建筑结构抗震设计T3

23建筑结构抗震设计3.1

结构抗震概念设计3.2混凝土结构房屋抗震设计3.3砌体结构房屋抗震设计3.4钢结构房屋抗震设计23建筑结构抗震设计3.1

结构抗震概念设计3.2混凝土结构房屋抗震设计3.3砌体结构房屋抗震设计3.4钢结构房屋抗震设计

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。

结构抗震概念设计3.1为什么要进行结构抗震概念设计？结构抗震概念设计3.1

1、地震动的不确定性

2、地震破坏作用和结构地震破坏机理的复杂性

3、结构计算模型的各种假定与实际情况不符一、选择抗震有利的地段

地震地质灾害单靠工程措施是很难达到预防目的的，或者所花代价昂贵。选择建筑场地时，宜选择对建筑抗震有利的地段；对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。《住宅设计规范》GB50096规定，严禁在危险地段建造住宅。结构抗震概念设计3.1抗震有利地段稳定的基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土结构抗震概念设计3.1抗震危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等以及发震断裂带上可能发生地表错位的部位结构抗震概念设计3.1结构抗震概念设计3.1图断层和断裂带“有地震必有断层，有断层必有地震”断裂及其工程影响结构抗震概念设计3.1地质调查结果：沿龙门山中央主断裂带的地表破裂从映秀镇至北川长200km；沿龙门山山前断裂带的地表破裂从都江堰至汉旺镇长40km。(图源：张培震,2008)汶川地震的启示和教训震后映秀镇航拍照片(图源：新华社,2008)位于地震断层的建筑，由于地震断错和地面强大振动，带来房屋毁灭性坍塌。结构抗震概念念设计3.1彭州市白鹿镇镇中心学校地地面隆起2m,隆起带穿过的的建筑物倒塌塌图源：汶川震震害研讨会《汶川大地震引引发建筑结构构设计者的思思考》冯远中国国建筑西南设设计研究院有有限公司2008.9.5结构抗震概念念设计3.11227m倒塌小渔洞镇房屋屋破坏与断层层距100m严重220m中等1500m轻微山体滑坡是斜斜坡体上岩土土体沿一定的的滑动面作整整体下滑的地地质现象,对山地植被、、居民生活、、交通运输、、工农业生产产等具有严重重的破坏作用用,而且治理难度度大、费用高高。山体滑坡结构抗震概念念设计3.1震后的北川县县城，右边山山体产生的巨巨大滑坡冲毁毁了大片建筑筑。王家岩滑坡新北川中学滑滑坡老县城新县城黄润秋提供在山区选址时时，应踏勘，，发现有山体体崩塌、巨石石滚滚等潜在在危险的地段段，不能建房房。图源：《地震工程与工工程振动汶川川地震图片》2.2.GEOLOGICALHAZARD结构抗震概念念设计3.1泥石流结构抗震概念念设计3.1甘肃舟曲抗震不利地段段就地形而言：：条状突出的山山嘴，高耸孤孤立的山丘，，山梁的顶部部，高差较大大的台地边缘缘结构抗震概念念设计3.1地理位置的放放大作用孤山效应：国内多次大地地震的调查资资料表明，局局部地形条件件是影响建筑筑物破坏程度度的一个重要要因素。房屋震害指数数与局部地形形的关系曲线线结构抗震概念念设计3.1就场地土质而而言：软弱土，古河河道、疏松的的断层破碎带带、暗埋的塘塘浜沟谷和半半填半挖地基基等平面分布布上成因、岩岩性、状态明明显不均匀的的土层（如故故河道、疏松松的断层破碎碎带、暗埋的的塘浜沟谷和和半填半挖地地基）。