的弹性分析103

(a)平面分析103

(b)框架间的水平力分配104

(c)计算机分析105

4.2.6 框架体系的规整105

(a)竖向规整度106

(b)水平规整度106

4.3 梁上设计作用力的推导106

4.3.1 设计作用力的重分布106

4.3.2 弯矩重分布的目标108

4.3.3 弯矩重分布的平衡条件108

4.3.4 重分布准则110

4.3.5 弯矩重分布实例111

4.3.6 非线性柱中的弯矩重分布112

4.3.7 确定梁设计弯矩的图解法113

4.4 设计程序114

4.4.1 能力设计步骤114

(a)梁的弯曲设计114

(b)梁的剪切设计114

(c)柱的弯曲强度115

(d)柱的横向钢筋115

(e)梁-柱节点设计115

4.4.2 楼盖设计115

4.5 梁的设计115

4.5.1 梁的弯曲强度115

(a)弯曲强度设计116

(b)有效受拉钢筋117

(c)弯曲受拉钢筋的数量限制118

(d)潜在塑性铰区域119

(e)塑性铰区的弯曲超强122

(f)梁的超强系数(ψ0)123

(g)体系的超强系数(ψ0)123

(h)超强系数的推演实例123

4.5.2 受弯钢筋的锚固和切断125

4.5.3 梁的剪切强度126

(a)设计剪力的确定126

(b)设计剪切强度的规定127

4.5.4 构造要求127

4.6 柱子设计129

4.6.1 现有设计方法的局限129

4.6.2 定量的能力设计方法130

4.6.3 因梁上塑性铰区弯曲超强引起柱的弯矩增大130

(a)二层以上柱130

(b)底层柱131

(c)顶层柱132

(d)鞭梢效应控制的柱132

4.6.4 柱弯矩的动力放大132

(a)单向框架柱133

(b)双向框架柱134

(c)对柱基和顶层柱要求的弯曲强度134

(d)动力反应的高振型影响134

(e)鞭梢效应控制的柱135

4.6.5 柱子设计弯矩135

(a)节点处柱的设计弯矩135

(b)临界柱截面136

(c)设计弯矩的折减136

4.6.6 设计轴向力的估算137

4.6.7 柱子设计剪力138

(a)典型柱的剪力138

(b)底层柱的设计剪力139

(c)双向框架柱的剪力139

(d)顶层柱的剪力139

4.6.8 确定柱子上各项设计作用力的步骤：小结139

4.6.9 柱内竖向钢筋的选取140

4.6.10 柱子钢筋的接头位置142

4.6.11 横向钢筋设计143

(a)概述143

(b)横向钢筋的设置和形状143

(c)抗剪作用145

(d)受压纵筋的侧向支撑作用145

(e)混凝土的约束作用145

(f)纵筋搭接处的横向钢筋146

4.7 框架失稳147

4.7.1 P-Δ现象147

4.7.2 现有通用方法147

4.7.3 稳定指数147

4.7.4 P-Δ效应对非线性动力反应的影响148

(a)能量耗损149

(b)弹性框架的刚度149

(c)最大层间位移149

(d)延性要求150

4.7.5 强度调整150

(a)以能量吸收补偿强度150

(b)层间位移估算150

(c)必需的层间弯矩能力151

4.7.6 总结和设计建议151

4.8 梁柱节点153

4.8.1 通用设计准则153

4.8.2 性能标准154

4.8.3 节点受力特性154

(a)平衡准则154

(b)剪切强度156

(c)粘结强度156

4.8.4 框架中应用的节点类型157

(a)受邻接构件形状影响的节点157

(b)弹性和非弹性节点157

4.8.5 内节点的剪切机理158

(a)节点上的内力分布及作用点158

(b)节点剪力的演算159

(c)混凝土对节点剪切强度的作用160

(d)节点剪切钢筋对节点剪切强度的作用160

4.8.6 钢筋锚固对加强节点强度的作用161

(a)影响粘结强度的因素161

(b)平均粘结强度要求163

(c)内节点中粘结力的分布166

