钢筋混凝土和砌体结构的抗震设计PDF电子书下载

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) 21

（e）各种强度的相互关系 22

（f）弯曲超强系数（φo） 22

（g）体系超强系数（ψo） 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地震震级和地震烈度 32

（a）地震震级 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

（e）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）沿建筑物高度基底剪力的分配 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-Ho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）无约束混凝土的应力一应变曲线 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约束混凝土 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）无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）温度和应变龄期效应 72

（e）超强系数（λo） 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

3.3.2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）搭接连接 93

（c）对锚固的几点附加考虑 95

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）梁一柱节点设计 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（φo） 123

（g）体系的超强系数（ψo） 123

（h）超强系数推演实例 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-Ho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-Ho效应对非线性动力反应的影响 149

（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）析架机理作用（Vsh 和Vsv） 170

（c）节点剪应力和节点尺寸 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）非常规尺寸的节点 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 188

（a）侧向抗力的最低标准 188

（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5 217

（b）三层楼面内柱6 219

（c）一层楼面内柱6 220

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 307

（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臂墙 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 347

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 356

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 382

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）弯曲强度 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）墙内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）锚固和切断 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烈度表 441

符号 443

参考文献 454

英汉名词对照 468