建筑抗震设计常见问题理解与应用--woslq.ppt

建筑抗震设计常见问题理解与应用GB50011-2001、JGJ3-2002学习,武汉市建设工程设计审查办公室武汉市抗震办公室刘卫国,1、设计基准期、建筑寿命和设计使用年限的区别设计基准期：为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数，它不等同于设计使用年限，也不等同于建筑寿命。建筑寿命：指从建造开始直到建筑毁坏或丧失使用功能的全部时间。设计使用年限：指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的年限，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和一般维护下所应达到的使用年限。,一、管理问题,不同使用年限的抗震设防烈度,设计使用年限100年的地震加速度峰值（cm/S2）,二、适用范围原则上，现行规范中已经列入的建筑类型、结构体系，都是可以在实际工程中应用的，如框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、部分框支剪力墙结构、筒体结构（包括框架-筒体结构）、板柱-剪力墙结构等等。1、异型柱结构：原则上可以采用，设计上可以按武汉市抗震办公室武抗办20031号文的要求来做，具体的计算、结构布置、构造等可以参照上海、天津等地方规范进行设计。2、短肢剪力墙结构：原则上属于剪力墙结构，可以按照GB50011-2001和JGJ3-2002进行设计，符合抗震基本要求和抗震构造措施要求。,3、砌体-钢筋混凝土组成的混合承重结构：属于超规范、规程设计。注意，在多层砌体房屋设计中，将抗震承载力验算不满足要求的墙片或墙段由砖砌体改为现浇钢筋混凝土墙，这种做法也属于超规范、规程设计。4、在现有钢筋混凝土房屋上采用钢结构（包括轻钢结构）进行加层：这要分为两种情况（1）若加层的结构体系为钢结构，因抗震规范不包括下部为钢筋混凝土、上部为钢结构的有关规定，超规范、规程设计。（2）若屋盖部分采用钢结构，整个结构抗侧力体系仍为钢筋混凝土，则按照GB50011-2001规范第六章的有关规定进行抗震设计。,5、在砖房上加轻钢结构房屋：在砖房总高度、总层数已达限值的情况下，若在其上再加一层轻钢结构房屋，因抗震规范中无此种结构形式的有关规定，属于超规范、规程设计。,三、抗震设计基本要求1、建筑抗震设防类别带大底盘的高层建筑，其下的建筑多为公共建筑，作为商场的情况一般比较多，那么其抗震设防分类如何划分呢？当商业建筑与其他建筑合建时应分别判断，并按区段确定其抗震设防类别。如：对于大底盘高层建筑，当其下部裙房属于大型零售商场的乙类建筑范围时，一般可将其与之相邻的上部高层建筑二层定为加强部位，按乙类进行抗震设计，其余各层可按丙类进行抗震设防。,2、建筑设防设防标准按建筑类别和场地类别调整后的抗震措施（烈度）,按建筑类别和场地类别调整后的抗震构造措施（烈度）,3、建筑结构的规则性,平面不规则的类型,竖向不规则的类型,不规则：指的是超过上述表中一项及以上的不规则指标；特别不规则：指的是多项均超过表中不规则指标或某一项超过规定指标较多，具有明显的抗震薄弱部位，将会引起不良后果者；严重不规则：指的是体型复杂，多项不规则指标超过表中数值上限值或某一项大大超过规定值，具有严重的抗震薄弱环节，将会导致地震破坏的严重后果者。“较多”如何掌握？根据规范组的对扭转不规则的解释，可以理解为2025%。在刚性平面假定条件下，当计算小震作用的楼层最大弹性水平位移（或层间位移）与该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的比值大于1.2时，判断为扭转不规则；当比值接近1.5时，判断为特别不规则；当比值大于1.5时，一般判断为严重不规则。,多层砌体房屋：纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；同一轴线上的窗间墙宜均匀；立面高差小于6m；房屋没有错层；各部分结构刚度和质量基本相同，等等。单层厂房：多跨厂房宜等高和等长；贴建房屋和构筑物，不宜布置在厂房角部和紧邻防震缝处；体型复杂或有贴建的房屋或构筑物时，宜设防震缝；两个主厂房之间的过渡跨至少应有一侧采用防震缝与主厂房脱开；工作平台宜与厂房主体结构脱开；同一单元内，不应采用不同的结构型式；端部应设屋架，不应采用山墙承重；厂房单元不应采用横墙和排架混合承重；各柱列的侧向刚度宜均匀，等等。