(d)柱子钢筋的锚固要求167

4.8.7 节点的抗剪要求167

(a)斜撑机理作用(Vch和Vcv)168

(b)桁架机理作用(Vsh和Vsv)170

(c)节点剪应力的节点尺寸171

(d)节点剪力限制172

(e)弹性节点173

4.8.8 双向框架节点173

4.8.9 内节点的几种特殊情况175

(a)楼板的作用175

(b)非党规尺寸的节点176

(c)偏心节点178

(d)非弹性柱的节点178

4.8.10 可供选择的内节点构造179

(a)梁纵筋用焊接锚板锚固179

(b)斜向节点剪切钢筋179

(c)水平加腋节点179

4.8.11 外节点的受力机理180

(a)外节点上的作用力180

(b)节点剪切机理作用181

(c)节点剪切钢筋181

(d)外节点锚固182

(e)弹性外节点184

4.8.12 设计步骤：小结185

4.9 重力荷载控制的框架186

4.9.1 超过需要的潜在抗震强度186

4.9.2 层间侧移机构的潜在强度估算187

4.9.3 减小侧向抗力的考虑189

(a)侧向抗力的最低标准189

(b)梁铰变形机构190

(c)柱子上布置塑性铰191

(d)梁上塑性铰的最佳位置192

4.9.4 剪切设计192

4.10 地震作用控制的框筒结构193

4.10.1 设计特点193

4.10.2 配置斜向钢筋的托墙梁193

4.10.3 特殊构造要求194

4.10.4 观察到的梁的受力性能195

4.11 八层框架的设计实例196

4.11.1 项目的一般描述196

4.11.2 材料性能196

4.11.3 规定的荷载和设计作用力197

(a)重力荷载197

(b)地震作用198

4.11.4 构件的刚度特征198

(a)东西向框架构件198

(b)南北向框架构件199

4.11.5 重力荷载作用下框架分析200

4.11.6 侧向力作用下的分析205

(a)基底总剪力205

(b)沿结构高度侧向力的分配205

(c)扭转效应和不规则变化205

(d)侧向力在全部柱子中的分配207

(e)因侧向力引起的5--6--7--8框架内力208

(f)因侧向力引起的1--2--C--3--4梁的内力210

4.11.7 三层楼面梁的设计210

(a)边跨梁210

(b)内跨梁212

4.11.8 柱子设计217

(a)三层楼面外柱5217

(b)三层楼面内柱6219

(c)一层楼面内柱6220

4.11.9 三层楼面梁-柱节点的设计222

(a)柱6处的内节点222

(b)柱5处的外节点224

5 结构墙225

5.1 引言225

5.2 结构墙体系226

5.2.1 结构墙布置技巧226

5.2.2 截面形状229

5.2.3 竖向变化230

(a)不开洞悬臂墙230

(b)开洞结构墙231

5.3 分析程序234

5.3.1 模式假定234

(a)构件刚度234

(b)几何模型235

(c)墙截面分析235

5.3.2 等效静态侧向力作用下的分析237

(a)相互作用的悬臂墙237

(b)联肢墙238

(c)侧向力在墙肢间的重分配240

5.4 墙构件的强度和延性设计242

5.4.1 结构墙的破坏模式242

5.4.2 弯曲强度243

(a)弯曲强度设计243

(b)纵向钢筋配筋率的限制244

(c)弯曲钢筋的切断245

(d)墙基处的弯曲超强246

5.4.3 延性和失稳247

(a)弯曲特性247

(b)墙体之间的延性关系248

(c)墙的稳定248

(d)曲率延性的限制251

(e)结构墙截面的混凝土约束253

5.4.4 剪切控制255

(a)剪力的确定255

(b)斜拉和斜压的控制257

(c)墙的滑移剪切258

5.4.5 连梁强度259

(a)破坏机理和性能259

(b)梁的配筋设计260

(c)墙之间板的联结作用261

5.5 悬臂墙体系的能力设计263

