2010混凝土规范抗震章节详解

2010版混凝土结构设计规范,抗震章节的详解,对理解和应用规范大有帮助。

第

卷第期年月

建筑结构

修订简介(九)

混凝土结构的抗震设计

朱爱萍，黄小坤，徐有邻

(中国建筑科学研究院，北京

)

抗震设计包括确定结构方案

［摘要］简述了混凝土结构抗震设计的概念特点以及本次规范修订内容的调整地震作用以及构件的抗震设计，本规范反映后一部分内容制条件承载力计算系数调整及配筋构造等措施得以落实要求

［关键词］混凝土结构;抗震;设计中图分类号:

文献标识码:

文章编号:

(

)

抗震设计强调概念设计，在静力设计的基础上，按抗震本文介绍了材料梁柱墙预应力构件等的抗震设计

等级提出要求，并考虑构件抗震破坏的特点进行承载力设计，避免剪切压溃等引起的非延性破坏;并通过截面控

:

(

，

，

，:

;

，

，

)

概述

抗震设计的目标是小震不坏中震可修大震不倒，尽量将损失降到最低重后果，抗震设计尤为重要

抗震设计基本分为两个部分:确定地震作用效应以及构件抗震设计

前者包括地震作用结构选

型抗震等级作用效应等内容，属于承载能力极限状态设计表达式的左边项，由(

)(简称抗震规范)解决

后者包

括构件截面选择材料强度配筋计算连接设计构造措施等内容，属于设计表达式的右边项，混凝土结构设计规范(

范)基本反映后一部分的内容

由于规范中表达内容相对完整性的要求，抗震规范和混凝土规范的内容很难绝对分割，不得不互有交叉重复

但在修订阶段通过分工协调，内容

基本能够连贯衔接

混凝土结构的抗震设计具有以下特点:)由于

)(简称混凝土规混凝土结构自重较

大，在地震引起的水平惯性力作用下往住会引起严

地震作用不确定性大，不可能精确计算，故强调概念设计;)按地震烈度设防类别结构类型等分等定级，根据抗震等级进行设计;)在静力设计的基础上，按抗震等级提出不同的设计要求，并与静力设计相衔接)抗震设计期望混凝土结构呈延性破坏，而力求避免剪切压溃等引起的脆性破坏;)构件抗震设计采取截面控制承载力计算系数调整及抗震配筋构造等措施落实

本文介绍本次规范抗震设计修订的情况，重点阐述修订内容的技术背景，未修订的内容只作简略介绍

一般规定抗震等级

抗震等级是抗震设计的基础，根据规范分工，由震设防分类标准(及建筑抗震设计规范(

))确定

考虑的因素为:设防类别地震烈度结构类型和房

作者简介:朱爱萍，工程师;黄小坤，研究员;徐有邻，研究员

注:本文由徐有邻执笔

2010版混凝土结构设计规范,抗震章节的详解,对理解和应用规范大有帮助。

建

屋高度

筑结构年

本规范此次修订将建筑的抗震等级(丙用范围

抗震钢筋牌号以带后缀

的热轧带肋钢筋表

达;其性能参数有以下要求:强屈比(钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值)不应小于

;超强比(钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值)不应大于的延性指标

水平构件的抗震设计基本概念

楼盖在水平地震作用下可视为刚性平面，在地震中很少破坏，故一般可采用包括空心楼盖在内的各类楼盖，以减轻结构自重及水平地震力;同时对装配式楼板提出整体性要求，通常可不作抗震设计框架梁是框架结构中重要的传力构件，故须进行抗震设计构造要求

截面控制

框架梁截面的基本尺寸要求:最小宽度最大高宽比跨高比以及取决于受剪承载力的截面控制条件，仍保持原规范规定

延性要求

为避免混凝土受压破碎及受剪的非延性破坏，规范提出了构件设计的延性要求:)限制梁端混凝土受压区高度以保证构件有必要的变形转动能力，避免脆性破坏;)强剪弱弯的设计原则:主动提高同一内力状态的梁端剪力设计值，使梁先发生受弯破坏，从而避免脆性的剪切破坏上大于

