建筑抗震设计基本原理

李春春祥祥男男博博士士、、教教授授、、博博士士生生导导师师。。专专业业:结构构工工程程。。主要要研研究究领领域域：：钢结结构构、、超超高高层层建建筑筑钢钢结结构构、、超超高高层层建建筑筑钢钢框框架架-混凝凝土土核核心心筒筒结结构构、、钢钢结结构构桥桥梁梁---分析析与与设设计计理理论论(硕士士生生-研究究方方向向)，Self-centering钢结结构构---分析析与与设设计计理理论论(博士士生生-研究究方方向向),钢结结构构施施工工模模拟拟分分析析；土木木工工程程抗抗震震、、抗抗风风与与振振动动控控制制；；超高高层层建建筑筑风风荷荷载载随随机机和和CFD模拟拟的的基基础础理理论论与与关关键键技技术术；；超高高层层建建筑筑的的动动力力响响应应监监控控与与系系统统识识别别(无线线传传感感技技术术、、GPS技术术、、可可视视化化技技术术、、数数据据库库技技术术、、网网络络技技术术)。第二二章章建建筑抗抗震震设设计计基基本本原原理理第一一节节建建筑筑抗抗震震设设防防分分类类第二二节节结结构构抗抗震震设设计计基基本本思思想想第三三节节结结构构抗抗震震设设计计基基本本要要求求第四四节节结结构构的的抗抗震震性性能能第五节节结结构构抗震震的概概念设设计第六节节结结构构计算算软件件的基基本要要求第七节节结结构构抗震震等级级(JGJ3-2001高层砼砼规程程)第八节节地地下下室抗抗震设设计第一节节建建筑筑抗震震设防防分类类抗震设设防分分类抗震设设防分分类Seismicfortificationcategoryforstructures根据建建筑遭遭遇地地震破破坏后后，可可能造造成人人员伤伤亡、、直接接和间间接经经济损损失、、社会会影响响的程程度及及其在在抗震震救灾灾中的的作用用等因因素，，对各各类建建筑所所做的的设防防类别别划分分。抗震设设防烈烈度Seismicfortificationintensity按国家家规定定的权权限批批准作作为一一个地地区抗抗震设设防依依据的的地震震烈度度。一一般情情况下下，取取50年内超超越概概率10%的地震震烈度度。抗震设设防标标准Seismicfortificationcriterion衡量抗抗震设设防要要求高高低的的尺度度，由由抗震震设防防烈度度或设设计地地震动动参数数及建建筑抗抗震设设防类类别确确定。。抗震措措施(seismicfortificationmeasures):除地震震作用用计算算和抗抗力计计算以以外的的抗震震设计计内容容，包包括抗抗震构构造措措施。。抗震构构造措措施(detailsofseismicdesign):根据抗抗震概概念设设计原原则，，一般般不需需计算算而对对结构构和非非结构构各部部分必必须采采取的的各种种细部部要求求。基本规规定一、建建筑抗抗震设设防类类别划划分，，应根根据下下列因因素的的综综合分分析确确定：：1建筑破破坏造造成的的人员员伤亡亡、直直接和和间接接经济济损失失及社社会影影响的的大小小。2城镇的的大小小、行行业的的特点点、工工矿企企业的的规模模。3建筑使使用功功能失失效后后，对对全局局的影影响范范围大大小、、抗震震救灾灾影响响及恢恢复的的难易易程度度。4建筑各各区段段的重重要性性有显显著不不同时时，可可按区区段划划分抗抗震设设防类类别。。下部部区段段的类类别不不应低低于上上部区区段。。5不同行行业的的相同同建筑筑，当当所处处地位位及地地震破破坏所所产生生的后后果和和影响响不同同时，，其抗抗震设设防类类别可可不相相同。。注：区区段指指由防防震缝缝分开开的结结构单单元、、平面面内使使用功功能不不同的的部分分、或或上下下使用用功能能不同同的部部分。。二、建建筑工工程应应分为为以下下四个个抗震震设防防类别别：1特殊设设防类类：指使用用上有有特殊殊设施施，涉涉及国国家公公共安安全的的重大大建筑筑工程程和地地震时时可能能发生生严重重次生生灾害害等特特别重重大灾灾害后后果，，需要要进行行特殊殊设防防的建建筑。。简称称甲类类。2重点设设防类类：指地震震时使使用功功能不不能中中断或或需尽尽快恢恢复的的生命命线相相关建建筑，，以及及地震震时可可能导导致大大量人人员伤伤亡等等重大大灾害害后果果，需需要提提高设设防标标准的的建筑筑。简简称乙乙类。。3标准设设防类类：指大量量的除除1、2、4款以外外按标标准要要求进进行设设防的的建筑筑。简简称丙丙类。。4适度设设防类类：指使用用上人人员稀稀少且且震损损不致致产生生次生生灾害害，允允许在在一定定条件件下适适度降降低要要求的的建筑筑。简简称丁丁类。。三、各各抗震震设防防类别别建筑筑的抗抗震设设防标标准，，应符符合下下列要要求：：1标准设设防类类，应按本本地区区抗震震设防防烈度度确定定其抗抗震措措施和和地震震作用用，达达到在在遭遇遇高于于当地地抗震震设防防烈度度的预预估罕罕遇地地震影影响时时不致致倒塌塌或发发生危危及生生命安安全的的严重重破坏坏的抗抗震设设防目目标。。2重点设设防类类，应按高高于本本地区区抗震震设防防烈度度一度度的的要求求加强强其抗抗震措措施；；但抗抗震设设防烈烈度为为9度时应应按比比9度更高高的要要求采采取抗抗震措措施；；地基基基础础的抗抗震措措施，，应符符合有有关规规定。。