《建筑结构抗震设计》全套教学课件

建筑结构抗震设计

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全套可编辑PPT课件第1章地震基础知识与抗震设防1.1地震的类型和成因1.2地震波及地震动参数1.3地震度量1.4地震震害1.5工程结构的抗震设防1.1地震的类型和成因据统计，地球上每年发生500多万次地震，即每天要发生上万次地震，地震是一种很普遍的自然现象。广义地说，地震是地球表层的震动，又称地动、地震动。1.1地震的类型和成因

1.1.1

地震的类型根据震动性质的不同，可将地震分为三类：天然地震、人工地震和脉动。1.1地震的类型和成因天然地震1.天然地震是指自然界发生的地震现象。狭义而言，人们平时所说的地震是指能够形成灾害的天然地震。天然地震又可以分为火山地震和构造地震。1.1地震的类型和成因1）火山地震火山地震是由于火山活动时岩浆喷发冲击或热力作用而引起的地震。火山地震一般较少，数量约占地震总数的7%。1.1地震的类型和成因2）构造地震构造地震是由地壳(或岩石圈，少数发生在地壳以下的岩石圈上地幔部位)发生断层而引起的，地壳(或岩石圈)在构造运动中发生形变，当变形超过岩石的承受能力时，岩石将发生断裂，在构造运动中长期积累的能量迅速释放，造成岩石震动，从而形成地震。2011年3月11日，日本东北部海域发生里氏9.0级的地震并引发海啸，这是目前记录到的最大的构造地震。世界上90%以上的地震和几乎所有的破坏性地震都是构造地震造成的。工程上所讨论的地震就是这种波及范围广、破坏性大且发生频率高的构造地震。1.1地震的类型和成因人工地震2.人工地震是由爆破、核试验等人为因素引起的地面震动。1.1地震的类型和成因脉动3.脉动是大气活动、海浪冲击等原因引起的地球表层的经常性微动。1.1地震的类型和成因

1.1.2

地震术语地壳深处发生岩层断裂、错动的地方称为震源，它是一个区域，但研究地震时常把震源看成一个点。震源在地表的投影点称为震中，也称震中位置。实际上，震中并非一个点，而是一个区域。震中及其附近的地方称为震中区，也称极震区，该区域是地震破坏最强的地区。震中到地面上任意一点的水平距离叫震中距离，简称震中距。震中距小于100km的地震称为地方震，震中距为100~1000km的地震称为近震，震中距大于1000km的地震称为远震。一般来讲，震中距越长的地方受到的影响和破坏越小。震源到震中的垂直距离称为震源深度。1.1地震的类型和成因通常将震源深度小于60km的地震称为浅源地震，震源深度为60~300km的地震称为中源地震，震源深度大于300km的地震称为深源地震。对于同样大小的地震，由于震源深度不一样，对地面造成的破坏程度也不一样。震源越浅，破坏越大，但波及范围也越小，反之亦然。地震术语如图1-1所示。图1-1地震术语1.1地震的类型和成因

1.1.3

地震的成因构造地震是地壳的一种运动形式。但是，地壳为什么会运动？是怎么运动的？为什么会产生像地震这样的运动？要想解决这些问题，我们需要去探究地震这种现象的深层原因。地震成因是地震学科中的一个重大课题，目前有如大陆漂移学说、海底扩张学说等。现在比较流行的是大家普遍认同的板块构造学说。1.1地震的类型和成因1965年，加拿大著名地球物理学家威尔逊（Wilson）首先提出了“板块”概念。1968年，法国地质科学家勒比逊（X.LePichon）提出了“板块构造学说”，他把全球岩石圈划分成六大板块，即欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、印度洋板块、非洲板块和南极洲板块。板块与板块的交界处既是地壳活动比较活跃的地带，也是火山、地震较为集中的地带。据资料统计，全世界85%左右的地震发生在板块边缘。板块构造学说是大陆漂移、海底扩张等学说的综合与延伸，它虽不能解决地壳运动的所有问题，但却为研究地震成因提供了理论基础。1.1地震的类型和成因地震带是指地震集中发生及分布的地方。地震带皆位于板块交界处或者板块内部的断裂带上。世界三大地震带分别是环太平洋地震带、欧亚地震带和大洋中脊（海岭）地震带，如图1-2所示。图1-2世界地震分布图1.1地震的类型和成因第一大地震带是环太平洋地震带，其分布在太平洋周围，包括南北美洲太平洋沿岸和从阿留申群岛、堪察加半岛、日本列岛南下至中国台湾地区，再经菲律宾群岛转向东南，直到新西兰。环太平洋地震带是全球分布最广、地震最多的地震带，所释放的能量约占全球的3/4。1.1地震的类型和成因环太平洋地震带是地球上发生地震最多的地震带，环太平洋地震带像一个巨大的环，沿北美洲太平洋东岸的美国阿拉斯加向南，经加拿大西部、美国加利福尼亚和墨西哥西部地区，到达南美洲的哥伦比亚、秘鲁和智利，然后从智利转向西，穿过太平洋抵达大洋洲东边界附近，在新西兰东部海域折向北，再经斐济、印度尼西亚、菲律宾、中国台湾地区、琉球群岛、日本列岛、阿留申群岛回到美国的阿拉斯加，环绕太平洋一周，也把大陆和海洋分隔开来，地球上约有80%的地震都发生在这里。环太平洋地震带集中了全世界80%以上的浅源地震、几乎全部的中源地震和深源地震。1.1地震的类型和成因第二大地震带是欧亚地震带。该地震带从地中海向东，一支经中亚至喜马拉雅山，然后向南经中国横断山脉，过缅甸，呈弧形转向东，至印度尼西亚；另一支从中亚向东北延伸，至堪察加半岛，分布比较零散。欧亚地震带也叫“地中海喜马拉雅山地震带”，其主要分布于亚欧大陆，因为该地震带横贯亚欧大陆南部、非洲西北部地震带，所以也可以称为“横贯亚欧大陆南部、非洲西北部地震带”。1.1地震的类型和成因欧亚地震带从印度尼西亚开始，经中南半岛的西部和我国的云、贵、川、青、藏地区，以及印度、巴基斯坦、尼泊尔、阿富汗、伊朗、土耳其到地中海北岸，一直延伸到大西洋的亚速尔群岛，发生在这里的地震占全球地震的15%左右。第三大地震带是海岭地震带，它是对陆地影响最小的世界地震带，分布在太平洋、大西洋、印度洋中的海岭地区（海底山脉）。1.1地震的类型和成因海岭地震带也叫海脊地震带，是从西伯利亚北岸靠近勒拿河口开始，穿过北极经斯匹次卑尔根群岛和冰岛，再经过大西洋中部海岭到印度洋的一些狭长的海岭地带或海底隆起地带，并有一分支穿入红海和著名的东非大裂谷。相对于世界上地震比较多的国家（如美国和日本都处在环太平洋地震带上），我国处在环太平洋地震带和欧亚地震带两大地震带之间，是世界上地震最多、地震震害最严重的国家。1.2地震波及地震动参数

