抗震设计原则

1、景 晓 昆 建筑结构抗震设计 1 抗震设计原则11.1 构造地震1.2 地震波、震级和烈度1.3 地震基本烈度和地震烈度区划图1.4 建筑抗震设防分类、设防标准和设防目标1.5 建筑抗震性能设计1.6 地震的破坏作用1.7 建筑抗震设计的基本要求21.1 构造地震 诱发地震原因：人工爆破；矿山开采；工程活动 影响：一般不太强烈，个别情况会造成严重的地震灾害工程地震的主要研究对象构造地震火山地震原因：地壳构造运动影响：发生数量大、影响范围广 (占地震总数约90) 原因：火山爆发 天然地震地震3震源： 地壳深处发生岩层断裂、错动的地方 震中： 震源正上方 的地面位置 震中距：地面上某点至震中的水平

2、距离 震源深度：从震源到震中的距离 震源深度在60km以内的地震为浅源地震震源深度超过300km的地震叫深源地震震源深度介于60300km之间的地震为中源地震4地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。体波纵波（P波）横波（S波）面波瑞利波乐甫波横波特点:周期长、振幅大、 波速慢，100-800m/s纵波特点:周期短，振幅小， 波速快，200-1400m/s面波比体波衰减慢、振幅大、周期长、传播远。建筑物破坏主要由面波造成。杂波P波开始S波开始面波开始一、地震波：1.2 地震波、震级和烈度51. 定义震级每提高一级，地震能量提高约32倍；震级每提高两级，地震能量相差1000倍；震级每

3、提高三级，地震能量相差31623倍。 衡量一次地震释放能量大小的等级，用M表示。A：标准地震仪距震中100km纪录的最大水平地面位移，单位为微米。2. 震级与能量的关系一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。 能量E的单位：J反映一次地震本身的大小二、震级6根据震级大小，对地震进行划分：M20%）； 土的压缩模量差异很大（20%）。（2）同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基；当采用不同基础类型或基础埋深显著不同时，应根据地震时两部分地基基础的沉降差异，在基础、上部结构的相关部位采取相应的措施。（3）地基为软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土时，应根据地震时地基不均匀沉降和其他不利

4、影响，并采取相应的措施。总沉降数值不同的影响；倾斜不同的影响；对结构的地震反应的影响。 补充变形验算，加强连接构造，增强变形能力等技术措施，如采用钢筋混凝土整体式基础等。51二、 建筑的平立面布置不规则的建筑加强措施；特别不规则的建筑专门研究和论证；严重不规则的建筑不应采用。1. 平面布置 关键是避免扭转并确保水平传力途径的有效性，应使结构的刚度中心与质量中心一致或基本一致。 否则，地震时将使结构产生平动与扭转耦联振动，使远离刚度中心的构件侧向位移及所分担的地震剪力明显增大，产生较严重的破坏。简单的建筑平面避免主要抗侧力构件（剪力墙、核心筒等）的偏置。52刚度中心质量中心平面布置力求对称。（质

5、量，刚度，强度）有利于抗震的结构布置不有利于抗震的结构布置53【举例】：某地震区高层建筑，由于建筑要求楼、电梯核心筒抗震墙偏置在结构平面一侧，侧向刚度中心与质量中心偏离较远，为此，在房屋两段各设置一道横向抗震墙以控制结构的扭转。多遇地震下的计算结果表明，结构的扭转位移比满足规范要求。54【分析】：这种结构属于存在严重“内耗”的结构（刚心与质心严重偏离产生大扭转，设置端部抗震墙“吸纳”扭转效应），实际上在房屋端部设置抗震墙，并没有从根本上改变结构刚心和质心偏离的问题，结构实际存在的扭转效应并没有减少，只是由于端部抗震墙限制了结构的扭转。 表面上看在多遇地震作用下的计算结构还能满足规范扭转位移比的

6、限值要求，但结构中的某些构件（如抗震墙之间的现浇楼板、抗震墙等）的应力水平明显高于其他构件（造成实际上的受力不均衡），在罕遇地震作用下，这些构件极容易首先屈服，严重时引起结构的倒塌。一般情况下，这样的结构很难实现“大震不倒”的基本抗震设防要求。对于此类结构应进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。55 平面布置除了要求各向对称外，还希望能具有较大的抗扭刚度。 抗震墙的布置方案56高层建筑平面尺寸限值平面尺寸及突出部位尺寸的比值限值572. 立面和竖向剖面布置 关键是避免承载力及楼层刚度的突变，避免出现薄弱层并确保竖向传力途径的有效性。应使结构的承载力和竖向刚度自下而上逐步减小，变化均匀、连续，不出