同时时，应应按本本地区区抗震震设防防烈度度确定定其地地震作作用。。3特殊设设防类类，应按高高于本本地区区抗震震设防防烈度度提高高一度度的要要求加加强其其抗震震措施施；但但抗震震设防防烈度度为9度时应应按比比9度更高高的要要求采采取抗抗震措措施。。同时，，应按按批准准的地地震安安全性性评价价的结结果且且高于于本地地区抗抗震设设防烈烈度的的要求求确定定其地地震作作用。。4适度设设防类类，允许比比本地地区抗抗震设设防烈烈度的的要求求适当当降低低其抗抗震措措施，，但抗抗震设设防烈烈度为为6度时不不应降降低。。一般般情况况下，，仍应应按本本地区区抗震震设防防烈度度确定定其地地震作作用。。注：对对于划划为重重点设设防类类而规规模很很小的的工业业建筑筑，当当改用用抗震震性能能较好好的材材料且且符合合抗震震设计计规范范对结结构体体系的的要求求时，，允许许按标标准设设防类类设防防。四、本本标准准仅列列出主主要行行业的的抗震震设防防类别别的建建筑示示例；；使用用功能能、规规模与与示例例类似似或相相近的的建筑筑，可可按该该示例例划分分其抗抗震设设防类类别。。本标标准未未列出出的建建筑宜宜划为为标准准设防防类。。防灾救救灾建建筑一、本本章适适用于于城市市和工工矿企企业与与防灾灾和救救灾有有关的的建筑筑。二、防防灾救救灾建建筑应应根据据其社社会影影响及及在抗抗震救救灾中中的作作用划划分抗抗震设设防类类别。。三、医医疗疗建筑筑的抗抗震设设防类类别，，应符符合下下列规规定：：1三级医医院中中承担担特别别重要要医疗疗任务务的门门诊、、医技技、住住院用用房，，抗震震设防防类别别应划划为特特殊设设防类类。2二、三三级医医院的的门诊诊、医医技、、住院院用房房，具具有外外科手手术室室或急急诊科科的乡乡镇卫卫生院院的医医疗用用房，，县级级及以以上急急救中中心的的指挥挥、通通信、、运输输系统统的重重要建建筑，，县级级及以以上的的独立立采供供血机机构的的建筑筑，抗抗震设设防类类别应应划为为重点点设防防类。。3工矿企企业的的医疗疗建筑筑，可可比照照城市市的医医疗建建筑示示例确确定其其抗震震设防防类别别。四、消消防车车库及及其值值班用用房，，抗震震设防防类别别应划划为重重点设设防类类。五、20万人口口以上上的城城镇和和县及及县级级市防防灾应应急指指挥中中心的的主要要建筑筑，抗抗震设设防类类别不不应低低于重重点设设防类类。工矿企业业的防灾灾应急指指挥系统统建筑，，可比照照城市防防灾应急急指挥系系统建筑筑示例确确定其抗抗震设防防类别。。六、疾病预防防与控制制中心建建筑的抗抗震设防防类别，，应符合合下列列规定：：1承担研究究、中试试和存放放剧毒的的高危险险传染病病病毒任任务的疾疾病预防防与控制制中心的的建筑或或其区段段，抗震震设防类类别应划划为特殊殊设防类类。2不属于1款的县、、县级市市及以上上的疾病病预防与与控制中中心的主主要建筑筑，抗震震设防类类别应划划为重点点设防类类。七、作为为应急避避难场所所的建筑筑，其抗抗震设防防类别不不应低于于重点设设防类。。第二节结结构构抗震设设计的基基本思想想近20年来，世世界不少少国家的的抗震设设计规范范，都采采用了这这样一种种抗震设设计思想想：在建筑使使用寿命命期限内内，对不不同频度度和强度度的地震震，要求求建筑具具有不同同的抵抗抗地震的的能力。。即对较小小的地震震，由于于其发生生的可能能性大，，因此遭遭遇到这这种多遇遇地震时时，要求求结构不不受损坏坏，这在在技术和和经济上上都是可可以做到到的；对于罕遇遇的强烈烈地震，，由于其其发生的的可能性性小，当当遭遇到到这种地地震时，，要求做做到结构构不受损损坏，这这在经济济上是不不合算的的。比较较合理的的做法是是，应当当允许损损坏，但但在任何何情况下下结构不不应倒塌塌。一、建筑结构构的三水准抗震设防防要求建筑结构构采用三三个水准准进行抗抗震设防防，其要要求是：：“小震不不坏，中中震可修修，大震震不倒””。具体说是是：第一水准准，即多多遇地震震，从地地震出现现的频度度来看约约为50年一遇第一水准准-刚度设计计准则：：建筑在其其使用期期间，对对遭遇频频率较高高、强度度较低的的地震－－多遇地震震时，建筑筑不损坏坏，不需需要修理理，结构构应处于于弹性状状态。第一水准准，即多多遇地震震，从地地震出现现的频度度来看约约为50年一遇可以假定定结构服服从线性弹性性理论，用弹性性反应谱谱进行地震作用用计算，按按承载力力要求进进行截面面设计，，并控制制结构的的弹性变变形符合合规范要要求－主主要是为为了防止止较脆的的且只能能承受有有限变形形的非结结构构件的破破坏。第二水准准，即基基本烈度度设防地地震，从从地震出出现的频频度来看看约为475年一遇第二水准准－强度度设计准准则建筑结构构在基本本烈度的的地震作作用下，，允许结构构达到或或超过屈屈服极限限（钢筋混混凝土结结构会产产生裂缝缝），结结构产生生弹塑性性变形，，依靠结结构的塑塑性耗能能能力，，使结构构得以保保持稳定定保存下下来，经经过修复复还可使使用。第二水准准，即基基本烈度度设防地地震，从从地震出出现的频频度来看看约为475年一遇此时，结结构抗震震设计应应按变形形要求进进行。允允许非结结构构件件受到破破坏，但但必须保保证主要要结构构构件不受受明显损损坏，以以避免进进行困难难、昂贵贵的修复复工作。。