1.2.1

地震波当震源岩层发生断裂和错动时，岩层所积累的能量突然释放，以波的形式从震源向四周传播，这种波称为地震波。地震波是一种弹性波，按其在地壳中的传播位置可分为体波和面波。1.2地震波及地震动参数体波1.体波是由震源振动并在地球内部产生和传播的地震波。体波根据其介质振动方向和波的传播方向可分为纵波（P）与横波（S）。1.2地震波及地震动参数1）纵波纵波的介质质点的振动方向和波的传播方向相同，是从震源向四周传播的压缩波。纵波一般周期较短，波速较快（约为横波波速的1.67倍），振幅较小，可在地面上引起上下颠簸运动。纵波由于波速较快，在地震发生时往往最先到达，因此纵波也称为初波、P波、压缩波和拉压波。纵波波速一般用vp来表示，根据弹性动力学可以得到vp的计算公式为式中，E为介质的弹性模量；μ为介质的泊松比ρ为介质的密度。（1-1)1.2地震波及地震动参数2）横波横波的介质质点的振动方向和波的传播方向垂直，是从震源向四周传播的剪切波。横波一般周期较长，波速较慢，振幅较大，可在地面上引起水平反方向的运动。横波由于波速较慢，在地震发生时的到达时间比纵波慢，因此横波也称为次波、S波、剪切波和等体积波。横波波速一般用vs来表示，根据弹性动力学可以得到vs的计算公式为

（1-2)式中，G为介质的剪切弹性模量。1.2地震波及地震动参数地基中常见岩土介质的密度和波速参考表1-1。1.2地震波及地震动参数1.2地震波及地震动参数续表1.2地震波及地震动参数面波2.面波为在地表面传播的波，又称为L波。它是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。面波主要有瑞雷波和洛夫波。瑞雷波传播时，介质质点在波的前进方向与地表法向组成的平面内做椭圆运动。洛夫波传播时，介质质点在与波的前进方向垂直的水平方向上运动，在地面上表现为蛇形运动。1.2地震波及地震动参数面波是经过地层界面的多次反射和折射形成的次生波，其周期长、波速慢（约为横波波速的0.9倍）、振幅大、衰减慢，地震发生时往往最后到达。面波的介质质点的振动方向复杂，振幅比体波大，对建筑物的影响也比较大，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。利用纵波、横波和面波传播速度的不同，分析地震曲线上P波和S波到达的时间差，可以大致确定震源的距离。1.2地震波及地震动参数

1.2.2

地震动参数地震动是由震源释放出来的地震波引起的地面运动。它是不同频率、不同震动幅值的地震波在一个有限时间范围内的集合。地震动参数表征地震引起的地面运动的物理参数，包括峰值、反应谱（加速度、速度或位移）和持续时间等。所以，通常以地震动幅值、地震动频谱特性和持续时间3个参数来表达地震的特点。1.2地震波及地震动参数地震动幅值是地震振动强度的表示，通常以峰值表示的最多，如峰值加速度、峰值速度或峰值位移。峰值是指地震动的最大值。地震动峰值的大小反映了地震过程中某一时刻地震动的最大强度，它直接反映了地震力及其产生的振动能量和引起结构地震变形的大小，是地震对结构影响大小的尺度。1.2地震波及地震动参数地震动频谱特性就是强震地面运动对具有不同自振周期的结构的响应。反应谱是工程抗震用来表示地动频谱的一种特有的方式，这是因为它是通过单自由度体系的反应来定义的，容易被工程界接受。强地震动的持续时间在震害及对结构的影响，主要发生在结构反应进入非线性化之后，持续时间的增加使出现较大永久变形的概率提高，持续时间越长，则反应越大，以致产生震害的积累效应。对于一般工业与民用建筑的抗震设计，利用地震动幅值（强度）即可；但对于重大工程和特殊工程，仅有幅值是不够的，还需要考虑持续时间。1.2地震波及地震动参数1999年9月21日，我国台湾南投县集集镇发生了里氏7.6级、震源深度为7.0km的地震。图1-3所示为地震加速度记录仪记录到的该地震动加速度时程曲线（地震波曲线）。该曲线的加速度幅值为100cm/s2，持续时间约为80s，峰值处的周期（卓越周期）约为0.51s。图1-3我国台湾南投县集集镇地震动加速度时程曲线1.2地震波及地震动参数地震动参数划分，是以国土为背景，按照不同的地震强弱程度，以一定的标准（包括时间年限、概率水准、地震动峰值加速度、地震动反应谱特征周期等地震动参数标准）将国土划分为不同抗震设防要求的区域，并以图件的形式表示出来。地震动参数区划图展示了地区之间潜在地震危险程度的差异，设计人员可以根据地震动参数区划图上所标示的各个地区的抗震设防要求进行建设工程抗震设计。1.2地震波及地震动参数地震动参数是工程抗震设计的依据，不同工程对工程场地地震安全性评价的深度及提供的参数的要求不同，这取决于工程的类型、安全性、危险性及社会影响等因素。1.3地震度量地球上的地震有强有弱。用来衡量地震强度大小的标准有两个：一个是地震震级，另一个是地震烈度。1.3地震度量

