建筑结构抗震概念设计

1、2021-5- 14 1 建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计 第2章 建筑结构抗震概念设计 2021-5- 14 2 第二章第二章 建筑结构抗震概念设计建筑结构抗震概念设计 2.1 2.1 选择抗震有利的建筑场地、地段和地基选择抗震有利的建筑场地、地段和地基 2.2 2.2 设计有利的房屋抗震体形，进行合理的结构布置设计有利的房屋抗震体形，进行合理的结构布置 2.3 2.3 选择合理的结构材料选择合理的结构材料 2.4 2.4 提高结构抗震性能的措施提高结构抗震性能的措施 2.5 2.5 加强结构的整体性，控制结构变形加强结构的整体性，控制结构变形 2.6 2.6 减轻房屋自重和妥善处理非结构部

2、件减轻房屋自重和妥善处理非结构部件 2021-5- 14 3 结构抗震设计存在的不确定因素主要有：结构抗震设计存在的不确定因素主要有： 1 1地面运动的不确定性。地面运动的不确定性。 2 2结构分析的影响。结构分析的影响。 3 3材料的影响。材料的影响。 4 4阻尼的变化。阻尼的变化。 5 5基础差异沉降的影响。基础差异沉降的影响。 6 6地基承载力。地基承载力。 2021-5- 14 4 1.1.抗震有利地段抗震有利地段 2.1 2.1 选择抗震有利的建筑场地、地段和地基选择抗震有利的建筑场地、地段和地基 2021-5- 14 5 2021-5- 14 6 2021-5- 14 7 2.2.

3、抗震有利的建筑场地和地基抗震有利的建筑场地和地基 （1 1）选择薄的场地覆盖层。）选择薄的场地覆盖层。 （2 2）选择坚实的场地土。）选择坚实的场地土。 （3 3）将建筑物的自振周期与地震动的卓越）将建筑物的自振周期与地震动的卓越 周期错开，避免共振。周期错开，避免共振。 （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。 2021-5- 14 8 2.2 2.2 设计有利的房屋抗震体形，进设计有利的房屋抗震体形，进 行合理的结构布置行合理的结构布置 抗震规范抗震规范3.4.1 3.4.1 建筑设计应符合抗震概念设计的要求，建筑设计应符合抗震概念设计的要求， 不规则的建筑方案

4、应按规定采取加强措施；不规则的建筑方案应按规定采取加强措施； 特别不规则的建筑方案应进行专门研究和论特别不规则的建筑方案应进行专门研究和论 证，采取特别的加强措施；证，采取特别的加强措施；不应采用严重不不应采用严重不 规则的建筑方案。规则的建筑方案。 2021-5- 14 9 抗震规范抗震规范 3.4.2 3.4.2 建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，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，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构规则，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

5、材料强度宜自下而上逐渐减少，避件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减少，避 免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。 抗震规范抗震规范3.4.5 3.4.5 体形复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可体形复杂、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计防震缝，形成多个较规按实际需要在适当部位设计防震缝，形成多个较规 则的抗侧力结构单元。则的抗侧力结构单元。 2021-5- 14 10 1.1.有利的房屋抗震体形有利的房屋抗震体形 a. a.平面规则性（平面宜规则）平面规则性（平面宜规则） 2021-5- 14 11 1 2 2 12 2 2 . 1

6、12 2 扭转不规则扭转不规则 max 3 . 0 bb max b max 3 . 0 bb max b max b max 3 . 0 bb max b max 3 . 0 bb 凹凸角不规则凹凸角不规则 2021-5- 14 12 b bb5 . 0 b bla aa 3 . 0 0 l 局部不连续局部不连续 大开洞大开洞错层错层 2021-5- 14 13 竖向布置形式竖向布置形式 b.b.立面规则性：立面规则性： 2021-5- 14 14 刚度沿高度的变化刚度沿高度的变化 2021-5- 14 15 oliveview医院医院 主楼剖面主楼剖面 2021-5- 14 16 1 7

7、. 0 ii kk i k 1i k 2i k 3i k ) 3 (8 . 0 321 iii i kkk k 沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层）沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层） 竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件不连续 2021-5- 14 17 竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀 （有薄弱层）（有薄弱层） iy q , 1, iy q 1, 8 . 0 iyiy qq 2021-5- 14 18 c.c.合适的房屋高度合适的房屋高度 结构类型结构类型 烈烈 度度 6 67 78 89 9 框框 架架6060555545452525 框架框架抗震墙抗震墙130

8、1301201201001005050 抗震墙抗震墙 全部落地全部落地1401401201201001006060 部分框支部分框支1201201001008080 筒筒 体体 框架框架核心核心 筒筒 1501501401401001007070 筒中筒筒中筒1801801601601201208080 板柱板柱抗震墙抗震墙404035353030 钢筋混凝土房屋适用的最大高度（钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m m） 2021-5- 14 19 结结 构构 类类 型型 6 6、7 7 度度 8 8度度9 9度度 框架框架11011090905050 框架框架支撑（剪力墙板）支撑（剪力墙板）22

