建筑结构抗震基础知识

建筑结构抗震基础知识第1页，共104页，2023年，2月20日，星期一房屋倒塌第2页，共104页，2023年，2月20日，星期一桥梁断落第3页，共104页，2023年，2月20日，星期一水坝开裂第4页，共104页，2023年，2月20日，星期一铁轨变形第5页，共104页，2023年，2月20日，星期一结构丧失整体性、承重结构强度不足第6页，共104页，2023年，2月20日，星期一地面裂缝第7页，共104页，2023年，2月20日，星期一山崩、滑坡第8页，共104页，2023年，2月20日，星期一海啸、火灾第9页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.1.1地震类型与成因地震类型地震天然地震诱发地震构造地震火山地震陷落地震构造地震：由于地壳运动使地壳某些部位的地应力不断加强，当弹性地应力的积聚超过岩石的强度极限时，岩层就会发生突然断裂和猛烈错动，引起振动。振动以波的形式传到地面，造成地震。破坏性地震主要属于构造地震，占世界地震总数的90%以上。

第10页，共104页，2023年，2月20日，星期一火山地震

由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震，这类地震只占全世界地震的7%左右。

1914年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个6.7级地震。第11页，共104页，2023年，2月20日，星期一陷落地震

由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少。

诱发地震

因人为因素直接造成的地震是人工地震。

如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。

1962年3月19日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震，震级为6.1级。

第12页，共104页，2023年，2月20日，星期一地球构成：三个圈层：地壳、地幔、地核

地幔物质对流板块构造运动（根本原因）地震地震形成的宏观背景：地球构成92%的地震发生在地壳中，其余的发生在地幔上部地震的形成：板块分布图第13页，共104页，2023年，2月20日，星期一a、岩层的原始状态b、受力发生弯曲c、岩层破裂发生震动地震形成的局部机制:地球板块运动

板块之间的相互作用力

地壳中岩层变形变形积聚超过岩石所能承受的程度岩体就会发生突然断裂或错动地震

第14页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.1.2地震特征描述1地震空间位置震中震源深度震源距震中距按震源深度浅源EQ：震源深度小于60km，约占地震总数85%中源EQ：震源深度在60-300km深源EQ：震源深度大于300km震源第15页，共104页，2023年，2月20日，星期一2地震强度度量地震波类型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。地震引起的振动是以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量。地震波体波：面波：在地球内部传播在地球表面传播纵波（P波）横波（S波）横波特点:周期长、振幅大、波速慢,100-800m/s，其振动方向与波传播方向垂直，引起地面水平方向振动。纵波特点:周期短、振幅小、波速快,200-1400m/s，其振动方向与波传播方向一致，引起地面垂直方向振动。第16页，共104页，2023年，2月20日，星期一面波：面波是体波经地层界面多次反射形成的次生波。包括瑞利波（R波）和洛夫波（L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波开始面波开始第17页，共104页，2023年，2月20日，星期一地震震级含义——一次地震释放能量大小的度量里氏震级：用标准地震仪（周期0.8s，阻尼系数0.8，放大倍数2800的地震仪）在距震中100km处记录到的最大水平位移（单振幅，以μm计）的常用对数值震级与震源释放的能量（尔格）之间对应关系微震（小于2级）有感地震（2——4级）破坏地震（5级以上）强震（大震）（7级以上）特大地震（8级以上）第18页，共104页，2023年，2月20日，星期一震级与能量的关系能量E的单位：尔格（1尔格=

）

能量越大，震级就越大；震级相差一级，地面振幅增加约10倍，而能量相差约32倍。一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。

第19页，共104页，2023年，2月20日，星期一地震烈度

一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、地质构造、地基条件、建筑物的动力特性、施工质量等因素有关。1.定义及影响因素

