地震工程学课件

全国注册结构工程师

继续教育必修课之五

建筑震害与设计对策第一章地震基础知识第二章建筑结构抗震设计基础概念第三章多层砌体房屋震害与设计对策第四章多层和高层混凝土房屋灾害与设计对策第一章地震基本知识1.1地球的构造地球是一个平均半径为6400km的椭球体。其最外面一层是地壳，平均厚度30km，包括表面沉积层，花岗岩层和玄武岩层；地球中间一层是地幔，厚度2900km，主要有橄榄岩组成；最里面的地核为半径3500km的球体，主要构造物质为铁镍，据推测，其外核（厚2100km）为液态，内核可能为固态。地球的平均重度为5.5g/cm3。

地壳和地幔的界面称为莫霍面（M界面），在此处地震波速不连续（由7.5km/s突然增大到8.0~8.2km/s);地幔和地核的界面称为古登堡面（G界面），在此处地震波速明显变小（由13.3km/s下降到8.1km/s)。在距地幔顶部60~250km处存在地震波低速度层，说明该处岩石处于熔融状态，在板块学说中称之为软流层。1.2.1地震的类型按成因：构造地震、火山地震、冲击地震（陷落地震）和诱发地震。以构造地震数量多、分布广、震级也大。按震中距△：地方震（△＜100km)、近震（100≤△＜1000km）和远震（△＞1000km）。按震级M：小地震（M＜3)、有感地震(3≤M≤4.5）、中强地震（4.5＜M＜6）、强烈地震（6≤M＜7）、大地震（7≤M＜8）和特大地震（M≥8）共6个级别。按震源深度h：浅源地震（h≤60km）、中源地震（60km＜h≤300km）、和深源地震（300km＜h＜700km）

1.2地震的成因与类型

1.2.2地震的成因

1.宏观背景——板块学说地壳和地幔顶部厚约70～100km的岩石组成了全球岩石圈，分为6大板块（参见书中图1-4）：欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印澳板块和南极板块。由于岩石圈下部软流层的作用，太平洋板块以每年4～10cm的速度向西移动，在日本东岸深海沟一带向下俯冲；印澳板块以每年5～6cm的速度向北移动；同时，欧亚板块又从欧洲受到向东的推力。形成世界范围内的地震带。2.板内地震的产生——断块观点全球岩石圈的形成和发展并不是整齐划一的。不同年代的地质构造运动，使岩石圈断裂分割为大小不等、深浅不一、发展历史不同的断裂块体。我国则分为9个断块构造分区，以桑干期（＞24亿年）构造分区最为古老，喜马拉雅期（0.26~0.65亿年）构造分区最为年轻。断块构造区形成板内地震带。3.地震成因的局部机制——弹性回跳说地壳由弹性的，有断层的岩石组成；地壳运动产生的能量以弹性应变能的形成在断层及其附近岩石中长期积累；当弹性应变能积累及岩石变形达到一定程度时，断层上某一点两侧的岩体发生相对位移，地震发生，断层上长期积累的弹性应变能突然释放；地震后岩体又重新恢复到没有变形的状态。4.弹性回跳学说的改进——粘滑说弹性回跳说认为，断层发生错动时，把积累的应变能全部释放。粘滑说则提出，每一次断层发生错动时只释放了积累的总应变能的一小部分，而剩余部分则为断层面上很高的动摩擦力所平衡。地震后，断层两侧仍有摩擦力使之固结，并可以再积累而发生较大的地震。此观点能较好地解释下一节的地震序列。地震序列：按时间顺序排列的同一地质构造区内发生的一系列地震的大小（见书中图1-3）1.主震型主震震级突出，主震释放的地震能量占全序列的90%~95%；又可分为有明显前震和无明显前震两种情况；最大余震与主震的震级差的平均值为1.1~1.8。2.震群型没有突出的主震，最大地震在全序列中所占能量比例小于80%，此型地震活动的持续时间长。3.孤立型（单发性地震）前震和余震都很少

1.3地震序列1.地震活动期和平静期我国华北、华南地区每个地震活动期持续一、二百年，然后是大约一百年的平静期；而新疆、西藏中部地区的每个地震活动期持续50年左右，然后是20、30年的平静期。在每个地震活动期内又可出现地震更为集中的时间段，称为地震活动幕。

1.4地震分布2.世界地震构造系统环太平洋地震带地震活动性最强，频度高，能量大，震源较下面几个地震带为深，释放的能量占全球地震释放总能量的75%以上。地中海——南亚地震带地震活动性仅次于环太平洋地震带，以浅源地震为主，释放的能量占全球地震释放能量的15%~20%。海岭地震带频度低，震源浅，能量小。大陆裂谷地震带地震活动较强，均为浅源地震。3.我国的地震活动情况我国可划分为10个地震区、23个地震亚区和30个地震带。概括地说：南海、东北地震强度小，频度低;华南中强地震活动，频度较低，但东南沿海强度较大；华北，台湾，青海高原和新疆地震强度大，频度高。

1.5地震波与传播地震波体波（由震源发出的波）

面波（体波经界面多次反射、折射而成）纵波（压缩波或P波）横波（剪切波或S波）瑞雷波（R波）乐夫波（L波）瑞雷波传播时，质点在波的传播方向和地表面法向组成的平面内做与波前进方向相反的椭圆运动。乐夫波传播时，质点在地平面内产生与波前进方向相垂直的运动，在地面上表现为蛇形运动。

Vp=Vs＞Vs＞VL

Vp=5～6km/s

P波、S波、L波的速度与震幅1.6.1震级震级是地震发生强度的一种度量。1935年里克特首先提出：M=lgAA——震中距为1000km处地震仪的最大振幅（μm)震级与能量的关系:lgE=1.5M+11.8E——地震释放的能量（erg)由以上两式可以看出，震级每增加1级，振幅增大10倍，而能量增大30余倍。

1.6地震震级、震源与震中地方震级（近震震级）ML,测定近震的短周期震动，适用于2~6级地震标度：

ML=lgAM-R(△)+CsAM——近震记录上的两个水平分量最大振幅的算术平均值；R(△)——起称函数；Cs——台站校整值。面波震级MS，测定远震的长周期震动，适用于4~8级地震标度：MS=lg()max+δ(△)+CSA——两个水平分向地动位移的矢量和；MS为通常媒体报道的里氏震级。体波震级MB,测定短周期深源地震：MS=1.59MB—4由于上述标定方法的局限性，由地震波频谱组成等因素的影响，同一地震在不同地震确定的震级差别可达0.5级。短震级Mw

,为克服地震波谱组成影响和震级饱和而提出：Mw=lgM0—10.7M0

——地震矩，由地震波谱或经验关系确定。1.6.2震源与震中震源：地震（岩层错断）发生的位置。震中：震源在地表的投影位置。震源距：地面上某一点到震源的距离。震中距：地面上某一点到震中的距离。大多数地震的震源深度为5~20km，震源深度超过100km的地震不致引起地面灾害，观测到最深的地震震源深度为700km。

1.7地震烈度地震烈度：表示地震对地表及工程建筑物影响的强弱程度。对应一次地震，震级只有一个，而由于震中距地质条件等的差别，不同地点的地震烈度也不同。1.地震烈度表地震烈度表：用以描叙不同地震烈度的表格。当前采用的地震烈度表：《中国地震烈度表》（GB/T17742—1999）。主要依据人的感觉（1~5度）一般房屋震害情况（6~10度）其他记录（11、12度）参考物的指标：峰值加速度、峰值速度（6~10度）2.烈度定量我国抗震规范采用：设计基本地震加速度（地震影响系数最大值）以及设计特征周期。1976年和1990年我国颁发了两版《中国地震烈度区划图》。2001年颁发了国家标准《中国地震烈度区划图》（GB18306—2001），给出了各地区50年超越概率为10%的地震动参数：地震动峰值加速度分区图和地震动反应谱特征周期分区图。3.烈度区划和地震动参数区划4.烈度和震级的关系震中烈度与震级的关系：M=1+Ⅰ0

M=1.5+0.58Ⅰ0地震烈度的衰减关系：

Ⅰ=a+bM—clg(R+R0)