9、0220200200140140 筒体（框筒、筒中筒、桁架筒、筒体（框筒、筒中筒、桁架筒、 束筒）和巨型框架束筒）和巨型框架 300300260260180180 钢结构房屋适用的最大高度（钢结构房屋适用的最大高度（m m） 2021-5- 14 20 d.d.不大的房屋高宽比不大的房屋高宽比 表表2-3 2-3 钢筋混凝土房屋的最大高宽比钢筋混凝土房屋的最大高宽比 结构类型结构类型6度度7度度8度度9度度 框架、板柱框架、板柱 抗震墙抗震墙 4432 框架框架抗震墙抗震墙5543 抗震墙抗震墙6654 筒体筒体6654 2021-5- 14 21 烈度烈度6、789 最大高宽最大高宽 比比

10、6.56.05.5 表表2-4 钢结构房屋的最大高宽比钢结构房屋的最大高宽比 2021-5- 14 22 e.足够的基础埋深足够的基础埋深 基础应有足够的埋深，有利于上部结构在地基础应有足够的埋深，有利于上部结构在地 震动下的整体稳定性，防止倾覆和滑移，并能震动下的整体稳定性，防止倾覆和滑移，并能 减小建筑物的整体倾斜。减小建筑物的整体倾斜。 2021-5- 14 23 f.f.防震缝的合理设置防震缝的合理设置 （1 1）平面或立面不规则，又未在计算和构造上）平面或立面不规则，又未在计算和构造上 采取相应措施；采取相应措施； （2 2）房屋长度超过规定的伸缩缝最大间距，又）房屋长度超过规定的伸

11、缩缝最大间距，又 无条件采取特殊措施而必需设伸缩缝时；无条件采取特殊措施而必需设伸缩缝时； （3 3）地基土质不均匀，房屋各部分的预计沉降）地基土质不均匀，房屋各部分的预计沉降 量（包括地震时的沉陷）相差过大，必需设置沉降量（包括地震时的沉陷）相差过大，必需设置沉降 缝时；缝时； （4 4）房屋各部分的质量或结构的抗推刚度悬殊）房屋各部分的质量或结构的抗推刚度悬殊 过大；过大； 2021-5- 14 24 防震缝最小宽度要求：防震缝最小宽度要求： 1 1框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过 15m15m时，可采用时，可采用70mm70mm；房屋高度超过；

12、房屋高度超过15m15m时，时，6 6度、度、7 7 度、度、8 8度和度和9 9度相应每增加高度度相应每增加高度5 5米、米、4 4米、米、3 3米和米和2 2米，米， 宜加宽宜加宽20mm20mm。 2 2框架框架抗震墙结构房屋的防震缝宽度，可采抗震墙结构房屋的防震缝宽度，可采 用上述规定值的用上述规定值的70%70%。抗震墙结构房屋的防震缝宽度，。抗震墙结构房屋的防震缝宽度， 可采用上述规定值的可采用上述规定值的50%50%，且不宜小于，且不宜小于70mm70mm。 3 3防震缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度应防震缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度应 按需要较宽的规定采用，并可按较低房屋高

13、度计算按需要较宽的规定采用，并可按较低房屋高度计算 缝宽。缝宽。 2021-5- 14 25 2.2.合理的抗震结构布置合理的抗震结构布置 a.a.结构力求对称，以避免扭转结构力求对称，以避免扭转 b.b.结构沿竖向要等强结构沿竖向要等强 2021-5- 14 26 2021-5- 14 27 2021-5- 14 28 2.3 2.3 选择合理的结构材料选择合理的结构材料 选择材料的原则：选择材料的原则： 1.1. 延性系数（表示极限变形与相应屈服变形延性系数（表示极限变形与相应屈服变形 之比）高；之比）高； 2.2. “强度强度/ /重力重力”比值大；比值大； 3.3. 匀质性好；匀质性好

14、； 4.4. 正交各项同性；正交各项同性； 5.5. 构件的连接具有整体性、连续性和较好的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。延性，并能充分发挥材料的强度。 2021-5- 14 29 w按照上述标准，常见结构类型，按其抗震性能按照上述标准，常见结构类型，按其抗震性能 的优劣排序为：的优劣排序为： 1.1. 钢结构钢结构 2.2. 型钢混凝土结构型钢混凝土结构 3.3. 混凝土混凝土钢组合结构钢组合结构 4.4. 现浇钢筋混凝土结构现浇钢筋混凝土结构 5.5. 预应力混凝土结构预应力混凝土结构 6.6. 装配式钢筋混凝土结构装配式钢筋混凝土结构 7.7. 配筋砌