的系数

时，需计入受压钢筋

具体是在考虑地

时，乘

震组合的框架梁端弯矩值计算剪力设计值

框架梁抗震设计的内容包括截面控制条

件延性要求受剪承载力计算纵筋及箍筋的配筋

;最大拉力下的总伸

，这是新增

长率(均匀伸长率实测值)不应小于

类)改为强制性条文，并新增了板柱墙结构及单厂铰接排架的有关规定

抗震等级按程度依次排列为一二三四级并与非抗震的静力相衔接级框架结构和

求按实际配筋和强度计算

为适应各种特殊情况的抗震设计要求，规范还给出了抗震等级的补充规定;并明确剪力墙底部加强部位，比原规范更为具体

承载力调整

考虑地震组合验算构件的承载力时，应对抗力项除以承载力抗震调整系数

，其相当于本规范

修

基本设计表达式中的抗力模型不定性系数受压柱的要求，并增加了受冲切承载力的系数

钢筋锚固及连接

由于地震反复作用造成的粘结退化，受力钢筋的锚固和搭接长度须乘以修正系数

)予以加长

(

，

此次修订还特别强调钢筋连接位

对某些情况还增加了一

度一级框架(特一级)的等级，要

订规范列出了承载力抗震调整系数表，细化了轴心

置宜避开关键受力部位(梁端柱端箍筋加密区)并对连接形式及接头面积百分率进行了限定

箍筋和埋件

地震反复作用往往造成混凝土的破碎而导致构件压溃乃至结构倒塌，因此加强关键部位混凝土的围箍约束尤为重要强约束并提高抗力末端

本次修订强调箍筋宜采用焊接对于一般非封闭箍筋也提出了

的要求

此外为保证

封闭箍筋连续螺旋箍筋或连续复合螺旋箍筋，以加

弯钩，弯后余长

在地震作用下搭接钢筋的传力，还提出了搭接长度范围内箍筋间距的要求

考虑地震作用的预埋件在静力设计的基础上有所提高的程度仍同原规范，但提出了预埋件不宜设置在塑性铰区的规定，否则应采取有效措施(如采用贯穿型埋件等)

混凝土材料

抗震结构的混凝土强度不能太低，但高强混凝土的脆性也不利于抗震与原规范相同

抗震钢筋

此次修订强调梁柱支撑和剪力墙边缘构件宜采用热轧带肋钢筋;一二三级框架和斜撑构件的纵向受力普通钢筋应采用抗震钢筋，其中后两种情形是新增加的

抗震结构的其余部分可不作抗

震钢筋要求，因此不应任意扩大抗震钢筋的应

规范修订对此作出的限制

此次修订新增规定，在按实配钢筋截面面积计算框架梁左右端的

受剪承载力

框架梁受剪承载力计算基本与原规范一致，只是根据静力计算公式修改作了相应的改变:混凝土抗剪项折减系数为

，具体计算公式为

:

;箍筋系数由

降低为

及有效楼板范围内的钢筋

纵筋配置的构造要求

抗震结构框架梁纵向受力钢筋的构造要求包括以下内容，与原规范完全相同:)纵向受拉钢筋的最小配筋百分率:为保证安全，用表格表达支座和跨

2010版混凝土结构设计规范,抗震章节的详解,对理解和应用规范大有帮助。

第卷第期朱爱萍，等修订简介(九)混凝土结构的抗震设计

此次

中的限值;)梁端纵向受拉钢筋最大配筋限制:为避免超筋引起压区混凝土的非延性破坏，最大配筋率不宜大于二三级不小于

;)梁端底纵筋配筋面积比:

;

