专题：抗震概念设计.pptx

《专题：抗震概念设计.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题：抗震概念设计.pptx（100页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、什么是概念设计？什么是概念设计？1 1、计算设计计算设计（Numerical design）：按荷载计算、：按荷载计算、内力分析及组合、强度计算、构造措施等称为计算内力分析及组合、强度计算、构造措施等称为计算设计。设计。“计算设计”不能完全依赖！地震的不确定性计算的简化第1页/共100页2 2、概念设计概念设计（Conceptual design）：立足于工程：立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震抗震基本理论及长期工程抗震经验总结经验总结的工程抗震基的工程抗震基本概念的抗震设计。本概念的抗震设计。即根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想正确地解决建筑和结构的总体方案、结构布置、

2、材料使用和细部构造等，以便达到合理抗震设计的目的。有助于掌握明确的设计思想，灵活、恰当地运用抗震设计原则，使设计人员不致陷入盲目的计算工作，从而做到比较合理的抗震设计。第2页/共100页抗震概念设计的思路：抗震概念设计的思路：在工程设计一开始，把握好能量输入、房屋体型、在工程设计一开始，把握好能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面，结构体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面，从根本上从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节；消除建筑中的抗震薄弱环节；辅以辅以必要的计算和构造措施必要的计算和构造措施，有可能使房屋建筑具，有可能使房屋建筑具有良好的抗震性能和足够的抗震可靠度。有良好

3、的抗震性能和足够的抗震可靠度。由于对地震作用及结构性能的了解还远远不够，在某种意义上，概念设计比计算设计更重要。第3页/共100页建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计1 场地选择2 建筑的平立面布置3 结构选型与结构布置4 多道抗震防线5 刚度、承载力和延性的匹配6 确保结构的整体性7 非结构部件处理第4页/共100页1 1 场地选择场地选择 不同的场地上的建筑震害不同，在建筑选址时，要尽量选择对建筑抗震有利的地段，避开不利和危险地段。地段类别地段类别 地质、地形、地貌地质、地形、地貌有利地段有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土

4、等不利地段不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半均匀的土层（如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等填半挖地基）等危险地段危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位带上可能发生地表错位的部位第5页/共100页1 1 场地选择场地

5、选择关于地基基础设计，抗震规范有如下规定：关于地基基础设计，抗震规范有如下规定：1 1、避开危险地带（如断裂带等）；避开危险地带（如断裂带等）；2 2、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；基上；无法避开时，除考虑不同土层差异运动的影无法避开时，除考虑不同土层差异运动的影响外，还应采用局部深基础，使整个建筑物的基础响外，还应采用局部深基础，使整个建筑物的基础落在同一土层上；落在同一土层上；3 3、同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基；、同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基；（可设沉降缝，成为两个单元）（可设沉降缝，成为两

6、个单元）4 4、地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均、地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影匀时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应措施，响，并采取相应措施，基础应加强其整体性和刚性。基础应加强其整体性和刚性。第6页/共100页建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计1 场地选择2 建筑的平立面布置3 结构选型与结构布置4 多道抗震防线5 刚度、承载力和延性的匹配6 确保结构的整体性7 非结构部件处理第7页/共100页2 2 建筑的平立面布置建筑的平立面布置 一幢房屋的动力性能基本上取决于它的一幢房屋的动力性能基本上取决于它的

7、建筑布建筑布局局和和结构布置结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，就能从根本上保证房屋具有良好的耐震性能。震原则，就能从根本上保证房屋具有良好的耐震性能。抗震规范抗震规范3.4.13.4.1条规定：建筑设计应符合抗震概条规定：建筑设计应符合抗震概念设计的要求，念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案不应采用严重不规则的设计方案。3.4.23.4.2条规定：建筑及其抗侧力结构的平面布置宜条规定：建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规规则、对称则、对称，并应具有良好的，并应具有良好的整体性整体性；建筑的立面和竖；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜

8、均匀变化，竖向抗向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减少自下而上逐渐减少，避免抗侧力结构的避免抗侧力结构的侧向刚度侧向刚度和和承载力承载力突变。突变。第8页/共100页较好的抗震构造 1.较低的长宽比、高宽比 (降低倾覆的风险)2.均匀的层高 (墙或柱的刚度较均匀)3.平面对称 (减小扭转)4.强弱轴差异较小 (各方向承载能力一致)第9页/共100页 5.截面均匀 (减小应力集中)6.抗震构件位于四周布置 (提高抗扭能力)7.多道防线 (防倒塌)8.传力路径明确 (荷载分配合理)第10页/共100页几何尺寸突变；