,4、结构材料和延性按照结构延性系数的大小排序，依次是钢结构、钢管混凝土结构、型钢混凝土结构、钢筋混凝土结构、配筋砌体结构、砌体结构。结构的延性系数大，说明结构抗震的变形能力大，结构的耐震性能好。因此，有条件时，建筑的主体结构宜采用延性系数较大的结构材料。,防止脆性破坏，使结构能达到其自身最大延性，宜采用取以下措施：（1）对砌体结构，采用圈梁和构造柱来约束墙体。（2）对钢筋混凝土构件，合理确定截面尺寸，恰当配置纵筋和箍筋（抗剪斜筋），加强钢筋的锚固，避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋粘结锚固失效先于杆件破坏。（3）对钢结构，合理确定板件宽厚比，防止局部屈曲；强化杆件连接，使屈服截面远离杆件节点。,5、结构体系应能制定出明确的、当前计算手段能解决的平面或空间计算简图。应具有合理的、直接的或基本直接的传力途径。应避免因少数脆弱构件或节点等薄弱环节的破坏而导致整个结构传力路线中断、丧失抗震能力或承重能力。应具有足够的侧向刚度、较强的水平承载力、良好的变形能力、能吸收和耗散较多的地震输入能量。宜采用多道抗震防线的剪切型构件和弯曲型构件并用的双重或多重结构体系。沿结构平面和竖向，各抗侧力构件宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成柔弱楼层或薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。结构在纵、横两个主轴方向的动力特性宜相近。,四、场地、地基和基础1、进行地基处理是否改变场地类别按GB50011-2001规范第2.1.7条对场地的定义：“工程群体所在地，具有相似的反应谱特征。其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km2的平面面积。”采用桩基或用搅拌（水泥固化剂桩，类似CFG桩）处理地基，只对建筑物下卧土层起作用，对整个场地的地震地质特性影响不大，因此不能改变场地类别。,2、地下室顶板可否采用无梁楼盖？GB50011-2001规范第6.6.4条：“房屋的屋盖和地下一层顶板，宜采用梁板结构。”当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应满足GB50011-2001规范第6.1.14条的要求。一般说来，如果地下室顶板采用无梁楼盖的结构形式。将难以满足6.1.14条柱端塑性铰位置在0.00的要求，故不能采用无梁楼盖的结构形式，而应采用现浇梁板结构，且其板厚不宜小于180mm。,3、位于地下室内的框支层，是否计入规范允许的框支层数之内？当框支层位于地下室内时，若地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，则位于地下室内的框支层，不计入规范允许的框支层层数之内。,五、钢筋混凝土结构1、含少量剪力墙的框架-剪力墙结构GB50011-2001规范第6.1.3条：“框架-剪力墙结构，在基本振型地震作用下，若框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%，其框架部分的抗震等级应按框架结构确定，最大适用高度可比框架结构适当增加。”那么这个适当是多少呢？一般以不超过20%为宜，也就是其最大适用高度不是130m，而是72m。,2、框架不对齐设计中应合理地布置抗侧力构件，减少地震作用下的扭转效应；结构刚度、承载力沿房屋高度宜均匀、连续分布及保持完整，不宜抽柱或抽梁，使传力途径发生变化。按GB50011-2001抗震规范第3.4.3条进行不规则结构的设计计算。也就是要采用空间计算模型，计及扭转等。异型柱框架结构必须对齐。,3、有地下室时，剪力墙底部加强部位如何确定？按何高度确定抗震等级？分成以下两种情况：（1）地下室作为上部结构的嵌固部位：从首层向上算，按第6.1.10条的规定取值，同时将加强部位向地下室延伸一层。（2）地下室不作为上部结构的嵌固部位：地下一层底板处向上算，取墙高的1/8及地下一层加首层高度的较大值，且不大于15m取值。