R—场地到震源的距离；

R0—与震源深度有关的常数；

a、b、c—回归常数。M=8.0Ⅰ0=10.5Ⅰ0=11.2M=8.01.8地震灾害1.8.1地震引起的地表变化1.地裂缝构造性地裂：由地下断层的错动连带地面的岩层发生相对位移而形成。重力型地裂：结构不均匀土质、不稳定的土坡及液化土层在地震作用下形成的。

2.滑坡塌方3.喷砂冒水无粘性土（沙土和粉土）的抗剪强度：

f=(-u）tan—剪切面上总法向压应力；u—空隙水压力；—土的内摩擦角。

4.海啸1.8.2工程破坏1.房屋建筑破坏承载力不足引起的破坏

连接不牢引起的破坏

地基失效引起的破话2.桥梁破坏3.铁路破坏4.生命线工程破坏1.8.3次生灾害1.9建筑震害的程度划分第二章建筑结构抗震设计基本概念2.1建筑抗震设计思想1.非抗震建筑结构结构在预期荷载作用下保持或基本保持在弹性工作状态。设计使结构具有足够的强度，保证安全性；又要使结构具有足够的刚度等正常使用性能。2.地震作用的特点相对于结构自重、风、雪等荷载，地震动出现次数少，作用时间短，各次地震的强度差异大。若要求在各种强度的地震影响下结构仍保持弹性状态是不经济的，甚至是不可能的。3.抗震设计基本思想——抗震设防目标当当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用，当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

1.三水准设防目标的概括及两阶段设计三水准设防目标可概括为“小震不坏，中震可修，大震不倒。”书中图2-1三水准设防目标通过“两阶段设计”来实现。第一阶段设计：进行第一水准烈度下的结构构件截面设计和验算结构的弹性层间位移角，以满足“小震不坏”；在此基础上，听过构造措施，保证结构的延性，以满足“中震可修”。第二阶段设计：验算第三水准烈度下的结构薄弱部位的弹塑性层间位移角，以满足“大震不倒”。2.三个水准烈度第一水准：多遇烈度（众值烈度）50年超越概率63.2%50年一遇第二水准：基本烈度50年超越概率10%474年一遇第三水准：罕遇烈度50年超越概率2~3%1600~2500年一遇2.2.1房屋建筑地震破坏的直接原因1.地震引起强烈的地面变形2.地震引起地基失效3建筑结构的地震反应超出其承受能力总结震害经验以改进建筑抗震设计技术2.2建筑地震灾害及其启示2.2.2历次地震房屋建筑震害概说1.1906年美国旧金山地震地震发生于1906年4月18日，8.3级，震中烈度10度。当时尚无钢筋混凝土建筑。型钢骨架砖填充墙的高层建筑普遍出现非结构破坏，墙体开口部分之间有”x”裂缝或水平裂缝，位置大致在建筑高度的2/3处。这次地震突出的经验教训：因房屋倒塌，引起水灾，且自来水管道破裂，消防系统失灵，大火持续了三天三夜。此后，人们开始重视地震区房屋建筑的耐震、耐火等问题，提出在地震区应推广钢筋混凝土结构。2.1957年墨西哥地震1957年10月28日在墨西哥城南部发生7.6级地震，墨西哥城最大加速度0.05~0.1g。地震区分山区、过渡区和湖泊区，山区破坏轻，湖泊区破坏严重。该市55座8层以上建筑，有11座钢筋混凝土框架遭到破坏。特点是5层以上震害严重，未与骨架联接的填充墙、隔墙出现明显裂缝，而框架结构的裂缝与相邻建筑物的碰撞有关。3.1960年5月21日智利南部地震为有记录以来最大地震，有十次超过7级，三次超过8级，主震级8.9级（一说9.5级）。智利1940年制定抗震规范，起到了提高房屋抗震能力的作用。经验教训：钢筋混凝土剪力墙的抗震性能经受了考验。L形、T形平面建筑发生扭转破坏。局部应力集中会导致破坏。不同类型的场地土对上部结构影响不同，对高层建筑需充分考虑场地卓越周期问题。4.1963年南斯拉夫科普里市地震震级6级，震中烈度8~9度，震源深度5~10km。当框架结构底层砌有砖围护墙时震害较轻；底层完全敞开的框架结构震害较重，柱子混凝土被压碎并永久性倾斜。框架——剪力墙结构破坏轻，只是配筋不足、施工质量欠佳的剪力墙出现裂缝。经验：慎重对待柔性底层房屋；防震缝宽度不够。5.1964年美国阿拉斯加地震震级8.4级，震中烈度约10度，震源深度25~40km，剧烈震动持续了1.5~4min，地震引起山崩、雪崩、滑坡和海啸。距震中112km的安克雷奇市按当时的美国统一建筑规范考虑抗震设防，房屋倒塌的很少，但预制结构受损严重。经验教训：剪力墙结构抗震性能良好。剪力墙在平面布置上偏心将导致建筑扭转破坏。许多框架结构主体未破坏，但填充墙裂缝严重，甚至倒塌。刚度性大而强度相对较低的部位或构件破坏严重，如楼梯间。装配式钢架混凝土结构的破坏多发生在连接节点上，主要原因是节点的强度不足或冲击韧性差。位于滑坡和稳定土体边界上的结构遭到严重破坏，应当避开这样的区段。施工质量低劣为造成震害的重要因素之一。如因为混凝土施工缝而导致破坏，对施工质量缺乏认真检查。6.1964年日本新瀉地震7.4级，震中烈度8度，震源深度60km，地震后的28min内发生三次海啸，淹没了市中心的大部分。经验：刚性较大的建筑有效地抵抗地基不均匀沉降而使主体结构破坏轻微。饱和砂土地区的多层建筑应采用桩基、管桩和沉箱，以防止场地液化引起上部结构倾覆。7.1967年委内瑞拉加拉加斯地震6.3级，震中烈度8度，加拉加斯地面加速度0.06~0.08g。当冲积层厚度大于160m时，14层以上的建筑物破坏显著加重，而基岩或薄冲积层上的高层建筑几乎未遭破坏。经验教训：非结构构件和非抗侧力构件对结构预期预期的抗震性能影响较大。倾覆力矩的影响超过了以往的估计。如莱旅馆由于剪力墙弯曲压力而导致下部内柱破坏最重。证明在混凝土构件的所有侧面配置纵向钢筋是有效的。框架中的刚度突变部位是一个危险区域。对混凝土柱的要求：地震区应比非地震区严格。连接处的强度应与被连接构件相同，甚至更强。与剪力墙相连的楼板受力很大。应注意扭转作用、屋顶水箱的设计、楼梯在地震后仍能使用等问题。要考虑地震时基础和地基对上部结构的影响。8.1968年日本十胜冲地震8级，主震持续80s，水平加速度峰值0.18~0.28g。从计算上，绝大多数钢筋混凝土结构在0.18g时应在弹性阶段，但震害严重，突出的是短柱剪切破坏，说明钢筋混凝土柱的抗剪设计存在问题。震害特点：剪力墙较多的建筑几乎无震害。框剪结构是否破坏，不仅取决于剪力墙的数量，还取决于剪力墙的长度。纯框架结构：因柱子压坏而倒塌，有的虽未倒塌但柱子破坏严重；扭转效应明显。9.1970年秘鲁地震7.8级，震源深度56km，持续45s，20万栋建筑损坏。土坯及砖石房屋;砖砌房屋80%倒塌或严重破坏，但砖墙中设有钢筋混凝土梁柱的混合破坏轻得多。钢筋混凝土框架结构：一般损坏轻微。但当底层为开敞无墙的商店时，柱端剪弯折断。钢框架本身无损，但在连接及次要结构上有损坏。经验：场地覆盖层厚时，房屋损坏严重；施工质量直接影响房屋抗震效果。10.1971年美国圣费尔南多地震6.6级，震中烈度8度强。震源很浅，造成大量地震永久变形，加重了建筑震害。主要经验：对于框架角柱的设计应予特别的注意。要考虑倾覆力矩的影响。框架节点的设计及施工质量。必须考虑楼板、楼梯、填充墙等非结构构件的加劲作用。平面布置是应考虑相邻建筑物之间的不同的动力特性。防震缝若不能充分地防止变形时的碰撞，则必须考虑撞击作用。电梯的各部分应适当地固定在主体结构上。研究此次地震的意义：取得了200多个强度加速度记录；20层以上建筑物顶部最大加速度为底部的1.5~2.0倍。对于医院、消防单位以及学校、人员很多的房屋，应保证在地震时不中断使用。促进了抗震设计理念的跨越式发展。工程界认为，当时的美国规范已经很完善。此次地震则表明，按其设计的许多房屋发生了严重破坏。加州工程师协会在78年提出的报告中引入了结构线性动力分析方法，并尝试对抗震设计的风险水准进行量化。