9、荷载传递路径不连续；强度与刚度的不匹配；局部开洞；构件截面不合理；缺乏冗余构件2.1 不规则性（Irregularities）第11页/共100页T形平面L形平面U形平面十字形平面组合形平面第12页/共100页并立建筑 多塔建筑 竖向突变第13页/共100页 局部过高 局部过低质量分布严重不均匀底层过柔弱第14页/共100页剪力墙开洞过大 柱子不连续 梁不连续 楼板开洞 第15页/共100页剪力墙与框架不在相同楼层构件截面突变 山坡建筑 错列桁架 第16页/共100页Check the irregularity of CCTV new tower？平面立面质量第17页/共100页2.2 2.2

10、 建筑平面布置建筑平面布置1 1、建筑平面形状、建筑平面形状1 1）建筑物的平、立面布置宜）建筑物的平、立面布置宜规则、对称规则、对称，质量和刚，质量和刚度变化均匀，避免楼层错层；度变化均匀，避免楼层错层；2 2）地震区的高层建筑，平面以方形、矩形、圆形为）地震区的高层建筑，平面以方形、矩形、圆形为好；正六边形、正八边形、椭圆形、扇形也可以。好；正六边形、正八边形、椭圆形、扇形也可以。3）有较长翼缘的L形、T形、十字形、U形、H形、Y形平面也不宜采用。这些平面的较长翼缘，地震时容易因发生差异侧移而加重震害。第18页/共100页Seismic desirable simple plan 第19页

11、/共100页2 2、平面不规则的类型：、平面不规则的类型：1 1）扭转不规则扭转不规则(Torsional irregularity)：楼层的：楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）大于该楼层两端最大弹性水平位移（或层间位移）大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.21.2倍；倍；2 2）凹凸不规则凹凸不规则(Reentrant corners)：结构平面凹：结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%30%；3 3）楼板局部不连续楼板局部不连续(Diaphragm discontinuity)：楼板的

12、尺寸和平面刚度急剧变化。例如：开洞面积楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。例如：开洞面积大于该楼层面积的大于该楼层面积的30%30%，或较大的楼层错层，或有效，或较大的楼层错层，或有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%50%。第20页/共100页Seismic forceC扭转不规则 楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍；第21页/共100页凹凸不规则 结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%；第22页/共100页楼板局部不连续 开洞面积大于该楼层面积的30%有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%

13、较大的楼层错层第23页/共100页2.3 2.3 建筑立面布置建筑立面布置1 1、建筑立面形状、建筑立面形状 地震区高层建筑的立面应采用矩形、梯形、三角形地震区高层建筑的立面应采用矩形、梯形、三角形等均匀变化的几何形状，尽量避免带有突然变化的等均匀变化的几何形状，尽量避免带有突然变化的阶梯形阶梯形立面。立面。因为立面形状的突然变化，会引起因为立面形状的突然变化，会引起质量质量和和抗侧移刚抗侧移刚度度突变，地震时容易因剧烈振动或塑性变形集中突变，地震时容易因剧烈振动或塑性变形集中（薄弱层）而加重破坏。（薄弱层）而加重破坏。第24页/共100页2 2、竖向不规则的类型、竖向不规则的类型 1 1）侧

14、向刚度不规则侧向刚度不规则(Lateral stiffness)：该层的：该层的侧向刚度小于相邻上一层的侧向刚度小于相邻上一层的70%70%，或小于其上相邻三，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的个楼层侧向刚度平均值的80%80%；除顶层外，局部收进；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的的水平向尺寸大于相邻下一层的25%25%。2 2）竖向）竖向抗侧力构件不连续抗侧力构件不连续(Discontinuity)：竖向：竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架）向下传递。平转换构件（梁、桁架）向下传递。3 3）楼层）