要求结结构具有有足够的的强度。。第三水准准，即罕罕遇地震震，从地地震出现现的频度度来看约约为2000年一遇的的强烈地地震第三水准准－延性性设计准准则－要要求结构构能经受受较大的的非弹性性变形在预先估估计到的的罕见强强烈地震震作用下下，结构构进入弹弹塑性大大变形状状态，部部分产生生破坏，，但应防防止结构构倒塌，，避免危危及生命命安全。。这一阶阶段应考考虑防倒倒塌的设设计。二、二阶阶段抗震震设计二阶段抗抗震设计计是对三三水准抗抗震设计计思想的的具体实实施。通过二阶阶段设计计中第一一阶段对对构件截截面承载载力验算算和第二二阶段对对弹塑性性变形验验算，并并与概念念设计和和构造措措施相结结合，从从而实现现“小震震不坏、、中震可可修、大大震不倒倒”的抗抗震要求求。第一阶段段设计第一阶段段设计：：对于建建筑结构构，首先先应满足足第一、、二水准准的抗震震要求。。为此，首首先应按按多遇地地震(即第一水水准，比比设防烈烈度约低低1.55度)的地震动动参数计计算地震震作用，，进行结结构分析析和地震震内力计计算，考考虑各种种分项系系数。第一阶段段设计根据荷载载组合值值系数进进行荷载载与地震震作用产产生内力力的组合合，进行行截面配配筋计算算和结构构弹性位位移控制制。第一阶段段设计并相应采采取构造造措施保保证结构构的延性性，使之之具有与与第二水水准(设防烈度度)相应的变变形能力力，从而而实现““小震不不坏”和和“中震震可修””。这一阶段段设计对对所有抗抗震设计计的建筑筑结构都都必须进进行(图2-1)。确定场地类别和特征周期值确定结构形式,初选截面,计算重力荷载及其组合计算结构的动力特性计算结构地震作用:1.底部剪力法;2.振型分析法(非藕联或藕联);3.竖向地震作用(有些结构);4.动力时程分析法计算构件地震作用效应及其他荷载效应组合结构弹性位移控制及构件截面设计按规范要求采取抗震措施弹塑性变形验算结束第二阶段设计第二阶段段设计第二阶段段设计：：对地震时时抗震能能力较低低、容易易倒塌的的建筑结结构(例如纯框框架结构构)以及抗震震要求较较高的建建筑结构构(例如甲类类建筑)，要进行行易损部位(薄弱层)的弹塑性性变形验验算，第二阶段段设计并采取措措施提高高薄弱层层的承载载力或增增加变形形能力，，使薄弱弱层的塑塑性水平平变位不不超过允允许的变变位。这一阶段段设计主主要是对对甲类建建筑和特特别不规规则的结结构(图2-2)。第二阶段段设计求楼层屈服强度系数以确定楼层的薄弱部位计算层间弹塑性位移:1.简化法;2.时程分析法层间弹塑性位移验算改变截面或配筋采取增加延性的措施结束第三节结结构抗抗震设计计的基本本要求一、抗震震结构体体系抗震结构体体系要求求受力明确确、传力力合理且且传力路路线不间间断，使结构构的抗震震分析更更符合结结构在地地震时的的实际表表现，对对提高结结构的抗抗震性能能十分有有利，是是结构选选型与布布置结构构抗侧力力体系时时首先考考虑的因因素之一一。合理选择择结构体体系。对于钢钢筋混凝凝土结构构，一般般来说纯纯框架结结构抗震震能力较较差；框框架-剪力墙结结构性能能较好；；剪力墙墙结构和和筒体结结构具有有良好的的空间整整体性，，刚度也也较大，，历次地地震中震震害都较较小。平面布置置力求简简单、规规则、对对称，避避免应力力集中的的凹角和和狭长的的缩颈部部位；避避免在凹凹角和端端部设置置楼电梯梯间；避避免楼电电梯间偏偏置，以以免产生生扭转的的影响。。竖向体型型尽量避避免外挑挑，内收收也不宜宜过多、、过急，，力求刚刚度均匀匀渐变，，避免产产生变形形集中。。不仅主体体结构，，而且非非结构墙墙体(特别是砖砖砌体填填充墙)的不规则则、不连连续布置置也可能能引起刚刚度的突突变。二、抗震震结构的的承载力力/变形能力力/刚度结构的承承载力、、刚度要要适应在在地震作作用下的的动力要要求，并并应均匀匀连续分分布。在一般静静力设计计中，任任何结构构部位的的超强设设计都不不会影响响结构的的安全。。但是，在在抗震设设计中，，某一部部分结构构的超强强，就可可能造成成结构的的相对薄薄弱部位位。因此，抗抗震设计计中要严严格遵循循该强的的就强，，该弱的的就弱原原则，不不得任意意加强，，以及在施施工中以以大代小小、以高高钢号代代低钢号号改变配配筋，如如必须代代换时，，应按钢钢筋抗拉拉承载力力设计值值相等的的原则进进行换算算。顶层、中中间楼层层取消部部分墙柱柱形成大大空间层层后，要要调整刚刚度并采采取构造造加强措措施。底底层部分分剪力墙墙变为框框支柱或或取消部部分柱子子后，比比上层刚刚度削弱弱更为不不利，应应专门考考虑抗震震措施。。高层建筑筑突出屋屋面的塔塔楼必须须具有足足够的承承载力和和延性，，以承受受高振型型产生的的鞭梢效效应影响响。必要要时可以以采用钢钢结构或或型钢混混凝土结结构。节点的承承载力和和刚度要要与构件件的承载载力与刚刚度相适适应。节节点的承承载力应应大于构构件的承承载力。。要从构构造上采采取措施施防止反反复荷载载作用下下承载力力和刚度度过早退退化。构件设计计应采取取有效措措施防止止脆性破破坏，保保证构件件有足够够的延性性。脆性性破坏指指剪切、、锚固和和压碎等等突然而而无事先先警告的的破坏形形式。设计时应应保证抗抗剪承载载力大于于抗弯承承载力，，按“强强剪弱弯弯”的方方针进行行配筋。。