结构抗震概念念设计3.1图汶川地震震某住宅楼因因边坡避让距距离不足导致致的开裂破坏坏集集地震断层层造成边坡滑滑动使民宅横向移动动10m垂直落差约6m1、选择抗震有有利的建筑场场地和地基时时应注意以下下几点：（1）选择薄的场地地覆盖层。对于柔性建筑筑，厚土层上上的震害重，，薄土层上的的震害轻，直直接座落在基基岩上的震害害更轻。（2）选择坚实的场场地土。震害表明，场场地土刚度大大，则房屋震震害指数小，，破坏轻；刚刚度小，则震震害指数大，，破坏重。故故应选择具有有较大平均剪剪切波速的坚坚硬场地土。。二、选择抗震震有利的建筑筑场地和地基基结构抗震概念念设计3.1（3）将建筑物的自自振周期与地地震动的卓越越周期错开，，避免共振。。震害表明，如如果建筑物的的自振周期与与地震动的卓卓越周期相等等或相近，建建筑物的破坏坏程度就会因因共振而加重重。结构抗震概念念设计3.11985年墨西哥地地震中高层层建筑倒塌塌图片结构抗震概概念设计3.1（4）采取基础隔隔震或消能能减震措施施。利用基础隔隔震或消能能减震技术术改变结构构的动力特特性，减少少输入给上上部结构的的地震能量量，从而达达到减小主主体结构地地震反应的的目的。结构抗震概概念设计3.1震源隔震建筑结构抗震概概念设计3.1ELcentro加速度反应应谱ELcentro位移谱隔震动力学学原理结构抗震概概念设计3.1隔震结构隔隔震机理理地震震中表现传统房屋地震时激激烈晃动房屋加速度度放大100%250%梁柱裂,内部装饰,设备破坏隔震房屋地震时缓缓慢平动(长周期)房屋加速度度减少100%40%结构弹性(变形集中在在柔软支座座)保护结构和和内部装饰,设备隔震/不隔震=1/6结构抗震概概念设计3.1（4）采取基础隔隔震或消能能减震措施施。利用基础隔隔震或消能能减震技术术改变结构构的动力特特性，减少少输入给上上部结构的的地震能量量，从而达达到减小主主体结构地地震反应的的目的。结构抗震概概念设计3.1为克服传统统抗震方法法的缺陷，，结构振动动控制技术术逐渐发展展起来，它它是通过在在结构的适适当位置安安装消能减减振装置，，利用这些些装置的耗耗能来减小小结构在强强震和大风风作用下的的振动反应应，以此保保护民众人人身财产安安全。结构控制就就是通过调调整结构的的自振频率率ω或自振周期期T（通过改变变K，M）或增大阻阻尼C，或施加控控制力F(t)，以大大减减少结构在在地震（或或风）作用用下的反应应。结构抗震概概念设计3.1三、有利的的房屋抗震震体型1、选择对抗抗震有利的的建筑平面面和竖向不规则建筑筑——主要根据体体型（平面面和立面））、刚度和和质量沿平平面、高度度的不同等等因素进行行判别。结构构抗抗震震概概念念设设计计3.1从有有利利于于建建筑筑抗抗震震的的角角度度出出发发，，地地震震区区的的房房屋屋建建筑筑平平面面形形状状应应以以方形形、、矩矩形形、、圆圆形形为好好，，正正六六边边形形、、正正八八边边形形、、椭椭圆圆形形、、扇扇形形次次之之，，L形、、T形、、十十字字形形、、U形、、H形、、Y形平平面面较较差差。。简单的建筑平面不利的建筑立面良好的建筑立面结构构抗抗震震概概念念设设计计3.1地震震区区建建筑筑的的竖竖向向体体型型及及刚刚度度变变化化要要均均匀匀，，宜宜优优先先采采用用矩矩形形、、梯梯形形、、三三角角形形等等均均匀匀变变化化的的几几何何形形状状，，尽尽量量避避免免过过大大的的外外挑挑和和内内收收。。