15、楼层承载力突变承载力突变(Abrupt change)：抗侧力结构：抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%80%。第25页/共100页inter-story drift of the ith storyshear force of the ith story侧向刚度不规则(薄弱层)第26页/共100页竖向受力构件不连续 第27页/共100页侧向承载力突变(薄弱层)第28页/共100页建筑的竖向体形宜规则、均匀，建筑的竖向体形宜规则、均匀，避免有过大的外挑避免有过大的外挑和内收；和内收；结构的侧向刚度宜结构的侧向刚度宜下大上小下大上小，逐渐，逐渐均匀

16、变化均匀变化，不应，不应采用竖向布置严重不规则的结构；采用竖向布置严重不规则的结构；抗震设计的高层建筑结构，其抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度楼层侧向刚度不宜小不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的于相邻上部楼层侧向刚度的7070或其上相邻三层侧或其上相邻三层侧向刚度平均值的向刚度平均值的8080；按按高层规程高层规程，高层建筑的，高层建筑的高度限值分高度限值分A A、B B两级两级，A A级规定较严，是目前应用最广泛的高层建筑高度，级规定较严，是目前应用最广泛的高层建筑高度，B B级规定较宽，但应采取更严格的计算和构造措施。级规定较宽，但应采取更严格的计算和构造措施。楼层层间抗侧力结构的楼层层

17、间抗侧力结构的受剪承载能力：受剪承载能力：A A级高度：级高度：宜宜上一层的上一层的80%80%，应应上一层的上一层的65%65%；B B级高度：级高度：应应上一层的上一层的75%75%。3、高层建筑立面尺寸限值第29页/共100页3 3、高层建筑立面尺寸限值、高层建筑立面尺寸限值收进和外挑尺寸要求（宜）：当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。第30页/共100页2.4

18、 2.4 房屋的高度房屋的高度(Height)(Height)一般而言，房屋愈高，所受到的地震力和倾覆力矩一般而言，房屋愈高，所受到的地震力和倾覆力矩愈大，破坏的可能性也愈大。愈大，破坏的可能性也愈大。抗震规范抗震规范和和高层规程高层规程，根据我国当前科研，根据我国当前科研成果和工程实际情况，对各种成果和工程实际情况，对各种结构体系结构体系适用范围内建适用范围内建筑物的最大高度均作出了规定。超出该规定的，要进筑物的最大高度均作出了规定。超出该规定的，要进行专门研究。行专门研究。抗震规范抗震规范尚规定：对不规则结构、尚规定：对不规则结构、有框支层抗震墙结构或有框支层抗震墙结构或类场地上的结构，适

19、用的最类场地上的结构，适用的最大高度应适当降低。大高度应适当降低。第31页/共100页第32页/共100页房屋类别最小墙厚度（mm）烈 度6789高度层数高度层数高度层数高度层数多层砌体普通砖多孔砖多孔砖小砌块240240190190242121218777212118217767181815186656121244底部框架-抗震墙多排柱内框架240240221675221675191364砌体结构层数及最大高度限值第33页/共100页2.5 2.5 房屋的高宽比房屋的高宽比(Height-width ratio)(Height-width ratio)建筑物的高宽比例，比起其绝对高度来说更为

20、重要。建筑物的高宽比例，比起其绝对高度来说更为重要。因为建筑物的高宽比值愈大，即建筑愈因为建筑物的高宽比值愈大，即建筑愈瘦高瘦高，地震，地震作用下的作用下的侧移侧移愈大，地震引起的愈大，地震引起的倾覆作用倾覆作用愈严重。愈严重。巨大的倾覆力矩在柱巨大的倾覆力矩在柱(墙墙)和基础中所引起的压力和和基础中所引起的压力和拉力比较难于处理。拉力比较难于处理。我国对房屋高宽比的要求是按我国对房屋高宽比的要求是按结构体系结构体系和和地震烈度地震烈度区分的。区分的。第34页/共100页烈度6、7度8度9度最大高宽比6.56.05.5钢结构民用建筑最大高宽比的限制 钢筋混凝土结构最大高宽比的限制 结构类型结构