;)通长角筋布置及直径的要

考虑地震引起的内力反复作用，对一级不小于求，是为了满足起码的构造要求

箍筋配置的构造要求

抗震结构框架梁中箍筋起到了纵筋定位抗剪承载和围箍约束的作用，其构造要求仍保持原规范规定的下列内容:)加密区的构造要求:地震时框架梁端在纵筋屈服出现并形成塑性铰过程中，箍筋的围箍约束作用对维持构件的抗力和转动能力的作用很大，规范以表格形式提出了对梁端箍筋加密区的构造要求，包括加密区长度箍筋的最大间距及最小直径;)箍筋肢距及位置:规定箍筋的肢距以及跨边首个箍筋的位置;)非加密区配箍:构造要求可适当降低，其间距可为加密区的配筋率也可适当降低

柱类构件的抗震设计基本概念

承受地震作用的框架柱，承受全部垂直荷载和水平作用的竖向构件，是关键的承力构件，其压溃可能引发大范围的破坏，是结构整体稳固性中的关键因素

震害调查表明:地震作用下部分框

柱端(柱头柱脚)由于弯

架柱往往先于框架梁而破坏，原抗震设计中强柱弱梁的原则并未实现键部位

矩和剪力的反复作用，是最易发生压溃破坏的关

此外，底柱角柱破坏的可能性更大，且

柱的轴压力过大时，混凝土

往往引发结构垮塌的抗力相对较大

根据震害调查及科学研究，本次修订加强对框架柱抗震设计的要求:表现为以下几方面:)强柱弱梁:梁端塑性铰仅引起内力重分布，而柱端塑性铰会使结构成为机构而引起倾覆倒塌，因此抗震设计应增大柱的弯矩设计值，使柱的破坏滞后于梁的破坏;)强剪弱弯:基于钢筋屈服的受弯破坏是延性的，而基于混凝土的受剪破坏是非延性的，抗震设计应使柱的受剪承载力强于自身的受弯承载力，使剪切破坏滞后于弯曲破坏;)轴压比控制:柱的截面面积和轴向压力(轴压比)必须严格控制，防止发生脆性压溃;)柱端加密区:柱端部的抗力(承载变形能力)必须加强，应该实现截面控制条件及轴压比控制

本次修订保持了原规范对框架柱截面的最小尺寸长短边比例以及剪跨比的要求

同样根据地震倍，箍筋的面积

组合的剪力设计值提出了受剪截面控制条件修订新增加了双向受剪框架柱的相应要求

应该强调的是:柱截面尺寸及混凝土强度还决定了柱的轴压比

轴压比过大时混凝土应力相对很

柱

大，容易发生脆性的压溃破坏，故必须加以限制

的轴压比对其配筋构造会造成重大影响;规范列表表达了不同类型结构不同抗震等级的柱的轴压比限值，以及各种情况下轴压比限值的调整

强柱弱梁和强剪弱弯

为了控制框架柱在地震作用下不首先破环，主动增大同一内力状态下柱的弯矩设计值，使梁先发生受弯破坏

控制方法是:在考虑地震组合的框架

时，在相应梁端弯矩设计值

修订后系数普遍加大，从

的系数

柱端弯矩设计值

乘上大于

而更减少了柱先于梁破坏的可能

同样，主动加大同一内力状态的柱端剪力设计值，使延性的受弯破坏先于剪切破坏发生计值

时，乘上大于

控制方

法是:在考虑地震组合的框架柱弯矩值计算剪力设

的系数，从而相对提高框架

柱的抗剪承载力

规范修订时保持了原规范的要求，未作改动受剪承载力

框架柱受剪承载力计算同原规范，此次修订时增加了双向受剪矩形框架柱的计算方法

纵筋配置的构造要求

框架柱纵筋配置的构造要求包括最小配箍率限值最大配筋(全部及一侧)限制以及纵筋间距对称配筋要求等整，并以全

抗震设计基本要求未变，只对柱中级钢筋为准，以推广采用高强钢

全部纵向受力钢筋最小配筋百分率的表格作了调筋;同时对最小配筋百分率的数值稍有增加，以策安

对边柱角柱及剪力墙端柱小偏心受拉构件也箍筋配置的构造要求

箍筋的围箍约束作用对地震作用下混凝土柱的承载力和转动能力具有重要的意义，规范修订增加了相应内容和要求

本次修订对柱端箍筋加密区的

范围(长度)作出了明确的规定

为落实在轴压作用下箍筋的围箍约束作用，除保持原规范根据轴压比提出的加密区箍筋最小配箍特征值

的表格及以此计算箍筋体积配筋

的限制，这意味着可以

率的要求外，在体积配箍率的公式中的箍筋强度取其设计值且无柱的抗力

采用更高强度的箍筋，通过强有力的约束来增加提出了增加配筋的要求

2010版混凝土结构设计规范,抗震章节的详解,对理解和应用规范大有帮助。

建

铰接排架柱

筑结构年

同样根据地震组合的

墙柱的轴

小厚度(绝对值与相对值)