1.3.1

地震震级1935年，美国地震学家里希特（C.F.Richter）首先提出了震级的概念，采用标准地震仪（周期为0.8s，阻尼系数为0.8，放大倍数为2800的地震仪）在距离震中100km处记录到的以微米（1μm=10-6m）为单位的最大水平地面位移A的常用对数值来表示震级的大小，即M=lgA（1-3)式中，M为地震震级，通常称为里氏震级；A为由记录到的地震曲线图上得到的最大振幅。例如，由距离震中100km处的标准地震仪记录到的最大地面位移为1m，则地震震级为里氏6级。1.3地震度量由于受到当初设计里氏地震规模时所使用的伍德·安德森扭力式地震仪的限制，当近震震级大于6.8或观测点距离震中超过约600km时，里氏震级标度便不适用，因此最初的里氏震级标度只适用于近震和地方震，所以里氏震级又称为近震震级。1945年，美国地震学家古登堡（B.Gutenberg）把震级的应用推广到远震和深源地震，利用宽频带地震仪记录远震传来的面波，根据面波的振幅和周期来计算震级，奠定了震级体系的基础。1.3地震度量现在国际通用的地震震级标准仍称为里氏震级（改进后的里氏震级）。它是综合了里希特（近震震级）和古登堡（远震震级）的研究成果，根据离震中一定距离所观测到的地震波的幅度和周期，并且考虑从震源到观测点的地震波衰减，通过一定公式计算出来的震源处地震的大小。我国使用的震级标准就是这种国际通用的震级标准。地震按震级的分类见表1-2。1.3地震度量震级是表征地震强弱的指标，是划分震源释放出的能量大小的等级。地震震级直接与震源所释放能量的大小有关，可以用式（1-4）表达。

lgE=11.8+1.5M（1-4)式中，E为地震能量（J）；M为地震震级。从式（1-3）和式（1-4）中可以看出，震级相差一级，振幅相差10倍，能量相差约32倍；震级相差两级，振幅相差100倍，能量相差约1000倍。1.3地震度量

1.3.2

地震烈度地震烈度表示地震对地表及工程建筑物破坏的强弱程度。用什么尺度衡量地震烈度呢？在没有观测仪器的年代，只能由地震宏观现象(如人的感觉、器物的反应、地表和建筑物的破坏程度等)总结出的宏观烈度表来定性地评定地震烈度。由于定性的宏观烈度未能提供定量的数据，因此不能直接用于工程抗震设计。随着科学技术的发展，人们可以用强震仪记录的地面运动参数（如地面运动峰值加速度、峰值速度）来定义烈度，从而出现了含有物理指标的定量烈度表。1.3地震度量由于不可能随处取得强震仪的记录，因此用定量烈度表评定地震现场的烈度还有一定的困难，最好的方法是将定性和定量两种评定方式结合起来，使之兼有两者的功能，以便工程应用。目前，我国采用的12度烈度表就是采用定性和定量结合的评定方法得出的。表1-3为2009年实施的中国地震烈度表。1.3地震度量1.3地震度量1.3地震度量续表1.3地震度量续表1.3地震度量续表1.3地震度量续表1.3地震度量地震震级和地震烈度是描述地震现象的两个参数。一次地震只有一个震级，可以有不同的地震烈度。例如，地震震级好像不同瓦数的日光灯，瓦数越高，能量越大，震级越高；地震烈度好像屋子里受光亮的程度，对同一盏日光灯来说，各处距离日光灯的远近不同，受光照射的程度不同，受光亮的程度也不同。地震震级越大，震中烈度越高；离震中越远，地震烈度越低。当地震震级相同时，震源深度越浅，震中烈度越高；震源深度越深，震中烈度越低。1.3地震度量对于浅源地震而言，地震震级与震中烈度有如表1-4所示的大致对应关系。依据地震震级粗略估算震中烈度的公式是1.5(M-1)。1.3地震度量