结构竖向收进和外挑示意建筑筑结结构构平平面面的的扭扭转转不不规规则则示示例例结构构抗抗震震概概念念设设计计3.1建筑筑结结构构平平面面的的凹凹角角或或凸凸角角不不规规则则示示例例结构构抗抗震震概概念念设设计计3.1建筑筑结结构构平平面面的的局局部部不不连连续续性性示示例例结构抗震震概念设设计3.1沿竖向的的侧向刚刚度不规规则（有有柔弱层层）结构抗震震概念设设计3.1竖向抗侧侧力构件件不连续续示例楼层承载载力突变变（有薄薄弱层））结构抗震震概念设设计3.1结构抗震震概念设设计3.1都江堰市市某商住住楼图源：吕吕西林世世界地震震工程会会议结构抗抗震概概念设设计3.1结构抗抗震概概念设设计3.1图平平面凹凹凸部部位(楼梯间间)震害严严重结构抗抗震概概念设设计3.1图北川大大酒店店破坏坏情况况图NagataWard医院四四层倒倒塌图源：：《地震工工程与与工程程振动动汶川川地震震图片片》结构抗抗震概概念设设计3.1历次地地震的的震害害经验验表明明，在在同一一次地地震中中，体体型复复杂的的房屋屋总是是比体体型规规则的的房屋屋更容容易破破坏。。因此此，建建筑方方案的的规则则性对对建筑筑结构构的安安全来来说十十分重重要。。这里的“规规则”包含含了对建筑筑平面、立立面外形尺尺寸，抗侧侧力构件的的布置、质质量分布，，直至承载载力分布等等诸多因素素的综合要要求。“规则”的的具体界限限随结构类类型的不同同而异，需需要建筑师师和结构师师相互配合合，才能设设计出抗震震性能良好好的建筑。。结构抗震概概念设计3.1建筑抗震设设计应符合合抗震概念念设计的要要求，不应应采用严重重不规则的的设计方案案；建筑及其抗抗侧力结构构的平面布布置宜规则则、对称，，并应具有有良好的整整体性；建建筑的立面面和竖向剖剖面宜规则则，结构的的侧向刚度度变化宜均均匀变化。。体型复杂、、平立面特特别不规则则的建筑结结构，可按按实际需要要在适当部部位设置防防震缝，形形成多个较较规则的抗抗侧力结构构单元。结构抗震概概念设计3.1对不规则结结构应进行行地震作用用计算和内内力调整，，并应对薄薄弱部位采采取有效的的抗震构造造措施。（1）平面不规规则而竖向向规则的建建筑，应采采用空间结结构计算模模型，并应应符合下列列要求：①扭转不规规则时，应应计入扭转转影响，且且在具有偶偶然偏心的的规定水平平力作用下下，楼层两两端抗侧力力构件弹性性水平位移移或层间位位移的最大大值与平均均值的比值值不宜大于于1.5，当最大层层间位移远远小于规范范限值时，，可适当放放宽；②凹凸不规规则或楼板板局部不连连续时，应应采用符合合楼板平面面内实际刚刚度变化的的计算模型型；高烈度度或不规则则程度较大大时，宜计计入楼板局局部变形的的影响；③平面不对对称且凹凸凸不规则或或局部不连连续，可根根据实际情情况分块计计算扭转位位移比，对对扭转较大大的部位应应采用局部部的内力增增大系数。。结构抗震概概念设计3.1（2）平面规则则而竖向不不规则的建建筑，应采采用空间结结构计算模模型，刚度度小的楼层层的地震剪剪力应乘以以不小于1.15的增大系数数，其薄弱弱层应按本本规范有关关规定进行行弹塑性变变形分析，，并应符合合下列要求求：①竖向抗侧侧力构件不不连续时，，该构件传传递给水平平转换构件件的地震内内力应根据据烈度高低低和水平转转换构件的的类型、受受力情况、、几何尺寸寸等，乘以以1.25～2.0的增大系数数；②侧向刚度度不规则时时，相邻层层的侧向刚刚度比应依依据其结构构类型符合合相关章节节的规定；；③楼层承载载力突变时时，薄弱层层抗侧力结结构的受剪剪承载力不不应小于相相邻上一楼楼层的65％。