11.1972年尼加拉瓜马那瓜地震震级6.5级，但马那瓜70%以上的房屋倒塌。主要经验：避免结构布置偏心。当建筑的两个方向强度不一致时，应在薄弱的方向上采取消耗地震能量的措施。设计时应考虑三角拱支撑等对柱子受力形式改变壳体结构应加强边缘结构的抗侧力强度和刚度。结构的耗能能力和动力性能直接决定其抗震安全性。12.1976年中国唐山地震时间：1976年7月28日凌晨3点；震级7.8级；震源深度：12~16km；震中烈度11度。地震发生在人口稠密的城市且正值人们沉睡的时间，在当时唐山又属于不设防的6度区，地震造成的损失和人员伤亡极其严重。位于震中的路南区成了一片废墟，路北区绝大多数建筑塌毁，仅少数幸存（凤凰上以北），受波及的天津、北京也有大量建筑受损。经验教训：重视地基基础的抗震措施。房屋平、立面布置应简单合理。多层砖房设置圈梁，加强内外墙拉结。房屋转角部位受力复杂。结构变形缝宽度要够用。屋顶局部突出部位破坏严重。建筑抗震设防目标要考虑在罕遇地震作用下房屋不至于倒塌伤人。13.1985年墨西哥地震主震8.1级，强余震7.5级，震源深度33km，震中距墨西哥城400km。墨西哥城很多房屋也在表层为30~50km冲积层的软土地基上，建筑物倾斜、下沉（有的下沉一层）普遍，有的建筑翻倒和地桩拔出（十分罕见）。而同属墨西哥城的西部火山岩地带上的建筑的破坏要轻得多。此外，共振效应引起的灾害不容忽视。以9~12层建筑破坏比例最大，其自振周期与场地卓越周期接近。14.1994年美国北岭地震6.7级，震中距洛杉矶35km.商业建筑特别是大型停车场破坏严重；焊接抗弯钢框架的节点出现大量裂缝。此次地震死亡人数仅57人，但财产损失高达200多亿美元，引起了工程界对单一设防目标的反思。15.1995年日本阪神地震震级7.2级，震源深度17km，属城市直下型地震。按日本1981年规范设计的高层和超高层建筑震后完好，隔振房屋表现良好，经过处理的人工回填基础上的高层建筑经受了振动和液化的考验。老旧房屋、交通运输系统及供水系统破坏严重。震害向现有抗震设计理论和方法提出了新的挑战（软土地基的抗震、竖向地震影响、抗震计算等）。16.1999年台湾集集地震7.3级，震源深度8km，强烈的地震导致巨大的地面变形和地质破坏，震中区的建筑物破坏严重。经验教训：设计对应的加速度峰值230gal，而实际地震的加速度为500~600gal。建筑场地：断层两侧6km地区内受损建筑占受损总数的60%；地基液化使某些地区破坏严重；盆地效应，台北（距震中150km）的场地特征周期与结构自振周期相近，导致300多栋建筑物损坏。因概念设计存在明显缺陷造成破坏。施工质量差及缺乏日常管理（使用中擅自拆墙、破坏梁柱、进行不当的增层和扩建等。17.2003年阿尔及利亚地震6.8级，震源深度约为10km,震中烈度10度，严重破坏区140km×50km经验教训：应将城镇中私人建房纳入审批管理程序。虽然私人建房绝大部分为框架结构，但结构不合理，施工质量存在诸多问题。注意加强工程地质勘察工作。该国没有工程地质勘察技术标准。注意结构的构造措施。存在填充墙不与主体拉结、框架柱顶留施工缝、节点区无箍筋及梁柱端箍筋不加密等问题。18.2008年中国汶川地震矩震级7.9级，面波震级8.0，震中位于汶川县映秀镇（东经103.4°，北纬31.0°),震中烈度11度，地下破裂面从汶川县开始，以3.1km/s的平均速度传播，破裂长度约300km，破坏过程持续近120s，最大错动量9m，在震中区造成灾难性的破坏，同时引起大量山体滑坡和泥石流，冲毁许多城镇和村庄，大量的人员和房屋一起被埋没。经验教训：20世纪80年代以来我国的抗震规范经受了大震的考验。凡是严格按照1989或2001抗震规范设计和施工的各类房屋，在遭遇到此当地设防烈度高一度的地震影响时均经受住考验，没有出现倒塌破坏。要重视抗震概念设计和构造措施。地震灾区破坏的房屋多数是由于此方面的缺陷造成的。需将城镇中私人建房纳入审批管理程序。地震中私人房屋损失很大主要问题：选址不当，结构设计部合理，施工质量不良。要特别加强对未成年人在地震突出事件中的保护。此次地震学校建筑倒塌的比例略低于其他房屋，但伤亡人数的比例明显大于其他房屋。同时，对中小学建筑要提高抗震设防类别。重视场地的工程抗震措施。加强工程场地的选址工作：选择有利地段；对不利地段，尽量避免，但无法避开时采取有效措施；不在危险地段建造甲、乙、丙类建筑→避开危险地段。2.2.3房屋建筑震害经验与启示1.场地地基滑坡、崩塌、泥石流、地陷、地裂与地表错位等对建筑物事灾难性的，要避免危险地段。砂土液化导致上部结构破坏或倾斜。在深度软弱冲击土层的场地上，高层建筑的破坏率显著增高尽量使建筑的基本自振周期避开场地卓越周期。2.房屋平面布置平面复杂的房屋破坏率显著提高。在大底盘的高层建筑中，裙房顶面与主楼相接处的破坏加重。房屋高宽比较大且上面各层刚度很大的高层建筑，底层框架柱因地震倾覆力矩引起的巨大压力而发生剪压破坏。相邻结构单元因变形缝宽度不够而发生碰撞破坏。平面形状看似规则而结构布置不当也使震害明显加重3.结构体系相对于框架体系，采用框架—抗震墙体系的房屋，破坏程度较轻，有利于保护填充墙和建筑装修。采用框架结构＋填充墙体系的房屋，由于在钢筋混凝土框架内嵌砌体砖填充墙，柱上端容易发生剪切破坏，外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切破坏。采用板—柱体系时，或因楼板冲切破坏，或因楼层侧移过大，柱顶、柱脚破坏，各层楼板坠落。采用底部纯框架＋上部砌体结构体系的房屋，由于底层柔弱，破坏十分严重；采用框架结构＋填充墙体系的房屋，当底层为开敞式的纯框架时，底层同样遭受严重破坏。采用单跨框架结构体系的房屋，因结构整体冗余度少，在强震作用下易发生整体倒塌。5.构件形式联肢剪力墙的连梁常发生斜裂缝或交叉裂缝。在绝大多数框架结构中，柱的破坏重于梁和板。在钢筋混凝土框架中，如同一楼层中长、短柱并用，则短柱破坏严重。配置螺旋箍筋的钢筋混凝土柱延性好，产生较大侧移情况下仍具有较高的竖向承载力；而配置方形箍筋的柱子则钢筋崩开，核芯区混凝土破碎脱落。6.非结构构件填充墙的布置：平面布置不合理，导致结构扭转破坏；竖向布置不合理，产生薄弱层；局部布置不合理，产生短柱。附着于屋面的机电设备、女儿墙等，地震时易倒塌或脱落伤人，应与主体结构可靠连接，锚固。2.3工程场址的合理选择选择有利地段避免危险地段断裂及其工程影响