为提高构构件的抗抗剪和抗抗压能力力，加强强约束箍箍筋是有有效措施施。保证地基基基础的的承载力力、刚度度和有足足够的抗抗滑移、、抗转动动能力，，使整个个高层建建筑成为为一个稳稳定的体体系，防防止产生生过大的的差异沉沉降和倾倾覆。保证结结构有有足够够刚度度，限限制顶顶点和和层间间位移移。在小震震时，应防防止过过大位位移使使结构构开裂裂，影影响正正常使使用；；中震时时，应保保证结结构不不致于于严重重破坏坏，可可以修修复；；在强震震下，结构构不应应发生生倒塌塌，也也不能能因为为位移移过大大而使使主体体结构构失去去稳定定或基基础转转动过过大而而倾覆覆。三、抗抗震结结构的的弹性性水平平位移移控制制弹性位位移角角控制制－层层间位位移角角限值值:即需满满足层层间位位移角角的限值值。指指最大层层间位位移与层高高之比比，第第i层的指指第i层和第第i－1层在楼楼层平平面各各处位位移差差中的最最大值值。由于建建筑结结构在在水平平力作作用下下几乎乎都会会产生生扭转转，所所以的的最最大值值一般般是在在结构构单元元的边边角部部位。。层间位位移角角不扣扣除整整体弯弯曲转转角产产生的的侧移移，抗抗震时时可不不考虑虑质量量偶然然偏心心的影影响。。高度不不大于于150m的高层层建筑筑，参参见JGJ3－2002；超过250m的高层层建筑筑＝＝1/500；150－250m的高层层建筑筑按线线性插插值考考虑。。层间位位移角角控制制是为为保证证在正正常使使用条条件下下结构构具有有必要要的刚刚度，，具体为为：保保证主主结构构处于于弹性性受力力状态态，对对钢筋筋砼结结构来来讲，，要避避免砼砼墙或或柱出出现裂裂缝；；同时时，将将砼梁梁等楼楼面构构件的的裂缝缝数量量、宽宽度和和高度度限值值在规规范允允许范范围内内。保保证填填充墙墙、隔隔墙、、和幕幕墙等等非结结构构构件的的完好好，避免产产生明明显损损伤。。四、抗抗震结结构的的多道道抗震震防线线抗震结结构在在设计计上和和构造造上实实现多多道设设防。。如框框架结结构采采用强强柱弱弱梁设设计，，梁屈屈服后后柱仍仍能保保持稳稳定；；框架架-剪力墙墙结构构设计计成连连梁首首先屈屈服，，然后后是墙墙肢，，框架架作为为第三三道防防线；；剪力墙墙结构构通过过构造造措施施保证证连梁梁先屈屈服，，并通通过空空间整整体性性形成成高次次超静静定等等。高层建建筑避避免采采用纯纯框架架结构构。多道抗抗震防防线指指的是是：第一，，一个个抗震震结构构体系系，应应由若若干个个延性性较好好的分分体系系组成成，并并由延延性较较好的的结构构构件件连接接起来来协同同工作作。如框架架-抗震墙墙体系系是由由延性性框架架和抗抗震墙墙二个个系统统组成成；双双肢或或多肢肢抗震震墙体体系由由若干干个单单肢墙墙分系系统组组成。。第二，，抗震震结构构体系系应有有最大大可能能数量量的内内部、、外部部赘余余度，，有意意识地地建立立起一一系列列分布布的屈屈服区区，以以使结结构能能吸收收和耗耗散大大量的的地震震能量量，一一旦破破坏也也易于于修复复。五、抗抗震薄薄弱层层/部位的的概念念，也也是抗抗震设设计中中的重重要概概念，，包括括：结构在在强烈烈地震震下不不存在在强度度安全全储备备，构件的的实际际承载载力分分析(而不是是承载载力设设计值值的分分析)是判断断薄弱弱层(部位)的基础础；要使楼楼层（（部位位）的的实际际承载载力和和设计计计算算的弹弹性受受力之之比在在总体体上保保持一一个相相对均均匀的的变化化，一一旦楼楼层（（或部部位））的这这个比比例有有突变变时，，会由由于塑塑性内内力重重分布布导致致塑性性变形形的集集中；；要防止止在局局部上上加强强而忽忽视整整个结结构各各部位位刚度度、强强度的的协调调；在抗震设计中中有意识、有有目的地控制制薄弱层(部位)，使之有足够够的变形能力力又不使薄弱弱层发生转移移，这是提高高结构总体抗抗震性能的有有效手段。六、抗震结构构的地震作用用地震的作用是是相当复杂的的，带有很多多不确定因素素。即使在相相同的设防烈烈度下(相同时)，不同的地震震波使建筑产产生的反应不不同，而且离离散性很大。现行抗震规范范给出的反应应谱曲线，也也只是很多不不同地震的实实际反应谱的的平均数值，，因此，将来来遇到实际的的地震时，其其地震作用可可能低于规范范计算的数值值，也可能高高于这一数值值，不能认为为按反应谱曲曲线计算得到到的地震作用用就是真正的的、确实的数数值。所以，结构抗抗震设计必须须多方面考虑虑，并留有充充分的余地。与风荷载作用用的时间(常为几十分钟钟至几个小时时)相比，地震作作用的时间是是非常短促的的，一次地震震往往只经历历几十秒钟，，其中最强烈烈的振动可能能只有几秒钟钟。地震持续时间间越长，破坏坏越严重。1985年9月墨西哥地震震最大加速度度达0.2g（g为重力加速度度），持续时时间长达3min之久，因而造造成了严重的的损失。衡量地震作用用强烈程度目目前常用地面面运动的最大大加速度作为为标志，它就就是建筑抗震震设计时的基基础输入最大大加速度，其其单位为重力力加速度g（9.81m/s2）或Gal（gal＝10mm/s2），大体上，7度相当于最大大加速度为100Gal，8度相当于200Gal，9度相当于400Gal。