15、体结构配筋砌体结构 8.8. 砌体结构砌体结构 2021-5- 14 30 对材料的质量要求对材料的质量要求 1.1.钢筋钢筋 (1)(1)不希望在抗震结构中使用高强钢筋，一般用中强不希望在抗震结构中使用高强钢筋，一般用中强 钢筋，即钢筋，即、级钢筋。不希望超过级钢筋。不希望超过级。延伸级。延伸 率率4%4%6%6%。 (2)(2)钢筋的实际屈服强度不能太高，对于钢筋的实际屈服强度不能太高，对于级钢筋，级钢筋， 实际值与标准值比值实际值与标准值比值1.251.25，对于，对于级钢筋，实际值级钢筋，实际值 与标准值比值与标准值比值1.41.4。 (3)(3)钢筋的实际极限强度与实际屈服强度之比值

16、不能钢筋的实际极限强度与实际屈服强度之比值不能 太小，以保证有足够的强度储备，一般为太小，以保证有足够的强度储备，一般为1.251.25。 2021-5- 14 31 (4)(4)不能使用冷加工钢筋。不能使用冷加工钢筋。 (5)(5)应检测钢筋的应变老化脆裂（重复弯曲试验）、应检测钢筋的应变老化脆裂（重复弯曲试验）、 可焊性（检查化学成分）、低温抗脆裂（采用可焊性（检查化学成分）、低温抗脆裂（采用v v形槽形槽 口的韧性试验）。口的韧性试验）。 2.2.混凝土：强度不能太低，否则锚固不好。混凝土：强度不能太低，否则锚固不好。 2021-5- 14 32 3.3.型钢型钢 (1)(1)足够的延性

17、。足够的延性。 (2)(2)力学性能的一致性。力学性能的一致性。 (3)(3)好的切口延性。好的切口延性。 (4)(4)无分层现象。无分层现象。 (5)(5)对片状撕裂的抵抗能力。对片状撕裂的抵抗能力。 (6)(6)良好的可焊性。良好的可焊性。 2021-5- 14 33 2.4 2.4 提高结构抗震性能的措施提高结构抗震性能的措施 1 1、设置多道抗震设防、设置多道抗震设防 （1 1）第一道防线的构件选择）第一道防线的构件选择 （2 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。防线，

18、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。线，柱是第二道防线。 2021-5- 14 34 （3 3）结构构件的多道设防）结构构件的多道设防 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，梁处于第一道防型的延性框架，梁处于第一道防 线，柱为第二道防线。线，柱为第二道防线。 在超静定结构构件中，赘余构件为第一道防线。在超静定结构构件中，赘余构件为第一道防线。 2021-5- 14 35 （4 4）工程实例）工程实例 2021-5- 14 36 r强

19、柱弱梁：使框架结构塑性铰出现在梁端的设强柱弱梁：使框架结构塑性铰出现在梁端的设 计要求。用以提高结构的变形能力，防止在强计要求。用以提高结构的变形能力，防止在强 烈地震作用下倒塌。烈地震作用下倒塌。 r强剪弱弯：使钢筋混凝土构件中与强剪弱弯：使钢筋混凝土构件中与正截面正截面受弯受弯 承载力对应的剪力承载力对应的剪力低于低于该构件该构件斜截面斜截面受剪承载受剪承载 力的设计要求。用以改善构件自身的抗震性能。力的设计要求。用以改善构件自身的抗震性能。 r柔性底层：用变形能力大的延性框架代替房屋柔性底层：用变形能力大的延性框架代替房屋 底层的抗震墙，以减少地震震动向上部各层传底层的抗震墙，以减少地震

20、震动向上部各层传 递的一种抗震设计思想。递的一种抗震设计思想。 2021-5- 14 37 2 2、提高结构的延性、提高结构的延性 （1 1）结构总体延性结构总体延性用结构的用结构的“顶点侧移比顶点侧移比” 或结构的或结构的“平均侧移比平均侧移比”表达。表达。 （2 2）结构楼层延性结构楼层延性以一个楼层的层间侧移以一个楼层的层间侧移 比表达。比表达。 （3 3）构件延性构件延性指整个结构中某一构件（如指整个结构中某一构件（如 一榀框架或一片墙体）的延性。一榀框架或一片墙体）的延性。 （4 4）杆件延性杆件延性指一个构件中某一杆件（框指一个构件中某一杆件（框 架的梁、柱，墙中的连梁或墙肢）的延