地

铰接排架柱一般多为变截面阶形柱，其下端固接上端铰接，支承大跨屋盖，用作单层工业厂房导致连续倒塌

铰接排架柱的地震组合内力设计值及配筋构造要求同原规范，只是应注意下列问题:)应在柱顶柱底牛腿吊车梁斜撑节点等处设置箍筋加密区，并按表格规定加密区箍筋的间距和直径;)柱上牛腿根据地震组合作用下的竖向力和水平拉力，按相应静力设计的方法计算和配筋，并满足相应的抗震构造要求;)柱顶箍筋加密区柱顶预埋钢板及锚筋以及柱间支撑埋件的抗剪钢板应满足相应要求

框架梁柱节点

()结构特点:框架梁柱节点处于多条传力途径交叉的关键受力部位;节点核心区在地震作用下受力形态复杂;尤其边节点和角节点受约束较小且易破坏

节点设计大多结合非抗震的要求，以增补

截面控制要求及构造措施的形式解决

()受剪承载力及截面控制:框架节点核心区根据剪力设计值确定截面控制条件;进行节点抗震受剪承载力计算

均同原规范

()纵筋构造问题:节点处柱筋一般竖向贯穿节点;梁的纵筋则伸入节点锚固，锚固长度考虑地震影响须乘以修正系数搭接考虑

减短锚固长度的做法

;而角节点的梁柱纵筋多按此外，考虑到地震反复作用

本次修订增加了利用筋端锚头(锚板)

震的破坏形态多为上柱折断锚板拉脱屋架塌落而

剪力设计值也提出了受剪截面控制条件

压比对其配筋构造会造成重大影响，规范提出了底部加强部位的墙肢轴压比限值;并以轴压比区分边缘构件的性质，进行不同的设计

地震内力及受剪承载力计算

此次修订提出了一级剪力墙底部加强部位各墙肢底部截面按地震组合计算弯矩设计值考虑;底部加强部位以上墙肢弯矩设计值乘以增大系数剪力设计值作相应调整

根据弯的原则按照不同的抗震等级主动增大剪力设计值;墙的抗震受剪承载力计算包括正截面偏心受压偏心受拉和斜截面受剪以及沿水平施工缝受剪三种情况同

配筋设计

剪力墙的配筋设计与原规范完全相同，主要包括:对较厚墙的双排配筋要求;不同抗震等级不同结构部位水平竖向分布钢筋的最小配筋率;水平竖向分布钢筋的间距和直径

洞口连梁

地震造成的建筑物破坏表明，洞口连梁是剪力墙结构的薄弱部位，此次修订增补了较多的内容本次修订增补了抗震连梁受弯承载力计算方法:

(

)

以上计算均与原规范相

，

同样，根据强剪弱弯原则增补了下列抗震剪力设计值以及受剪承载力的计算方法

:

造成梁上部纵筋在拉，提出了贯穿中间节点钢筋直径按节点宽度比例限制的要求

()箍筋构造问题:节点区箍筋的最大间距最小直径按柱的规定采用级的配箍特征值

基本概念

墙同时承受轴压力以及在地震横向力作用下承受弯矩剪力等内力水平力作用下平面内坏的薄弱环节

墙类构件多作住宅结构，也常

墙的震害是在反复

状剪坏，洞口连梁为容易破

与框架筒体结构等混合应用

墙类构件的抗震设计

同时还规定了不同抗震等及体积配筋率

公式中系数的调整与前述柱的做法类似

参考国外规范以及国内科研和工程实践，本次修订提出了配置交叉斜筋对角斜筋对角暗撑提高连梁受剪承载力的做法(图

)，包括受剪截面限

制条件斜截面受剪承载力计算公式等

此外还详细规定了抗震剪力墙洞口连梁的配筋构造要求，包括:纵筋的最小配筋率及最小配筋;斜筋之间拉筋的构造要求(数量直径间距等);箍筋范围间距;分布筋的数量直径间距钢筋的锚固等

