建筑结构震害特点课件

第四章建筑抗震概念设计西安建筑科技大学土木工程学院杨勇2009-12-25第四章建筑抗震概念设计西安建筑科技大学14.1抗震概念设计的基本概念;（掌握）4.2场地和地基的抗震设计原则；（熟悉）4.3建筑体型（平面和立面设计）设计原则；（熟悉）4.4建筑结构类型与结构体系选择原则；（熟悉）4.5建筑结构平面布置和竖向布置基本原则；（掌握）4.6建筑结构的多道抗震防线设计原则；（掌握）4.7建筑结构的刚度、强度和延性匹配设计原则；（掌握）4.8建筑结构其他设计原则；（熟悉）加强结构整体性设计原则；正确考虑非结构构件设计原则；减小地震能量输入设计原则。课外参考资料——方鄂华.《高层建筑钢筋混凝土结构概念设计》.北京：机械工业出版社，2005郁彦..《高层建筑概念设计》.北京：中国铁道出版社，1999林同炎.《结构概念和体系》第二版.北京：中国建筑工业出版社，1999刘大海.《高层建筑抗震设计》.北京：中国建筑工业出版社，1993第四章主要内容4.1抗震概念设计的基本概念;（掌握）第四章主要内容2缘起-结构平面和竖向布置直接确定结构刚度分布！4.5结构平面布置与竖向布置基本原则4.5结构平面布置与竖向布置基本原则建筑结构平面和竖向布置主要包括以下内容：平面布置——跨度、进深、剪力墙位置、形式与数量；竖向布置——层高、竖向构件截面变化、剪力墙中断；构件截面尺寸——梁、柱截面尺寸；剪力墙厚度。结构平面和竖向布置直接确定结构的刚度分布构件刚度——EI、EA、GA；结构整体刚度和刚度分布——K、D值及分布；缘起-结构平面和竖向布置直接确定结构刚度分布！4.5结构平3结构刚度分布是影响结构地震作用与地震反应的重要因素。刚度分布直接影响结构动力特性（结构频率、振型）；刚度分布是结构中影响地震作用与地震反应的最重要因素。结构动力方程结构频率方程结构位移反应结构地震作用结构平面和竖向布置是结构体系最重要的内在因素，是结构设计中最具能动性和创造性的环节，是反应结构设计师真正水平的重要标准。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则结构刚度分布是影响结构地震作用与地震反应的重要因素。结构动力4震害分析——从震害中研究结构布置与结构抗震性能关系结构平面刚度不均匀引起的震害实例案例一：1972，尼加拉瓜马拉瓜地震两个银行；案例二：1978，日本宫成冲地震3层RC房屋；案例三：1976，唐山地震754厂房。结构双向刚度相差较大引起的震害实例案例一：1999，台湾地震-台湾民居“透天厝”震害；案例二：1999，台湾地震-学校建筑，纵墙开大窗；案例三：2008，汶川地震-学校建筑，纵墙开大窗。结构竖向刚度不均匀引起的震害实例案例一：1972，美国圣菲南多地震，Olive-View医院（橄榄景医院）案例二：1976，罗马尼亚地震，普鲁斯蒂咖啡馆案例三：1995，阪神地震中间层薄弱层结构顶部刚度突然减小引起的震害实例案例一：1976，唐山地震南开大学主楼；案例二：2009年，意大利中部发生6.3级地震，一教堂的顶部遭到地震破坏。4.5.1结构布置与结构抗震性能相互关系4.5结构平面布置与竖向布置基本原则震害分析——从震害中研究结构布置与结构抗震性能关系4.5.15案例一：1972，尼加拉瓜马拉瓜地震（一）结构平面刚度不均匀引起的扭转4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例一：1972，尼加拉瓜马拉瓜地震（一）结构平面刚度不均匀6中央银行——修复费用达造价80%砌体填充墙质心刚心4.5结构平面布置与竖向布置基本原则中央银行——修复费用达造价80%砌体质心刚心4.5结构平面7美洲银行只有轻微损坏4.5结构平面布置与竖向布置基本原则美4.5结构平面布置与竖向布置基本原则8案例二：1978，日本宫成冲地震结构特点：3层RC结构，楼梯间在建筑物一侧，用实心剪力墙围成筒，刚度很大，另一端只有柱子，刚度很小。震害：没有剪力墙一端柱子塌落，楼板塌下。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例二：1978，日本宫成冲地震结构特点：3层RC结构，楼梯9案例三：1976，唐山地震结构特点：天津754厂厂房，两个温度单元，端部设置多层砖砌体生活间，而且与厂房刚性连接，造成每个独立单元两端质量和刚度相差悬殊；震害——地震时厂房很大扭转，震后全部拆除。