结构自振周期期应与地震动动卓越周期错错开，避免共共振造成灾害害。地震动卓卓越周期又称称地震动主导导周期，是根根据地震时某某一地区地面面运动记录计计算出的反应应谱的主峰值值位置所对应应的周期，它是地震震源源特性、传播播介质和该地地区场地条件件的综合反应应，并随场地地覆盖土层增增厚变软而加加长。在地震时，结结构因地面振振动而产生惯惯性力，使建建筑产生内力力，振动建筑筑会产生位移移、速度和加加速度。地震力大小与与建筑的质量量与刚度有关关。在同等的的烈度和场地地条件下，建建筑的重量越越大，受到地地震力也越大大，因此减小小结构自重不不仅可以节省省材料，而且且有利于抗震震。同样，结构刚刚度越大、周周期越短，地地震作用也大大，因此，在在满足位移限限值的前提下下，结构应有有适宜的刚度度。适当延长长建筑的周期期，从而降低低地震作用，，这会取得很大的经济效效益。目前，大多数数建筑在抗震震设计时，只只对平面两个个正交方向分分别进行单向向地震作用计计算，不考虑虑双向、甚至至三向地震的的藕联作用。。实际上地震是是非常复杂的的三维振动，，不仅在水平平方向上x向与y向同时时进行行振动动，而而且还还有显显著的的竖向向(z向)振动。。仅就水水平方方向上上的振振动而而言，，也是是极不不规则则的。。竖向向振动动最大大加速速度可可达到到水平平地震震加速速度的的50％-60％，它它对高高层建建筑、、长悬悬臂结结构和和大跨跨度结结构都都有显显著的的影响响。地震对对建筑筑作用用的显显著特特点是是与建建筑本本身和和场地地土的的动力力特性性有关关。七、抗抗震结结构的的延性性有抗震震设防防要求求的建建筑结结构设设计，，除要要考虑虑正常常使用用时的的竖向向荷载载、风风荷载载以外外，还还必须须使结结构具具有良良好的的抗震震性能能，做做到小小震时时不坏坏，中中震可可时修修，大大震时时不倒倒塌。。即当遭遭遇到到相当当于设设防烈烈度的的地震震时，，有小小的损损坏，，经一一般修修理仍仍能继继续使使用；；当遭遭遇超超设防防烈度度强震震时，，结构构有损损坏，，但不不致使使人民民生命命财产产和重重要机机电设设备遭遭受破破坏，，使结结构做做到裂裂而不不倒。。建筑结结构是是否具具有耐耐震能能力，，主要要取决决于结结构所所能吸吸收和和消耗耗的地地震能能量。。结构抗抗震能能力是是由承承载力力和变变形能能力两两者共共同决决定的的。当结构构承载载力较较小，，但具具有很很大延延性，，所能能吸收收的能能量多多，虽虽然较较早出出现损损坏，，但能能经受受住较较大的的变形形，避避免倒倒塌。。但是，，仅有有较大大承载载力而而无塑塑性变变形能能力的的脆性性结构构，吸吸收的的能量量少，，一旦旦遭遇遇超过过设防防烈度度的地地震作作用时时，很很容易易因脆脆性破破坏使使房屋屋造成成倒塌塌。一个构构件或或结构构的延延性用用延性系系数表达，，一般般用其其最大大允许许变形形与与屈屈服变变形的的比值值表达达，变变形可可以是是线位位移、、转角角或层层间侧侧移，，其相相应的的延性性，称称之为为线位位移延延性、、角位位移延延性和和相对对位移移延性性。结构延延性的的表达达式：,设为为结结构屈服时时荷载载；则为为结结构屈服荷荷载所所对应应的变变形；为结构构极限荷荷载；为结构极极限荷荷载或或降低低10％时时所对对应的的最大大允许许变形(或)。钢筋混混凝土土是一一种弹弹塑性性材料料，钢钢筋混混凝土土结构构具有有塑性性变形形的能能力，，当地地震作作用下下结构构达到到屈服服以后后，利利用结结构塑塑性变变形来来吸收收能量量。增增加结结构的的延性性，不不仅能能削减减地震震反应应，而而且提提高了了结构构抗御御强烈烈地震震的能能力。。结构或或构件件的延延性是是通过过试验验测定定的，，是由由采取取一系系列的的构造造措施施实现现的。。因此，，在结结构抗抗震设设计中中必须须严格格执行行规范范、规规程中中有关关的构构造要要求。。从保证证延性性的重重要性性而言言，抗抗震结结构的的构造造措施施比计计算更更重要要。建筑钢钢筋混混凝土土结构构的延延性要要求为为。。为为了保保证结结构的的延性性，构构件要要有足足够的的截面面尺寸寸，柱柱的轴轴压比比，梁梁和剪剪力墙墙的剪剪压比比，构构件截截面配配筋率率要适适宜，，应遵遵照规规范、、规程程的规规定要要求。。合理地地控制制结构构的非非弹性性部位位(塑性铰铰区)，掌握握结构构的屈屈服过过程及及最后后形成成的屈屈服机机制。。要采采取有有效措措施防防止过过早的的混凝凝土剪剪切破破坏、、钢筋筋锚固固滑移移和混混凝土土压碎碎等脆性性破坏坏。为保证证混凝凝土与与钢筋筋共同同工作作，必必须使使钢筋筋有足足够的的锚固固长度度和混混凝土土保护护层厚厚度。。在设设计中中无论论柱、、梁的的纵向向钢筋筋、墙墙的分分布钢钢筋和和楼板板钢筋筋，直直径宜宜细不不宜粗粗，间间距宜宜密不不宜稀稀。合理设设置防防震缝缝。一一般情情况下下宜采采取调调整平平面形形状与与尺寸寸，加加强构构造措措施，，设置置后浇浇带等等方法法尽量量不设设缝、、少设设缝。。必须须设缝缝时必必须保保证有有足够够的宽宽度。。第四节节结结构的的抗震震性能能一、构构件的的抗震震性能能一般认认为：：当构构件吸吸收到到一定定值的的地震震能量量以后后，便便会破破坏。。所吸吸收的的能量量E可由力力-位移曲曲线的的面积积来表表示。。