边缘构件

边缘构件是剪力墙墙体受力的依托，在抗震中起到重要作用

其形式大体有暗柱端柱翼墙转

剪力墙的抗震设计包括:计算地震

作用的内力设计值强剪弱弯的内力调整抗震受剪承载力计算剪力墙截面配筋设计洞口连梁设计边缘构件设计

截面条件及轴压比控制

规范规定了各种结构类型中剪力墙肢截面的最

2010版混凝土结构设计规范,抗震章节的详解,对理解和应用规范大有帮助。

第卷第期朱爱萍，等修订简介(九)

混凝土结构的抗震设计

本次规范修订新增了允许采用无粘结预应力构件抗震设计的内容

抗震计算

修订规范给出了采用预应力混凝土梁或板的各类结构的阻尼比;还给出了地震组合中预应力分项系数的取值:有利时取

图

交叉斜筋配筋连梁

但对某些较重要的结构构件仍

须采用有粘结的预应力筋

，不利时取当预应

力筋穿过节点核心区时，在验算中还可考虑预应力对其受剪承载力的有利影响

构造要求

为满足结构延性和安全的要求，修订规范还提出了框架梁端截面混凝土受压区高度纵向受拉钢筋最大配筋率框架梁端底面纵筋最小配筋率的要求

在结构抗震中，一般非地震的竖向荷载由预应

故应控制预应力筋和普通钢筋配筋比例，

对于预应力

力筋承担，而地震作用下构件的延性则应由普通钢筋担负

图

集中对角斜筋配筋连梁

勿使预应力筋过多而影响结构的延性密以及大跨边柱非对称配筋的要求

板柱结构的抗震设计基本概念

柱的轴压比应考虑预应力影响，并提出箍筋全柱加

板柱结构层高小空间开阔布置灵活施工简便，是市场需求的适用结构体系规定

图

对角暗撑配筋连梁

但板柱结构抗侧

的

力能力较差，用作抗震结构应符合规范表

板柱结构从结构形式上应与剪力墙或周边框

架结合，增强结构整体稳固性及抗侧力能力;同时，板柱节点应进行受冲切承载力验算并采取抗震构造措施予以加强

受冲切承载力计算

地震组合下考虑板柱节点临界截面上剪应力传递不平衡弯矩，等效集中反力设计值录

级板柱结构的增大系数取

角墙四种根据轴压比的不同，又可分为约束边缘

其墙肢长度配箍特征

构件和构造边缘构件两类确要求

值体积配筋率箍筋或拉筋的间距等都有不同的明

这些要求基本同原规范，但更为详细预应力构件的抗震设计基本概念

预应力构件的变形性能(延性)稍差，但经国内外的深入研究后确认:在采取有效的构造措施后，预应力构件仍可用于抗震结构于整体稳固性

并且连续预应力配筋

按规范附

计算并应乘以增大系数，对一二三级抗震等板柱节点受冲切截面要求为:

()

贯穿各跨有利于形成结构防倒塌的拉结模型，有利

此次修订扩充和丰富了预应力构件抗震设计的原则性内容以及构造要求

适用范围及类型选择预应力构件原则上用于

度及以下地区，在

度区则应有充分依据并采取可靠措施

预应力构件抗震设计主要包括:适用

配置箍筋栓钉的受冲切承载力:

［(

)冲切锥体以外截面的受冲切承载力验算:

范围;预应力类型选择;抗震计算;非预应力筋比例

)

构造要求

度抗震设防的板柱节点宜采用托板或柱帽，

(下转第

页)