5.5.1 概述263

5.5.2 悬臂墙体系的设计实例264

(a)例题的一般描述265

(b)设计步骤266

5.6 延性联肢墙结构的能力设计273

5.6.1 概述273

5.6.2 联肢墙的设计实例276

(a)设计要求和假定276

(b)设计步骤277

5.7 矮墙295

5.7.1 矮墙的作用295

5.7.2 弯曲特性和钢筋布置295

5.7.3 抗剪机理296

(a)斜拉破坏296

(b)斜压破坏296

(c)滑移剪切现象296

5.7.4 滑移剪切控制297

(a)延性要求299

(b)墙内垂直钢筋的抗滑移剪切作用299

(c)受压区的相对尺寸299

(d)斜向钢筋的有效性300

(e)复合作用301

5.7.5 斜拉控制301

5.7.6 带框的矮墙302

5.7.7 开洞的矮墙302

5.7.8 矮墙的设计实例304

(a)承受大震作用的矮墙304

(b)适用承受大震作用矮墙的其他可供选择的设计306

(c)承受小震作用的矮墙308

(d)开洞的矮墙309

6 复合结构体系313

6.1 引言313

6.2 弹性复合结构体系的类型、模式和性能314

6.2.1 共同受力的框架和悬壁墙314

6.2.2 用梁联结的延性框架和墙316

6.2.3 落在可变形基础上的带墙复合结构体系317

6.2.4 允许侧向摇摆的墙和三维效应318

6.2.5 局部高度墙体与框架的共同受力319

6.3 复合结构体系的动力特性321

6.4 复合结构体系的能力设计程序324

6.5 确定模式和设计所需要的工程判断知识329

6.5.1 抗侧力体系的不规整330

6.5.2 扭转作用330

6.5.3 楼板薄膜柔度331

6.5.4 墙的剪切要求预测331

6.5.5 墙对抗震所起的作用的变化332

7 砌体结构333

7.1 引言333

7.2 砌体墙335

7.2.1 抗震墙种类335

(a)悬臂墙335

(b)带窗间墙铰的联肢墙336

(c)带托梁铰的联肢墙336

(d)主抗侧力体系和次抗侧力体系的选取337

(e)迎面承受荷载的墙337

7.2.2 分析程序337

7.2.3 弯曲设计338

(a)出平面荷载和平面内荷载的相互作用338

(b)出平面弯曲的截面分析339

(c)出平面弯曲的设计341

(d)平面内弯曲分析342

(e)平面内弯曲的设计344

(f)有约束的矩形砌体墙的设计345

(g)带翼缘墙346

7.2.4 延性的考虑347

(a)矩形截面墙347

(b)非矩形截面墙351

7.2.5 剪切设计352

(a)设计剪力352

(b)不配剪切钢筋时砌体墙的剪切强度353

(c)有关剪切强度的设计建议353

(d)有效的剪切面积354

(e)最大的总剪应力355

7.2.6 粘结和锚固356

7.2.7 墙体厚度的限制357

7.2.8 钢筋的限制357

(a)最小含钢率357

(b)最大含钢率358

(c)最大钢筋直径358

(d)钢筋间距限制358

(e)约束板358

7.3 抗弯的砌体墙框架359

7.3.1 能力设计方法360

7.3.2 梁的弯曲360

7.3.3 梁的剪切361

7.3.4 柱子弯曲和剪切361

7.3.5 节点设计361

(a)钢筋尺寸的限制361

(b)节点剪力362

(c)最大的节点剪应力363

7.3.6 延性363

7.3.7 尺寸限制364

7.3.8 砌体墙-梁试件的性能364

7.4 砌体填充框架365

7.4.1 砌体填充对框架抗震性能的影响365

7.4.2 砌体填充框架的设计367

(a)平面内刚度367

(b)平面内强度368

(c)延性370

(d)出平面强度371

7.5 小型砌体建筑物372

7.5.1 开洞的多层墙372

7.5.2 开洞墙的刚度372

7.5.3 侧向力的设计取值374

7.5.4 弯曲设计374

(a)窗间墙374