结构抗震概概念设计3.12、合适的房房屋高度房屋愈高，，所受到的的地震力和和倾覆力矩矩就愈大，，破坏的可可能性也就就愈大。就就技术经济济方面而言言，各种结结构体系都都有它自己己的最佳使使用高度。。3、不大的房房屋高宽比比房屋的高宽宽比愈大，，地震作用用下结构的的侧移和基基底倾覆力力矩就愈大大。因此，房屋屋的高宽比比应控制在在合理的取取值范围内内。结构抗震概概念设计3.14、防震缝的的合理设置置结构抗震概概念设计3.1图源：汶川川震害研讨讨会徐有有邻的震害害调查照片片结构抗震概概念设计3.1高层建筑宜宜通过调整整平面形状状和尺寸，，在构造上上和施工上上采取措施施，尽可能能不设缝（（伸缩缝、、沉降缝和和防震缝））。但在有有些特殊情情况，可按按实际需要要在适当部部位设置防防震缝，形形成多个较较规则的抗抗侧力结构构单元。防震缝应留留有足够的的宽度，其其两侧上部部结构应完完全脱开。。当设置伸缩缩缝和沉降降缝时，其其宽度应符符合防震缝缝的要求。。四、合理的的抗震结构构布置平面布置：：应使结构构抗侧力体体系对称布布置，以避避免扭转。。为了把扭扭转效应降降低到最低低程度，应应尽可能减减小结构质质量中心与与刚度中心心的距离。。芯筒位置要要居中和对对称抗震墙沿房房屋周边布布置立面布置：：结构沿竖竖向的布置置应等强，，避免局部部的抗震薄薄弱部位是是十分重要要的。结构抗震概概念设计3.1结构抗震概概念设计3.1马那瓜有相相距不远的的两幢高层层建筑，一一幢为15层高的中央央银行大厦厦，另一幢幢为18层高的美洲洲银行大厦厦。当地地地震烈度估估计为8度。前者破破坏严重，，震后拆除除；后者轻轻微损坏，，稍加修理理便恢复使使用。马那瓜中央央银行大厦厦柱子严重开开裂，柱钢钢筋压屈；；塔楼西立立面、其他他立面窗下下和电梯井井处的空心心砖填充墙墙及其它非非结构构件件均严重破破坏或倒塌塌。结构抗震概概念设计3.11）平面不规规则：2个楼梯间和和2个电梯间偏偏置塔楼西西端，西端端有填充墙墙。2）竖向不规规则：塔楼上部（（4层楼面以上上），北、、东、西三三面布置了了密集的小小柱子，共共64根，支承在在过渡大梁梁上，大梁梁又支承在在其下面的的10根柱子上。。上下两部部分严重不不均匀，不不连续。3）主要破坏坏：第4层与第5层之间(竖向刚度和和承载力突突变),周围4层以下平面图4层以上平面图剖面图对称的结构构布置及相相对刚强的的联肢墙，，有效地限限制了侧向向位移，并并防止了明明显的扭转转效应；避免了长跨跨度楼板和和砌体填充充墙的非结结构构件的的损坏；当连梁剪切切破坏后，，结构体系系的位移虽虽有明显增增加，但由由于抗震墙墙提供了较较大的侧向向刚度，位位移得到控控制。结构抗震概概念设计3.1分析表明：：马那瓜美洲洲银行大厦厦平面图剖面图五、合理的的结构材料料延性系数数（表示示极限变变形与相相应屈服服变形之之比）高高；“强度/重力”比比值大（（轻质高高强）；；匀质性好好；正交各向向同性；；构件的连接具具有整体性、、连续性和较较好的延性，，并能充分发发挥材料的强强度。结构抗震概念念设计3.1六、提高结构构抗震性能的的措施1、设置多道抗抗震防线结构抗震概念念设计3.1多道抗震防线线指的是：①①一个抗抗震结构体系系，应有若干干个延性较好好的分体系组组成，并由延延性较好的结结构构件连接接起来协同工工作。

