抗震建筑设计

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)。

建筑物因地震而经历动作。

变形在结构中的影响

屋顶承受的惯性力通过柱子传递到地面，在柱子中产生力。

• 在地震摇动期间，柱子在其末端之间进行相对运动。

• 

  在图2中，这个移动被表示为屋顶和地面之间的数量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，柱子是（即，较大的列尺寸），较大的是这种力。
• 因此，列中的这些内部力称为刚度力。实际上，柱中的刚度力是柱刚度倍率，其端部之间的相对位移。

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。
• 由于安全的因素用于结构的设计来抵抗重力载荷，通常大多数结构往往适用于垂直摇动。
• 然而，沿X和Y方向(+和-方向)的水平震动仍然是一个问题。
• 一般来说，为重力荷载设计的结构可能无法安全地承受水平地震震动的影响。因此，有必要确保结构对水平地震影响的充分性。

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。
• 这些侧向惯力通过楼板传递到墙壁或柱子，传递到基础，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的最关键元素。
• 但是，在传统的建筑中，在设计和施工期间，地板平板和梁会在设计和施工期间获得更多的护理和关注，而不是墙壁和柱子。
• 墙壁相对较薄，并且通常由砖石等脆性材料制成。
• 同样，设计不良和构造的钢筋混凝土柱可能是灾难性的。

建筑功能如何影响地震期间的建筑物？

建筑功能的重要性

• 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

地震设计理念

重力与钢筋混凝土建筑中的地震载荷

• 在地震晃动时，应力发生逆转

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抗震设计特殊规定

一般

• 特别规定的主要目的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。

• 对于低地震风险或无地震风险的结构没有特殊要求。

• 设计用于高和中等地震风险的结构系统分别被称为特殊和中间。

混凝土和钢力量

• 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，混凝土强度的上限为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%。

箍，领带和交叉领带

• 通过由搅拌器组成的横向增强，提供混凝土的限制。箍和圆囊。

• 为了确保足够的锚固，在箍筋、箍筋和交叉拉杆上使用抗震挂钩[弯曲不小于135°，直径为6杆(但不小于3英寸)，与纵向钢筋接合，并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。

• 克罗西是一种连续的加强杆，在一端具有地震钩，另一端的钩子不小于90°弯曲，另一端具有至少6巴直径延伸部。圆圈上的钩子必须接合外围纵向加强杆。

篮球、领带和交叉领带:优势

列中的横跨水平封闭关系在三种方面有帮助，即

1. 它们承载由地震引起的水平剪切力，从而抵抗斜向剪切裂缝，
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. 它们含有柱子中的混凝土。关系的末端必须在135°钩子处弯曲。这种钩子端部防止开启箍，从而屈曲的垂直条的混凝土和屈曲。

ACI关于特殊抗力矩框架(SMRF)的规定

框架梁提供

一种。基本要求：根据第21.3.1.1节SMRF在SMRF中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. 清除跨度≥（4 x有效梁深度）
3. 宽度为深度比≥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. 最小配筋比，ρ≥3√f’c/fy和200/fy
2. 最大配筋比，ρ≤0.0025
3. 必须连续地在整个构件中连续地提供至少两个加强杆顶部和底部。
4. 柱面上的正片容量必须是相同位置的负片强度的至少一半。
5. 构件中的任何截面上的正和负矩强度都不可以小于构件的任一端的最大力矩强度的四分之一。

C。搭接拼接

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。

d。横向钢筋

一世。根据计算，箍形横向钢筋的长度必须超过从支撑构件的端面向跨中两端测量的构件深度的两倍，但必须满足以下条件。

1. 第一箍必须从支撑构件的面部位于不超过2英寸。
2. 箍与长度的最大间距不能超过:
   1. 梁的d梁，
   2. 8次最小的纵向钢，
   3. 箍筋直径24
   4. 或12英寸。

II。根据计算，否则箍，但间距不超过D / 2

规定列

A.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. Lap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。

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.横向强化

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. 接头面或可能发生弯曲屈服的部分的深度“d”
   2. 成员的清晰跨度的第六分;HC / 6或
   3. 18英寸。
2. 领带在长度Lo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。

梁柱关节

ACI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。

• 束纵向加强柱终止于柱内。必须延伸到列核的远面。

具有90°钩子的杆的开发长度必须不小于8 dB，6英寸，或

ACI抵抗框架的中间力矩（IMRF）的规定

提供梁

1. 尺寸：无特殊要求(如普通横梁要求)
2. 弯曲加固
   1. Min钢如公式所示
   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. 构件中的任何截面上的正和负矩强度都不能小于构件两端的最大力矩强度的五分之一。
3. 横向钢
4. 腿上

规定列

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）

对于柱子，在关节面的长度L0内，系带间距所以可能不超过

• 是最小纵杆直径的8倍

• 连杆直径的24倍，

• 列的最小横截面尺寸的一半，

• 或12 in。，

按照ACI代码21.8.5。

杂项考虑因素

• 不允许在高地震风险的区域中不允许IMRF，但SMRF允许在适度地震风险的区域中。

• 与高地震风险的区域不同，在适度地震风险的区域中允许两种没有光束的三种方式。

• 在低或没有地震风险的区域中，也可以提供抵抗框架OMRF，但也可以提供IMRF和SMRF。