(b)托梁375

7.5.5 剪切设计375

7.5.6 延性376

7.5.7 墙的底部和基础设计376

7.5.8 延性的单层柱377

7.6 细长的砌体悬臂墙的设计实例378

7.6.1 承受弯矩和轴力的底部截面的设计378

7.6.2 延性能力的校核379

7.6.3 按fm=24MPa重新进行弯曲设计379

7.6.4 重新校核延性能力379

7.6.5 弯曲钢筋379

7.6.6 墙体失稳380

7.6.7 剪切强度设计380

(a)设计剪力的确定380

(b)剪应力380

(c)剪切钢筋380

7.7 开洞的三层砌体墙的设计实例381

7.7.1 构件受力的确定382

(a)窗间墙刚度382

(b)构件的剪力和弯矩383

7.7.2 底层窗间墙设计383

(a)弯曲强度383

(b)剪切强度384

7.7.3 二层托梁的设计386

(a)变曲强度386

(b)剪切强度387

7.7.4 墙的底部和基础设计387

(a)荷载作用387

(b)弯曲强度388

(c)剪切强度388

(d)基础板带的横向弯曲388

7.7.5 砌体中的钢筋搭接389

7.8 无筋砌体结构的估算390

7.8.1 无筋砌体的强度设计390

7.8.2 承受出平面方向振动的无筋砌体墙391

(a)响应加速度391

(b)破坏条件和等效弹性特性393

(c)墙的荷载挠度关系394

(d)无筋砌体建筑动力响应计算实例395

7.8.3 承受平面内方向振动的无筋砌体墙398

8 有限延性的钢筋混凝土建筑物401

8.1 引言401

8.2 设计策略402

8.3 有限延性框架403

8.3.1 梁的设计403

(a)延性梁403

(b)弹性梁404

8.3.2 确保梁铰机构的柱的设计404

(a)设计作用力的推算404

(b)柱的构造要求405

8.3.3 薄弱层机构的柱406

8.3.4 节点设计407

(a)内力的推算407

(b)节点剪应力408

(c)贯通内节点的纵筋直径的规定408

(d)混凝土对节点抗剪的作用408

(e)节点抗剪钢筋409

(f)外节点409

8.4 有限延性墙409

8.4.1 弯曲控制的墙409

(a)墙截面的失稳410

(b)墙截面的约束410

(c)墙几竖向钢筋压屈的预防410

(d)墙内竖向钢筋的切断410

(e)墙的抗剪410

(f)连梁411

8.4.2 受剪控制的墙411

(a)进一步完善设计方法的考虑411

(b)设计方法的应用413

(c)损坏修补的考虑414

8.5 有限延性的复合结构体系415

9 基础结构416

9.1 引言416

9.2 基础受力分类416

9.2.1 延性上部结构416

9.2.2 弹性上部结构417

(a)弹性基础体系417

(b)延性基础体系417

(c)允许侧向摇摆的结构体系417

9.3 框架的基础结构417

9.3.1 独立基础417

9.3.2 联合基础418

9.3.3 地下室419

9.4 结构墙体系的基础420

9.4.1 墙下弹性基础420

9.4.2 墙下延性基础420

9.4.3 摇摆墙体系421

9.4.4 桩基础422

(a)抗震机理422

(b)桩承受侧向力的作用423

(c)桩的构造424

9.4.5 基础结构举例426

9.4.6 土变形的影响429

9.5 基础结构的设计实例429

9.5.1 设计数据和指标429

9.5.2 基础墙的荷载组合431

9.5.3 基础墙的配筋432

(a)基础底板432

(b)抗弯钢筋432

(c)抗剪钢筋433

(d)受拉翼缘中的抗剪钢筋433

(e)节点抗剪钢筋434

9.5.4 构造435

(a)锚固和截断435

(b)墙角的构造435

附录436

附录A 承受侧向力框架的近似弹性分析436

附录B 修正后的Mercalli震级441

符号443

参考文献454

名词对照467