21、类型6 6度度7 7度度8 8度度9 9度度框架、板柱抗框架、板柱抗震墙震墙4 44 43 32 2框架抗震墙框架抗震墙5 55 54 43 3筒体，抗震墙筒体，抗震墙6 66 65 54 4第35页/共100页2.6 2.6 防震缝的合理设置防震缝的合理设置1 1、防震缝设置原因、防震缝设置原因由于建筑平面和体型的多样化、结构的不规则性有时难以由于建筑平面和体型的多样化、结构的不规则性有时难以避免，为将不规则结构变为若干规则结构，合理地设置防避免，为将不规则结构变为若干规则结构，合理地设置防震缝进行结构分段，从而降低抗震设计的难度及提高抗震震缝进行结构分段，从而降低抗震设计的难度及提高抗震设

22、计的可靠度。设计的可靠度。在国内外历次地震中，曾一再发生相邻建筑物或同幢建筑在国内外历次地震中，曾一再发生相邻建筑物或同幢建筑物相邻单元之间相撞的震例，究其原因，主要是防震缝宽物相邻单元之间相撞的震例，究其原因，主要是防震缝宽度偏小或构造不当所致。度偏小或构造不当所致。第36页/共100页2 2、防震缝设置原则、防震缝设置原则 彻底分离或者牢固连接：彻底分离或者牢固连接：忌连又连不牢、分又分不清忌连又连不牢、分又分不清。“三缝合一三缝合一”的设置原则：伸缩缝、沉降缝、防震缝三缝合一，对于抗震设防烈度的设置原则：伸缩缝、沉降缝、防震缝三缝合一，对于抗震设防烈度为为6 6度以上的房屋，所有伸缩缝、

23、度以上的房屋，所有伸缩缝、沉降缝均应符合防震缝的宽度要求。沉降缝均应符合防震缝的宽度要求。第37页/共100页3 3、必须设置抗震缝的情况、必须设置抗震缝的情况 平面形状、局部尺寸或者立面平面形状、局部尺寸或者立面形状不符合形状不符合规范规范的有关规定，而又未在计算和构造上采取相应措的有关规定，而又未在计算和构造上采取相应措施时；施时；房屋房屋长度长度超过规范规定的伸缩缝最大间距，又超过规范规定的伸缩缝最大间距，又无条件采取特殊措施而必需设置伸缩缝时；无条件采取特殊措施而必需设置伸缩缝时；地基地基土质不均匀土质不均匀，房屋各部分的预计沉降（包，房屋各部分的预计沉降（包括地震时的沉陷）相差过大，

24、必须设置沉降缝时；括地震时的沉陷）相差过大，必须设置沉降缝时；房屋各部分的房屋各部分的质量质量或结构抗侧移或结构抗侧移刚度大小悬殊刚度大小悬殊时。时。第38页/共100页Seismic joints:(a)irregular plan,(b)irregular elevation Seismic jointSeismic jointSeismic joint(a)(b)第39页/共100页4 4、防震缝宽度、防震缝宽度 缝宽不足缝宽不足会发生碰撞破坏；会发生碰撞破坏；由于设缝后造成部分结构段过柔，碰撞造成失稳破坏；由于设缝后造成部分结构段过柔，碰撞造成失稳破坏；必须根据具体情况认真处理设缝位置

25、及设缝宽度；必须根据具体情况认真处理设缝位置及设缝宽度；确定防震缝宽度，除考虑结构变形外，还应考虑由于地基变形引起基础转动的影响。确定防震缝宽度，除考虑结构变形外，还应考虑由于地基变形引起基础转动的影响。第40页/共100页第41页/共100页5、防震缝最小宽度良好地基条件下一般结构的最小缝宽。为防止相邻建筑物在地震中发生碰撞，防震缝的宽度不宜小于两侧建筑物在较低建筑物屋顶高度处的垂直防震缝方向的侧移之和。第42页/共100页 对于钢筋混凝土结构房屋的防震缝最小宽度，对于钢筋混凝土结构房屋的防震缝最小宽度，一般情况下应符合一般情况下应符合抗震规范抗震规范所作的规定：所作的规定：框架框架房屋，当

26、高度不超过房屋，当高度不超过l5ml5m时，可采用时，可采用70mm70mm；当高度超过当高度超过l5ml5m时，时，6 6度、度、7 7度、度、8 8度和度和9 9度相应每增度相应每增高高5m5m、4m4m、3m3m和和2m2m，宜加宽，宜加宽20mm20mm；框架抗震墙框架抗震墙房屋的防震缝宽度，可采用第房屋的防震缝宽度，可采用第条数条数值的值的7070，抗震墙房屋可采用第，抗震墙房屋可采用第条数值的条数值的5050，且均不宜小于且均不宜小于70mm70mm。防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震较宽防震缝缝的结构类型和的结构类型和较低房屋高度较低房屋