全新世活动断裂：在全新世地质时期（1万年）内有过地震活动或近期正在活动、今后100年可能继续活动的断裂。当不符合抗震规范4.1.7条第一款时，应按第2款规定进行避让。但既便是非全新世活动断裂，也不宜将建筑物跨越其中，以避免地震时因可能错动或不均匀沉降造成危害。山体崩塌

发现有山体崩塌、巨石滚落等潜在危险的地段，不能建房。边坡滑移对于存在液化或润滑夹层的坡地，也应视为危险地段。地陷地下煤矿的采空区（特别是废弃的浅层矿区），地震时因坑道坍塌可能导致大面积地陷，也应视为危险地段。3.慎重对待不利地段不利地段往往对应于烈度异常区。局部地形相关的不利地段高耸孤立的山丘条状突出的山嘴山梁的顶部条状突出的山嘴—地面加速度增大土质边坡台地边坡失稳、地面加速度增大设计对策保证稳定性（新增3.3.5）将αmax乘以增大系数改为强条（增大系数详见4.1.8条条文说明）与场地土质相关的不利地段平面分布分布不均匀土层—动力特性不同不均匀沉降导致上部结构破坏液化土和软弱土建筑物下沉或整体倾斜

地下管道破坏设计对策—第3.3.4条2.4建筑和结构布置原则房屋的抗震性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。当建筑布局奇特复杂、结构布置存在薄弱环节时，即使进行精细的分析计算，采取相应的构造加强措施，也难于达到减轻震害的预期目的。故应优先选择简单、均匀、对称、规则的建筑结构方案。规则但不对称横向对称但不规则2.4.1建筑不规则布置与震害1.平面形状有利于建筑抗震的平面形状：圆形、方形、矩形、正六边形、正八边形以及椭圆形、扇形。不利于建筑抗震的平面形状：L形、T形、十字形、U形、Y形等。拐角形（有内折角形）建筑在地震下的破坏率高。2.竖向体型抗震建筑的竖向体型变化宜均匀，宜优先采用矩形、三角形、梯形等立面形状。要尽量避免过大的外挑和内收。因为立面形状的突然变化，必然导致结构质量和刚度的突然变化，地震时突变部位就会应力或塑性变形集中，从而使该部位震害加重。3.房屋高度与高宽比限制房屋高度是保证结构安全又考虑经济性的一项重要抗震措施。而控制房屋高宽比是一个比房屋高度更需慎重考虑的问题。建筑的高度比愈大，地震作用下的侧移愈大，地震引起的倾覆作用愈严重，巨大的倾覆力矩在柱中和对基础所产生的压力和拉力比较难于处理。4.毗邻建筑按要求设置防震缝8、9度框架结构房屋防震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，可在缝两侧的尽端沿全高设置垂直于防震缝的抗撞墙。2.4.2结构不合理布置与震害15层的尼加拉瓜中央银行，楼梯间电梯井均集中布置在一端。1972年马那瓜地震时产生强烈的扭转，造成严重破坏，修复费用高达原造价的80%18层美洲银行（与中央银行离得很近），采用由4个L形筒连接构成芯筒，在同一地震中仅3～17层连梁有细微裂缝。天津754厂11号车间，外表对称，每个独立区段偏心很大。1976年唐山地震产生的强烈扭转导致2层（共5层）有11根中柱严重破坏。芯筒要居中对称布置；刚度大的抗震墙尽量对称布置，且宜沿房屋周边布置；结构沿竖向的布置宜等强。2.4.3关于建筑结构布置的设计对策GB50011-2001（2008年版）第3.4.1条（强条）：建筑设计应符合抗震概念设计的要求，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证，采取特别的加强措施；不应采用严重不规则的建筑方案。表2-4表2-5一般不规则：建筑结构（包括某个楼层）布置上出现不规则建筑方案基本类型的一项。特别不规则：同时具有不规则建筑方案基本类型的三项或三项以上；具有特别不规则中的一项；具有两项基本不规则且其中一项接近特别不规则的指标。严重不规则：多项指标超过GB50011-2001（2008年版）第3.4.3条规定的上限或某一项大大超过规定。具体执行：对一般不规则方案按规范、规程的规定采取加强措施。对特别不规则的建筑方案，进行专门研究和论证，采取高于规范、规程规定的加强措施；对于特别不规则的高层建筑，应按建筑部第111号文件进行抗震设防专项审查。对于严重不规则的建筑方案，应要求建筑师予以修改、调整。2.防震缝的设计对策应通过调整建平面形状和尺寸，在构造上和施工上采取措施，尽可能不设变形缝。当地震区必经设置变形缝时，缝的宽度不宜小于两侧建筑物在较低者屋顶高度处垂直缝方向的侧移之和，以保证建筑在中震下不出现严重破坏，规范近似地取小震作用下弹性侧移的3倍，并附加上的地震前和地震中地基不均匀沉降等产生的侧移。具体宽度详见相关条文。2.5抗震结构体系的优化配置2.5.1多道抗震防线洪华生教授的结构物破坏准则：图当u=u0时，认为结构破坏（变形准则）当u<u0，而积累的损耗能量达到Ej时，结构也破坏（能量准则，也称积累破坏准则）。在一次大地震中，建筑物将经历多次往复式冲击，造成积累式破坏。如果仅有一道防线，一旦该防线破坏，后续地面运动将导致建筑物倒塌。如建筑物具有多重抗侧力体系（多道防线），当第一道防线的抗侧力构件破坏后，第二道乃至第三道防线的抗侧力构件随之接替，抵挡后续的地震冲击，从而保证建筑物的最低安全限度，避免倒塌。特别是当建筑物的基本自振周期与场地卓越周期相近时，多道防线更能显示出其良好的抗震性能。2.5.2足够的侧向刚度关于抗震结构设计的刚柔之争，多次地震灾害调查情况表明，刚比柔好。采用较大刚度的高层建筑，不仅主体结构破坏轻，而且由于地震时结构变形小，隔墙、围护墙等外结构构件的破坏也轻。刚度满足要求，即要满足多遇和罕遇地震下的层间位移角限值的要求。可参见书中表2-6和表2-7.2.5.3足够的冗余度（足够多的超静定次数）要求结构足够冗余度的意义：1.防止建筑结构倒塌为抗震设计的最低目标，也是最重要和必须保证的目标。而建筑的倒塌则为结构在地震中因构件的破坏降低超静定次数最终变为机动体系的结果。因此，结构的冗余度越多，进行的倒塌的过程就越长。2.在具体的一次地震下，输入于结构的地震能量大体上是一定的。结构上每出现一个塑性铰，即可吸收和耗散一定的地震能量。在整个结构变为机动体系之前，能出现的塑性铰越多，耗散的地震输入能量就越多。3.静定结构的传力路线是单一的，一旦其中的某一构件或局部节点发生破坏，整个结构则因传力路线中线而失效。2.5.4良好的结构屈服机制良好的结构屈服机制应满足的条件：1.结构的塑性铰从次要结构或从主要构件的次要部位开始出现，最后才在主要构件出现塑性铰，从而形成多道抗震防线。2.结构中所形成塑性铰的数量多，塑性变形具有一定的发展过程。3.构件中塑性铰的塑性转动能力强，即结构的塑性变形量大。为实现上述条件，要求设计成结构总体屈服体制，因为结构发生总体屈服时，其产生的塑性铰数量远比楼层屈服机制多，并且发生总体屈服的结构的侧向变形沿竖向分布较均匀。2.5.5构件设计准则为保证建筑的耐震性能，即遭遇等于或高于设防烈度不超过1度的地震影响时，建筑不发生严重破坏；遭遇高于设防烈度1度的地震影响时，建筑不至于倒塌，结构构件应下列准则设计：强节弱杆；强柱弱梁或强墙弱梁（概括为强竖弱平）；强剪弱弯；强压弱拉。2.6妥善处理非结构构件1.在计算分析时，充分考虑非结构构件的质量，对非结构构件的刚度只考虑其对于结构的不利影响，不考虑非结构构件的强度对结构抗震所起的有利作用。2.做好细部构造，使非结构构件与主体结构可靠连接，防止非结构墙体地震下平面外倒塌，尽量消除非结构构件对主体结构的不利影响。3.对装饰要求高的建筑选用具有足够刚度的结构型式，避免装饰破坏，减少修复费用。2.7地震作用计算楼层最小地震剪力的规定（强制性条文）对于基本自振周期大于3.5s的结构，按水平地震影响系数计算所得的结构地震剪力很小。而对于此类长周期结构，地震动中地面速度和位移可能对结构的破坏具有更大的影响。为此，规范中采用限制楼层最小地震剪力来予以考虑，即3.1多层砌体房屋的震害及其规律3.1.1震害统计由于砌体结构所用材料的脆性性质，使之缺乏抵御地震的延性。国内外历次震后调查表明，砌体房屋的破坏率极高。在1976年的唐山地震中发现砌体结构中设有钢筋混凝土柱，可使房屋裂而不倒的现象，随之开始了提高砌体房屋抗震性能的深入研究，并将研究成果体现于78、89以及01抗震规范之中。第三章多层砌体房屋震害与

