建筑结构抗震概念设计知识点8个

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抗震概念设计要旨1抗震概念设计要旨2抗震设防目标3高度及高宽比4规则性5延性6多道抗震防线7结构整体性8性能化设计认识建筑物震害

地震是一种自然现象，表现为地面的振动，具有突发性和不可预测性的特点。产生严重震害的原因，很大程度是因地震倒塌的建筑物及次生灾害，所引发人员伤亡和经济损失，对社会发展会产生很大影响。国人记忆深刻的有，唐山地震（1976）、汶川地震（2008）、玉树地震（2010）和雅安地震（2013）等。地震不杀人，因地震倒塌的建筑物杀人。认识并总结建筑物震害意义重大。断层变化引发构造地震的示意图

1906年旧金山大地震后，里德(H.

F.Reid)在1911年所提出的弹性回跳假说影响至今。岩石原始状态受力后发生变形岩石断裂产生振动（回跳）回顾三次典型地震的影响

唐山地震汶川地震昆仑山地震开滦煤矿医院河北理工大学图书馆地震遗址漩口中学地震遗址青川县城通过切实可行的技术手段实施工程抗震

结构体系的抗震能力综合表现在强度、刚度和变形能力三者的统一。抗震设计包括三个方面：概念设计、抗震计算、构造措施，三个方面的内容是一个不可割裂的整体，忽略任何一部分，都可能使抗震设计失效。

作为抗震设计的第一个层面，概念设计强调根据抗震设计的基本原则，即强调结构功能与其他功能相协调、尽量减轻结构自重、空间结构体系受力原则、合理布置构件优化选型等，在总体上消除薄弱环节，再加上必要的计算和构造措施，保证结构良好的抗震性能。概念设计的过程需要建筑师、结构工程师和其他工程师之间的密切配合。从震害理解建筑抗震

地震对结构的影响本质上为地面振动所产生的惯性作用。简而言之，建筑抗震问题要做到：结构抗力>地震作用概念设计：确定地震作用水平，选择合理结构体系，为计算和构造开好头。结构设计的本质是合理布置结构承重体系

基本要求强度：抵抗破坏的能力刚度：抵抗变形的能力稳定性：保持平衡的能力主要内容：结构体系及主要材料结构平面布置选用材料(类型、强度)荷载确定及内力分析荷载效应组合及构件设计必要构造措施结构体系应该有利于抵抗水平力和竖向荷载

抗震规范3.5.2条，结构体系应符合下列各项要求：

1、应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。2、应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。3、应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。4、对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。结构体系应该有利于抵抗水平力和竖向荷载抗震规范3.5.3条，结构体系尚宜符合下列各项要求：

1、宜有多道抗震防线。2、宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。3、结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。2

抗震设防目标1抗震概念设计要旨2抗震设防目标3高度及高宽比4规则性5延性6多道抗震防线7结构整体性8性能化设计抗震设防应依法依规

工程抗震设防是以现有的科学水平和经济条件为前提，根据现有的震害经验资料和科学研究水平，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏，保障人员安全和减少经济损失，符合国家法律法规的行为和过程。我国有关建筑的防震减灾法律法规，主要指《中华人民共和国城乡规划法》、《中华人民共和国建筑法》、《中华人民共和国防震减灾法》及相适应的主要技术性文件。《建筑抗震设计规范(GBJ50011-2010)》(2016版)小震不坏、中震可修、大震不倒