1.3.3

其他烈度一个地区发生地震是随机事件，而地震烈度更是随机变量。随机变量只能用概率分布规律来描述。1.3地震度量基本烈度1.我国地震烈度区划图上标定的基本烈度又称为第二水准烈度，其概率上的定义为一个地区在今后一定时期内（一般为50年）、在一般场地条件下，可能遭受的超越概率为10%的烈度，如图1-4所示。一般场地条件是指标准地基土壤、一般地形、地貌、构造、水文地质等条件。基本烈度是在地震区进行建筑设计的主要依据，有了基本烈度，才能在此基础上按建筑物的重要性根据规范选取设防标准，之后才能按规范进行工程设计。1.3地震度量抗震设防烈度2.抗震设防烈度，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。一般情况下，抗震设防烈度取50年内超越概率为10%的地震烈度（基本烈度），在一定条件下可采用经国家有关主管部门规定的权限批准发布的供设计采用的抗震设防区划的地震动参数（如地面运动加速度峰值、反应谱值、地震影响系数曲线和地震加速度时程曲线）。1.3地震度量众值烈度3.众值烈度又称为常遇烈度、多遇烈度或第一水准烈度，是该地区50年内超越概率为63.2%的烈度，相当于概率密度曲线上峰值时的烈度。多遇烈度比基本烈度低1.55度。1.3地震度量罕遇烈度4.罕遇烈度又称为第三水准烈度。在设计基准期内（一般为50年）遭遇大于基本烈度的大烈度震害的小概率事件还是可能发生的，随着基本烈度的提高，大震烈度增加的幅度有所减小，不同基本烈度对应的大震烈度的定量标准也不应相同。通过对我国43个城市地震危险性的分析，并结合我国经济实况，可粗略地将50年超越概率为2%~3%的烈度作为罕遇烈度。1.3地震度量图1-4所示为基本烈度、众值烈度和罕遇烈度三者之间的关系。图1-4基本烈度、众值烈度和罕遇烈度三者之间的关系1.4地震震害地震震害是地震作用于人类社会形成的灾难事件。地震成灾的程度既取决于地震本身的大小，还与震区场地、各类工程结构、经济社会发展和人口等条件有很大的关系。发生在无人区的大地震，一般不会造成灾害；而发生在经济发达、人口稠密地区的一次中等地震却可能造成极为严重的灾害。1.4地震震害地震震害是指由地震引起的强烈地面振动及伴生的地面裂缝和变形，使各类建(构)筑物倒塌和损坏，设备和设施损坏，交通、通信中断，其他生命线工程设施等被破坏，以及由此引起的火灾、爆炸、瘟疫、有毒物质泄漏、放射性污染、场地破坏等造成人畜伤亡和财产损失的灾害。由于工程结构物的破坏造成的诸如地震火灾、水灾、毒气泄漏与扩散、爆炸、放射性污染、海啸、滑坡、泥石流等灾害，称为次生（二次）灾害。由地震震害引起的各种社会性灾害，如瘟疫、饥荒、社会动乱、人的心理创伤等，称为诱发（三次）灾害。有时，次生灾害造成的经济损失要远远大于原生灾害。1.4地震震害研究地震产生的震害是为了防范未来的大震。目前，在科学技术还不能控制地震发生的情况下，调查研究地震震害的现状，分析震害规律，总结人们预防地震和减轻地震震害的经验，是抗震设防和保证人民生命财产安全的有效途径。通常与建筑工程有关的地震震害主要有地表破坏、工程结构破坏和次生灾害。1.4地震震害

1.4.1

地表破坏地震时造成的地表破坏主要有地裂缝、发震断裂错动、喷水冒砂、山石崩塌和滑坡等。1.4地震震害地裂缝1.地震引起的地裂缝分为构造地裂缝和重力地裂缝两种类型。地下断层错动延伸至地面的裂缝，称为构造地裂缝。在海边、河湖岸边、古河道上以及厚的饱和松软土层地区产生的地面裂缝，称为重力地裂缝。构造地裂缝的走向与地下断裂带的走向一致，规模较大，形状比较规则，多呈带状，长度有时延续几千米甚至几十千米，裂缝宽度常达数十厘米甚至几米；重力地裂缝规模较小，大小、形状不一，宽度较小，但数量较多。1.4地震震害地裂缝穿过房屋会造成基础和墙体的断裂或错动，严重时会造成房屋倒塌。图1-5所示为2009年1月9日哥斯达黎加6.2级地震造成的地裂缝。图1-5哥斯达黎加6.2级地震造成的地裂缝1.4地震震害发震断裂错动2.地震时，发震断层可能出现很大的错动，从而引起断裂带两边的地表在水平方向和竖直方向上发生相对位移，严重时可使断裂带附近的工程结构严重破坏。图1-6所示为我国汶川地震典型发震断裂错动地貌与地表变形量。图1-6我国汶川地震典型发震断裂错动地貌与地表变形量1.4地震震害喷水冒砂3.喷水冒砂是指地震晃动过程中，在地下水位较高且含有砂土层或粉土层的地区，地震波的作用使地下水压急剧增高，随着松散饱和粒状土变密而产生高孔压区，其中的水体形成向上的水流，当水头梯度足够大时，水流还将携带大量悬浮的土颗粒，如果顶层特别薄或者地基土中存在裂缝等缺陷，水流就会冲开地面，形成砂沸。砂沸的喷出物在喷出口周围形成圆锥形沉积，类似小的“火山口”。砂沸俗称喷水冒砂。这种现象是场地发生液化的典型特征之一。1.4地震震害地基液化造成的土体变形可导致基础倾斜，造成生命线工程大面积破坏。图1-7所示为1976年7月28日我国唐山地震时砂土液化地面出现的喷水冒砂现象。图1-7我国唐山地震时砂土液化地面出现的喷水冒砂现象1.4地震震害山石崩塌4.山石崩塌主要发生在山区，由于地震的强烈振动，使得原已处于不稳定状态的山崖发生崩塌。这种灾害会造成山下的建筑物严重破坏。图1-8所示为汶川地震时100t的山石崩塌。图1-8汶川地震时100t的山石崩塌1.4地震震害滑坡5.滑坡是指斜坡上的土体或者岩体受地震作用的影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或分散地顺坡向下滑动的自然现象。图1-9所示为汶川地震时北川县城发生的两处滑坡。这两处滑坡对下面的建筑造成了巨大的影响。图1-9汶川地震时北川县城发生的两处滑坡1.4地震震害

