第4章结构抗震概念设计

工程结构抗震设计主讲教师：尹红宇yhyamy@126.co木学院3.1结构抗震计算原则3.2设计地震动3.3水平地震作用计算3.4竖向地震作用计算3.5结构抗震验算第3章结构抗震计算工程结构抗震设计-结构抗震计算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）。§3.1结构抗震计算原则

抗震设防分类§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算

抗震设防标准基本目的：在一定的经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏，保障人民生命财产的安全。我国根据具体情况，提出了三水准目标，二阶段设计法。原则：小震不坏、中震可修、大震不倒小震是发生机会较多的地震，小震对应地震烈度概率密度曲线图上的峰值烈度，又叫众值烈度或多遇烈度，超越概率为63.2%；中震对应的地震烈度为基本烈度，50年内的超越概率为10%；大震是发生机会较小的罕遇地震，50年内的超越概率为2-3%。§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算甲类建筑：地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，当抗震设防烈度为6~8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度更高的要求；乙类建筑：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，当设防烈度为6~8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度更高的要求；丙类建筑：地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度要求；丁类建筑：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度适当降低，但设防烈度为6度时，不应降低。

抗震设防标准工程结构抗震设计-结构抗震计算三水准设防目标1.当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用（第一水准）；2.当遭受本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，但经一般修理或不需修理仍可继续使用（第二水准）；3.当遭受高于本地区设防烈度预估的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏（第三水准）。§3.1结构抗震计算原则我国采取6度起设防的方针，地震设防区面积约占国土面积的60﹪工程结构抗震设计-结构抗震计算二阶段设计法①按地区设防烈度进行构件截面抗震承载力计算（弹性分析）——保证了第一水准的强度要求和弹性变形要求②按高于本地区设防烈度的预估罕遇地震作用验算构件弹塑性变形（概念设计＋构造措施）

——保证结构满足第三水准的抗震设防要求§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算建筑抗震概念设计§3.1结构抗震计算原则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§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算一、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§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算二、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§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算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§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算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§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算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）§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算竖向抗侧力构件不连续示例竖向抗侧力结构屈服抗剪强度非均匀化（有薄弱层）§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算三、利用结构延性利用结构弹塑性阶段的性能通过塑性变形来消耗地震时输入结构的能量＊脆性结构尽管抗力很大，但吸收地震能量的能力并不强＊延性结构却因可以吸收更多地震输入能量而有利于抗御结构倒塌的发生增强结构与构件的延性的措施：＊钢筋砼结构——强剪弱弯、强节点弱构件设计，促使梁以受弯曲形式产生较大变形＊砌体结构——墙体配筋、构造柱—圈梁体系等措施，增加结构的延性§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算四、设置多道防线是抗震概念设计的一个重要组成部分局部机制（L机制）强梁弱柱型框架单肢剪力墙结构强柱弱梁型框架双肢剪力墙加连系梁结构

总体机制（T机制）§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算设置多道防线的手段：应注意的原则：采用超静定结构有目的地设置人工塑性铰利用框架的填充墙设置耗能元件或耗能装置等1.不同的设防阶段应使结构周期有明显差别，以利避免共振2.最后一道防线要具备一定的强度和足够的变形潜力§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算五、注意非结构因素最主要的是非结构构件的处理非结构构件的影响：

＊影响主体结构的动力特性—如阻尼、周期等

＊地震中先期破坏—如玻璃幕墙、吊顶、室内设备等抗震设计中应注意：

＊非结构构件与主体结构之间要有可靠的连接或锚固

＊对可能对主体结构振动造成影响的非结构构件，应注意分析或估计其对主体结构可能带来的影响，并采取相应的抗震措施§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算建筑场地、地基和基础＊我国建筑抗震设计规范：地下基岩或剪切波速大于500m/s的坚硬土层至地表面的距离，称为“覆盖层厚度”

15~803~153~50

0ⅣⅢⅡⅠ等效剪切波速（m/s）场地类型各类场地土的覆盖层厚度表：土层等效剪切波速场地覆盖层厚度场地类别确定根据：土层等效剪切波速Vse计算：d0——计算深度，取覆盖层厚度和20m两者的较小值；n——计算深度范围内土层的分层数；Vsi——第i层土的剪切波速；di——第i层土的厚度。剪切波速随深度递增的一般情况适用于：当计算深度以下有明显的软弱土夹层时应适当提高场地类别§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算对于10层和高度30米以下的丙类建筑及丁类建筑，当无实测剪切波速时，也可以根据岩土性状按下表划分土的类型，并利用当地经验在该表所示的波速范围内估计各土层的剪切波速。§3.1结构抗震计算原则工程结构抗震设计-结构抗震计算地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗震验算来保证其抗震能力的。地基基础抗震设计的一般要求：1）同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上；2）同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分采用桩基；3）地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚性；4）根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算时应尽量考虑结构、基础和地基的相互作用影响，使之能反映地基基础在不同阶段上的工作状态。重力荷载代表值的确定

结构的重力荷载代表值等于结构和构配件自重标准值Gk加上各可变荷载组合值。---第i个可变荷载标准值；---第i个可变荷载的组合值系数不考虑软钩吊车

0.3硬钩吊车

0.5