抗震规范的设防目标是，当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理仍可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。即通常所说的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。抗震规范同时规定，使用功能或其他方面有专门要求的建筑，当采用抗震性能化设计时，具有更具体或更高的抗震设防目标，这意味着适当考虑了国家经济条件发展对抗震设防标准的影响。小震、中震、大震抗震规范采用了中国地震动参数区划图作为确定抗震设防烈度的基础资料，即设计基准期为50年内超越概率为10%的地面运动加速度值作为设计地震动基本参数。抗震设防烈度一般习惯称为中震。众值烈度，一般也被称为小震或多遇地震，就是发生频度最大的地震，基准期50年内发生超过众值烈度的概率为63.2%。罕遇烈度，也被称为大震或罕遇地震，其基准期50年内超越概率定义为3—2%。新一代《中国地震动参数区划图》增加了极罕遇烈度的概念，超越概率定义为年0.01%(50年超越概率为0.5%)。概率密度函数根据我国统计数据的概率分析，基本烈度与小震烈度差的平均值为1.55度，大震烈度比基本烈度高1度左右。小震、中震、大震的重现周期为50年，475年，1641年—2475年。两阶段设计方法第一阶段设计：按多遇地震烈度对应的地震作用效应和其他荷载效应的组合验算结构构件的承载能力和弹性变形。第一阶段的设计保证了第一水准的强度要求和变形要求。第二阶段设计：按罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构的弹塑性变形。第二阶段的设计，则旨在保证结构满足第三水准的抗震设防要求。如何保证第二水准的抗震设防要求目前还在研究之中。一般认为，良好的抗震构造措施有助于第二水准要求的实现。抗震设防分类《建筑工程抗震设防分类标准》根据建筑使用功能的重要性、在地震中和地震后建筑物的损坏对社会和经济产生的影响大小以及在抗震防灾中的作用，将建筑物划分为特殊设防类或甲类、重点设防类或乙类、标准设防类或丙类、适度设防类或丁类等四个设防类别。重点设防类，是指地震中使用功能不能中断或需迅速恢复的生命线相关建筑物，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果需要提高设防标准的建筑。简称乙类。应按提高一度的要求加强其抗震措施，按设防烈度确定地震作用。标准设防类，是指除特殊设防、重点设防、适度设防以外按标准要求进行设防的建筑，简称丙类。3

高度及高宽比1抗震概念设计要旨2抗震设防目标3高度及高宽比4规则性5延性6多道抗震防线7结构整体性8性能化设计高度和高宽比是结构体系选择的直观参数合理地选择结构体系，重点是抵抗水平力的抗侧力结构(框架、抗震墙、支撑、筒体等)的布置，既要考虑结构刚度、整体稳定、承载能力等影响抗震安全性的因素，同时也要尽可能对经济合理性进行宏观控制。房屋越高，所受到的地震作用和倾覆力矩越大。高宽比越大，地震作用下的结构侧移和倾覆力矩越大。砌体结构砌体结构抗剪、抗拉、抗弯强度低，变形能力差，层数限制在7层以内，高度限制在22m(21m)以内是非常重要的抗震措施。房屋总高度指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度，半地下室从地下室室内地面算起，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。钢筋混凝土结构根据房屋的高度和抗震设防烈度的不同分别采用框架结构、框架—抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构等不同类型。抗震规范对钢筋混凝土房屋最大高度加以限制。行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》还规定了B级高度的高层建筑的适用高度和最大高宽比。需要说明的是，房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度，不包含局部突出屋顶部分；乙类建筑按本地区设防烈度确定其适用的最大高度。钢筋混凝土结构适用高度根据房屋的高度和抗震设防烈度的不同，抗震规范对最大高度加以限制。B级高度钢混结构适用的最大高度和高宽比高层规程规定，除了满足前表的A级高度钢筋混凝土结构外，还规定了B级高度钢筋混凝土结构所适用的最大高度和高宽比。尽管高度要求有所放松，但对规则性、抗震等级、计算和构造措施等方面的要求相对严格。钢筋混凝土结构的抗震等级钢筋混凝土房屋的抗震等级是重要的设计参数，应根据设防类别、结构类型、烈度和房屋高度四个因素确定，分为一级、二级、三级、四级等四类。抗震等级越低，其抗震要求越高。合理设计结构破坏机制，控制构件在破坏前不发生明显的脆性破坏。钢结构规范规定了，框架结构、框架—中心支撑、框架—偏心支撑、筒体和巨型筒等四类结构的最大适用高度和高宽比。根据设防烈度和房屋高度等区分钢结构的抗震等级，反映出对整体结构及各构件的延性要求，作为内力调整和各种构造措施选取的依据。4