设计对策在汶川地震中，就砌体房屋总体而言，破坏程度随建造年代的推移而明显减轻。在调查中发现，严格按照规范进行计算并采取设置构造柱等措施的砌体房屋，在遭遇比当地设防烈度高1度的地震影响时，尚无倒塌的情况。实践证明，除高烈度区外，对砌体房屋只要做到合理设计，认真施工，是能够达到相应的抗震设防要求的。3.1.2震害表现1.承重墙体的破坏如墙体高宽比接近1，则墙体呈X形交叉裂缝；如墙体高宽比更小，则在墙体中间部位还出现水平裂缝。如墙体破坏加重，则会因丧失竖向荷载力而导致楼、楼盖坍落。解决方法：按抗震规范进行地震作用和截面验算；加强墙体构造柱设置开考虑构造柱的墙体抗震受剪的提高作用；保证施工质量控制达到B级要求。2.转角处墙体的破坏原因：房屋转角处刚度，吸收较多的地震剪力；转角处同时受两个方向的地震作用，应力集中明显。解决办法：在转角处设置构造柱并设拉结筋的加强纵横墙之间的连接；注重先砌体后浇构造柱。3.内外墙交接处的破坏原因：未设置足够的圈梁、构造柱或拉结筋；未按放坡留槎施工等。解决方法：按抗震规范规定设圈梁、构造柱和拉结筋；施工中注意墙体之间咬槎等问题。4.房屋端部的破坏原因：存在边端效应（房屋纵向两端墙体依靠少，宜于产生应力集中），如处理不当，可引起房屋局部倒塌。解决方法：房屋平面布置宜规则，墙体布置宜均匀对称，加强房屋角部的构造柱，保证拉结筋的效果。5.纵墙承重房屋外纵墙的破坏原因：楼板的侧边一般不嵌入横墙内，多数横向地震作用难于直接传至横墙，而是要通过纵墙经由纵横墙交接传至横墙。因而，外纵墙易受弯破坏而向外倒塌，楼板亦随之坠落。同时，横墙为非承重墙，重力荷载产生的压应力，受剪承载力低，其破坏程度也较重。解决办法：优应采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，同时注意纵横墙之间，圈梁或楼板与墙体之间的连接。6.窗间墙、窗下墙和墙垛的破坏图3-8图3-9比较细高的窗间墙受弯剪双重作用，产生交叉裂缝或水平裂缝。解决方法：保证窗间墙满足承载力和构造要求，满足房屋局部尺寸的要求。7.楼梯间的破坏图3-10图3-11原因：楼梯间墙体缺少楼板的侧向支撑，其顶部墙体五支承高度为一层半，在地震中的破坏比较严重甚至倒塌。解决方法：不宜设置在房屋的尽端和转角处，按规范08版要求在梯段上下端对应墙体处增设构造柱。8.房屋整体错位图3-12解决办法：注意基础圈梁与防潮层的结合并应按抗震规范要求设置构造柱。如基础圈梁标高已位于+0.00或高出地面，构造柱应伸入室外地面500mm。9.门窗过梁的破坏图3-13图3-14解决方法：不应采用无筋砖过梁，尽量采用钢筋混凝土过梁；如在建筑上可行，当门窗上口到楼板高差在300~500mm时，可将过梁与圈梁合并。10.出屋面附属结构的破坏图3-15图3-16解决方法：避免结构在立面上局部突出，如必经设置，突出部分的地震作用效应宜乘以增大系数3（采用底部剪力法），并采取在变截面处加强连接的措施；控制无锚固女儿墙在非出入口处的高度；对附墙、出屋面烟囱采用竖向配筋。11.较多层数砌体结构的破坏图3-17都江堰市原设防烈度为7度，在汶川地震中遭遇的地震影响为9度，其7层砌体房屋个别倒塌，建造年代较早的7层砌体房屋中等破坏，建造较晚的7层砌体房屋基本完好。图3-18解决方法：严格按照《抗震规范》控制多层砌体房屋的高度和层数，并注意结构体系的选择和抗震构造。12.砖柱承重房屋的破坏图3-19解决方法：7~9度时，不得采用独立砖柱（08版新增强条），可考虑采用钢筋混凝土柱或组合砌体等。13.横墙较少房屋的破坏采用砌体结构的中小学、幼儿园的教学楼和医院等建筑一般层数不多，但震害比较严重，在汶川地震中造成了重大的人员伤亡。图3-20图3-22图3-23图3-24解决方法：按照抗震规范08版规定对教学楼、医院等横墙较少的多层砌体房屋的多项针对性条款严格执行。主要体现在对总高度和层数的限制、楼屋盖形式，构造柱的设置等，详见书P69。3.2多层砌体房屋的抗震性能关于恢复力曲线的基本知识结构或构件在力循环往复作用下得到的力—变形曲线叫做滞回曲线，滞回曲线的外色线称为骨架曲线，滞回曲线与骨架曲线合称恢复力曲线。李书图5-17李书图5.18循环往复加载：正向加载—卸载—反向加载—正向加载……重复加载：加载—卸载—加载……滞回环所包围的面积：反映耗能情况；刚度退化：当保持相同的峰值荷载时，峰点位移随循环次数的增加而增加；揑拢现在：由于微裂缝的开展、钢筋与混凝土之间耗结力的破坏所致，见下图。李书图5.23恢复力曲线的模型化举例