一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度，简称为烈度。用I表示，是衡量地震引起后果的一种标度。2.地震烈度表地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。我国在1980年制定了《中国地震烈度表》。《中国地震烈度表》将地震烈度分为1-12度。第20页，共104页，2023年，2月20日，星期一无感1室内个别静止中的人感觉2悬挂物微动门、窗轻微作响室内少数静止中的人感觉3悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人梦中惊醒56（5-9）63（45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏——个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出613（10-18）125（90-177）河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏——局部破坏开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出725（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏——结构受损，需要修理摇晃颠簸，行走困难850（36-71）500（354-707）干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏——墙体龟裂，局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人可能摔跤9100（72-141）1000（708-1414）山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌——大部倒塌，不堪修复骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁灭11地面剧烈变化，山河改观12个别：10%以下少数：10%——50%多数：50%——70%大多数：70%——90%普遍：90%以上速度加速度其它现象一般房屋人的感觉烈度第21页，共104页，2023年，2月20日，星期一无感1室内个别静止中的人感觉2悬挂物微动门、窗轻微作响室内少数静止中的人感觉3悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人梦中惊醒56（5-9）63（45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏——个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出613（10-18）125（90-177）河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏——局部破坏开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出725（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏——结构受损，需要修理摇晃颠簸，行走困难850（36-71）500（354-707）干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏——墙体龟裂，局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人可能摔跤9100（72-141）1000（708-1414）山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌——大部倒塌，不堪修复骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁灭11地面剧烈变化，山河改观12个别：10%以下少数：10%——50%多数：50%——70%大多数：70%——90%普遍：90%以上速度加速度其它现象一般房屋人的感觉烈度第22页，共104页，2023年，2月20日，星期一3.基本烈度

一个地区未来50年内在一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度Ib。

各地区的基本烈度由《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001)确定。（下图是原中国地震烈度区划图）基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。

按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度，用Id表示。）设防烈度的取值依据：规范规定：一般情况下，可采用《中国地震动参数区划图》中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。4.设防烈度第23页，共104页，2023年，2月20日，星期一《中国地震烈度区划图》第24页，共104页，2023年，2月20日，星期一《规范规定》抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计

建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度，用Is表示。其超越概率为63.2%，重现期为50年。5.多遇烈度

6.罕遇烈度

建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为2000年。第25页，共104页，2023年，2月20日，星期一3地震时间描述在一定时间内（一般是几十天至数月）相继发生在相近地区的一系列大小地震称为地震序列。地震序列中，最大的一次地震叫主震主震之前发生的地震为前震主震之后发生的地震为余震发震时刻强震持时地震序列第26页，共104页，2023年，2月20日，星期一按地震能量释放的特点主震型震群型孤立型主震震级突出，释放的能量占全序列的绝大部分主震震级不突出，能量由多个震级相近的地震释放前震、余震稀少，能量释放基本通过主震一次释放在上述三种类型地震中，主震型约占60％，震群型（多发型）占30％，而孤立型（单发型）占10％。第27页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.2抗震设防的基本要求总目标：通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免人员死亡，减轻经济损失。要求建筑物在使用期间，对不同频度和强度的地震，应具有不同的抵抗能力。具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗震设计方法实现。第28页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.2.1建筑结构抗震设防的依据定义：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据发地震烈度确定：必须按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定。一般情况下，可采用中国地震烈度区划图的地震基本烈度度（或与本规范设计地震基本加速度值对应的烈度值）对做过抗震防灾规划的城市，可按批准的抗震设防区划（抗震设防烈度或设计地震动参数）进行抗震设防设防范围——6-9度设防依据——抗震设防烈度第29页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.2.2建筑结构抗震设计思想抗震设防对建筑物进行抗震设计并采取抗震措施指导思想预防为主减轻结构震害避免人员伤亡减少经济损失使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行趋势使用寿命期内对不同频度和强度的地震具有不同的抵抗能力第30页，共104页，2023年，2月20日，星期一1三水准的抗震设防原则水准涵义要求第一水准小震不坏当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用第二水准中震可修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第三水准大震不倒当遭受高于本地区抗震设防烈度的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第31页，共104页，2023年，2月20日，星期一大震与小震小震：发生机会较多的地震地震烈度概率密度曲线上的峰值所对应的烈度，即众值烈度时的地震大震：发生机会极小的地震，罕遇烈度时的地震第32页，共104页，2023年，2月20日，星期一地震影响50年超越概率地震重现期多遇地震对应的烈度——众值烈度小震63.2%50年设防烈度中震10%475年罕遇地震对应的烈度大震2-3%1642-2475年第33页，共104页，2023年，2月20日，星期一2二阶段设计方法阶段目标烈度地震作用性质受力状态作用效应组合第一阶段小震不坏（隐含中震可修）多遇地震作用对应的烈度（小震）可变作用弹性（部分弹塑性）承载力验算采用基本组合(多层、高层钢筋混凝土房屋层间弹性位移计算，采用短期效应组合，即作用分项系数均取1.0)第二阶段大震不倒罕遇地震作用对应的烈度（大震）偶然作用弹塑性部分建筑物的层间弹塑性位移验算，采用短期效应组合，即作用分项系数均取1.0说明：第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。第34页，共104页，2023年，2月20日，星期一“两阶段”抗震设计方法第一阶段：