21、性。架的梁、柱，墙中的连梁或墙肢）的延性。 2021-5- 14 38 提高结构延性的原则：提高结构延性的原则： 在结构竖向在结构竖向：重点提高可能出现塑性变形集中的：重点提高可能出现塑性变形集中的 相对柔弱楼层的构件延性。相对柔弱楼层的构件延性。 在结构平面在结构平面：着重提高房屋周边转角处、平面突：着重提高房屋周边转角处、平面突 变处及复杂平面各翼相接处的构件延性。变处及复杂平面各翼相接处的构件延性。 对多道抗震防线对多道抗震防线的抗侧力体系，着重提高第一道的抗侧力体系，着重提高第一道 防线中构件的延性。防线中构件的延性。 在同一构件中在同一构件中，着重提高关键杆件的延性。，着重提高关键杆

22、件的延性。 同一杆件中同一杆件中，着重提高延性的部位应是预期构件，着重提高延性的部位应是预期构件 首先屈服的部位。首先屈服的部位。 2021-5- 14 39 改善延性的途径改善延性的途径 （1 1）控制构件的破坏形态。）控制构件的破坏形态。 弯曲构件的延性远大于剪切弯曲构件的延性远大于剪切 构件的延性，所以争取更多构件的延性，所以争取更多 的构件实现弯曲破坏。的构件实现弯曲破坏。 （2 2）减小构件的轴压比。）减小构件的轴压比。 （3 3）高强混凝土的应用。）高强混凝土的应用。 （4 4）钢纤维混凝土的应用。）钢纤维混凝土的应用。 （5 5）型钢混凝土的应用。）型钢混凝土的应用。 轴压比：轴

23、压比： c n n u f a 2021-5- 14 40 （1 1）提高结构阻尼）提高结构阻尼 3、采用减震方法、采用减震方法 结构类型结构类型阻尼比（阻尼比（%） 焊接钢框架体系，内外墙均为柔性连接焊接钢框架体系，内外墙均为柔性连接2 焊接或栓接钢框架体系，焊接或栓接钢框架体系， （1）刚性维护墙，柔性内墙）刚性维护墙，柔性内墙 （2）混凝土剪力墙）混凝土剪力墙 5 7 钢筋混凝土框架体系，钢筋混凝土框架体系， （1）内外墙均为柔性连接）内外墙均为柔性连接 （2）刚性围护墙，柔性内墙）刚性围护墙，柔性内墙 （3）混凝土剪力墙）混凝土剪力墙 5 7 10 钢筋混凝土全墙体系钢筋混凝土全墙体系

24、10 几类结构的阻尼比标准值几类结构的阻尼比标准值 （2）采用高延性构件采用高延性构件 2021-5- 14 41 4、优选耗能杆件、优选耗能杆件 （1 1）弯曲耗能优于剪切耗能）弯曲耗能优于剪切耗能 （2 2）弯曲耗能优于轴变耗能）弯曲耗能优于轴变耗能 2021-5- 14 42 2.5 2.5 加强结构的整体性，控制结构变形加强结构的整体性，控制结构变形 1 1、控制结构变形、控制结构变形 地震时建筑物的破坏程度，主要取决于主体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。结构变形的大小。 2021-5- 14 43 a a结构体系的变形性质结构体系的变形性质 （a）弯曲杆系；）

25、弯曲杆系； （b）轴力杆系）轴力杆系 线性杆件系统的变形特点线性杆件系统的变形特点 2021-5- 14 44 结构类型结构类型 e 框框 架架1/550 框架框架抗震墙、板柱抗震墙、板柱抗震墙、抗震墙、 框架框架核心筒核心筒 1/800 抗震墙、筒中筒抗震墙、筒中筒1/1000 框支层框支层1/1000 多、高层钢结构多、高层钢结构1/300 表表9 弹性层间位移角限值弹性层间位移角限值 b b结构变形的限值结构变形的限值 2021-5- 14 45 结构类型结构类型 p 单层钢筋混凝土柱排架单层钢筋混凝土柱排架1/30 框框 架架1/50 底部框架砖房中的框架底部框架砖房中的框架抗抗 震墙

26、震墙 1/100 框架框架抗震墙、板柱抗震墙、板柱抗震抗震 墙、框架墙、框架核心筒核心筒 1/100 抗震墙、筒中筒抗震墙、筒中筒1/120 多、高层钢结构多、高层钢结构1/50 表表10 弹塑性层间位移角限值弹塑性层间位移角限值 2021-5- 14 46 结构体系结构体系 层间侧移角层间侧移角 （ue/h） 顶点侧移角顶点侧移角 （ue/h） 框框 架架 轻质隔墙轻质隔墙1/4001/500 砌体填充墙砌体填充墙1/4501/550 框架框架剪力剪力 墙墙 一般装修标一般装修标 准准 1/6501/700 框架框架筒体筒体 较高装修标较高装修标 准准 1/8001/850 筒中筒筒中筒 一般装修标一般装修标 准准 1/700 1/800 较高装修标较高装修标 准准 1/8501/950 剪力