规则性1抗震概念设计要旨2抗震设防目标3高度及高宽比4规则性5延性6多道抗震防线7结构整体性8性能化设计规则性要求的实质是合理的刚度和承载力分布建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性，规则性要求的实质是结构宜具有合理的刚度和承载力分布：一是减少结构的扭转振动从而导致地震反应增大，这是由于刚心(即结构中各抗侧力结构抵抗水平力的合力点)与结构的质量中心(即地震作用，或因地面运动引起的结构反应而产生惯性力的合力点)不重合所引起的；二是避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中从而导致地震反应加大。平面不规则扭转不规则：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，例如有效的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。平面不规则之扭转不规则平面不规则之平面凹凸角平面不规则之大开洞及错层竖向不规则侧向刚度不规则：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%。除顶层或出屋面小建筑外，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%。竖向不规则之有软弱层及有薄弱层竖向不规则之竖向构件不连续特别不规则、严重不规则除在抗震规范条文中给出的不规则定义外，规范条文说明中还说明了特别不规则、严重不规则的情况。

特别不规则，指具有较明显的抗震薄弱部位，可能引起不良后果者，一般具有规范所列平面、竖向不规则类型的三种或三种以上。对于特别不规则的情况，一般可以采取更为严格的计算要求、内力调整和抗震构造措施。严重不规则，指体型复杂，多项不规则指标超过规范上限值或者某一项不规则指标大大超过规定值的情况，一般存在现有技术和经济条件不能克服的严重的抗震薄弱环节，可能会导致地震破坏的严重后果，应在设计中避免。设防震缝是解决不规则问题的一种措施。5

延性1抗震概念设计要旨2抗震设防目标3高度及高宽比4规则性5延性6多道抗震防线7结构整体性8性能化设计延性的基本概念从某种意义上说，结构抗震的本质就是延性。一是要求具备承受较大的非弹性变形且强度没有明显下降的能力，二是要求具备滞回特性吸收地震输入能量的能力，保证更好的抗倒塌能力。从概念上讲，结构的延性定义为结构承载能力无明显降低的前提下，结构发生非弹性变形的能力。这里“无明显降低”比较认同的标准是，不低于其极限承载力的85%。一个构件或结构的延性一般用其最大允许变形与屈服变形的比值来确定，也被称为延性系数。变形可以是线位移、转角、层间侧移。延性结构和延性的示意图砌体结构一般而言，砌体墙片本身的变形能力较差。有效设置钢筋混凝土构造柱或芯柱及圈梁对砌体墙片产生约束作用，保证砌体墙片和混凝土构件形成协同变形的整体，使墙体在侧向变形下仍具有良好的竖向及侧向承载力，提高墙片的往复变形能力。同时加强纵横墙的连接，并箍住楼屋盖，增强墙体的稳定性，增强结构整体性，可从而可以有效地提高墙片及整个结构的抗倒塌能力。主要做法：先砌墙后浇钢筋混凝土构件，且构造柱或芯柱的纵筋应穿过圈梁保证上下贯通；钢筋混凝土圈梁需现浇，并闭合设置。砌体结构构造柱和芯柱的典型做法构造柱做法芯柱做法钢筋混凝土结构控制截面尺寸和受力钢筋、箍筋的设置，保证剪切破坏不先于弯曲破坏、混凝土压溃不先于钢筋屈服、钢筋的锚固粘结破坏不先于钢筋破坏。对于柱、墙等轴压和压弯构件等控制其竖向轴压力，以保证竖向构件良好的延性，从而做到强柱弱梁、强墙肢弱连梁。为了防止出现混凝土构件过早出现剪切破坏形态，一般可采用约束箍筋的方法，除提高抗剪能力外，还可以提高变形能力，做到强剪弱弯、强节点弱杆件。为保证混凝土抗震墙的变形能力，需要在端部设置必要的边缘构件。箍筋加密是满足结构耗能能力要求，也是防止锚固失效的需要。这些措施是和抗震等级相关的。钢筋混凝土抗震墙边缘构件的典型做法钢结构涉及框架结构、框架—中心支撑结构、框架—偏心支撑结构等三种类型。除强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件的基本原则外，需要防止出现压屈破坏或局部失稳的脆性破坏形态，这是保证具有足够变形耗能能力所必需的。控制柱子长细比，且梁柱连接宜采用柱贯通型。控制梁、柱中板件宽厚比和设置侧向支承，防止局部失稳破坏。框架—中心支撑结构中，宜采用交叉支撑、人字支撑或单斜杆支撑。框架—偏心支撑结构中，消能梁段是偏心支撑框架中耗散能量的主要构件，一般按照强柱、强支撑和弱消能梁段的原则进行设计。这些措施是和抗震等级相关的。钢结构消能梁端的典型做法6