多遇地震作用效应与其他荷载作用效应组合，对结构构件进行承载力验算，和弹性变形验算，以满足第一水准的设防要求。第二阶段：

罕遇地震作用下验算结构构件的弹塑性变形，以满足第三水准的设防要求。有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等至于第二水准的设防目标，《规范》是以抗震构造措施来加以保证。第35页，共104页，2023年，2月20日，星期一3建筑分类与设防标准第36页，共104页，2023年，2月20日，星期一抗震设防分类及抗震设防标准1.抗震设防分类

国家技术监督局和建设部在1995年4月19日公布了《建筑抗震设防分类标准》GB50223。

该标准主要以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响的程度大小，将建筑分成4个抗震设防类别。

国家质量监督检验检疫总局和建设部在2001年7月20日公布了《建筑抗震设计规范》GB50011-2001。该规范对上面标准作了修改。第37页，共104页，2023年，2月20日，星期一抗震次要建筑，如遇地震，不易造成人员伤亡和较大经济损失的建筑。丁类

除甲乙丁类以外的一般建筑（如大量的一般工业与民用建筑）丙类

地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑（如城市生命线工程和地震时救灾需要的建筑）乙类

重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑（如产生放射性物质的污染、大爆炸等）甲类

设防分类建筑抗震设防类别第38页，共104页，2023年，2月20日，星期一抗震设防的类别根据建筑的使用功能的重要性，分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。甲类建筑：重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，（如核电站、核设施、水库、大坝、堤防、贮油、贮气、贮存易燃易爆、剧毒、强腐蚀物质的设施等）；乙类建筑：地震时功能不能中断或需尽快恢复的建筑，即生命线工程建筑，（如消防、急救、供水、供电、通讯等）；丙类建筑：甲、乙、丁类以外的一般建筑，（如一般的公共建筑、住宅、旅馆、厂房等）；丁类建筑：抗震次要建筑，（如储存物品价值低的一般仓库，人员活动少的辅助建筑等）。第39页，共104页，2023年，2月20日，星期一

2.设防标准甲类建筑：地震作用：应高于本地区抗震设防烈度要求，其值按批准的地震安全性评价结果确定抗震措施：抗震设防烈度为6～8度时，抗震措施应提高一度，9度时，应符合比9度更高的抗震设防要求；乙类建筑：地震作用：符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施：抗震设防烈度为6～8度时，一般按本地区的设防烈度提高一度考虑，9度时，应符合比9度更高的抗震设防要求；第40页，共104页，2023年，2月20日，星期一丙类建筑：地震作用：按本地区设防烈度考虑抗震措施：按本地区设防烈度考虑对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。注：较小乙类建筑指工矿企业的变电所、空压站以及城市供水水源的泵房等；抗震性能较好的结构类型指钢筋混凝土结构或钢结构。第41页，共104页，2023年，2月20日，星期一丁类建筑：地震作用：按本地区设防烈度考虑抗震措施：按本地区的设防烈度降低一度考虑，但6度不降在设防烈度为6度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。

