3.1 结构抗震概念设计.pdf

1、第三章建筑结构抗震设计第三章建筑结构抗震设计3.1 结构抗震概念设计结构抗震概念设计3.4 钢结构房屋抗震设计钢结构房屋抗震设计3.3 砌体结构房屋抗震设计砌体结构房屋抗震设计3.2 混凝土结构房屋抗震设计混凝土结构房屋抗震设计3.1 结构抗震概念设计结构抗震概念设计结构抗震概念设计结构抗震概念设计是指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，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。是指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，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。一、选择抗震有利的地段一、选择抗震有利的地段选择建筑场地时，宜选择对选择建筑场地时，宜选择对

2、建筑抗震有利的地段建筑抗震有利的地段，避开对建筑抗震设计不利的地段。不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。，避开对建筑抗震设计不利的地段。不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。图2-1 房屋震害指数与局部地形的关系曲线图2-2 地理位置的放大作用1、选择抗震有利的建筑场地和地基时应注意以下几点：、选择抗震有利的建筑场地和地基时应注意以下几点：（1）选择选择薄的场地覆盖层选择选择薄的场地覆盖层。对于柔性建筑，厚土层上的震害重，薄土层上的震害轻，直接座落在基岩上的震害更轻。（。对于柔性建筑，厚土层上的震害重，薄土层上的震害轻，直接座落在基岩上的震害更轻。（2）选择坚实的场地土选择坚实的场地土。震害表明

3、，场地土刚度大，则房屋震害指数小，破坏轻；刚度小，则震害指数大，破坏重。故应选择具有较大平均剪切波速的坚硬场地土。震害表明，场地土刚度大，则房屋震害指数小，破坏轻；刚度小，则震害指数大，破坏重。故应选择具有较大平均剪切波速的坚硬场地土。二、选择抗震有利的建筑场地和地基二、选择抗震有利的建筑场地和地基（3）将建筑物的自振周期与地震动的卓越周期错开，避免共振。将建筑物的自振周期与地震动的卓越周期错开，避免共振。震害表明，如果建筑物的自振周期与地震动的卓越周期相等或相近，建筑物的破坏程度就会因共振而加重。（震害表明，如果建筑物的自振周期与地震动的卓越周期相等或相近，建筑物的破坏程度就会因共振而加重。

4、（4）采取基础隔震或消能减震措施采取基础隔震或消能减震措施。利用基础隔震或消能减震技术改变结构的动力特性，减少输入给上部结构的地震能量，从而达到减小主体结构地震反应的目的。利用基础隔震或消能减震技术改变结构的动力特性，减少输入给上部结构的地震能量，从而达到减小主体结构地震反应的目的。三、有利的房屋抗震体型1、选择对抗震有利的建筑平面和竖向不规则建筑选择对抗震有利的建筑平面和竖向不规则建筑主要根据体型（平面和立面）、刚度和质量沿平面、高度的不同等因素进行判别。主要根据体型（平面和立面）、刚度和质量沿平面、高度的不同等因素进行判别。三、有利的房屋抗震体型平面规则性平面规则性：平面偏心、平面凹角、刚

5、性楼层、楼板突变、平面外水平断错、非平行结构体系：平面偏心、平面凹角、刚性楼层、楼板突变、平面外水平断错、非平行结构体系立面规则性立面规则性：刚度突变的柔性层、质量分布突变、立面形状突变、竖向抗侧力构件在其平面内的间断、承载力突变（薄弱层）：刚度突变的柔性层、质量分布突变、立面形状突变、竖向抗侧力构件在其平面内的间断、承载力突变（薄弱层）三、有利的房屋抗震体型（1）建筑抗震设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案；（）建筑抗震设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案；（2）建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜

6、规则，结构的侧向刚度变化宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自上而下逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。（）建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度变化宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自上而下逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。（3）体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震）体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝缝形成多个较规则的抗侧力结构单元形成多个较规则的抗侧力结构单元三、有利的房屋抗震体型2、合适的房屋高度、合适

7、的房屋高度房屋愈高，所受到的地震力和倾覆力矩就愈大，破坏的可能性也就愈大。不同结构体系的最大建筑高度的规定，综合考虑了结构的抗震性能、地基基础条件、震害经验、抗震设计经验和经济性等因素。房屋愈高，所受到的地震力和倾覆力矩就愈大，破坏的可能性也就愈大。不同结构体系的最大建筑高度的规定，综合考虑了结构的抗震性能、地基基础条件、震害经验、抗震设计经验和经济性等因素。马那瓜中央银行大厦马那瓜美洲银行大厦1）平面不规则）平面不规则4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。4层以上的楼板仅为层以上的楼板仅为5cm厚，搁置在高厚，搁置在高45cm长长14m小梁上。小梁上。2）