1.4.2

工程结构破坏地震时各类结构的破坏既是导致人民生命财产损失的主要原因，也是结构工程抗震工作的主要对象。据统计，由地震破坏所造成的人员伤亡占总数的95%。过去建造的房屋的抗震性能普遍较低，地震造成的房屋破坏情况十分严重。工程结构的破坏随结构类型及抗震措施的不同而有较大的差别，下面介绍几种常见的工程结构破坏情况。1.4地震震害承重构件承载力不足或变形过大造成的破坏1.建筑物在地震作用下，其承重构件因抗剪强度、抗弯强度和抗压强度不足或变形能力不够而发生破坏，严重时，可造成整幢建筑物倒塌。图1-10所示为1999年9月21日我国台湾南投县集集镇地震时某学校教学楼因底层柱的抗压承载力不足而造成整个结构破坏。图1-10我国台湾南投县集集镇地震时某学校教学楼的主体结构破坏1.4地震震害图1-11所示为1995年日本阪神地震时一幢8层公共建筑因第6层变形过大而形成薄弱层，造成整层垮塌，使第7层直接落到了第5层上。图1-11日本阪神地震时某公共建筑整层破坏1.4地震震害结构丧失整体性而造成的破坏2.结构构件的共同工作主要依赖于构件之间的连接与支撑；如果构件间连接不牢，地震时节点发生破坏，建筑就可能丧失整体性，从而发生局部或全部倒塌。1.4地震震害地基失效引起的破坏3.当建筑的地基内含有饱和的砂土层、粉土层或淤泥层软土时，地震时可能发生地基液化或软土沉陷，从而使上部建筑物发生严重破坏或整体倒塌。图1-12所示为我国台湾南投县集集镇地震时地基失效引起的上部建筑物倾倒，但上部结构完好无损。图1-12我国台湾南投县集集镇地震时地基失效造成房屋倾倒1.4地震震害图1-13所示为1964年6月16日日本新潟地震时砂土地基液化导致多数房屋整幢倾斜，但上部结构完好。图1-13日本新潟地震时砂土地基液化导致房屋倾斜1.4地震震害

1.4.3

次生灾害地震造成的次生灾害有火灾、堰塞湖、水灾和海啸等，由此引起的灾害也相当严重。例如，1923年日本东京发生的大地震造成房屋倒塌13万幢，因地震引起的火灾而烧毁房屋45万幢。堰塞湖是由地震造成山体滑坡，堵截河谷或河床后储水而形成的湖泊。如果遇到强余震、暴雨，可能会发生溃坝，对下游百姓的生命财产造成威胁。同时，由于堰塞湖的水位不断上升，也会对上游造成淹没的危险。“5·12”汶川地震时，唐家山堰塞湖是汶川地震后形成的最大的堰塞湖。1.4地震震害地震后因山体滑坡、阻塞河道而形成的唐家山堰塞湖位于涧河上游距北川县城约6km处，是北川灾区面积最大、危险性最大的一个堰塞湖，如图1-14所示。图1-14唐家山堰塞湖1.4地震震害地震引起的水坝破坏而产生的水灾也会对附近的房屋造成巨大的破坏，图1-15所示为我国台湾南投县集集镇地震时水坝结构被震坏。地震引起的海啸也会对海边房屋造成巨大的破坏。图1-15我国台湾南投县集集镇地震时水坝结构被震坏1.4地震震害2011年3月11日，日本东北部海域发生里氏9.0级地震并引发海啸，造成了巨大的人员伤亡和财产损失，图1-16所示为海啸引起的破坏。图1-16日本地震时海啸引起的破坏1.5工程结构的抗震设防

1.5.1

抗震设防目标抗震设防的目的是在一定经济条件下最大限度地限制和减轻工程结构的地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失。为了实现这一目的，《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）将抗震设防目标分为基本抗震设防目标和性能化抗震设防目标。基本抗震设防目标保持和原有抗震规范一致的表述。性能化抗震设防目标采用比基本抗震设防目标更具体或更高的要求。对特殊建筑结构、重要的结构部位或构件应采用性能化抗震设防目标。1.5工程结构的抗震设防基本抗震设防目标就是所有进行抗震设计的建筑都必须实现的目标，可概括为“三水准设防目标”。第一水准设防目标为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，简称“小震不坏”，即结构处于正常使用状态，可视为弹性体系。第二水准设防目标为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，经一般性修理仍可继续使用，简称“中震可修”，即结构进入非弹性阶段，但非弹性变形或结构的损坏控制在可修复的范围内。1.5工程结构的抗震设防第三水准设防目标为当遭受高于本地区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，简称“大震不倒”，即结构虽然有较大的非弹性变形，但已控制在规定范围内，能免于倒塌。对于使用功能或其他方面有专门要求的建筑、特别不规则的建筑或超限建筑结构，当采用抗震性能化设计时（见本书2.2节的内容），具有比“三水准设防目标”更具体或更高要求的抗震设防目标。1.5工程结构的抗震设防