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例三：1976，唐山地震结构特点：天津754厂厂房，两个温10案例一：1999，9.21地震-台湾民居“透天厝”震害结构特点：连户住宅组成，开间4~5m，底部多为店面。A类：平面布置中，横墙为砖砌体实墙，内含RC柱。纵向没有砖墙，刚度极差，地震时如骨牌倒下。B类：楼梯间纵向布置，砌纵向砖墙，提供刚度，情况较好。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则（二）结构双向刚度不均匀引起的破坏案例一：1999，9.21地震-台湾民居“透天厝”震害结构特11A类“透天厝”4.5结构平面布置与竖向布置基本原则A类“透天厝”4.5结构平面布置与竖向布置基本原则12A类“透天厝”震害4.5结构平面布置与竖向布置基本原则A类“透天厝”震害4.5结构平面布置与竖向布置基本原则13案例二：1999，台湾地震-学校建筑；4.5结构平面布置与竖向布置基本原则一般中小学校建筑平面设计，为保证教室有良好自然采光和通风，在南北朝向（或说纵向）需要布置设计大量的采光窗（大的窗口洞口）并为满足消防疏散安全的需要，考虑密集人员疏散的要求，纵向布置疏散走廊。由此造成的结构设计布置上，横向设置剪力墙或抗震墙分割教室，刚度较大；纵向则开设大量洞口和走廊，刚度较小，纵向薄弱导致在地震破坏作用下纵向倒塌。

案例二：1999，台湾地震-学校建筑；4.5结构平面布置与144.5结构平面布置与竖向布置基本原则4.5结构平面布置与竖向布置基本原则15案例三：2008，汶川5.12特大地震；4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例三：2008，汶川5.12特大地震；4.5结构平面布置16（三）结构竖向刚度不均匀引起薄弱层破坏案例一：1971，美国圣菲南多地震，Olive-View医院8个建筑，严重破坏3幢（主楼、精神病院和停车棚）主楼6层RC框支剪力墙结构。每层柱子断面和配筋形式不同。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则（三）结构竖向刚度不均匀引起薄弱层破坏8个建筑，严重破坏3幢17剪力墙框架主楼概况：位于9度区，主楼六层，RC结构。3层以上为框架-抗震墙体系，底层和2层为框架体系——形成框支剪力墙体系。另外，3层有较多砖墙，上、下层抗侧移刚度相差约10倍。震害——上面几层震害较轻，2层严重偏斜，纵向和横向侧移均达到600mm，角柱酥碎。——底层柔弱典型震例。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则剪力墙框架主楼概况：位于9度区，主楼六层，RC结构。3层以上184.5结构平面布置与竖向布置基本原则4.5结构平面布置与竖向布置基本原则19案例二：1976，罗马尼亚地震普鲁亚士第，4层RC框架结构严重破坏；底层咖啡馆、无隔墙，上层住宅，砖砌体隔墙，上下刚度相差加大，上刚下柔，底层是软弱；震害——底层柱子折断，上部几层整体塌落至一层柱根。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例二：1976，罗马尼亚地震普鲁亚士第，4层RC框架结构严20其他底部薄弱层案例：4.5结构平面布置与竖向布置基本原则其他底部薄弱层案例：4.5结构平面布置与竖向布置基本原则21北川一中教学楼：五层变三层其他底部薄弱层案例：4.5结构平面布置与竖向布置基本原则北川一中教学楼：五层变三层其他底部薄弱层案例：4.5结构平22案例三：1995，阪神地震中间层薄弱层4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例三：1995，阪神地震中间层薄弱层4.5结构平面布置与23背景：竖向混合结构。主要原因：多数破坏是在两种不同材料构件变化的楼层处。RC-SRC、SRC-S，有较大刚度和强度突变。总结——竖向避免出现薄弱层。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则背景：竖向混合结构。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则24（四）结构顶部刚度陡然减小引起的鞭梢效应案例一：1976，唐山地震南开大学主楼：主体7层，高27m，上部塔顶高度50m。与主体相比，体形尺寸很小，柱子断面为240*240mm，刚度和承载力均较小，发生突变；震害——唐山地震，塔楼倾斜，3个月后宁河地震，塔楼完全破坏。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则（四）结构顶部刚度陡然减小引起的鞭梢效应南开大学主楼：主体725案例二：2009年，意大利中部发生6.3级地震，一教堂的顶部遭到地震破坏