此时若有多层地下室，不必再向下延伸至地下二层。现浇钢筋混凝土房屋的高度是指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出的屋顶部分），因此，尽管地下室顶板可能不作为上部结构的嵌固部位，但选取抗震等级时，仍是从室外地面算起。,4、高度小于60m的框架-核心筒结构可否按框架-剪力墙结构确定抗震等级？对于房屋高度小于60m的框架-核心筒结构，若按框架-剪力墙结构确定其抗震等级，则除应满足核心筒的有关设计要求外，同时应满足规程对框架-剪力墙结构的其他要求，如剪力墙所承担的结构底部地震倾覆力矩的规定等。注意:筒体的最小尺寸一般应大于1/12筒体高度，而此时其承担的倾覆力矩往往是小于50%，这时应该按框架结构确定框架的抗震等级。,5、钢筋混凝土短柱钢筋混凝土结构中按内力计算值得到的剪跨比MC/（VCh0）不大于2、以及反弯点在柱子高度中部时且柱净高与柱截面高度之比Hn/h不大于4的柱称为短柱。实际工程中，应注意由于实心粘土砖填充墙对框架柱的约束，还有因飘窗、楼梯间休息平台使框架形成的短柱。对于剪跨比小于1.5的超短柱要专门研究，专家给出的措施有：增设交叉斜筋、外包钢板箍、设置型钢或将抗震薄弱层转移到相邻的一般楼层等合理并经验证有效的构造措施，防止短柱剪切破坏，增加其耗能能力。,6、转角处的框架柱是否都按角柱对待？GB50011-2001抗震规范中的角柱是指位于建筑角部，与柱的正交的两个方向各只有一根框架梁与之相连接的框架柱。因此位于建筑平面凸角处的框架柱一般均为角柱，而位于建筑平面凹角处的框架柱，若柱的四边各有一根框架柱与之相连，则可不按角柱对待。,7、6度时如何按水平地震剪力系数最小值调整地震剪力GB50011-2001规范第5.2.5条、JGJ3-2002第3.3.13条对79度的楼层最小地震剪力系数值进行了规定，但对于6度抗震设计的结构，两个规范都没有规定其地震剪力系数最小值，作为参考设计中一般可考虑控制为0.0080.01。如果结构总地震剪力与规定的值相差较多，表明结构整体刚度偏小，宜适当增加结构侧向刚度，使计算的地震作用增加。,8、超限高层建筑超限高层建筑工程，必须进行抗震设防专项审查：（1）房屋高度超过规定；(2)房屋高度不超过规定，但建筑结构布置属于特别不规则的高层建筑.特别不规则的高层建筑的解释和说明：（1）、同时具有两项以上平面、竖向不规则以及某项不规则程度超过规定很多的高层建筑。（2）结构布置明显不规则的复杂结构和混合结构的高层建筑：a)同时具有两种以上复杂类型的高层建筑；b)转换层位置超过规定的高位转换的高层建筑；c)各部分层数、结构布置或刚度等有较大不同的错层、连体高层建筑；d)单塔或大小不等的多塔位置偏置过多的大底盘(裙房)高层建筑；e)七、八度抗震设防时厚板转换的高层建筑。(3)单跨的框架结构的高层建筑。,9、计算结果的合理性一般从结构总体和局部两个方面考虑。总体上包括：（1）所选用的计算软件是否适用以及使用是否恰当；（2）结构的振型、周期、位移形态和量值、地震作用的分布和楼层地震剪力的大小、有效参与质量、截面配筋设计等，是否在合理的范围；（3）总体和局部的力学平衡条件是否得到满足。判断力平衡条件时，应按单工况内力进行。对局部构件，尤其是受力复杂的构件（如转换构件等），分析其内力或应力分布是否与力学概念、工程经验相一致。,10、怎样界定短肢剪力墙较多的剪力墙结构JGJ3-2002第7.1.2条中所说的“短肢剪力墙较多的剪力墙结构”，主要是指结构平面中部为剪力墙构成的薄壁筒体（常用作楼梯间、电梯间等）、其余部位基本为短肢剪力墙的一种结构布置形式。要具体量化来判断短肢墙的多少是困难的，一般情况下，短肢剪力墙较多的剪力墙结构中，短肢剪力墙承受的倾覆力矩可占结构底部总倾覆力矩的40%50%。,11、地下室外墙是否参与侧向刚度的计算一般情况下，高层建筑结构地下室外墙均可参与地下室的侧向刚度计算，因此，地下一层与上部结构一层的等效剪切刚度比不小于2的要求是容易满足的。对于地下室外墙与上部结构相距比较远（如超过4050m）的情况，一般不宜作为判断嵌固条件的墙体参与地下室侧向刚度计算。