1.5.2

建筑抗震设防分类和设防标准《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223—2008）根据建筑遭遇地震破坏后，可能造成人员伤亡、直接和间接经济损失、社会影响的程度及其在抗震救灾中的作用等因素，对各类建筑所做的设防类别进行了划分。对于不同重要性的建筑，采用不同的抗震设防标准（衡量抗震设防要求高低的尺度，由抗震设防烈度或设计地震动参数及建筑抗震设防类别确定）。1.5工程结构的抗震设防①建筑破坏造成的人员伤亡、直接和间接经济损失及社会影响的大小。②城镇的大小、行业的特点和工矿企业的规模。（1）建筑抗震设防类别的划分，应根据下列因素的综合分析确定：③建筑使用功能失效后，对全局的影响范围大小、抗震救灾影响及恢复的难易程度。1.5工程结构的抗震设防④当建筑各区段的重要性有显著不同时，可按区段划分抗震设防类别。下部区段的类别不应低于上部区段的类别。⑤不同行业的相同建筑，当所处地位及地震破坏所产生的后果和影响不同时，其抗震设防类别可不相同。注意：区段是指由防震缝分开的结构单元、平面内使用功能不同的部分或上下使用功能不同的部分。1.5工程结构的抗震设防（2）建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：①特殊设防类。特殊设防类是指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑，简称甲类。②重点设防类。重点设防类是指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，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。③标准设防类。标准设防类是指大量的除①、②、④款以外按标准要求进行设防的建筑，简称丙类。④适度设防类。适度设防类是指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑，简称丁类。1.5工程结构的抗震设防（3）各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求：①标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。②重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。1.5工程结构的抗震设防③特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。④适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。注意：对于划为重点设防类而规模很小的工业建筑，当改用抗震性能较好的材料且符合抗震设计规范对结构体系的要求时，允许按标准设防类设防。1.5工程结构的抗震设防

1.5.3

两阶段抗震设计方法为达到三水准设防目标，应采用两阶段抗震设计方法：第一阶段设计是承载力验算，取第一水准的地震动参数计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求。同时，采用同一地震动参数计算结构的弹性层间位移角，使其既不超过规定的限制，又满足第二水准的损坏可修的目标。对大多数的结构，可只进行第一阶段设计，而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准设防目标的设计要求。1.5工程结构的抗震设防第二阶段设计是弹塑性变形验算，对地震时易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构及有专门要求的建筑，除进行第一阶段设计外，还要进行结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准设防目标的设防要求。THANKYOU建筑结构抗震设计

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第2章抗震概念设计和性能化设计2.1抗震概念设计和性能化设计概述2.2抗震概念设计2.3抗震性能化设计第2章抗震概念设计和性能化设计地震是一种随机事件，以现有的科技水平，难以估计实际地震发生的时间、空间和强度。同时在结构分析方面，以现有的技术水平，也不可能充分而准确地考虑结构的空间作用和结构材料的性质（特别是进入弹塑性以后的性质）等性能，因此单独的抗震计算并不能真实反映结构在地震中的受力和变形情况。2.1抗震概念设计和性能化设计概述目前，抗震设计一般包括抗震概念设计、抗震计算和抗震措施（包括抗震构造措施）。抗震概念设计从总体上把握抗震设计的基本原则，抗震计算为抗震设计提供定量手段，抗震措施从保证结构整体性和加强局部薄弱环节等方面保证抗震计算结构的有效性。上述抗震设计三个层面的内容是一个不可分割的整体，忽视任何一部分，都可能导致抗震设计的失败。有关抗震计算和抗震构造措施的内容将在后续章节中介绍，本章主要讨论抗震概念设计的问题。2.1抗震概念设计和性能化设计概述目前的抗震设计多是按照现行抗震规范编制的处方式条款进行的概念设计，如地震作用的计算、结构的选型、对房屋高度的限制、抗震等级的选择、不同抗震等级中的调整系数和构造措施等，也就是说，一般工程都用小震下的弹性设计来保证“小震不坏”，用概念设计和构造措施来保证“中震可修、大震不倒”，那么建筑物是否能真正做到“中震可修、大震不倒”呢？无法证实，按能力设计的理念编制的处方式设计规范只能从宏观定性上使结构满足抗震设防的要求，而不是真正反映结构在中、大震下受力、变形的量化指标及形态。2.1抗震概念设计和性能化设计概述20世纪90年代，国外和国内的工程界开始着手研究基于性能的抗震设计理念，它的特点是：使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，并由业主选择性能目标，对结构的抗震性能水准进行深入的分析（包括静力弹塑性分析和动力弹塑性分析），并经过专家论证，反复修改，从而确定的抗震设计。这样的抗震设计方法有利于建筑结构的创新，经过论证（包括试验），可以利用现行标准规范的新的结构体系、场地条件及建筑的重要性，采用不同的性能目标和抗震措施。2.1抗震概念设计和性能化设计概述建筑抗震性能化设计立足于承载力和变形能力的综合考虑，具有很强的针对性和灵活性，针对具体工程的需要和可能，可对整个结构，也可对某些部位或关键构件，灵活运用各种措施达到预期的性能目标——提高抗震安全性或满足使用功能的专门要求。这是结构抗震设计的发展趋势。2.2抗震概念设计所谓抗震概念设计，就是指根据地震震害和工程经验等所形成的基本设计原则与设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程，它是一种基于震害经验建立的抗震基本设计原则和思想。2.2抗震概念设计抗震概念设计强调，在工程设计之初应主要把握场地、地基和基础的选择，建筑形体及其构件的布置，抗震结构体系和结构构件的选择，非结构构件的处理，结构材料和施工的保证，结构控制新技术的采用等内容；从总体上消除建筑中的薄弱环节，然后再辅以必要的计算和抗震构造措施，就有可能设计出抗震性能良好的建筑。2.2抗震概念设计