屈服型极限性揑拢型3.2.1多层砌体房屋墙体的抗震性能1.无筋砌体墙无筋砌体墙在往复水平力作用下（同时有竖向压力）。如墙体高宽比接近1，则墙体呈X形交叉裂缝；如墙体高宽比小于1，在墙体中间部位尚出现水平裂缝。图3-262.水平配筋砌体墙水平配筋砌体墙沿墙体两个对角线方向出现多条裂缝，很难区分哪一条是主裂缝，水平钢筋的体积配筋率越高，墙体裂缝分布越均匀。水平配筋砌体墙的承载力和变形能力随水平钢筋体积配筋率的增加而增加。其变形能力比无筋砌体墙提高一倍以上，常构造柱的水平配筋砌体墙壁常构造柱的无筋砌体墙的变形能力提高50%左右。3.设构造柱的砌体墙试验表明，设构造柱对砌体墙的抗剪能力提高得不多（10%~20%），但可以使墙体的变形能力提高到3倍以上。构造柱的作用：在墙体开裂以后，能够约束破碎的砌体脱落坍塌，使房屋裂而不倒；和圈梁共同组成墙体的钢筋混凝土边框，增强了砌体结构的整体作用；能够提高砌体墙的受剪承载力。3.2.2多层砌体房屋的抗震性能图3-30有构造柱的房屋：出现斜裂缝后沿水平方向延伸，最后裂缝开展至柱的上下端，裂缝分布为底层重、上部层位轻。无构造柱房屋：墙体裂缝仅限于底层，不向上扩展。横型破坏时内横墙顶推外纵墙，使纵墙连同一部分横墙一起坍落。图3-31可以看出，带构造柱房屋比无构造柱房屋滞回曲线所包围的面积大得多，刚度退化也比较慢。试验表明，合理地设置构造柱、圈梁，必要时尚可设置水平配筋，可明显地提高房屋的变形能力和耗能能力，大大提高砌体房屋的抗倒塌能力，因而是改善砌体房屋抗震性能最重要的措施。3.3多层砌体房屋抗震设计的一般要求3.3.1平、立面要规则若是L型，∏形等平面，应使转角或交叉部分的墙体拉通，使地震剪力能够通过贯通的墙体传到相连的另一倒。如侧翼伸出的长度超过大于其宽度，应以防震缝将结构分成独立的单元。复杂的立面和屋面局部突出造成的附加震害比平面不规则更为重要。当结构在立面设置局部突出物时，应采取措施在变截面处加强或在局部采用刚度较小、自重较轻的结构。3.3.2房屋高度要限制历次地震的宏观调查表明,震害随房屋层数的增加而明显加重;而我国对多层砌体房屋的高度和层数的上限,已为世界之最(即抗震规范表3-1);因此我国将房屋层数和高度的限制作为强制性条文,并且要注意是双控。横墙即抗震横墙，最小墙厚符合表3-1要求并可作为抗侧力抗震墙的墙体。横墙较少：同一楼层内开间大于4.2m的房屋面积占该层总面积40%以上。横墙很少：同一楼层内开间大于4.2m的房间面积占总面积的80%以上。横墙较少的多层砖砌体住宅楼达到规范表7.1.2规定限值时，应按规范第7.3.14条采取加强措施，可不降低总高度和层数。其他砌体房屋当仅个别楼层属横墙较少时，可根据大开间的设置等采取相应的加强措施，而不降低总高度和层数。对于医院、教学楼等横墙较少的砌体房屋，总高度应比规范表7.1.2的规定降低3m，总层数减少1层。不可套用住宅楼的加强措施而不降低总高度和层数，因为医院、教学楼等人员密集。对乙类抗震设防的多层砌体房屋应允许按本地区设防烈度查表，但层数应减少1层且总高度应降低3m。对抗震设防为乙类的多层砌体医院、教学楼等房屋，应允许按本地区设防烈度查表，但层数应减少2层且总高度应降低6m。对横墙很少的多层砌体房屋，总层数应比规范表7.1.2的规定减少2层。1.关于地下室房屋的总高度：室外地面到主要屋面板或檐口的高度，半地下室从室内地面算起，全地下室和嵌固条件好的半地下室应允许从室外地面算起；对常阁楼的坡屋面应算到山尖墙的1/2高度处。嵌固条件好：半地下顶板（宜为现浇钢筋混凝土板）高出室外地面小于1.5m，地面以下窗洞均设窗井墙，且窗井墙为半地下室室内横墙的延伸。半地下室室内地面至室外地面的高度大于地下室净高1/2，无窗井，且地下室的纵横墙较密。2.关于室外地面和建于坡地的多层砌体房屋的层数、总高度室外地面：竣工后的设计室外墙面。建于坡地的多层砌体房屋的层数、总高度：计算层数和总高度时，室外地坪从低处计算，如低处有6层，高处有5层，则总层数按6层考虑。3.关于檐口当檐口标高不设水平楼板时，檐口是指结构外墙和屋面结构板交接处的屋面结构板顶；当檐口标高附近有水平楼板，且坡屋顶不是轻型装饰屋顶时，则为常阁楼的坡屋面，此时房屋总高度应算至山尖墙的1/2高度处。4.关于阁楼如阁楼层不高且不住人，只作为屋架内的一个空间，此时阁楼层可不作为一层考虑。如阁楼层较高，设计其作为居室，则阁楼层应当作为一层考虑，高度应算至山尖墙的1/2处。5.关于总高度的控制控制房屋总高度的严格程度稍逊于控制房屋层数。规范中总高度控制的有效数字为个位，表示m以下的第一位小数四舍五入，意味着允许有0.4m(或稍多）的净增加。当室内外高差大于0.6m时，房屋总高度允许适当增加，但不应多于1m。3.3.3房屋的层高抗震规范2008年版考虑教学楼等对室内净空3.4m的要求，作为特例，增加“注：当使用功能确有需要时，采用约束砌体等加强措施的普通砖墙体的层高不应超过3.9m。”3.3.4房屋的最大高宽比为保证地震时房屋有足够的稳定性和整体抗弯能力，房屋的高宽比应满足6，7度时不大于2.5，8度时不大于2.0，9度时不大于1.5，对平面接近正方形的建筑，高度比宜适当减少。计算高宽比时，房屋宽度可不考虑局部突出或凹进尺寸，外廊和单面走廊房屋总宽度不包括走廊宽度。3.3.5房屋抗震横墙间距限制抗震横墙间距的意义：保证楼、屋盖的水平刚度，尽量减少纵墙的出平面破坏。规范表7.1.5注：“多层砌体房屋的顶层，最大横墙间距允许适当放宽，”意味着大房间宜设置在房屋的顶层。3.3.6局部尺寸要控制1.承重窗间墙的最小宽度窗间墙的三种破坏形态：图3-22设计时应使同一道墙的窗间墙高度大体相等。因为窗间墙按其侧移刚度分担水平地震剪力，宽度大的窗间墙分担的地震剪力大，先出现交叉裂缝，在各窗间墙上地震剪力重新分布，则会造成各个击破的后果。2.承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离由于应力集中，房屋尽端震害较重。此项规定为防止房屋在尽端首先破坏甚至局体墙体坍落。3.非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离对非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离较承重外墙的要求有所放宽（8、9），但6、7度时也不宜小于1.0m。4.内墙阳角至门窗洞边的最小距离内墙阳角处应力集中明显，在此部位往往有梁支承于其上。为了避免此部位的严重破坏，规范规定了内墙阳角至门窗洞边的最小距离（严于承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离），同时还应采用加强整体连接的构造措施。5.其他局部尺寸限制阳台、挑檐、雨篷的小跨度的水平悬挑构件的震害相对较轻，规范未对其跨度作出限值，但应通过计算保证承载力和通过构造保证锚固和连接。作为竖向悬挑构件的女儿墙地震中容易破坏，因此规范对无锚固女儿墙的高度给予了限制，且出入口处女儿墙应有锚固。当外墙尽端至门窗洞边的距离小于规范规定的最小距离时，也可采用加强构造柱或增加水平配筋等措施。但应注意并非所有不满足局部尺寸要求的部位都可采用加大构造柱来代替。在纵横墙交接处附近开洞时，洞口边缘距交接处墙边的最小距离应大于300mm。3.3.7房屋体系要合理1.应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。2.纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连接，同一轴线上的窗间墙宽度均匀。在阳台门窗之间留240mm宽墙垛的做法不利，宜采取门连窗的做法。3.防震缝的设置规范的原则：当建筑形状复杂而又不设防震缝时，应选取符合实际的结构计算模型，进行精细的抗震分析，估计局部应力和变形集中及扭转影响，判别易损部位并采用加强措施——对平面布置不甚规则的多层砌体房屋在设置防震缝问题上有所放松，可尽量不设缝，但应采取加强措施。当设置防震缝时，应将建筑分成规则的结构单元。地震区房屋的永久性缝应同时满足伸缩缝、沉降缝和防震缝宽的最大值。4.楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处楼梯间墙体缺少各层楼板的侧向支撑，房屋尽端侧向约束更弱，特别是楼梯间顶层砌体的无支承高度为一层半。5.烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体当墙体被削弱时，应对墙体采取水平配筋等加强措施。对附墙烟囱及出屋面烟囱采用竖向配筋。6.教学楼、医院等屋面的楼屋盖体系对教学楼、医院等横墙较少的砌体房屋以及跨度较大的砌体房屋，其楼、屋盖体系宜采用现浇钢筋混凝土板，以加强该类房屋楼、屋盖的整体性。7.钢筋混凝土预制挑檐应加强锚固最好采用与屋盖整体浇筑的现浇钢筋混凝土挑檐。如采用预制钢筋混凝土挑檐，则应加强其锚固。3.4多层砌体结构的抗震设计要点对于开洞墙体的侧移刚度，可采用墙段组合的方法计算；一般也可先按毛墙面计算侧移刚度，然后乘以抗震规范表7.2.3中的洞口影响系数。但墙体厚度小于规范表7.1.2中的最小厚度时，不论其有无基础，均不能作为抗震横墙。在砌体结构中，将抗震承载力验算不满足要求的墙段由砖砌体改为现浇钢筋混凝土墙的做法属超规范，将改变结构的受力状态，难于称其为砌体结构体系，应按《建筑工程勘察设计管理条例》第二十九条要求进行设计审定。3.5多层砌体结构的抗震构造要求多层砌体房屋中抗震构造措施的意义：提高房屋的整体抗震性能，实现大震不倒。3.5.1设置钢筋混凝土构造柱需注意的问题1.较大洞口指宽度2000mm以上的洞口。其位置往往位于内廊两侧的内横墙之间，楼梯间两侧的内纵墙之间。至于外纵墙的较大洞口，设计人员应根据开间和门窗尺寸进行处理，以避免在一个不大的窗间墙设置三根构造柱。2.较小墙垛较小墙垛系指宽度在800mm左右且高宽比小于4的墙肢（对该墙肢分配水平地震剪力），对局部较小墙垛构造柱是为防止其在地震时过早破坏。3.规范08版对楼梯间的加强措施楼梯段上下端对应墙体处增加4根构造柱，与在楼梯间四角设置的构造柱合计有8根，再与楼层半高处的配筋常（7~9度时）构成应急疏散安全岛。对突出屋顶的楼、电梯间，内外墙交接处应沿墙高每隔500mm设2Ø6通长拉结钢筋。4.常阁楼的多层砌体房屋的构造柱设置当剖面为三角形，即檐口处无砖墙时，可按房屋的实际层数设置构造柱异适当加强；当剖面形式为屋形，即檐口处有砖墙时，按屋面的实际层数增加一层后的层数对符。不论是三角形还是屋形，均需沿山尖墙顶设置卧梁，在山脊处设置构造柱。5.关于构造柱的其他问题构造柱与墙体连接处应砌成马牙槎，至于采用大马牙槎还是小马牙槎，规范未作规定。构造柱可不单独设基础，但应伸入室外地面以下500mm或锚入浅于500mm的基础圈梁内，伸入圈梁的构造柱的纵筋应满足锚固长度。但当基础圈梁称高以位于±0.00或高出地面时，构造柱应符合伸入地面以下500mm要求。3.5.2钢筋混凝土圈梁1.钢筋混凝土圈梁的功能增强房屋的整体性。提高楼层屋盖的水平刚度。限制墙体斜裂缝的开展和延伸。减轻地震时地基不均匀深陷对房屋的影响。图3-342.圈梁与预制板的相对位置板侧圈梁；板底圈梁；混合圈梁。图3-353.5.3其他构造问题1.楼、屋盖的钢筋混凝土梁或屋架应与墙、柱（包括构造柱)或圈梁可靠连接；6度时，梁与砖柱的连接不应削弱柱截面，独立砖柱顶部应在两个方向均有可靠连接；7~9度时不应采用独立砖柱。跨度不小于6m大梁的支承构件应采用组合砌体等加强措施并满足承载力要求。2.后砌的非承重砌体隔墙应沿墙高每隔500mm配筋2Ø6钢筋与承重墙或柱拉结，并每边伸入墙内不应小于500mm。8、9度时，长度大于5.0m的后砌非承重隔墙墙顶尚应与楼板或梁拉结。3.如桩身长度不一致时不宜将承台梁逐步放坡，应将承台及承台梁设置在同一标高，即基础底面保持在同一标高。第四章多层和高层钢筋混凝土房屋的震害与设计对策