7、现突变（如砼强度等级、构件截面等避免同时改变）。 否则，在地震作用下某些楼层或部位形成软弱层或薄弱层（率先屈服、出现较大的塑性变形集中）而加重破坏。良好的建筑立面不利的建筑立面(a) 大底盘建筑；(b) 阶梯形建筑58结构的竖向收进与外挑59注意上刚下柔的结构的处理框支剪力墙底部框架 应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。60同一楼层的框架柱，应该具有大致相同的刚度、强度和延性 有利不利613. 房屋的高度（书P115) 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。 抗震规范和高层规程， 对各种结构体系适用范围内建筑物的最大高度均作出了规定，超出该规

8、定的，要进行专门研究。 4. 房屋的高宽比 对房屋高宽比的要求是按结构体系和设防烈度区分的. 625. 必要时设置防震缝（书P119） 当建筑的类型、体系、体型较复杂时，宜设置防震缝。要保证缝有足够的宽度，用缝分割的单元为独立的简单结构单元。 思考：1、在什么情况下应设置防震缝？ 2、防震缝的宽度要求是什么？631. 抗震结构体系一般要求如下（强制）： 应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径； 应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力； 应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力； 对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。三、 合

9、理的抗震结构体系64必要的抗震承载力： 结构应具备必要的强度；良好的变形能力： 结构的变形不致引起结构功能丧失或超越容许破坏的程度。良好的消耗地震能量的能力： 结构能吸收和消耗地震输入的能量而保存下来的能力，也就是良好的延性。抗震能力：强度、刚度和变形的统一65抗震能力：强度、刚度和变形的统一只有强度无较好的耐受变形的能力，在地震作用下很容易发生脆性破坏。只有变形能力，而抗侧强度和刚度不足，在较小的地震下就会产生较大的变形。耗能能力：抗侧强度 、变形能力抗震的有效措施：提高抗水平作用强度 + 提高变形能力例如：砖砌体结构加构造柱和圈梁 框架结构加剪力墙或支撑662. 结构体系尚宜符合下列各项要

10、求： 宜有多道抗震防线。 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薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中； 结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。 一般指两个方向（周期和振型）相差宜在20%以内，不要相差过大，这样会使两个主轴方向的水平地震作用接近，不致造成一个方向过强，一个方向过弱的现象，有利于抗震设计。 67 多道抗震防线 抗震结构除了承担水平地震作用外，更重要的是承担竖向荷载作用。一旦竖向承载能力不足，就会导致建筑的倒塌。一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。 如框架-抗震墙体系：延性框架+抗震墙； 双肢或多肢抗震墙体系

11、：若干个单肢墙。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度（即超静定的次数要多），有意识地建立起一系列分布的屈服区（如耗能构件、连梁、偏心支撑等），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。如果建筑物采用的是多重抗侧力体系，第一道防线的抗侧移构件在强烈地震下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立即接替，抵挡住后续的地震作用，可保证建筑最低限度的安全，免于倒塌。68多道抗震防线举例：框架抗震墙结构 纯框架结构的刚度较小，可以增设部分抗震墙，形成框架-抗震墙体系。 抗震墙的主要作用是提高结构的抗侧刚度，增加结构的抗震能力。69多道抗震防线举例：框架抗震墙结构=+第

12、一道防线第二道防线竖向荷载：主要由框架承担水平地震荷载：主要由抗震墙承担，保护框架承担竖向荷载70双肢剪力墙结构第一道防线第二道防线，连梁屈服双肢剪力墙整体的刚度大，连梁起约束作用，在地震作用下变形小。连梁屈服后，结构为两个并联的单肢墙，刚度减小，继续抵抗地震。71框架-筒体结构第一道防线：大筒第二道防线：小筒第三道防线：框架72框架结构第一道防线：梁第二道防线：柱梁首先屈服，保护结构不倒塌。73框架破坏机制 梁铰机制 柱铰机制思考：哪种破坏机制有利于抗震？为什么？你认为怎样才能保证该破坏机制。强柱弱梁74框架-支撑结构 框架-消能支撑结构第一道防线：支撑第二道防线：框架思考：抗震结构体系第一