抗震措施:除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。

抗震构造措施：一般不须计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。第42页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.2.3地震作用计算方法1建筑结构考虑地震作用的原则2水平地震作用计算方法第43页，共104页，2023年，2月20日，星期一1建筑结构考虑地震作用的原则水平地震作用的计算原则一般正交布置抗侧力构件的结构，可沿纵横主轴方向分别计算斜交布置抗侧力构件的结构，宜按平行于抗侧力构件方向计算质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作用的扭转影响计算范围水平地震作用6度区（除甲类建筑和IV类场地上的较高房屋外）可不算7-9度区（除可不进行上部结构抗震验算的房屋外）均算竖向地震作用8、9度大跨度结构和长悬臂结构9度的高层建筑第44页，共104页，2023年，2月20日，星期一2水平地震作用计算方法振型分解反应谱法底部剪力法时程分析法第45页，共104页，2023年，2月20日，星期一影响设计地震作用的因素地震动特性方面抗震设防烈度设计近远震场地类别结构特性方面结构自振周期建筑质量（重力荷载）结构阻尼比（材料）第46页，共104页，2023年，2月20日，星期一基本计算数据重力荷载代表值结构自振周期设计反应谱第47页，共104页，2023年，2月20日，星期一重力荷载代表值永久荷载标准值组合值系数可变荷载标准值重力荷载代表值永久荷载（建筑结构构配件自重）标准值+可变荷载（雪、灰、楼面活荷载）组合值第48页，共104页，2023年，2月20日，星期一结构自振周期back理论计算方法——Jacobi法近似计算方法能量法折算质量法顶点位移法矩阵迭代法经验方法第49页，共104页，2023年，2月20日，星期一设计反应谱水平地震影响系数

水平地震影响系数曲线水平地震影响系数曲线水平地震影响系数最大值场地类别IIIIIIIV近震0.200.300.400.65远震0.250.400.550.85烈度6789多遇地震0.040.080.160.32罕遇地震----0.500.901.40水平地震影响系数最大值特征周期TgT(s)ααmax0.45αmax0.1Tg（特征周期）3.0α=(Tg/T)0.9αmax

>=0.2αmax第50页，共104页，2023年，2月20日，星期一三种计算方法back振型分解反应谱法底部剪力法时程分析法第51页，共104页，2023年，2月20日，星期一振型分解反应谱法振型分解反应谱法计算振型计算地震影响系数和振型参与系数计算振型地震作用计算振型地震效应振型组合第52页，共104页，2023年，2月20日，星期一底部剪力法mHiHiFiFEkΔFn计算方法底部剪力的计算地震作用沿高度的分配顶部附加地震作用突出屋面小建筑物适用条件高度<=40m剪切变形为主m、k分布均匀第53页，共104页，2023年，2月20日，星期一时程分析法基本概念适用范围特别不规则建筑甲类建筑超高层建筑第54页，共104页，2023年，2月20日，星期一楼层水平地震剪力的分配现浇和装配整体式混凝土楼屋盖等刚性楼盖建筑，宜按抗侧力构件等效刚度的比例分配木楼屋盖等柔性楼盖建筑，宜按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配普通预制板的装配式混凝土楼屋盖等半刚性楼盖建筑，可取上述两种分配结果的平均值考虑空间作用、楼盖变形、墙体弹塑性变形和扭转的影响时，可按各有关规定对上述分配结果作适当调整第55页，共104页，2023年，2月20日，星期一竖向地震作用的计算FviHiFviFEvk

楼屋盖的竖向地震作用效应分配

按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配

平板型网架屋盖和跨度大于24m的屋架（8、9度）

长悬臂和其它大跨结构（8、9度）高层房屋（9度）

地震作用标准值第56页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.2.4结构构件截面抗震验算内力基本组合设计值承载力设计值承载力调整系数第57页，共104页，2023年，2月20日，星期一抗震变形验算弹性变形验算目的：防止非结构构件出现过重破坏范围：框架、框架—抗震墙、框支抗震墙多高层钢筋砼房屋表达式：弹性层间位移弹性层间位移角限值层高薄弱层弹塑性变形验算目的：防止倒塌或严重破坏范围：薄弱层弹塑性变形计算方法薄弱层位置的确定：表达式：弹塑性层间位移弹塑性层间位移角限值第58页，共104页，2023年，2月20日，星期一薄弱层弹塑性变形验算的结构范围应验算结构8度III、IV类场地和9度时，高大单层钢筋砼柱厂房横向排架甲类建筑、9度时乙类建筑中的钢筋砼和钢结构7-9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋砼框架结构隔震和消能减震结构高层钢结构宜验算结构超高和竖向不规则高层建筑结构7度III、IV类场地和8度时，乙类建筑中的钢筋砼和钢结构板柱—抗震墙结构和底部框架砖房第59页，共104页，2023年，2月20日，星期一薄弱层弹塑性变形计算方法简化方法适用范围不超过12层且层刚度无突变的钢筋砼框架不超过20层且层刚度无突变的钢框架单层钢筋砼柱厂房方法静力弹塑性方法和弹塑性时程分析法第60页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.2.5建筑结构抗震概念设计基本要求一、定义与基本内容