4.1钢筋混凝土结构的震害及其规律4.1.1钢筋混凝土框架结构的震害及相关规范的要求1.结构在强震作用整体倒塌破坏原因：在强震下，框架结构的薄弱楼层率先屈服，形成弹塑性变形集中区域；较少的冗余度易导致结构连续倒塌。或由于烈度过度，作用效应远远超过结构抗力，从而导致结构整体倒塌。图4-1图4-2图4-3对策：注重抗震概念设计；尽量设置多道抗震防线，如采取增加斜支撑或柱子两侧增加钢筋混凝土翼墙作为第一道防线。但需注意，框架结构的砌体填充墙够不上一道防线，基本上只考虑其对结构的不利影响。图4-42.存在薄弱层结构在大震中倒塌示例刚度小的楼层——柔层、软弱层承载力小的楼层——弱层、薄弱层都江堰市某住宅小区钢筋混凝土框架结构底部1，2层薄弱，地震作用远远超出楼层抗震承载力，汶川地震中底部两层完全坍塌。图4-5日本的老抗震规范允许建筑物在五层以上较弱，结果在1995年的阪神地震中，相当比例的钢筋混凝土框架结构在第5层倒塌。图4-6对策：进行薄弱层的弹塑性变形验算。3.柱端和节点的破坏框架结构的震害一般情况：柱重于梁，柱顶重于柱底，边、角柱重于内柱。普通柱多发生弯曲破坏，轻者水平或斜向断裂，重者混凝土压酥，钢筋外露，钢筋崩脱。图4-9到图4-15对策：按“强柱弱梁”原则设计，以实现∑Mucy＞∑Muby，即按规范要求调整柱端弯矩。图4-20当节点核心区箍筋约束不足或无钢筋时，节点和柱端破坏合并加重。图4-16对策：要求施工时不在梁底标高处留施工缝，以便保证节点处的箍筋数量和施工质量。填充墙的不合理设置，往往会使普通柱因侧向变形受到约束而形成短柱，从而在地震中发生严重的剪切破坏。图4-17到图4-19对策：尽量避免因填充墙设置而形成短柱；不论是实际的短柱还是因填充墙设置而形成的短柱，当剪跨比不大于2时，应沿全高加密箍筋并优先考虑采用复合螺旋箍或井字复合箍（一级抗震时，纵筋每侧纵向钢筋配筋率尚不宜小于1.2%）；对剪跨比小于1.5的超短柱，应采取专门的加强措施（如增设交叉斜筋、外包钢板箍、增加型钢等）。4.单跨框架结构破坏较为严重单跨框架结构由于抗侧刚度小，赘余度少，耗能能力弱，当柱子出现塑性铰，出现连续倒塌的可能性大。震害表现为较高的单跨框架结构破坏严重，甚至倒塌。图4-21，图4-22，图4-24对策：规范2008版规定，多层建筑不宜采用单跨框架结构，高层建筑不应采用单跨框架结构。5.非结构构件（填充墙、围护墙等）的破坏普遍且较重框架结构的砌体填充墙和围护墙刚度较大而承重力低，变形能力差，在8度及8度以上地区墙体的裂缝明显加重。如拉结措施不当，极易造成倒塌。震害特点：上轻下重，空心砌体重于实心砌体墙，圆弧型填充墙重于直线型填充墙。图4-25，图4-26，图4-27，图4-28对策：按规范（2008年版）3.7和第13章规定采用抗震措施。6.防震缝处的震害严重因防震缝宽度不足而使相邻建筑在地震中严重碰撞，进而可导致建筑物损毁。图4-30，图4-31图4-32对策：正确理解规范的相关规定：应尽可能规则建筑的平立面布置，尽量避免采用防震缝；如必须设缝，缝宽应满足要求。对8、9度设防的框架结构，当防震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，可在缝两侧房屋尽端沿全度设置垂直于防震缝的抗撞墙，详见规范6.1.4条第二款。设有建筑物加固改造中发现缝宽不足时，也可设抗撞墙。4.1.2具有抗震墙的钢筋混凝土结构的震害及规范的相关要求这里系指钢筋混凝土剪力墙结构和框架—剪力墙结构。历次震害表明，具体抗震墙的钢筋混凝土房屋具有较好的抗震性能，其震害一般较轻。在汶川地震中，剪力墙结构和框架—剪力墙结构房屋无一例倒塌，绝大部分结构主体基本完好或轻微损坏，小部分中等损坏。1.连梁的破坏较为普遍当连梁跨高比较大时（l/h＞5，高规中用剪跨比），连梁出现弯曲破坏。当连梁跨高比不大于5时，可能同时出现弯曲裂缝和剪切裂缝；当连梁的跨高比很小时（l/h＜2），将出现严重的X形裂缝。图4-33对策：按高规关于实现连梁强剪弱弯的相关规定执行。2.强震下剪力墙墙肢的破坏当墙肢（包括总体墙肢和由于开洞形成的局部墙肢）高宽比较小时，出现斜向裂缝以致剪切破坏。在框架—剪力墙结构中由于变形协调，在框支剪力墙结构中由于向下部楼层的落地剪力墙卸载，都将导致剪力增大，从而使墙体剪跨比减小，而在底部楼层出现剪切破坏。当墙肢比较大且措施待当时，则出现弯曲破坏。对策：使墙肢高宽比不小于2；认真执行关于底部加强部位的相关规定。4.2钢筋混凝土结构的受力特点与适用范围当前，我国的高层建筑中钢筋混凝土结构占主导地位。选择结构体系时应考虑对结构内里进行宏观控制，在结构平面位置上注意充分发挥主要竖向构件的作用，使其在恒载作用下产生压应力大于水平作用引起的拉应力，避免在竖向构件中出现纯拉力和拔起基础。特别注意在进行各类结构体系布置时，保证外部构件受压。4.2.1常用结构体系的受力特点1.框架结构体系框架结构自振周期较长，对地震作用不敏感，通过合理的设计，可使框架结构各部分刚度比较均匀，并使结构有较好的延性，获得较好的抗震性能。其主要缺点是：结构侧向刚度较小，地震时非结构构件破坏较严重，限制高层框架结构的位移很不经济，因而难于建得很高。地震区应优先采用现浇框架结构。框架结构的变形特点总体剪切变形：由梁柱弯曲变形产生，占总体变形的90%以上，特点为总体变形下部相对位移大（剪切型）总体剪切变形：由柱轴向变形产生，占总体变形的10%以下特点为上部相对位移大框架结构布置一般规定框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系。主体结构除个别部位外，不应采用铰接。