②抗抗震结构体体系应有最大大可能数量的的内部、外部部赘余度。为什么要设置置结构抗震多多道防线结构抗震概念念设计3.1（1）单一结构体体系只有一道道防线，一旦旦破坏就会造造成建筑物倒倒塌。（2）如果建筑物物采用的是多多重抗侧力体体系，第一道道防线的抗侧侧移构件在强强烈地震作用用下遭到破坏坏后，后备的的第二道乃至至第三道防线线的抗侧力构构件立即接替替，抵挡住后后续的地震动动的冲击，可可保证建筑物物最低限度的的安全，免于于倒塌。结构抗震概念念设计3.1小地震时，连连梁不破坏，，4个L形小筒形成一一个较强整体体性的大筒，，抗震性能较较好大震时，连梁梁破坏，4个L形小筒单独工工作：（1）每个L形小筒本身具具有一定的刚刚度（2）周期T1加长了1.5倍（3）底部剪力减减小50%（4）倾覆力矩减减少60%结构抗震概念念设计3.1台湾集集地震震中(7.3级),位于云林县斗斗六市的中山山国宝二期大大楼（两栋12层钢筋混凝土土框架结构住住宅）由于柱柱子数量少，，赘余度不够够造成东侧大大楼六层以下下倒塌，西侧侧大楼五层以以下倒塌。台湾集集地震震中，嘉义县县某两层具有有单边悬挑走走廊的单跨框架结结构教学楼倒倒塌破坏图源:《台湾集集地震震经验