当结构构是完完全弹弹性时时，位位移是是直线线关系系(图-1)，当的的面积积达到到一定定数值值时，，构件件破坏坏；如如果构构件有有一定定的塑塑性变变形能能力，，则当当吸收收的地地震能能量相相同时时，受受到的的地震震力较较小(图-2)；塑性性变形形的能能力越越大，，则受受到地震力力越小小(图-3)。如图-1这种弹弹性变变形的的构件件，是是以承承载力力为抗抗震能能力；；而图-2和图-3这样的的构件件，具具有较较强的的弹塑塑性变变形能能力，，则是是以非非线性性变形形(延性)作为抗抗震能能力。。在的的条条件下下，有有,相应地地。。即是说说，可可利用用构件件的变变形能能力来来降低低地震震的作作用。。如上所所述，，将构构件破破坏时时变形形与屈屈服时时变形形的比比值称称为构构件的的延性性系数数。延延性系系数越越大，，结构构在强强震作作用下下可以以忍受受大的的塑性性变形形而不不破坏坏倒塌塌，可可以使使地震震作用用更多多地降降下来来。因因此高高层建建筑结结构的的设计计和配配筋构构造都都要保保证它它具有有足够够的延延性。。构件的延性性由以下因因素来保证证：足够的截面面尺寸；适宜的配筋筋；充分的构造造措施。二、整个结结构的抗震震性能结构整体的的抗震性能能取决于如如下因素：：各构件的承承载能力和和变形性能能；构件之间连连接构造的的合理性；；结构的稳定定性；结构的整体体性和空间间工作能力力；设有多道抗抗震设防系系统；非主要构件件的抗震能能力。当结构按保保证强度(承载力)和保证变形形(延性)两种方法来来进行抗震震设计时，，各种应考考虑的因素素如下所示示:从根本上说说，建筑结结构的抗震震验算应该该是在强烈烈地震下弹弹塑性变形形能力和承承载力极限限状的验算算。强烈地震下下结构构件件的安全性性主要取决决于承受变变形的能力力，而不仅仅仅是承载载力。结构构件所所需的变形形能力与结结构构件所所具有的最最大承载力力也是有密密切联系的的，而且是是随结构类类型和构件件在结构中中所处部位位的不同而而不同的。。砌体结构的的变形能力力较小，实实现大震不不倒需要有有相对较高高的承载力力；而变形能力力较好的钢钢结构，所所需的承载载力则可能能较低些。。房屋结构的的抗震验算算，与非抗抗震设计的的明显差异异，主要表表现在验算算范围、作作用效应组组合和承载载力计算三三个方面。。第五节结结构抗震的的概念设计计随着建筑功功能的多样样化和城市市发展的需需要：(1)建筑的层数数越来越多多高度越来来越大(2)平面布置和和立面布置置越来越复复杂计算机技术术和结构分分析软件的的发展(1)普及(2)结构计算分分析的精确确度越来越越高(3)费用下降若结构严重重不规则、、整体性差差,仅按目前的的结构设计计计算水平平将难以保保证结构的的抗震性能能设计中不能能陷入只凭凭计算的误误区，应特特别重视规规范规程中中有关结构构概念设计计的各种规规定。结构抗震概概念设计对对结构的抗抗震性能将将起决定性性作用，因因此，结构抗震设设计首先必必须遵循正正确的抗震震概念设计计的思路，，满足抗震震概念设计计的要求，，以此为基基础，再辅辅以必要的的抗震计算算。抗震计算当然是很重重要的，不不可缺少的的。但概念设计是抗震计算的前提和基基础。概念设计与抗震计算相比，起着着更为决定定性的作用用，主要原原因如下：：地震地面运运动的不确确定性由于当代科科技水平的的限制，作作为抗震计算依据的设防烈度或相应的设计基本地地震加速度度的划分，还还难以十分分确切。地震时，地地震波从震震源(断层)传递至地面面，必须经经过基岩的的折射，土土层中的非非线性传播播，不同土土层的滤波波等，是一一个极为复复杂的、多多变的、非非线性的过过程，导致致地面运动动的特征及及地面加速速度难以准准确确定。。例如，美国国学者曾分分析了El-centro台站上的15次地震记录录后指出，，不同震源源引起的地地震加速度度反应谱差差别很大。。作为世界界上对工程程地震的研研究最富有有成果的美国国圣费尔南南多(SanFernando)地区，在圣圣费尔南多多地震中，，竟然有60％的发震断断层从未被被发现过。。近几十年来来我国发生生的大地震震，大多数数超过了原原定的设防烈度，原为6度的地区，，却发生了了远远超过过6度的地震，，造成严重重的社会影影响和重大大的经济损损失。例如，原来都为6度的地区，1966年3月22日的河北邢邢台地震，，高达10度；1969年7月26日广东阳江江地震，高高达8度；1975年2月4日辽宁海城城地震，高高达9度；1976年7月28日河北唐山山地震，高高达11度。因此，设计计者如果仅仅仅依据设防烈度进行的抗震计算结果完成抗抗震设计，，有时是难难以确保安安全的。地震时地面面运动的复复杂性及对对结构的复复杂影响尚尚未被掌握握地震时地面面运动一般般可分解为为6个自由度,但世界各国国至今只记记录到最简简单的水平平分量和竖竖向分量的的地面运动动记录，尚未记录到到对结构破破坏也有很很大影响的的扭转分量量的地面运运动记录，，至于其他他多种多样样的复杂的的地面运动动分量及其其组合作用用，至今尚尚远未被人人们所掌握握。而目前的抗震计算，只是按照照最简单的的水平或竖竖向进行计计算，显然然与复杂地地面运动的的实际作用用有所差别别。