梁侧加腋：框架结构梁、柱中心线宜重合。当梁柱中心线不重合时，其偏心距不宜大于柱截面在该方向宽度的1/4，若不满足此条件，则需在梁端部的侧面加腋。图4-42抗震设计的框架结构不应采用部分由砌体墙承重的混合形式。框架结构的楼、电梯间及局部出屋面的电梯机房、水箱间等，应采用框架承重。楼梯及休息平台宜用柱支承。局部突出屋面的结构不宜布置在房屋的尽端。当仅布置少量剪力墙作为电梯间的围护墙时，结构分析计算时应考虑剪力墙与框架协调工作。如楼、电梯间使结构产生较大偏心时，宜将剪力墙减薄、开竖缝、开结构洞。当框架结构利用砌体填充墙作为抗侧力构件时，除应保证填充墙与主体结构共同工作外，还应设置一定数量的多余墙体。2.剪力墙结构体系剪力墙结构抗侧刚度大，总体性好，在国内外历次大地震中，剪力墙结构体系表现出良好的抗震性能，震害较轻。目前，我国10～30层高层住宅多采用剪力墙结构体系。剪力墙结构的变形呈弯曲型。剪力墙结构的墙体间距不能太大，平面布置不够灵活。为满足某些楼层（底部）大面积公共房间的要求，可将剪力墙结构底部一层或几层的部分剪力墙取消，用框架代替，形成部分框支剪力墙结构，设计时应注意这种结构体系存在上下刚度突变问题。3.框架—剪力墙结构体系框架—剪力墙结构兼有框架结构平面布置灵活、可获得较大的使用空间和剪力墙结构强度、刚度大，侧向位移小的优点。其可建高度与剪力墙结构大体相当。受力变形特征在受力方面，由于剪力墙刚度大，将承担大部分水平作用（有时可达80～90%），是抗侧力的主体。框架承受的剪力沿高度方向比较均匀，各层梁柱的内力趋于均匀，则截面尺寸和配筋亦趋于均匀。在变形方面，在水平作用下，单独的剪力墙侧移曲线为弯曲型，单独的框架侧移曲线为剪切型，两者通过梁、楼板等水平构件的协同工作，框架—剪力墙结构的侧移曲线一般呈弯剪型。当采用剪力墙筒体作为基本单元置于结构内部而形成核心筒，则与外部柱子组成框架—核心筒结构体系，高规和抗震规范将其归为筒体结构体系，但其受力状态尚属框架—剪力墙结构。此外，板柱—剪力墙结构也可属于框架—剪力墙结构。结构布置剪力墙的数量：框架—剪力墙结构中，结构的抗侧刚度主要由剪力墙的等效抗弯刚度。但侧移与剪力墙的（等效）抗弯刚度并不成反比（如某框—剪结构的剪力墙（等效）抗弯刚度增加1倍，顶点相对位移仅减少不到20%），这是因为当结构刚度加大时，地震作用也会随之加大，因此，过多地增加剪力墙的数量是不经济的，剪力墙的数量以满足位移限制条件为宜。剪力墙的布置：剪力墙的布置应与建筑使用要求相结合，可以采用单片形、L形、[形，Ι形，或布置成筒形；当采用单片墙是，同一方向不宜少于3道；剪力墙布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近；剪力墙的布置要尽量对称，尽量接近结构外围布置；为保证楼盖在其自身平面内的刚度，楼盖构造和剪力墙间距要符合相关要求；剪力墙应贯通全高，避免刚度突变，洞口宜上下对齐；较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较为均匀的若干墙段4.筒体结构体系实腹筒：由不开洞或开动较小的剪力墙所围成的筒，其变形为弯曲形。框筒：由密柱和刚度很大的窗裙梁构成的墙片所围成的筒，其变形为剪力墙。框筒中存在剪力滞后现象：翼缘框架中角柱的轴力明显大于中间柱的轴力；腹板框架中角柱的轴力大于按线性分成的轴力。桁架筒：将筒的四壁做成桁架形式。桁架筒较框筒节省材料。筒中筒结构：用框筒或桁架筒作为外筒，实腹筒作为内筒，就形成筒中筒结构。外筒与内筒协调工作原理类似于框架—剪力墙结构，其抗侧刚度很大，可建造50层以上的高层建筑。筒中筒结构的布置应使结构尽可能减少剪力滞后现象。主要包括：密柱，柱中距不超过4m；深梁，梁的跨高比小于4；洞口面积不宜大于墙面面积的60%；角柱截面积为其他住截面积的1.5～2倍；矩形建筑平面的长宽比不应大于2；内筒宜居中；结构高宽比宜大于3，高度不宜低于60m；尽可能避免角柱受拉。4.2.2各种结构体系适用的最大高度（略）4.3多层钢筋混凝土房屋结构布置4.3.1抗震设计的基本原则1.要求根据房屋高度等选择合理的结构体系；尽量采用规则结构，不应采用严重不规则结构；组织多道抗震防线；结构在两个主轴方向的动力特性宜接近（结构平面惯性矩最小的轴为主轴之一，另一主轴与之正交）；使突出屋面的塔按具有足够的承载力和延性，以能承受鞭梢效应的影响；调整平面形状，采取构造和施工措施，尽量不设或少设缝其余见规范。2.三水准抗震设防目标和两阶段设计方法三水准设防目标：小震不坏，中震可修，大震不倒两阶段设计方法第一阶段：小震下的截面抗震验算（第一水准）构造措施（第二水准）第二阶段：薄弱部位的弹塑性变形验算（第三水准）书中表4-34.3.2结构平面布置结构平面布置基本要求：简单、规则、对称、减少偏心、减少应力集中，对相对薄弱、受力复杂的部位予以加强。需要注意的是：规则不要求一定对称，而对称不一定规则。书中图4-52（a）、（b）、（f）等都可做成几何对称形状，但都不一定是规则结构。如对于（a），要控制长宽比；对于（b），主要需防止“细腰”；对于（f），要避免过大外凸。另外几何形状上规则的同时，还应尽量保证刚度分布的对称性。4.3.3结构竖向布置总体要求见高规（JGJ03—2002）第4.4.1条。为避免形成软弱层，限制楼层侧向刚度与其上部相邻楼层侧向刚度的比值；为避免形成薄弱层，限制层间受剪承载力与其相邻上一层受剪承载力的比值。顶部楼层相对于下部楼层收进时，