多道抗震防线1抗震概念设计要旨2抗震设防目标3高度及高宽比4规则性5延性6多道抗震防线7结构整体性8性能化设计基本要求在工程实践中，一般应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或者选用承担竖向荷载相对较小的抗震墙、实墙筒体之类的构件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件，着重提高第一道防线中构件的变形能力和提高该构件在地震作用时预期先屈服的部位延性。两个方面：一是延性较好的分体系、延性较好的结构构件，二是最大可能数量的内部、外部赘余度。第一点：延性较好的分体系、结构构件整个抗震结构体系由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。框架—抗震墙体系是由延性框架和抗震墙二个系统组成，延性的抗震墙是第一道防线，令其承担全部地震力，混凝土抗震墙需要设置边缘构件，延性框架是第二道防线，要承担墙体开裂后转移到框架的部分地震剪力；在框架填充墙结构中，抗侧力的砖填充墙是第一道防线，承担大部分地震剪力，框架既起了对砖墙的约束作用，又承担了砖墙开裂后转移的部分地震力。双肢或多肢抗震墙体系由若干个单肢墙组成，框架—支撑框架体系由延性框架和支撑框架组成，框架—筒体体系由延性框架和筒体组成。第二点：最大可能数量的内部、外部赘余度抗震结构体系具有最大可能数量的内部、外部赘余度，保证结构体系在部分构件失效后不致变成可变结构。同时，有意识地建立起一系列分布的塑性屈服区，当建筑物受到强烈地震作用时，可利用增设的赘余构件的屈服和变形来耗散地震输入能量，保护其他重要构件不致损坏和结构不致倒塌，而这些部位的构件破坏后也易于修复。在框架结构中要求强柱弱梁，就是通过梁先于柱屈服来实现内力重分布，提高耗能和变形能力；多肢墙中通过连梁的屈服来保护墙肢也是一个很好的例子。。典型的带赘余杆件的结构体系7