2.2.1

场地、地基和基础的选择在抗震设计中，场地是指具有相似的反应谱特征的房屋群体所在地，它不仅仅指房屋基础下的地基土，其范围还相当于厂区、居民点和自然村，在平坦地区的面积一般不小于1km×1km。地震造成建筑的破坏，除地震动直接引起结构破坏外，还有场地条件的原因，如地震引起的地表错动与地裂，地基土的不均匀沉陷、滑坡和粉（砂）土液化，等等。2.2抗震概念设计《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）规定选择建筑场地时，应按表2-1划分对建筑抗震有利、一般、不利和危险的地段。2.2抗震概念设计选择建筑场地时，应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价，宜选择抗震有利的地段。对抗震不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。2.2抗震概念设计（1）地基和基础的选择应符合下列要求：①同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上。②同一结构单元不宜部分采用天然地基，部分采用桩基；当采用不同基础类型或基础埋深显著不同时，应根据地震时两部分地基基础的沉降差异，在基础、上部结构的相关部位采取相应的措施。③地基为软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土时，应根据地震时地基不均匀沉降和其他不利影响，采取相应的措施。2.2抗震概念设计（2）山区建筑的场地和地基基础应符合下列要求：①山区建筑场地勘察应有边坡稳定性评价和防治方案建议；应根据地质、地形条件和使用要求，因地制宜地设置符合抗震设防要求的边坡工程。②边坡设计应符合《建筑边坡工程技术规范》（GB50330—2013）的要求；其稳定性验算时，有关的摩擦角应按设防烈度的高低相应修正。③边坡附近的建筑基础应进行抗震稳定性设计。建筑基础与土质、强风化岩质边坡的边缘应留有足够的距离，其值应根据设防烈度的高低确定，并采取措施避免地震时地基基础破坏。2.2抗震概念设计

2.2.2

建筑形体及其构件的布置实例分析1.1972年2月23日，南美洲的尼加拉瓜首都马那瓜发生地震，地震烈度估计为8度，市区1万多幢楼房夷为平地，死亡5000多人。其中有两幢相距不远的高层建筑，一幢为15层高的中央银行大楼，另一幢为18层高的美洲银行大楼，如图2-1所示。图2-1震前的马那瓜市2.2抗震概念设计一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理后恢复使用，如图2-2所示。图2-2震后的马那瓜市2.2抗震概念设计原因分析如下：（1）美洲银行大楼的结构是均匀对称的，为规则结构，其基本的抗侧力体系包括4个L形的筒体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏，如图2-3所示。图2-3马那瓜市美洲银行大楼的平立面2.2抗震概念设计（2）中央银行大楼的结构平面不规则，4个楼梯间偏置于塔楼的西端，西端有填充墙，造成结构的一端刚度大，另一端刚度小，如图2-4所示。图2-4马那瓜市中央银行大楼的平面2.2抗震概念设计（3）中央银行大楼的结构竖向不规则，采用单跨框架结构，有1层地下室，3层以上的柱距为1.4m，3层以下的柱距扩大为9.8m，用深梁转换，3层以下10根大柱子的断面尺寸为1m×1.55m，3层以上北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，上、下两部分严重不均匀、不连续。（4）中央银行大楼的主要破坏在第3层和第4层，周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈，横向裂缝(有的裂缝宽度达1cm)贯穿3层以上的所有楼板，直至电梯井的东侧。2.2抗震概念设计建筑形体的规则性2.建筑形体是指建筑平面形状和立面、竖向剖面的变化；构件布置是指结构构件的平面布置和竖向布置。建筑形体和构件布置对结构的抗震性能有决定性的作用。建筑师应根据建筑的使用功能、建设场地、美学等确定建筑的平面形状、立面和竖向剖面；工程师应根据结构抵抗竖向荷载、抗风、抗震的要求及建筑形体，布置结构构件。所以说，房屋建筑的抗震设计包括建筑师的建筑形体设计和工程师的结构设计，一幢成功的抗震建筑往往是建筑师和工程师密切合作的结果，这种合作应该从方案阶段开始，一直到设计完成。2.2抗震概念设计《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）规定，“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”。规则建筑是指平面和立面简单，抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀，平面布置基本对称，即在平立面、竖向剖面和抗侧力体系上没有明显的、实质的不连续和突变。“规则性”是诸多因素的综合要求。首先，规则的建筑的抗震性能好。震害统计表明，简单、对称的建筑在地震时较不容易破坏，对称的结构因传力路径清晰、直接而容易估计其地震时的反应，容易采取抗震构造措施和进行细部处理。2.2抗震概念设计其次，规则的建筑有良好的经济性。根据工程经验，较规则建筑的周期比、位移比等结构的整体指标很容易满足规范要求。同时由于地震作用在各榀抗侧力构件之间的分配比较均匀，从而使各结构构件的配筋大小适中，使成本控制在一个合理的范围内；相反，不规则结构则会出现扭转效应明显、局部出现薄弱部位等情况，因此应根据规范对结构进行内力调整并采取有效的抗震构造措施进行加强处理，从而使内力变大，计算配筋变大，局部抗震构造措施更加烦琐，工程造价大幅度增加。综上所述，建筑形体的规则性对结构设计至关重要。2.2抗震概念设计建筑形体及其构件布置的平面、竖向不规则性3.建筑形体简单、结构布置规则有利于结构抗震，但在实际工程中，不规则是难以避免的。《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）给出了三种平面不规则（见表2-2和图2-5~图2-7）和三种竖向不规则（见表2-3和图2-8~图2-10）。不规则结构按照不规则程度可分为不规则、特别不规则和严重不规则。2.2抗震概念设计三种不规则程度的主要划分方法如下：（1）不规则，指的是超过表2-2和表2-3中一项或两项的不规则指标。2.2抗震概念设计2.2抗震概念设计（2）特别不规则，指的是具有较明显的抗震薄弱部位，可能引起不良后果者。其参考界限为6个主要不规则类型的3个或3个以上，或有一项超过不规则类型的指标比较多，如扭转位移比达1.4、本层刚度小于相邻上层刚度的50%等。（3）严重不规则，指的是形体复杂，多项不规则指标超过表2-3和表2-3的上限值或某一项大大超过规定值，具有现有技术和经济条件不能克服的严重的抗震薄弱环节，可能导致地震破坏的严重后果者。2.2抗震概念设计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。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门的研究和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用。2.2抗震概念设计形体复杂、平立面不规则的建筑，应根据不规则程度、地基基础条件和技术经济等因素的比较分析，确定是否设置防震缝。设置防震缝后，就可以通过设置的防震缝把不规则结构划分成规则结构单元。图2-5建筑结构的平面扭转不规则示例δ1—楼层最小弹性层间位移；δ2—楼层最大弹性层间位移2.2抗震概念设计图2-6建筑结构平面的凸角和凹角不规则示例2.2抗震概念设计图2-7建筑结构平面的局部不连续示例（大开洞及错层）A0—开洞楼板面积2.2抗震概念设计