,12、关于高层建筑的嵌固JGJ3-2002中关于地下室顶板作为上部结构嵌固部位的规定，没有象GB50011-2001那样强调“地下室层数不宜小于2层”，主要因为对较高的高层建筑，地下室层数一般不少于2层，而对较低的高层建筑（高规中规定10层和28m以上均为高层建筑），有一层地下室且满足刚度比要求时，地下室顶面作为上部结构的嵌固部位也是允许的。,13、关于框支柱、框支梁和梁托柱JGJ3-2002第10.2节的许多规定上，已经明显区分了这两种转换层结构的不同要求。“托柱”的转换层结构，尽管与部分框支剪力墙结构的受力有所差异，但一般受力也是比较大的，有时受力上成为空腹桁架的下弦，设计中应特别注意。因此，采用框支柱、框支梁的某些构造要求是必要的，这在JGJ3-2002第10.2节中已有反映。,14、全地下室建筑，如何进行结构抗震设计？全地下室建筑结构的震害相对比较轻，但仍然要满足抗震设计要求，按GB50011-2001第6.1.3条第3款的要求，无上部结构、全地下室的建筑物，如地下车库等的抗震等级可按三级或更低要求进行结构抗震设计。,六、砌体结构1、顶层为坡屋顶，高度与层数如何计算？武抗办字20031号对此有一些说明：“坡屋顶房屋总高度及层数的计算应按下述规定执行：当现浇钢筋混凝土坡屋顶下不设水平楼板时，房屋总高度应算至结构外墙体和屋面结构斜板交界处的屋面结构板顶的檐口处；当现浇钢筋混凝土坡屋顶的檐口标高附近有水平楼板时，上面三角形为阁楼，此阁楼在结构计算上应作为一层考虑，高度可取至山尖墙的一半处；在计算房屋层数时，当阁楼层净空不小于2.1m的楼面面积大于或等于30%的楼层总面积时，应算作一层。”,2、坡地上多层砌体房屋的层数和总高度如何计算？出于安全考虑，对于坡地上多层砌体房屋总高度的计算，仍然沿用自室外地坪到主要屋面板板顶标高或至檐口标高的方法，室外地坪应从低处计算。按同样要求，层数也应从低处算起.多层砌体房屋在坡地范围内的结构每层楼板均与山体有可靠的锚固，横墙也采取有效措施与山体连接，结构的墙体刚度较大，则可按从地面较高处计算房屋的层数和总高度，但此时应按GB50011-2001第4.1.8条考虑不利地段对设计地震动参数的放大作用。,3、个别楼层有“横墙较少”现象，是否按GB50011-2001第7.1.2条降低层数？GB50011-2001中，对于多层砌体房屋“横墙较少”的概念指全部楼层均符合横墙较少的情况，对于个别楼层符合“横墙较少”的条件，可根据大开间房屋的数值、位置、开间大小等情况具体分析后采取相应的加强措施，可以不降低层数。底部框架房屋的上部各层“横墙较少”的概念同多层砌体房屋。,4、砌体结构错层问题按建筑抗震鉴定标准（GB50023-95）第5.2.1.2条（1）的规定，同一楼层错层楼板标高相差应不大于500mm。当多层砌体房屋有较大错层时，如超过梁高的错层（或楼板高差在500mm以上），结构计算时应做为两个楼层对待，房屋总层数相应增加，此时总层数不得超过GB50011第7.1.2条的强制性规定。错层楼板之间的墙体应采取必要措施解决平面内局部水平受剪和平面外受弯问题。,对于横墙较少的多层普通砖、多孔砖住宅楼，当房屋高度和层数接近或达到表7.1.2规定限值时，同一结构单元的楼、屋面板应设置在同一标高处，即不允许同一结构单元有错层。需要强调的是，错层民用住宅违反无障碍设计的建筑原则，不利于老人和儿童的安全使用，不符合国际上的设计潮流。,5、砌体房屋层高限值GB50011-2001第7.1.3条规定普通砖、多孔砖和小砌块砌体承重的房屋的层高，不应超过3.6m，其主要针对一般民用建筑。对于层数远小于表7.1.2条的工业建筑及附属房屋，因工艺要求层高大于3.6m时，可根据具体情况采取增加墙厚度、增设壁柱、圈梁、提高材料强度等级等措施予以加强来实现，同时应满足有关规范和规程的要求。,6、墙体最小宽度限值与墙体是“一”字还是“T”字形状有无关系？GB50011-2001表7.1.6中，窗间墙宽度限值与墙体是“一”字形状或是“T”字形状无关。当局部尺寸不足时，可采用另增设构造柱等局部加强措施弥补。而将构造柱加大，做成框架柱的做法是错误的，这将改变结构形式，可能会成为超规范、规程设计。,7、带阁楼的多层砌体房屋构造柱设置带阁楼的多层砌体房屋在设置构造柱时，应按下述规定执行：对剖面形式为三角形，即檐口处无垂直砖墙时，按房屋实际层数按GB50011-2001表7.3.1的要求设置构造柱并适当加强；剖面形式为屋形，即檐口处有垂直砖墙时，按房屋实际层数增加一层后的层数对待。不论是三角形或屋形，坡屋顶山