4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例二：2009年，意大利中部发生6.3级地震，一教堂的顶部26结构布置（刚度分布）与结构震害关系小结结构平面刚度要均匀——刚心与质心靠近，减小扭转；结构双向刚度要接近——避免出现弱向破坏；结构竖向抗侧刚度沿高度均匀，或沿高度逐渐减小；重点关注——框支剪力墙、底框砖房等待薄弱层结构；注意顶部放大——鞭梢效应；不能忽视——非结构构件：填充墙、楼梯、出屋面房间；思考——结构、人生、和谐社会（木桶效应）。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则结构布置（刚度分布）与结构震害关系小结结构平面刚度要均匀——27敬请各位老师批评指正！思想有多远，就能走多远……敬请各位老师思想有多远，就能走多远……28第四章建筑抗震概念设计西安建筑科技大学土木工程学院杨勇2009-12-25第四章建筑抗震概念设计西安建筑科技大学294.1抗震概念设计的基本概念;（掌握）4.2场地和地基的抗震设计原则；（熟悉）4.3建筑体型（平面和立面设计）设计原则；（熟悉）4.4建筑结构类型与结构体系选择原则；（熟悉）4.5建筑结构平面布置和竖向布置基本原则；（掌握）4.6建筑结构的多道抗震防线设计原则；（掌握）4.7建筑结构的刚度、强度和延性匹配设计原则；（掌握）4.8建筑结构其他设计原则；（熟悉）加强结构整体性设计原则；正确考虑非结构构件设计原则；减小地震能量输入设计原则。课外参考资料——方鄂华.《高层建筑钢筋混凝土结构概念设计》.北京：机械工业出版社，2005郁彦..《高层建筑概念设计》.北京：中国铁道出版社，1999林同炎.《结构概念和体系》第二版.北京：中国建筑工业出版社，1999刘大海.《高层建筑抗震设计》.北京：中国建筑工业出版社，1993第四章主要内容4.1抗震概念设计的基本概念;（掌握）第四章主要内容30缘起-结构平面和竖向布置直接确定结构刚度分布！4.5结构平面布置与竖向布置基本原则4.5结构平面布置与竖向布置基本原则建筑结构平面和竖向布置主要包括以下内容：平面布置——跨度、进深、剪力墙位置、形式与数量；竖向布置——层高、竖向构件截面变化、剪力墙中断；构件截面尺寸——梁、柱截面尺寸；剪力墙厚度。结构平面和竖向布置直接确定结构的刚度分布构件刚度——EI、EA、GA；结构整体刚度和刚度分布——K、D值及分布；缘起-结构平面和竖向布置直接确定结构刚度分布！4.5结构平31结构刚度分布是影响结构地震作用与地震反应的重要因素。刚度分布直接影响结构动力特性（结构频率、振型）；刚度分布是结构中影响地震作用与地震反应的最重要因素。结构动力方程结构频率方程结构位移反应结构地震作用结构平面和竖向布置是结构体系最重要的内在因素，是结构设计中最具能动性和创造性的环节，是反应结构设计师真正水平的重要标准。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则结构刚度分布是影响结构地震作用与地震反应的重要因素。结构动力32震害分析——从震害中研究结构布置与结构抗震性能关系结构平面刚度不均匀引起的震害实例案例一：1972，尼加拉瓜马拉瓜地震两个银行；案例二：1978，日本宫成冲地震3层RC房屋；案例三：1976，唐山地震754厂房。结构双向刚度相差较大引起的震害实例案例一：1999，台湾地震-台湾民居“透天厝”震害；案例二：1999，台湾地震-学校建筑，纵墙开大窗；案例三：2008，汶川地震-学校建筑，纵墙开大窗。结构竖向刚度不均匀引起的震害实例案例一：1972，美国圣菲南多地震，Olive-View医院（橄榄景医院）案例二：1976，罗马尼亚地震，普鲁斯蒂咖啡馆案例三：1995，阪神地震中间层薄弱层结构顶部刚度突然减小引起的震害实例案例一：1976，唐山地震南开大学主楼；案例二：2009年，意大利中部发生6.3级地震，一教堂的顶部遭到地震破坏。