27、高度确定缝宽。确定缝宽。第43页/共100页 例例1 1：6 6度地区、框架结构、建筑高度度地区、框架结构、建筑高度35m35m，若需设防，若需设防震缝，其缝宽应为多少？若高为震缝，其缝宽应为多少？若高为35m35m剪力墙结构，其剪力墙结构，其缝宽？缝宽？框架房屋，当高度不超过15m时，可采用70mm；当高度超过15m时，6度、7度、8度和9度相应每增高5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm；框架抗震墙房屋的防震缝宽度，可采用第条数值的70，抗震墙房屋可采用第条数值的50，且均不宜小于70mm。第44页/共100页 例例2 2：某高层建筑为框架：某高层建筑为框架剪力墙结构，抗震设防剪力墙结构，

28、抗震设防烈度为烈度为7 7度，高度，高4545米，其裙房为框架结构，高米，其裙房为框架结构，高2020米，米，主楼和裙房间设防震缝，其最小缝宽应为多少？主楼和裙房间设防震缝，其最小缝宽应为多少？解：防震缝最小宽度应根据解：防震缝最小宽度应根据裙房框架结构及其高度裙房框架结构及其高度确定：确定：框架房屋，当高度不超过15m时，可采用70mm；当高度超过15m时，6度、7度、8度和9度相应每增高5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm；防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。第45页/共100页6 6、一般尽可能不设置抗震缝、一般尽可能不设置抗震缝 满足规定的防

29、震缝宽度在强烈地震作用下由于地满足规定的防震缝宽度在强烈地震作用下由于地面运动变化，结构扭转、地基变形等面运动变化，结构扭转、地基变形等复杂因素复杂因素，相邻结构仍可能局部碰撞而损坏；相邻结构仍可能局部碰撞而损坏；防震缝宽度过大，建筑立面效果、防震缝宽度过大，建筑立面效果、防水处理防水处理较难；较难；设置不当设置不当反倒会引起相邻建筑物碰撞、失稳、加反倒会引起相邻建筑物碰撞、失稳、加大破坏。大破坏。第46页/共100页7 7、不设置抗震缝处理办法、不设置抗震缝处理办法高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设抗震缝，做到：采取措施避免设置防震缝调整平面形状和尺寸、并在构造以及设计、施工时采取措施。

30、不规则房屋不设防震缝时必须沿高度和从平面上考虑相对薄弱及应力集中部位的加强及提高延性措施，在这些部位应尽量避免设置楼梯间及在楼板上开较大洞口。对体型复杂的建筑物不设抗震缝时，应对建筑物进行比 较精确的结构抗震分析，解决不设缝带来的不利影响，如差异沉降、偏心扭转、温度变形等，估计其局部应力 和变形集中及扭转效应影响，判明其易损部位，采取加 强措施或提高变形能力的措施。第47页/共100页建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计1 场地选择2 建筑的平立面布置3 结构选型与结构布置4 多道抗震防线5 刚度、承载力和延性的匹配6 确保结构的整体性7 非结构部件处理第48页/共100页3 3 结构选型与结构布

31、置结构选型与结构布置 结构选型涉及的内容较多，应考虑建筑的结构选型涉及的内容较多，应考虑建筑的重重要性要性、设防烈度设防烈度、房屋高度房屋高度、场地场地、地基地基、基础、基础、材料材料和和施工施工等因素，通过技术、经济条件比较综合等因素，通过技术、经济条件比较综合确定。确定。3.1 结构选型第49页/共100页 单从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式，应具备下列性能：延性系数高(High deformability)；“强度重力”比值大(High strength-to-weight ratio)；匀质性好(Homogeneous)；正交各向同性(Isotropy)；构件的连接具有整体性、连续