8、竖向不规则塔楼上部（）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层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根根1m 1.55m的柱子上（间距的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严重不均匀，不连续。主要破坏：第）。上下两部分严重不均匀，不连续。主要破坏：第4层与第层与第5层之间层之间(竖向刚度和承载力突变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层以上的所有楼板层以上的所

9、有楼板(有的宽达有的宽达1cm),直至电梯井东侧；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均严重破坏或倒塌。震后计算分析结果直至电梯井东侧；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均严重破坏或倒塌。震后计算分析结果:1.结构存在十分严重扭转效应结构存在十分严重扭转效应;2.塔楼塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足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；率先破坏；3.水平地震作用下水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。马那瓜中央银行大厦马那瓜中央银行大厦结构是均匀对称的，基本的

10、抗侧力体系包括结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括4个个L形的桶体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。分析表明：形的桶体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。分析表明：1.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；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；2.避免了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.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

11、的侧向刚度，位移量得到控制。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。美洲银行美洲银行现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度(m)不应采用不应采用303540板柱板柱-抗震墙抗震墙80120150180筒中筒筒中筒70100130150框架框架-核心筒筒体核心筒筒体不应采用不应采用60100120部分框支部分框支60100120140全部落地抗震墙全部落地抗震墙50100120130框架框架-抗震墙抗震墙25455560框架框架9876烈度结构类型烈度结构类型三、有利的房屋抗震体型180260300筒体和巨型框架筒体和巨型框架140200220框

12、架框架支撑支撑5090110框架框架9度度8度度6、7度结构类型度结构类型钢结构房屋的最大高度钢结构房屋的最大高度(m)三、有利的房屋抗震体型3、不大的房屋高宽比、不大的房屋高宽比房屋的高宽比愈大，地震作用下结构的侧移和基底倾覆力矩就愈大。钢筋混凝土房屋的最大高宽比房屋的高宽比愈大，地震作用下结构的侧移和基底倾覆力矩就愈大。钢筋混凝土房屋的最大高宽比4566筒体筒体4566抗震墙抗震墙3455框架框架抗震墙抗震墙2344框架、板柱框架、板柱抗震墙抗震墙9度度8度度7度度6度结构类型度结构类型三、有利的房屋抗震体型三、有利的房屋抗震体型5.56.06.56.5最大高宽比最大高宽比9度度8度度7度

13、度6度烈度度烈度钢结构房屋的最大高宽比钢结构房屋的最大高宽比三、有利的房屋抗震体型4、防震缝的合理设置、防震缝的合理设置高层建筑宜通过调整平面形状和尺寸，在构造上和施工上采取措施，尽可能不设缝（伸缩缝、沉降缝和防震缝）。但体形复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元。防震缝应留有足够的宽度，其两侧上部结构应完全脱开。当设置伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要求。高层建筑宜通过调整平面形状和尺寸，在构造上和施工上采取措施，尽可能不设缝（伸缩缝、沉降缝和防震缝）。但体形复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝，

14、形成多个较规则的抗侧力结构单元。防震缝应留有足够的宽度，其两侧上部结构应完全脱开。当设置伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要求。在进行结构方案平面布置时，应使结构抗侧力体系对称布置，以避免扭转。为了把扭转效应降低到最低程度，应尽可能减小结构质量中心与刚度中心的距离。除结构平面布置要合理外，结构沿竖向的布置应等强。结构抗震性能的好坏，除取决于总的承载能力、变形和耗能能力外，避免局部的抗震薄弱部位是十分重要的。在进行结构方案平面布置时，应使结构抗侧力体系对称布置，以避免扭转。为了把扭转效应降低到最低程度，应尽可能减小结构质量中心与刚度中心的距离。除结构平面布置要合理外，结构沿竖向的布置应等强。

15、结构抗震性能的好坏，除取决于总的承载能力、变形和耗能能力外，避免局部的抗震薄弱部位是十分重要的。四、合理的抗震结构布置抗震结构的材料应满足下列要求：抗震结构的材料应满足下列要求：1、延性系数（表示极限变形与相应屈服变形之比）高；、延性系数（表示极限变形与相应屈服变形之比）高；2、“强度强度/重力重力”比值大；比值大；3、匀质性好；、匀质性好；4、正交各向同性；、正交各向同性；5、构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并能充分发挥材料的强度。、构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并能充分发挥材料的强度。五、合理的结构材料六、提高结构抗震性能的措施1、设置多道抗震防线设置多道抗震防线单一

16、结构体系只有一道防线，一旦破坏就会造成建筑物倒塌。如果建筑物采用的是多重抗侧力体系，可保证建筑物最低限度的安全，免于倒塌。（1）第一道防线的构件选择第一道防线一般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，或选择轴压比值较小的抗震墙、实墙筒体之类的构件作为第一道防线的抗侧力构件。单一结构体系只有一道防线，一旦破坏就会造成建筑物倒塌。如果建筑物采用的是多重抗侧力体系，可保证建筑物最低限度的安全，免于倒塌。（1）第一道防线的构件选择第一道防线一般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，或选择轴压比值较小的抗震墙、实墙筒体之类的构件作为第一道防线的抗侧力构件。六、提高结构抗震性能