结构整体性1抗震概念设计要旨2抗震设防目标3高度及高宽比4规则性5延性6多道抗震防线7结构整体性8性能化设计基本要求结构整体性的要求，是指在结构产生很大的变形时，结构的整体形态未发生明显变化，构件之间的连接构造措施能保证实现结构直至倒塌破坏仍可保持整体协同受力，整个结构不致变成机动构架而倒塌，结构中所有构件能充分发挥各自的承载力和塑性变形能力，使结构能满足传递地震力时的强度要求和适应地震时大变形的要求。五个方面：楼屋盖体系、主体结构构件之间的连接、有效地控制薄弱层、控制塑性铰的出现、加强非结构构件与主体结构的连接。第一点：楼、屋盖体系楼、屋盖体系是保证整体协同受力的重要条件，宜满足楼板连续性的要求。钢筋混凝土结构、砌体结构的楼、屋盖宜优先采用现浇混凝土板，当采用预制装配式混凝土楼、屋盖时，应采取措施确保各预制板之间连接的整体性。砌体结构的楼、屋盖应与钢筋混凝土构造柱或芯柱、圈梁和承重墙体有效连接，保证多层砖房纵横墙之间的连接，注意墙片之间局部构造措施。钢结构宜优先采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或钢筋混凝土楼板，压型钢板应有适当的传递剪力的机制，并与钢梁有可靠连接。钢结构楼、屋盖的支撑系统应完整，保证屋盖系统的整体稳定性。第二点：主体结构构件之间的连接主体结构构件之间的连接应遵守的原则是，通过连接的承载力来发挥各构件的承载力、变形能力，从而获得整个结构良好的抗震能力。一般要求做到：构件节点的破坏不应先于其连接的构件，预埋件的锚固破坏不应先于连接件，装配式结构构件的连接应能保证结构的整体性，预应力混凝土构件的预应力钢筋宜在节点核心区以外。对于钢筋混凝土抗震墙而言，设置边缘构件可以增加墙体的变形能力，也是保证抗震墙与其他构件之间的连接的重要手段。第三点：有效地控制薄弱层(部位)有效地控制薄弱层(部位)，也是抗震设计中保证结构整体性的重要措施。在强烈地震作用下结构不存在强度安全储备，存在相对的抗震薄弱部位，一般根据构件的实际承载力(而不是承载力设计值)分析进行薄弱层(部位)判断。一般要求，实际承载力和设计计算的弹性力之比保持在一个相对均匀的变化。有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、强度的协调，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。第四点：控制塑性铰的出现塑性铰是结构进入非弹性阶段后的耗能部位。抗震设计控制塑性铰的出现部位和出现次序。对梁而言，较大的塑性铰范围可以提高耗能能力。对柱及剪力墙而言，塑性铰范围过大将不利于结构稳定。对结构而言，要求总体屈服机制，即水平构件先于竖向构件屈服，塑性铰首先出现在梁上，使大部分梁甚至全部梁上出现塑性铰，仍能维持相对稳定的承载能力，可以继续经历变形而不倒塌，尽量避免竖向构件先于水平构件屈服而出现塑性铰的层间屈服机制。第五点：加强非结构构件与主体结构的连接加强非结构构件与主体结构的连接，可设置拉结筋、水平联系梁、圈梁、构造柱等与主体结构可靠拉结。对于非承重墙体而言，材料、选型和布置，应根据烈度、房屋高度、建筑体型、结构层间变形、墙体自身抗侧力性能的利用等因索，经综合分析后确定。非承重墙体宜优先采用轻质墙体材料，宜与柱脱开或采用柔性连接，并保证墙体稳定，采取措施减少对主体结构的不利影响，墙体应能适应主体结构不同方向的层间位移与竖向变形的能力。砌体女儿墙高度应予控制，并保证足够的锚固。8

性能化设计1抗震概念设计要旨2抗震设防目标3高度及高宽比4规则性5延性6多道抗震防线7结构整体性8性能化设计基本概念规范提出了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的

一般性抗震设计目标，采用简化的两阶段设计方法，达到生命安全的目的。建筑的抗震性能化设计，立足于承载力和变形能力的综合考虑，包括了不同条件的构造措施，可着重提高抗震安全性或满足使用功能的专门要求。即需要综合考虑使用功能、设防烈度、结构的不规则程度和类型、结构发挥延性变形的能力、造价、震后的各种损失及修复难度等等因素，区别处理不同目标。地震具有很大的不确定性，性能化设计需要估计各种水准的地震影响。对于设计使用年限不同于50年的结构，其地震作用需要作适当调整。除抗震规范外，可参考《建筑工程抗震性态设计通则(试用)》。结构的不同地震破坏等级不同地震水准下的结构抗震性能中等破坏时的构件变形参考