32、性和较好的延性，并能发挥材料的全部强度(High uniformity)。1、结构材料的选择第50页/共100页建筑结构类型，依其抗震性能优劣而排列的顺序是：建筑结构类型，依其抗震性能优劣而排列的顺序是：钢结构钢结构(Steel structures)；型钢混凝土结构型钢混凝土结构(Profiled bar and concrete)；混凝土混凝土钢混合结构钢混合结构(Concrete-steel composite)；现浇钢筋混凝土结构现浇钢筋混凝土结构(Cast-in-situ reinforced concrete)；预应力混凝土结构预应力混凝土结构(Prestressed concre

33、te structures)；装配式钢筋混凝土结构装配式钢筋混凝土结构(Precast concrete)；配筋砌体结构配筋砌体结构(Reinforced Masonry structures)；砌体结构等砌体结构等(Masonry structures)。第51页/共100页2 2、抗震结构体系的确定、抗震结构体系的确定 抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。用。应具有明确的应具有明确的计算简图计算简图和合理的地震作用和合理的地震作用传递途径传递途

34、径 ；宜有宜有多道抗震防线多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏，应避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力；而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力；应具备必要的强度，良好的应具备必要的强度，良好的变形能力变形能力和和耗能能力耗能能力；宜具有合理的宜具有合理的刚度刚度和和强度强度分布，避免因局部削弱或分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震集中；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。能力。第52页/共100页 在设计房屋之前，一般应

35、首先了解在设计房屋之前，一般应首先了解场地和地场地和地基基土及其土及其卓越周期卓越周期，调整结构刚度，避开共振，调整结构刚度，避开共振周期。周期。选择结构体系时，要注意选择合理的选择结构体系时，要注意选择合理的基础形基础形式式。对于软弱地基宜选用桩基、筏片基础或箱形基对于软弱地基宜选用桩基、筏片基础或箱形基础。础。岩层高低起伏不均匀或有液化土层时最好采用岩层高低起伏不均匀或有液化土层时最好采用桩基等。桩基等。3、场地与地基基础第53页/共100页3.2 3.2 结构布置的一般原则结构布置的一般原则 对称结构对称结构在地面平动作用下，水平地震力在地面平动作用下，水平地震力按构件刚度分配，因而各构

36、件受力比较均匀。而按构件刚度分配，因而各构件受力比较均匀。而非对称结构非对称结构，由于刚心偏在一边，质心与刚心不，由于刚心偏在一边，质心与刚心不重合，远离刚心的刚度较小构件，由于侧移量很重合，远离刚心的刚度较小构件，由于侧移量很大，所分担的水平地震剪力也显著增大，甚至导大，所分担的水平地震剪力也显著增大，甚至导致整个结构因一侧构件失效而倒塌。致整个结构因一侧构件失效而倒塌。1、平面布置力求对称（质量、刚度、强度）第54页/共100页马那瓜中央银行大厦试问：那一幢破坏严重呢？马那瓜美洲银行大厦1972年12月23日南美洲马拉瓜(Manan-gua)发生7级地震，该市区内约有一万幢建筑物遭到严重破

37、坏或倒塌。地面下沉12英寸，有50亿吨的瓦砾倾入马纳瓜湖。第55页/共100页1）平面不规则：4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙；4层以上的楼板仅为5cm厚，搁置在高45cm长14m小梁上。2）竖向不规则：塔楼上部（4层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m 1.55m的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严重不均匀，不连续。主要破坏：第4层与第5层之间(竖向刚度和承载力突变),周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；横向裂缝贯穿3层以上的所有楼板(有的宽达1cm),直至电梯井东侧；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处空心砖

38、填充墙及其它非结构构件均严重破坏或倒塌。震后计算分析表明：1.结构存在严重扭转效应;2.塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足,率先破坏；3.水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。第56页/共100页结构体系：结构体系：结构是均匀对称结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括的，基本的抗侧力体系包括4 4个个L L形的筒体，对称地由连形的筒体，对称地由连梁连接起来。梁连接起来。分析表明：分析表明：1.1.对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应；向位移，并防止了明显的扭转效应；2.2.避免了

39、长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏；避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏；3.3.当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。主要破坏主要破坏：连梁遭到剪切：连梁遭到剪切破坏；电梯间不可用，楼破坏；电梯间不可用，楼梯可用；墙有很小裂缝。梯可用；墙有很小裂缝。第57页/共100页 这两幢现代化钢筋混凝土建筑的抗震差异，生动地表明了这两幢现代化钢筋混凝土建筑的抗震差异，生动地表明了建筑布局建筑布局和和结构体系结构体系的的合理选择，在抗震