13、道防线构件选择的原则是什么？75抗震结构体系第一道防线构件选择的原则是什么？ 原则上，应优先选择不负担或少负担重力荷载的构件（如竖向支撑或填充墙），或稳定性较好的构件（如轴压比较小的抗震墙、实墙筒体等），作为第一道抗震防线的抗侧力构件。 一般情况下，不宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件。763. 结构构件应符合下列要求： 砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱或采用约束砌体、配筋砌体等。 混凝土结构构件应控制截面尺寸和受力钢筋、箍筋的设置，防止剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固粘结破坏先于钢筋破坏。 预应力混凝土构件应配置足够的非预应力钢筋。

14、钢结构构件的尺寸应合理控制，避免局部失稳或整个构件失稳。 多高层的混凝土楼、屋盖宜优先采用现浇混凝土板。当采用预制装配式混凝土楼、屋盖时，应从楼盖体系和构造上采取措施确保各预制构件之间连接的整体性。强剪弱弯774. 结构构件之间的连接，应符合下列要求： 构件节点的破坏，不应先于其连接的构件。 预埋件的锚固破坏，不应先于连接件。 装配式结构构件的连接，应能保证结构的整体性。 预应力混凝土构件的预应力钢筋，宜在节点核心区以外锚固。 装配式单层厂房的支撑的各种抗震支撑系统，应保证地震时厂房的整体性和稳定性。强锚固强节点弱构件78 应符合下列要求： 计算模型的建立、必要的简化与处理，应符合结构的实际工

15、作状况，计算中应考虑楼梯构件的影响。 计算软件的技术条件应符合本规范及有关标准的规定，并应阐明其特殊处理的内容和依据。 复杂结构在多遇地震作用下的内力和变形分析时，应采用不少于两个合适的不同力学模型，并对其计算结果进行分析比较。 所有计算机计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。四、 利用计算机进行结构抗震分析79【例】下列关于抗震设计的概念，其中何项不正确？（A）有抗震设防要求的多、高层钢筋混凝土楼屋盖，不应采用预制装配式结构（B）利用计算机进行结构抗震分析时，应考虑楼梯构件的影响（C）构件节点的破坏，不应先于其连接的构件（D）钢筋混凝土结构构件设计时，应防止剪切破坏先于弯

16、曲破坏【解】A80 非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。 非结构构件的抗震设计，应由相关专业人员分别负责进行。 附着于楼、屋面结构上的非结构构件，以及楼梯间的非承重墙体，应与主体结构有可靠的连接或锚固，避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备。 框架结构的围护墙和隔墙，应估计其设置对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。 幕墙、装饰贴面与主体结构应有可靠连接，避免地震时脱落伤人。 安装在建筑上的附属机械、电气设备系统的支座和连接，应符合地震时使用功能的要求，且不应导致相关部件的损坏。五、 非结构构件 自身+连接81 抗震结构对材

17、料和施工质量的特别要求，应在设计文件上注明。 结构材料性能指标，应符合下列最低要求： （1）砌体结构材料应符合下列规定： 普通砖和多孔砖的强度等级不应低于MU10，其砌筑砂浆强度等级不应低于M5。 混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于MU7.5，其砌筑砂浆强度等级不应低于Mb7.5。 （2）混凝土结构材料应符合下列规定： 混凝土强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区，不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于C20。六、 结构材料与施工82 抗震等级为一、二、三级的框架和斜撑构件（含梯段），其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测

18、值的比值（强屈比）不小于1.25；钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值（超强比）不应大于1.3，且钢筋在最大拉力下的总伸长率（包括弹性变形和塑性变形）实测值不应小于9%。（3）钢结构的钢材应符合下列规定： 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85； 钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%； 钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。83 结构材料的性能指标，尚应符合下列要求： （1）普通钢筋宜优先采用延性、韧性和焊接性较好的钢筋；普通钢筋的强度等级，纵向受力钢筋宜选用符合抗震性能指标的不低于HRB400级的热轧钢筋，也可采用符合抗震性能指标的HRB335级的热轧钢筋，箍筋宜选用符合抗震性能指标的不低于HRB335级的热轧钢筋，也可选用HPB300级的热轧钢筋。 （2） 混凝土结构的混凝土强度等级，抗震墙不宜超过C60，其他构件，9度时不宜超过C60，8度时不宜超过C70。 （3）钢结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D