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称为概念设计。

基本内容有三部分：

1.建筑设计应重视建筑结构的规则性；2.合理的建筑结构体系选择；

3.抗侧力结构和构件的延性设计。第61页，共104页，2023年，2月20日，星期一二、意义“计算设计”很难有效控制结构的薄弱环节，不能完全解决问题地震作用的不确定性结构计算假定与实际情况的差异（计算模型、材料、阻尼变化等）经验总结、定性判断含义在进行结构设计时，首先着眼于结构的总体地震反应，按照结构的破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节，从根本上提高结构的抗震能力；有时需要运用工程判断解决或处理具体问题。第62页，共104页，2023年，2月20日，星期一1建筑形状选择建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。对平面不规则和竖向不规则类型的建筑结构应按《抗震规范》要求进行水平地震作用计算和内力调整，并对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。对体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构，要在适当部位设置防震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，整体性好；建筑的立面和竖向剖突变面宜规则，结构的侧向刚度变化均匀，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐步减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。防震缝要留有足够的宽度，其两侧上部结构完全分开。当结构需要设置伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要求。第63页，共104页，2023年，2月20日，星期一建筑物平、立面布置的基本原则：结构对称——有利于减轻结构的地震扭转效应形状规则——在地震时应力集中现象较少，有利于抗震质量与刚度变化均匀——平面内使结构刚度中心与质量中心 相一致，避免扭转效应高度方向均匀变化，避免薄弱层，减小变形集中、鞭梢效应对称、规则、质量与刚度变化均匀第64页，共104页，2023年，2月20日，星期一建筑抗震概念设计三、抗震设计基本要求建筑抗震设计包括三个层次的内容与要求：概念设计——在总体上把握抗震设计的基本原则抗震计算——为建筑抗震设计提供定量手段构造措施——在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性建筑抗震设计在总体上要求把握的基本原则:

注意场地选择，把握建筑体型，利用结构延性，设置多道防线，重视非结构因素第65页，共104页，2023年，2月20日，星期一四、把握建筑体型建筑物平、立面布置的基本原则：结构对称——有利于减轻结构的地震扭转效应形状规则——在地震时应力集中现象较少，有利于抗震质量与刚度变化均匀——平面内使结构刚度中心与质量中心相一致，避免扭转效应高度方向均匀变化，避免薄弱层，减小变形集中、鞭梢效应对称、规则、质量与刚度变化均匀第66页，共104页，2023年，2月20日，星期一不规则类型定义扭转不规则楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。例如：有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层。平面不规则的类型不规则类型定义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%。竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%竖向不规则的类型第67页，共104页，2023年，2月20日，星期一建筑结构平面的扭转不规则示例建筑结构平面的凹角或凸角不规则示例第68页，共104页，2023年，2月20日，星期一建筑结构平面局部不连续示例沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层）第69页，共104页，2023年，2月20日，星期一五、抗震结构体系体系选择考虑因素：设防类别、烈度、高度、场地、地基、材料、施工等要求具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径宜有多道抗震防线应具备必要的抗震承载力、良好的变形能力和耗能能力宜具有合理的刚度和承载力分布第70页，共104页，2023年，2月20日，星期一多道抗震防线第一道防线的选择应优先选择不承受重力荷载的构件不宜选择轴压比大的框架柱结构体系的多道设防框架-抗震墙结构：框架为第一道，抗震墙为第二道填充墙框架结构：填充墙为第一道，框架为第二道单层厂房：柱间支撑为第一道结构构件的多道设防联肢墙：连梁为第一道，墙肢为第二道延性框架：梁为第一道，柱为第二道超静定结构：赘余构件为第一道第71页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.3场地与地基12.3.1场地和地基的概念场地即指工程群体所在地，具有相似的反应谱特征，其范围相当于厂区、居民小和自然村或不小于1.0平方公里的平面面积。场地的划分（按建筑特震害程度）：有利场地：坚硬土、平坦的中硬土不利场地：软弱土、液化土、山丘、山嘴等危险场地：滑坡、地裂、泥石流地基是指建筑物持力层范围内的那部分土层。一般地，软弱地基对建筑物有增长周期、改变振型和增大阻尼的作用。在软弱地基上，柔性结构最容易破坏，刚性结构则较好；坚硬地基上，柔性结构表现较好，而则性结构有的表现较差。总的来说，软弱地基更为不利。第72页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.3.2工程地质条件对震害的影响1、地形条件的影响2、局部地质构造的影响3、地基土质的影响4、地下水的影响第73页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.3.3场地选择及场地分类1场地选择场地选择选择有利地段避开不利地段，无法避免时应采取有效措施不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑I类场地时，抗震构造措施（新规范）甲、乙类建筑按设防烈度采取（甲、乙、）丙类建筑可按设防烈度降低一度采取（6度不降）地基、基础设计同一结构单元基础不宜设置在性质截然不同的地基上同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基地基较差时，应考虑不均匀沉降等不利影响第74页，共104页，2023年，2月20日，星期一2场地分类等效剪切波速是根据地震波通过计算深度范围内多层土层的时间等于该波通过计算深度范围内单一土层所需时间的条件求出的。等效剪切波速定义1：从地面（而非基础底面）到基岩的距离。定义2：下、上两相邻土层的剪切波速大小某一值，如2时。《抗震规范》定义：一般情况下，可取地面到剪切波速大于500m/s的坚硬土层或岩层顶的距离。场地覆盖层厚度第75页，共104页，2023年，2月20日，星期一《抗震规范》指出：建筑场地类别应根据土层等效剪切速波和场地覆盖层厚度划分为4类。场地类别