40、设计中所占的重要地位。从对这两幢建筑物抗震性能的分析对比中，合理选择，在抗震设计中所占的重要地位。从对这两幢建筑物抗震性能的分析对比中，不难总结出一些有利抗震的基本原则，如建筑平面布置应简单、均匀对称，建筑物竖向不难总结出一些有利抗震的基本原则，如建筑平面布置应简单、均匀对称，建筑物竖向刚度应连续不应发生突变，建筑物应具有良好的整体性，多道抗震防线等刚度应连续不应发生突变，建筑物应具有良好的整体性，多道抗震防线等。第58页/共100页当建筑层数很多时，上面各层当建筑层数很多时，上面各层偏心偏心引起的扭转效应引起的扭转效应对下层的积累，对下面几层更不利。所以，进行结对下层的积累，对下面几层更不利

41、。所以，进行结构布置时，除了要求各向对称外，还希望能具有构布置时，除了要求各向对称外，还希望能具有较较大的抗扭刚度大的抗扭刚度。因此，下图。因此，下图 （a a）、（）、（b b）所示的抗）所示的抗震墙沿房屋周边布置的方案，就优于（震墙沿房屋周边布置的方案，就优于（c c）、（）、（d d）所示在房屋内部布置的方案。所示在房屋内部布置的方案。第59页/共100页结构竖向布置的关键在于：尽可能使其竖向刚度、结构竖向布置的关键在于：尽可能使其竖向刚度、强度变化均匀，强度变化均匀，避免出现薄弱层避免出现薄弱层，并应尽可能，并应尽可能降低降低房屋的房屋的重心重心。注意上刚下柔的结构的处理：由于商业的需

42、要，结注意上刚下柔的结构的处理：由于商业的需要，结构底部几层往往需要设置大空间，上部各层为全墙构底部几层往往需要设置大空间，上部各层为全墙体系或框架体系或框架抗震墙体系，而底层或底部两三层则抗震墙体系，而底层或底部两三层则为框架体系，整个结构属为框架体系，整个结构属“框托墙框托墙”体系。这便是体系。这便是工程上称之为工程上称之为“框支剪力墙框支剪力墙”或或“底部框架底部框架”的结的结构。这种体系很不利于抗震，应构。这种体系很不利于抗震，应保证下部结构的抗保证下部结构的抗侧刚度不能小于上部抗侧刚度的一定比例。侧刚度不能小于上部抗侧刚度的一定比例。2、竖向布置力求均匀 第60页/共100页同一楼层

43、的框架柱，应该具有同一楼层的框架柱，应该具有大致相同大致相同的刚度、强度和延性，否则，地震时很容的刚度、强度和延性，否则，地震时很容易因受力大小悬殊而被各个击破。易因受力大小悬殊而被各个击破。在采用纯框架结构的高层建筑中，如果将楼梯踏步斜梁和平台梁直接与框架柱相在采用纯框架结构的高层建筑中，如果将楼梯踏步斜梁和平台梁直接与框架柱相连，就会使该柱变成连，就会使该柱变成短柱短柱，地震时容易发生剪切破坏，应予避免或采取相关措施，地震时容易发生剪切破坏，应予避免或采取相关措施。第61页/共100页建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计1 1 场地选择场地选择(Site)(Site)2 2 建筑的平立面布置建

44、筑的平立面布置(Plan,Vertical)(Plan,Vertical)3 3 结构选型与结构布置结构选型与结构布置(Configuration)(Configuration)4 4 多道抗震防线多道抗震防线(Redundancy)(Redundancy)5 5 刚度、承载力和延性的匹配刚度、承载力和延性的匹配(Matching)(Matching)6 6 确保结构的整体性确保结构的整体性(Holistic)(Holistic)7 7 非结构部件处理非结构部件处理(Nonstructural componentsNonstructural components)第62页/共100页4 4 多