4.5.1结构布置与结构抗震性能相互关系4.5结构平面布置与竖向布置基本原则震害分析——从震害中研究结构布置与结构抗震性能关系4.5.133案例一：1972，尼加拉瓜马拉瓜地震（一）结构平面刚度不均匀引起的扭转4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例一：1972，尼加拉瓜马拉瓜地震（一）结构平面刚度不均匀34中央银行——修复费用达造价80%砌体填充墙质心刚心4.5结构平面布置与竖向布置基本原则中央银行——修复费用达造价80%砌体质心刚心4.5结构平面35美洲银行只有轻微损坏4.5结构平面布置与竖向布置基本原则美4.5结构平面布置与竖向布置基本原则36案例二：1978，日本宫成冲地震结构特点：3层RC结构，楼梯间在建筑物一侧，用实心剪力墙围成筒，刚度很大，另一端只有柱子，刚度很小。震害：没有剪力墙一端柱子塌落，楼板塌下。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例二：1978，日本宫成冲地震结构特点：3层RC结构，楼梯37案例三：1976，唐山地震结构特点：天津754厂厂房，两个温度单元，端部设置多层砖砌体生活间，而且与厂房刚性连接，造成每个独立单元两端质量和刚度相差悬殊；震害——地震时厂房很大扭转，震后全部拆除。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例三：1976，唐山地震结构特点：天津754厂厂房，两个温38案例一：1999，9.21地震-台湾民居“透天厝”震害结构特点：连户住宅组成，开间4~5m，底部多为店面。A类：平面布置中，横墙为砖砌体实墙，内含RC柱。纵向没有砖墙，刚度极差，地震时如骨牌倒下。B类：楼梯间纵向布置，砌纵向砖墙，提供刚度，情况较好。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则（二）结构双向刚度不均匀引起的破坏案例一：1999，9.21地震-台湾民居“透天厝”震害结构特39A类“透天厝”4.5结构平面布置与竖向布置基本原则A类“透天厝”4.5结构平面布置与竖向布置基本原则40A类“透天厝”震害4.5结构平面布置与竖向布置基本原则A类“透天厝”震害4.5结构平面布置与竖向布置基本原则41案例二：1999，台湾地震-学校建筑；4.5结构平面布置与竖向布置基本原则一般中小学校建筑平面设计，为保证教室有良好自然采光和通风，在南北朝向（或说纵向）需要布置设计大量的采光窗（大的窗口洞口）并为满足消防疏散安全的需要，考虑密集人员疏散的要求，纵向布置疏散走廊。由此造成的结构设计布置上，横向设置剪力墙或抗震墙分割教室，刚度较大；纵向则开设大量洞口和走廊，刚度较小，纵向薄弱导致在地震破坏作用下纵向倒塌。

案例二：1999，台湾地震-学校建筑；4.5结构平面布置与424.5结构平面布置与竖向布置基本原则4.5结构平面布置与竖向布置基本原则43案例三：2008，汶川5.12特大地震；4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例三：2008，汶川5.12特大地震；4.5结构平面布置44（三）结构竖向刚度不均匀引起薄弱层破坏案例一：1971，美国圣菲南多地震，Olive-View医院8个建筑，严重破坏3幢（主楼、精神病院和停车棚）主楼6层RC框支剪力墙结构。每层柱子断面和配筋形式不同。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则（三）结构竖向刚度不均匀引起薄弱层破坏8个建筑，严重破坏3幢45剪力墙框架主楼概况：位于9度区，主楼六层，RC结构。3层以上为框架-抗震墙体系，底层和2层为框架体系——形成框支剪力墙体系。另外，3层有较多砖墙，上、下层抗侧移刚度相差约10倍。震害——上面几层震害较轻，2层严重偏斜，纵向和横向侧移均达到600mm，角柱酥碎。——底层柔弱典型震例。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则剪力墙框架主楼概况：位于9度区，主楼六层，RC结构。3层以上464.5结构平面布置与竖向布置基本原则4.5结构平面布置与竖向布置基本原则47案例二：1976，罗马尼亚地震普鲁亚士第，4层RC框架结构严重破坏；底层咖啡馆、无隔墙，上层住宅，砖砌体隔墙，上下刚度相差加大，上刚下柔，底层是软弱；震害——底层柱子折断，上部几层整体塌落至一层柱根。4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例二：1976，罗马尼亚地震普鲁亚士第，4层RC框架结构严48其他底部薄弱层案例：4.5结构平面布置与竖向布置基本原则其他底部薄弱层案例：4.5结构平面布置与竖向布置基本原则49北川一中教学楼：五层变三层其他底部薄弱层案例