~80

3~15

30~500ⅣⅢⅡⅠ等效剪切波速（m/s）场地类型第76页，共104页，2023年，2月20日，星期一注意场地选择地震区宜选择有利地段，避开不利地段，不在危险地段进行工程建设地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩、坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土等不利地段软弱土、液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏散的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷及半填半挖地基）等危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表位错的部位当确实需要在不利地段或危险地段建筑工程时，应遵循建筑抗震设计的有关要求进行详细的场地评价，并采取必要的抗震措施第77页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.4砌体结构和钢筋混凝土结构抗震规定12.4.1多层砌体结构房屋12.4.2现浇钢筋混凝土结构第78页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.4.1多层砌体结构房屋1建筑体型与结构布置2房屋总高度与层数3房屋最大高宽比4抗震横墙最大间距5房屋局部尺寸第79页，共104页，2023年，2月20日，星期一1建筑体型与结构布置1、应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系；2、纵横墙的布置宜对称，沿水平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；同一轴线上的窗间墙宜均匀；3、楼梯间不宜设在房屋的尽端或转角处，否则应采取局部加强措施，如在楼梯间四角设钢筋混凝土构造柱等。4、烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体，当墙体被削弱时，应对墙体采取加强措施，不宜采用无竖向配筋的附墙烟囱及出墙面的烟囱。5、不宜采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。房屋的建筑体型应尽可能简单、规则，避免平面凹凸曲折，立面高低错落多层砌体房屋的结构布置应符合下列要求：第80页，共104页，2023年，2月20日，星期一6、有下列情况之一时宜设置防震缝：（1）房屋立面高差在6m以上；（2）房屋有错层，且楼板高差较大；（3）各部分结构刚度、质量截然不同。防震缝两侧均应布设墙体，缝宽可取50~100mm。第81页，共104页，2023年，2月20日，星期一2房屋总高度与层数房屋的总高度与层数对医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋，总高度应比前表的规定降低3m,层数相应减少一层；各层横墙很少的多层砌体房屋，还应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。砖房和砌块房屋的层高，不宜超过3.6m。------618721721190混凝土小砌块------5156187211904126187217212404126187821824240普通粘土砖层数高度层数高度层数高度层数高度6789烈度最小墙厚(mm)房屋类别多孔粘土砖第82页，共104页，2023年，2月20日，星期一3房屋最大高宽比房屋高宽比抗震规范对多层砌体房屋不要求作整体弯曲的承载力验算。为了使多层砌体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下表：房屋高宽比：房屋总高度与总宽度的最大比值。烈度6789最大高宽比2.52.52.01.5房屋高宽比的限值表第83页，共104页，2023年，2月20日，星期一4抗震横墙最大间距抗震横墙的间距横向地震作用主要由横墙承受。横墙间距较大时，楼盖水平刚度变小，不能将横向水平地震作用有效传递到横墙，致使纵墙发生较大出平面弯曲变形，造成纵墙倒塌。