教学学楼建筑》人民网结构抗震概念念设计3.1图源:《台湾集集地震震经验

教学学楼建筑》人民网结构抗震概念念设计3.1台湾集集地震震中,南投县某有外外廊柱框架结结构教学楼破破坏较轻。第一道防线的的选择——第一道防线一一般应优先选选择不负担或或少负担重力力荷载的竖向向支撑或填充充墙，或选择择轴压比值较较小的抗震墙墙、实墙筒体体之类的构件件作为第一道道防线的抗侧侧力构件。结构抗震概念念设计3.1结构体系的多多道设防——框架-抗震墙结构体体系中，剪力力墙是第一道道防线，框架架部分起到第第二道防线的的作用。单层层厂房纵向体体系中，柱间间支撑是第一一道防线，柱柱是第二道防防线。联肢抗震墙中中，连系梁是是第一道防线线。结构构件的多多道设防——“强柱弱梁””型的延性框框架，梁处于于第一道防线线。在超静定定结构构件中中，赘余构件件为第一道防防线。应有意识地建建立一系列分分布的屈服区区——有意识地在一一些构件中采采取特殊的构构造措施，使使塑性变形集集中在一些潜潜在的屈服区区，使结构具具有更有利的的塑性重分布布的能力。结构抗抗震概概念设设计3.12、提高高结构构延性性结构总总体延延性——一般指指结构构的顶顶点侧侧移延延性系系数。。结构楼楼层延延性——一般指指某个个楼层层的层层间侧侧移延延性系系数。。构件延延性——某一构构件（（一榀榀框架架或一一片墙墙体））的延延性。。杆件延延性——一个构构件中中某一一杆件件（框框架中中的梁梁、柱柱，墙墙中的的连梁梁、墙墙肢））的延延性。结构抗抗震概概念设设计3.1一般而而言，，在结结构抗抗震设设计中中，对对结构构中重重要构构件的的延性性要求求，高高于对对结构构总体体的廷廷性要要求；；对构构件中中关键键杆件件或部部位的的延性性要求求，又又高于于对整整个构构件的的延性性要求求。重点提提高重重要构构件及及某些些杆件件中关关键杆杆件或或关键键部位位的延延性。结构抗抗震概概念设设计3.1结构抗抗震概概念设设计3.1提高延延性的的原则则：（１））在结结构的的竖向向，应应该重重点提提高楼楼房中中可能能出现现塑性性变形形集中中的相相对柔柔弱楼楼层的的构件件延性性。提高延性的重点楼层（a）大底盘建筑；（b）框托墙结构体系结构抗抗震概概念设设计3.1（2）在平平面位位置上上，应应该着着重提提高房房屋周周边转转角处处、平平面突变处处以及及复杂杂平面面各翼翼相接接处的的构件件延性性。对对于偏偏心结构构，应应加大大房屋屋周边边特别别是刚刚度较较弱一一端构构件的的延性。。（3）对于于具有有多道道抗震震防线线的抗抗侧力力体系系，应应着重重提高高第一道防防线中中构件件的延延性。。（4）在同同一构构件中中，应应着重重提高高关键键杆件件的延延性。。（5）在同同一杆杆件中中，重重点提提高延延性的的部位位应该该是预预期该该构件地震震时首首先屈屈服的的部位位。3、采用用减震震方法法提高结结构的的阻尼尼——结构的的地震震反应应随结结构阻阻尼比比的增增大而而减小小。提提高结结构阻阻尼能能有效效地削削减地地震反反应的的峰值值。采用高高延性性构件件——增加结结构的的延性性，不不仅能能削弱弱地震震反应应，而而且提提高了了结构构抗御御强烈烈地震震的能能力。。采用隔隔震和和消能能减震震技术术结构抗抗震概概念设设计3.14、优选选耗能能杆件件根据据结结构构中中选选择择主主要要耗耗能能构构件件或或杆杆件件的的原原则则，，应应选选择择构构件件中中轴轴力力较较小小的的水水平平杆杆件件为为主主要要耗耗能能构构件件，，从从而而使使整整个个结结构构具具有有较较大大的的延延性性和和耗耗能能能能力力。。弯曲曲耗耗能能优优于于剪剪切切耗耗能能弯曲曲耗耗能能优优于于轴轴变变耗耗能能结构构抗抗震震概概念念设设计计3.15、提提高高构构件件的的延延性性①控控制制构构件件的的破破坏坏形形态态构件件的的破破坏坏机机理理和和破破坏坏形形态态很很大大程程度度上上决决定定了了其其变变形形能能力力和和耗耗能能能能力力。。发发生生延延性性破破坏坏的的构构件件的的延延性性远远远远高高于于发发生生脆脆性性破破坏坏的的构构件件，，因因此此控控制制构构件件的的破破坏坏形形态态，，可可以以从从根根本本上上控控制制构构件件的的延延性性。。②加加强强构构件件可可能能破破坏坏部部位位的的约约束束提提高高延延性性结构抗震震概念设设计3.1七、控制制结构变变形地震时建建筑物的的破坏程程度，主主要取决决于主体体结构变变形的大大小。结构变形形可用层层间位移移和顶点点位移两两种方式式表达。。层间位移移：非结结构构件件的破坏坏、梁柱柱节点钢钢筋的滑滑移、抗抗震墙的的开裂、、塑性铰铰的发展展以及结结构屈服服机制。。顶点位移移：防震震缝宽度度、结构构总体稳稳定等。。结构抗震震概念设设计3.1八、确保保结构整整体性结构应具具有连续续性结构类型型的选择择结构施工工构件间的的可靠连连接——承载力要要求和延延性要求求提高结构构的竖向向整体刚刚度，抵抵抗地震震时可能能出现的的不均匀匀沉陷结构抗震震概念设设计3.1九、减轻轻房屋的的自重震害表明明，自重重大的建建筑比自自重小的的建筑更更容易遭遭到破坏坏（地震震作用和和整体稳稳定性））。减小小房屋自自重的途途径：减小楼板板厚度尽量减薄薄墙体高强混凝凝土的应应用轻质材料料的应用用结构抗震震概念设设计3.1十、妥善善处理非非结构部部件非结构部部件在抗抗震设计计时若处处理不当当，在地地震中易易发生严严重破坏坏或闪落落，甚至至造成主主体结构构破坏。。考虑砌体体填充墙墙的影响响玻璃幕墙墙的构造造外墙板的的连接结构抗震震概念设设计3.1大量非结结构构件件（填充充墙、围围护墙））破坏。。填充墙墙或围护护墙与框框架柱、、梁无拉拉结或拉拉接不够够、多多孔空心心砖大量量劈裂导导致拉接接筋失效效等原因因造成墙墙体大量量开裂，，