地震时不同同地面运动动导致结构构破坏的机机理的复杂杂性也尚未未被掌握例如，美国国1971年2月9日圣费尔南南多地震中中，地面记记录显示有有两个加速速度峰值的的脉冲，第第一个脉冲冲的加速度度值为0.06g，第二个脉冲的的加速度值值为1.25g，按照抗震计算的规定，必必须取第二二个脉冲作作为最不利利的计算值值，但对某某医院的地地震记录及及分析表明明，造成该该建筑物破破坏的是第第一个脉冲冲。类似的的复杂例子子不胜枚举举。所以，根据据目前的抗震计算所得到的结结果，有时时存在较大大的误差。。结构抗震计计算理论目目前尚未能能充分反映映地震时结结构反应及及破坏的复复杂过程地震时结构构的破坏是是一个不断断变化的非非线性的、、累积性的的复杂过程程，包括结构及及构件从出出现裂缝至至严重损坏坏过程各种种动力特性性(结构基本周周期、刚度度、阻尼等等)的非线性变变化；结构薄弱层层或塑性铰铰的出现、、变形集中中或转移而而导致结构构刚度和内内力的重分分布；结构不同方方向构件的的空间作用用、藕联作作用、填充充墙及其他他非结构构构件的影响响等等。目前的抗震震计算理论论及相应的的抗震计算算程序均把把这些很复复杂的影响响因素简单单化或予以以忽略，导导致某些结结构抗震计算的分析结果果与地震时时结构的实实际反应差差别较大。。因此，仅仅仅根据抗震计算结果而完成成的抗震设设计，有时时是片面的的，甚至是是不安全的的。只有建建立在正确确的概念设计基础上并辅辅以必要的的抗震计算算而完成的的抗震设计计，才能使使结构具有有较可靠的的抗震性能能。因为概念设计是根据结构构经历真实实地震考验验的经验总总结或大型型地震模拟拟试验的分分析结果而而建立的，，有些规律律是目前的的理论分析析或理论计计算所难以以解释或难难以准确计计算的。结构抗震概概念设计的的目标是使使整体结构构能发挥耗耗散地震能能量的作用用，避免结结构出现敏敏感的薄弱弱部位，地地震能量的的耗散仅集集中在极少少数薄弱部部位，导致致结构过早早破坏。现有抗震设设计方法的的前提之一一是假定整整个结构能能发挥耗散散地震能量量的作用。。在此前提下下，才能以以多遇地震震作用进行行结构计算算，构件设设计并加以以构造措施施，或采用用动力时程程分析进行行验算，试试图达到罕罕遇地震作作用下结构构不倒塌的的目标。一、结构的的简单性结构的简单单是指结构在在地震作用用下具有直直接和明确确的传力途途径，结构构的计算模模型、内力力和位移分分析以及限限制薄弱部部位出现都都易于把握握，对结构构抗震性能能的估计也也比较可靠靠。二、结构的规则则和均匀性性沿建筑竖向向，建筑造型型和结构布布置比较均均匀，避免免刚度、承承载能力和和传力途径径的突变，，以限制结结构在竖向向某一楼层层或极少数数几个楼层层出现敏感感的薄弱部部位。这些些部位将产产生过大的的应力集中中或过大的的变形，容容易导致结结构过早地地倒塌。建筑平面比较规则，，平面内结结构布置比比较均匀，，使建筑分分布质量产产生的地震惯性力力能以比较较短和直接接的途径传传递，并使质量量分布与结结构刚度分分布协调，，限制质量量与刚度之之间的偏心心。建筑平面规规则、结构构布置均匀匀，有利于于防止薄弱弱的子结构构过早破坏坏、倒塌，，使地震作作用能在各各子结构之之间重分布布，增加结结构的赘余余度数量，，发挥整个个结构耗散散地震能量量的作用。。三、结构的刚度度和抗震能能力水平地震作作用是双向向的，结构构布置应使使结构能抵抵抗任意方方向的地震震作用。通通常，可使使结构沿平平面上两个个主轴方向向具有足够够的刚度和和抗震能力力。结构的的抗震能力力则是结构构承载力及及延性的综综合反映。。结构构刚刚度度选选择择时时，，虽虽可可考考虑虑场场地地特特征征，，选选择择结结构构刚刚度度,以减减少少地地震震作作用用效效应应，，但但也也要要注注意意控控制制结结构构变变形形的的增增大大，，过过大大的的变变形形将将会会因因效效应应过过大大而而导导致致结结构构破破坏坏。。结构构除除需需要要满满足足水水平平方方向向的的刚刚度度和和抗抗震震能能力力外外，，还还应应具具有有足足够够的的抗抗扭扭刚刚度度和和抵抵抗抗扭扭转转振振动动的的能能力力。。现有有抗抗震震设设计计计计算算中中不不考考虑虑地地震震地地面面运运动动的的扭扭转转分分量量，，在在概概念念设设计计中中应应注注意意提提高高结结构构的的抗抗扭扭刚刚度度和和抵抵抗抗扭扭转转振振动动的的能能力力。四、、结构构的的整整体体性性高层层建建筑筑结结构构中中，，楼楼盖盖对对于于结结构构的的整整体体性性起起到到非非常常重重要要的的作作用用。。楼楼盖盖相相当当于于水水平平隔隔板板，，它它不不仅仅聚聚集集和和传传递递惯惯性性力力到到各各个个竖竖向向抗抗侧侧力力子子结结构构，，而且且要要使使这这些些子子结结构构能能协协同同承承受受地地震震作作用用，，特特别别是是当当竖竖向向抗抗侧侧力力子子结结构构布布置置不不均均匀匀或或布布置置复复杂杂或或各各抗抗侧侧力力子子结结构构水水平平变变形形特特征征不不同同时时，，整整个个结结构构就就要要依依靠靠楼楼盖盖使使各各抗抗侧侧力力子子结结构构能能协协同同工工作作。。楼盖盖体体系系最最重重要要的的作作用用是是提提供供足足够够的的面面内内刚刚度度和和抗抗力力，，并并与与竖竖向向各各子子结结构构有有效效连连接接，，当当结结构构空空旷旷、、平平面面狭狭长长或或平平面面凹凹凸凸不不规规则则或或楼楼盖盖开开大大洞洞口口时时，，更更应应特特别别注注意意。。