471111木楼、屋盖7111515装配式钢筋混凝土楼、屋盖11151818现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖9876烈度房屋类型房屋抗震横墙最大间距(m)第84页，共104页，2023年，2月20日，星期一5房屋局部尺寸房屋的局部尺寸在强烈地震作用下，房屋首先在薄弱部位破坏，这些薄弱部位一般是，窗间墙、尽端墙段、突出屋顶的女儿墙等。1.51.51.02.00.01.21.21.01.50.51.01.01.01.00.51.01.01.01.00.5承重窗间墙最小宽度承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离内墙阳角至门窗洞边的最小距离无锚固女儿墙(非出入口处)的最大高度9876烈度部位房屋局部尺寸限值(m)第85页，共104页，2023年，2月20日，星期一12.4.2现浇钢筋混凝土结构1房屋最大高度与房屋刚高宽比2结构抗震等级3规则结构与不规则结构4结构体系选择及结构布置原则5防震缝设置第86页，共104页，2023年，2月20日，星期一1房屋最大高度与房屋高宽比现浇钢筋混凝土房屋结构适用的最大高度(m)结构体系烈度6789框架60554525框架--抗震震墙全部落分框支12010080不应采用筒体框架--核心中柱--抗震墙403530不应采用对平面和竖向均不规则的结构或建造于Ⅳ类场地上的结构，其适用的最大高度尚应适当降低。当设防烈度为6、7、8度，且房屋高度分别超过120m、100m、80m时，不宜采用框支层现浇抗震墙结构。第87页，共104页，2023年，2月20日，星期一结构类型6度7度8度9度框架，板柱—抗震墙4432框架—抗震墙5543筒体，抗震墙6654适用的房屋最大高宽比第88页，共104页，2023年，2月20日，星期一2结构抗震等级结构的抗震等级1、地震作用越大，房屋的抗震要求越高；地震作用与烈度、场地等有关，从经济角度考虑，对不同烈度、场地的结构的抗震要求可以有明显的差别。2、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能；主、次抗侧力构件的抗震要求应有差别。3、房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。抗震等级是确定结构构件抗震计算和抗震措施的标准。根据设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及构件在结构中的重要程度确定，共分四个等级，一级最高。第89页，共104页，2023年，2月20日，星期一3规则结构与不规则结构建筑抗震设计规范主要根据房屋平面和立面布置、质量和刚度分布情况将结构划分为两类：规则结构和不规则结构。规则结构采取较简单的分析方法和构造措施进行抗震设计。不规则结构应采用严格的分析方法和构造措施进行抗震设计。如考虑扭转，采用平动、扭转耦连振型分解反应谱方法；对薄弱楼层进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。第90页，共104页，2023年，2月20日，星期一不规则类型

定义扭转不规则楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层平面不规则的类型第91页，共104页，2023年，2月20日，星期一扭转不规则凹凸角不规则第92页，共104页，2023年，2月20日，星期一局部不连续大开洞错层第93页，共104页，2023年，2月20日，星期一不规则类型定义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%竖向不规则的类型第94页，共104页，2023年，2月20日，星期一沿竖向侧向刚度不规则（有柔软层）竖向抗侧力构件不连续第95页，共104页，2023年，2月20日，星期一竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀（有薄弱层）

严重不规则是指体型复杂，多项不规则指标超过表中指标或某一项大大超过规定值，具有严重的抗震薄弱环节，将会导致地震破坏的严重后果者。注：以上规定主要针对钢筋混凝土和钢结构的多层和高层建筑。第96页，共104页，2023年，2月20日，星期一4结构体系选择及结构布置原则结构选型多层钢筋混凝土结构体系包括：框架结构、框架-抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构和框架-筒体结构等。框架-抗震墙抗震墙第97页，共104页，2023年，2月20日，星期一结构布置的原则多高层钢筋混凝土结构房屋