17、的措施（2）结构体系的多道设防）结构体系的多道设防框架框架抗震墙结构体系中，剪力墙是第一道防线，框架部分起到第二道防线的作用，单层厂房纵向体系中，柱间支撑是第一道防线，柱是第二道防线。抗震墙结构体系中，剪力墙是第一道防线，框架部分起到第二道防线的作用，单层厂房纵向体系中，柱间支撑是第一道防线，柱是第二道防线。六、提高结构抗震性能的措施（3）结构构件的多道防线（3）结构构件的多道防线联肢抗震墙中，连系梁 是第一道防线。联肢抗震墙中，连系梁 是第一道防线。“强柱弱梁强柱弱梁”型的延性框架，梁处于第一道防线。在超静定结构构件中，赘余构件为第一道防线型的延性框架，梁处于第一道防线。在超静定结构构件中，

18、赘余构件为第一道防线图2-3 马那瓜市美洲银行大厦（a）平面；（b）剖面六、提高结构抗震性能的措施六、提高结构抗震性能的措施六、提高结构抗震性能的措施2、提高结构延性、提高结构延性结构延性这个术语有结构延性这个术语有4层含义：（层含义：（1）结构总体延性（）结构总体延性（2）结构楼层延性（）结构楼层延性（3）构件延性（）构件延性（4）杆件延性）杆件延性六、提高结构抗震性能的措施一般而言，在结构抗震设计中，对结构中重要构件的延性要求，高于对结构总体的廷性要求；对构件中关键杆件或部位的延性要求，又高于对整个构件的延性要求。一般而言，在结构抗震设计中，对结构中重要构件的延性要求，高于对结构总体的廷性

19、要求；对构件中关键杆件或部位的延性要求，又高于对整个构件的延性要求。六、提高结构抗震性能的措施3、采用减震方法、采用减震方法（1）提高结构阻尼结构的地震反应随结构阻尼比的增大而减小。提高结构阻尼能有效地削减地震反应的峰值。（）提高结构阻尼结构的地震反应随结构阻尼比的增大而减小。提高结构阻尼能有效地削减地震反应的峰值。（2）采用高延性构件增加结构的延性，不仅能削弱地震反应，而且提高了结构抗御强烈地震的能力。）采用高延性构件增加结构的延性，不仅能削弱地震反应，而且提高了结构抗御强烈地震的能力。（3）采用隔震和消能减震技术采用隔震和消能减震技术六、提高结构抗震性能的措施4、优选耗能杆件、优选耗能杆件

20、根据结构中选择主要耗能构件或杆件的原则，应选择构件中轴力较小的水平杆件为主要耗能构件，从而使整个结构具有较大的延性和耗能能力。（根据结构中选择主要耗能构件或杆件的原则，应选择构件中轴力较小的水平杆件为主要耗能构件，从而使整个结构具有较大的延性和耗能能力。（1）弯曲耗能优于剪切耗能（）弯曲耗能优于剪切耗能（2）弯曲耗能优于轴变耗能）弯曲耗能优于轴变耗能图图2-4 竖向斜撑的变形耗能机制（竖向斜撑的变形耗能机制（a）轴交支撑；（）轴交支撑；（b）偏交支撑）偏交支撑七、控制结构变形地震时建筑物的破坏程度，主要取决于主体结构变形的大小。结构变形可用层间位移和顶点位移两种方式表达。各层间位移之和即为结构

21、顶点位移。地震时建筑物的破坏程度，主要取决于主体结构变形的大小。结构变形可用层间位移和顶点位移两种方式表达。各层间位移之和即为结构顶点位移。八、确保结构整体性（1）结构应具有连续性（）结构应具有连续性（2）构件间的可靠连接（）构件间的可靠连接（3）提高结构的竖向整体刚度）提高结构的竖向整体刚度九、减轻房屋的自重震害表明，自重大的建筑比自重小的建筑更容易遭到破坏。减小房屋自重的途径：震害表明，自重大的建筑比自重小的建筑更容易遭到破坏。减小房屋自重的途径：1、减小楼板厚度、减小楼板厚度2、尽量减薄墙体、尽量减薄墙体3、高强混凝土的应用、高强混凝土的应用4、轻质材料的应用、轻质材料的应用十、妥善处理非结构部件非结构部件在抗震设计时若处理不当，在地震中易发生严重破坏或闪落，甚至造成主体结构破坏。非结构部件在抗震设计时若处理不当，在地震中易发生严重破坏或闪落，甚至造成主体结构破坏。1、考虑填充墙的影响、考虑填充墙的影响2、玻璃幕墙的构造、玻璃幕墙的构造3、外墙板的连接、外墙板的连接