设计计中中不不能能误误认认为为，，在在多多遇遇地地震震作作用用计计算算中中考考虑虑了了楼楼板板平平面面内内弹弹性性变变形形影影响响后后，，就就可可削削弱弱楼楼盖盖体体系系。。高层层建建筑筑基基础础的的整整体体性性以以及及基基础础与与上上部部结结构构的的可可靠靠连连接接是是结结构构整整体体性性的的重重要要保保证证。。地震震作作用用效效应应基基本本组组合合中中，，含含有有考考虑虑抗抗震震概概念念设设计计等等的的各各种种效效应应调调整整系系数数。。例如如用用周周期期折折减减系系数数来来反反映映某某些些难难以以准准确确计计算算的的构构件件刚刚度度的的影影响响；；出屋面小小建筑地地震剪力力的增大大；楼层层地震剪剪力在抗抗侧力构构件之间间考虑楼楼盖平面面内变形形和多道道防线的的分配；；交叉支支撑中拉拉压杆的的内力调调整；刚刚度突变变的软弱弱层地震震剪力调调整；竖竖向不连连续构件件传递给给水平转转换构件件的地震震内力调调整等等等。混凝土结结构抗震震措施中中规定的的内力调调整，例例如强柱柱弱梁和和强剪弱弱弯的内内力调整整，是在在基本组组合后进进行调整整，也属属于考虑虑抗震概概念设计计的效应应调整。。第六节多多高层层建筑结结构计算算软件的的基本要求求多高层建建筑结构构是复杂的的三维空空间受力力体系，，计算分分析时应应根据结结构实际际情况，，选取能能较准确确地反映映结构中中各构件件的实际际受力状状况的力力学模型型。对于平面面和立面面布置简简单规则则的框架架结构、、框架-剪力墙结结构宜采采用空间间分析模模型，可可采用平平面框架架空间协协同模型型；对剪力墙墙结构、、筒体结结构和复复杂布置置的框架架结构、、框架-剪力墙结结构应采采用空间间分析模模型。目前国内内商品化化的结构构分析软软件所采采用的力力学模型型主要有有：空间间杆系模模型、空空间杆-薄壁杆系系模型、、空间杆杆-墙板元模模型及其其他组合合有限元元模型。。多高层建建筑按空空间整体体工作计计算时，，不同计计算模型型的梁、、柱自由由度是相相同的：：梁的弯弯曲、剪剪切、扭扭转变形形，当考考虑楼板板面内变变形时还还有轴向向变形；；柱的弯弯曲、剪剪切、轴轴向、扭扭转变形形。当采用空空间杆-薄壁杆系系模型时时，剪力力墙自由由度考虑虑弯曲、、剪切、、轴向、、扭转变变形和翘翘曲变形形；当采采用其他他有限元元模型分分析剪力力墙时，，剪力墙墙自由度度考虑弯弯曲、剪剪切、轴轴向、扭扭转变形形。高层建筑筑层数多多、重量量大，墙墙、柱的的轴向变变形影响响显著，，计算时时应考虑虑。构件内力力是与其其变形相相对应的的，分别别为弯矩矩、剪力力、轴力力、扭矩矩等，这这些内力力是构件件截面承承载力计计算的基基础，如如梁的弯弯、剪、、扭，柱柱的压(拉)、弯、剪剪、扭，，墙肢的的压(拉)、弯、剪剪，等等等。在内力与与位移计计算中，，型钢混混凝土和和钢管混混凝土构构件宜按按实际情情况直接接参与计计算，此此时，要要求计算算软件具具有相应应的计算算单元。。对结构中中只有少少量型钢钢混凝土土和钢管管混凝土土构件时时，也可可等效为为混凝土土构件进进行计算算，比如如可采用用等刚度度原则。。构件的的截面设设计应按按国家现现行有关关标准进进行。根据具体体工程情情况，选选择使用用合适、、可靠的的计算分分析软件件。对计算软软件产生生的计算算结果从从力学概概念和工工程经验验等方面面加以分分析判断断，确认认其合理理性和可可靠性，，方可用用于工程程设计。。工程经验验上的判判断一般般包括：：结构整整体位移移、结构构楼层剪剪力、振振型形态态和位移移形态、、结构自自振周期期、超筋筋超限情情况等。。对关键的的抗震薄薄弱部位位和构件件，抗震震承载力力必须满满足要求求，必要要时应采采用手算算复核，，避免电电算结果果因计算算模型不不完全符符合实际际而造成成安全隐隐患。第七节建建筑结结构的抗抗震等级级(JGJ3－2001高层砼规规程)多高层房房屋适用用高度和和高宽比比的确定定(1)钢筋混凝凝土高层层建筑结结构的最最大适用用高度和和高宽比比分为A级和B级。B级高度高层建筑筑结构的的最大适适用高度度和高宽宽比较A级有所放宽宽，其结结构抗震震等级和和有关的的计算、、构造措措施应符符合高规相应条文文的规定定。多层建筑筑结构只只有A级适用高高度。(2)A级高度钢钢筋混凝凝土高层层建筑的的最大适适用高度度宜符合合高规表4.2.2-1的规定，，具有较较多短肢肢剪力墙墙的剪力力墙结构构的最大大适用高高度应符符合高规第7.1.2条的规定。。框架-剪力墙、、剪力墙墙和筒体体结构高高层建建筑，其其高度超超过高规表4.2.2-1规定时为为B级高度高高层建筑筑。B级高度度钢筋筋混凝凝土乙乙类和和丙类类高层层建筑筑的最最大适适用高高度应应符合合高规表表4.2.2-2的规定定。(3)高层建建筑的的高宽宽比，，是对对结构构刚度度、整整体稳稳定、、承载载能力力和经经济合合理性性的宏宏观控控制。。A级高度度高层层建筑筑的高高宽比比限值值见高规表表4.2.3-1，B级高度度高层层建筑筑的高高宽比比限值值见高规表表4.2.3-2。在复杂体型型的高层建建筑中，如如何计算