2010版混凝土结构设计规范,抗震章节的详解,对理解和应用规范大有帮助。

第行性

卷第期田黎敏，等深圳湾体育中心结构施工过程模拟分析

都要以整体分析为依据，充分考虑相互影响

()在整个安装过程中，两施工区杆件的最大应力为大应力为

在建造过程中的安全

节点施工做法

该结构体系的部分节点施工做法如下:)该体系的单层网壳节点形式相对简单，直接采用焊接的形式即可;)对于交汇杆件较多的网架上下弦处，采用焊接球节点的形式(图

());)树形支撑由

于分叉较多，焊缝重叠，应力集中严重，采用焊接而成的相贯节点容易产生撕裂，焊接质量难以保证，因此采用稳定性较好的铸钢节点来代替;)网壳周边的落地节点同地面的连接采用栓焊相结合的形式(图()

)

弯扭

，而一次性成型分析下结构的最，前者的应力要远大于后者，因

结论

()对于此类大型复杂结构，设计中存在诸多难点，需要对节点进行专项分析，从而对设计提出良好的建议

()施工模拟时，可以将构件绕

轴旋转实现

另外，节点连接的处理决定了模型的正确性，()不同的结构形式采用的施工方案也大不相同，采用合理的施工方案是结构在施工过程中达到安全和经济协调的关键

(不能忽略

对此类大跨度空间结构的影响决定结构力学性能的不仅仅发生在设计

此必须考虑施工过程对结构的影响，从而保证结构

所以对节点的连接问题进行分析是非常重要的

阶段，建造过程对结构的影响也不能忽略，只有同时考虑结构的设计和施工，才能保证整个钢结构体系的安全

参

考

文

献

张毅刚，薛素怿，杨庆山，等大跨空间结构北

沈祖炎，陈扬骥

版社陈彬磊，郭宇飞，柯长华，等深圳湾体育中心钢结构屋

盖设计及研究建筑结构图

部分节点设计图

构分析方法研究工程力学():():

崔晓强，郭彦林，叶可明大跨度钢结构施工过程的结田黎敏

大跨度空间钢结构的施工过程模拟分析及研

世界大学生运动会主体育

网架和网壳上海:同济大学出

施工中的重点和难点

()主体育场的部分网壳同展望桥杆件相交，施工时对该部位钢结构的深化要重点考虑

()体育场部分悬挑长度较大，在施工前要对树形支撑及部分相关杆件进行进一步分析，以达到安全经济的目的

()对综合馆和游泳馆的整体提升而言，为减少应力集中，避免局部破坏，选取合适的提升点进行施工是非常重要的

()结构的跨度较大，由施工分区产生的合拢缝较多，所以温度作用不能忽略，合拢施工前要对结构进行温度合拢分析，考虑在不同温度下结构的变形和内力

()对于此类超大跨度空间结构，对临时支撑实现计算机同步卸载是本工程施工的难点

()在有限元分析时，虽然考虑了施工过程缺陷的影响，也证明其计算结果是正确的，但是在建造过程中的焊接质量问题仍应引起足够的重视

()由于整个屋盖结构的支撑杆件较多，且各部分之间联系紧密，共同受力，故而施工每一部分时

田黎敏，郝际平，陈韬，等

():

窦超，郭彦林，刘学武国外某体育场钢结构屋盖设计

与施工分析施工技术刘学武，郭彦林，张庆林，等

():

新台址主楼施工

():

场施工过程模拟分析建筑结构学报过程结构内力和变形分析工业建筑(上接第页)

宜在柱上板带中

其边长及厚度应符合有关的规定

设置暗梁，并对暗梁宽度上部纵筋下部纵筋箍筋直径间距肢距及支座处加密区的范围和配箍作出了规定

为保证结构的整体稳固性和防倒塌的拉结作用，对沿两个主轴方向贯通节点柱截面的连续预应力筋及板底纵向普通钢筋提出了贯通配筋的要求，包括:配筋总截面面积，连续预应力筋布筋位置，板底纵筋的连接位置及连接构造要求

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kmo1.html