45、道抗震防线多道抗震防线1 1、多道抗震防线的定义、多道抗震防线的定义 一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体分体系系组成，并由延性较好的结构构件连接起来组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工协同工作作，即分体系间的连接部件应有适当强度、较好延，即分体系间的连接部件应有适当强度、较好延性和稳定的滞回性能。性和稳定的滞回性能。框架抗震墙体系框架抗震墙体系：由延性框架：由延性框架和抗震墙两个系统组成；和抗震墙两个系统组成；双肢或多肢抗震墙体系双肢或多肢抗震墙体系：由若干：由若干个单肢墙分系统组成；个单肢墙分系统组成；框架体系框架体系：框架梁和框架柱；：框

46、架梁和框架柱；4.1 多道抗震防线的必要性第63页/共100页 抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘赘余度余度（相当于超静定次数，利用塑性变形的前提），（相当于超静定次数，利用塑性变形的前提），有意识地建立起一系列分布的有意识地建立起一系列分布的屈服区屈服区（塑性铰区），（塑性铰区），以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。坏也易于修复。带赘余杆件的耗能结构(a)双肢墙；(b)墙和框架；(c)并列斜撑；(d)芯筒和框架柱 第64页/共100页2 2、多道抗震防线的必要性、多道抗震防线的必

47、要性强烈地震往往有一定的强烈地震往往有一定的持续时间持续时间（几秒几十秒），并且往往伴随多次余震，结构在首（几秒几十秒），并且往往伴随多次余震，结构在首次破坏后次破坏后再遭余震再遭余震，将会引起，将会引起损伤累积损伤累积，当第一道防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下，当第一道防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下遭到破坏后，后备的第二道至第三道防线的抗侧力构件立即接替，抵挡住后续的地震动遭到破坏后，后备的第二道至第三道防线的抗侧力构件立即接替，抵挡住后续的地震动的冲击，可保证建筑物免于倒塌；的冲击，可保证建筑物免于倒塌；适当处理构件的适当处理构件的强弱关系强弱关系，将使其在强震作用下形成多道防线，将使其

48、在强震作用下形成多道防线,是提高结构抗震性能、是提高结构抗震性能、避免倒塌的有效措施。避免倒塌的有效措施。第65页/共100页4.2 4.2 第一道防线的构件选择原则第一道防线的构件选择原则 地震的往复水平作用使结构遭到严重破坏、但地震的往复水平作用使结构遭到严重破坏、但结构的最后倒塌是因为结构丧失了承受竖向荷载的能结构的最后倒塌是因为结构丧失了承受竖向荷载的能力，即倒塌主要力，即倒塌主要取决于竖向荷载取决于竖向荷载。因此：。因此：1、应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或选用轴压比值较小的抗震墙、实体筒体之类构件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件；一般情况，不宜采用轴压比很大的

49、框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件；2、如因条件有限，只能采用单一的框架体系，框架就成为整个体系中唯一的抗侧力构件，此时应采用“强柱弱梁”型延性框架（即梁为第一道，柱为第二道）。第66页/共100页框架破坏机制框架破坏机制(failure mode)强柱型框架强柱型框架如下图左，在水平地震作用下，梁端首如下图左，在水平地震作用下，梁端首先出现先出现塑性铰塑性铰，梁的屈服先于柱的屈服，形成梁铰，梁的屈服先于柱的屈服，形成梁铰破坏机制。破坏机制。弱柱型框架弱柱型框架如下图右，在水平地震作用下，柱端首如下图右，在水平地震作用下，柱端首先出现塑性铰，柱的屈服先于梁的屈服，形成柱铰先出现塑性铰，柱的屈服先

50、于梁的屈服，形成柱铰破坏机制。破坏机制。第67页/共100页“强柱弱梁强柱弱梁”延性框架延性框架在强烈地震作用下，结构发生较大侧移进入非弹性在强烈地震作用下，结构发生较大侧移进入非弹性阶段时，为使框架保持足够的竖向承载能力而免于阶段时，为使框架保持足够的竖向承载能力而免于倒塌，要求实现倒塌，要求实现梁铰破坏机制梁铰破坏机制，即塑性铰应首先在，即塑性铰应首先在梁上形成，尽可能避免在破坏后危害更大的柱上出梁上形成，尽可能避免在破坏后危害更大的柱上出现塑性铰，实现现塑性铰，实现“强柱弱梁强柱弱梁”延性框架的抗震设计，延性框架的抗震设计，利用梁的变形、破坏来消耗地震能量。利用梁的变形、破坏来消耗地震能