图2-8沿竖向的侧向刚度不规则（有软弱层）K—抗侧刚度（单位水平位移需要施加的水平剪力）2.2抗震概念设计图2-9竖向抗侧力构件不连续示例2.2抗震概念设计图2-10竖向抗侧力结构屈服抗剪强度非均匀化（有薄弱层）Q—楼层屈服抗剪承载力2.2抗震概念设计

2.2.3

抗震结构体系和结构构件的选择抗震结构体系的选择1.抗震结构体系要通过综合分析采用合理而经济的结构类型。结构的地震反应同场地的频谱特性有着密切的关系，场地的地面运动特性又同地震震源机制、震级大小和震中的远近有关；建筑的重要性、装修的水准对结构的侧向变形大小有所限制，从而对结构选型提出要求；结构的选型又受结构材料和施工条件的制约及经济条件的许可；等等。这是一个综合的技术经济问题，应周密加以考虑。2.2抗震概念设计1）抗震结构体系应符合的要求《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）规定，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。2.2抗震概念设计2）抗震结构体系宜符合的要求《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）规定，结构体系尚宜符合下列各项要求：（1）宜有多道抗震防线。多道防线对于结构在强震下的安全是很重要的。所谓多道防线的概念，通常指的是：①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。例如，框架-抗震墙体系由延性框架和抗震墙两个系统组成，双肢或多肢抗震墙体系由若干个单肢墙分系统组成，框架-支撑框架体系由延性框架和支撑框架两个系统组成，框架筒体体系由延性框架和筒体两个系统组成。2.2抗震概念设计②抗震结构体系具有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立起一系列分布的塑性屈服区，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。按照多道设防的概念设计计算时，需考虑部分构件出现塑性变形后的内力重分布，使各个分体系所承担的地震作用的总和大于不考虑塑性内力重分布时的数值。2.2抗震概念设计（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。抗震薄弱层(部位)的概念也是抗震设计中的重要概念，其主要包括以下内容：①结构在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载力分析(而不是承载力设计值的分析)是判断薄弱层(部位)的基础。2.2抗震概念设计②要使楼层(部位)的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层(或部位)的这个比例有所突变，则会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。③要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。④在抗震设计中有意识、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，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。2.2抗震概念设计考虑到有些建筑结构，横向抗侧力构件(如墙体)很多而纵向很少，在强烈地震中往往由于纵向的破坏导致整体倒塌，“2001规范”增加了结构两个主轴方向的动力特性(周期和振型)相近的抗震概念。（3）结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。2.2抗震概念设计结构构件的选择2.1）结构构件应符合的要求（1）砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱，或采用约束砌体、配筋砌体等。无筋砌体本身是脆性材料，只能利用约束条件(圈梁、构造柱、组合柱等来分割和包围)使砌体发生裂缝后不致崩塌和散落，地震时不致丧失对重力荷载的承载能力。（2）混凝土结构构件应控制截面尺寸和受力钢筋、箍筋的设置，防止剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固黏结破坏先于钢筋破坏。2.2抗震概念设计钢筋混凝土构件的抗震性能与砌体相比是比较好的，但若处理不当，也会造成不可修复的脆性破坏。这种破坏包括混凝土压碎、构件剪切破坏、钢筋锚固部分拉脱(黏结破坏)。混凝土结构构件的尺寸控制，包括轴压比、截面长宽比、墙体高厚比、宽厚比等。当墙厚偏薄时，也有自身稳定的问题。（3）预应力混凝土的构件，应配有足够的非预应力钢筋。2.2抗震概念设计（4）钢结构构件的尺寸应合理控制，避免局部失稳或整个构件失稳。钢结构杆件的压屈破坏(杆件失去稳定)或局部失稳也是一种脆性破坏，应予以防止。（5）多、高层的混凝土楼（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，应从楼盖体系和构造上采取措施，确保各预制板之间连接的整体性。针对预制混凝土板在强烈地震中容易脱落导致人员伤亡的震害，推荐采用现浇楼（屋）盖，特别强调装配式楼（屋）盖应加强整体性的基本要求。2.2抗震概念设计2）结构各构件之间的连接《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）规定，结构各构件之间的连接，应符合下列要求：（1）构件节点的破坏，不应先于其连接的构件。（2）预埋件的锚固破坏，不应先于连接件。（3）装配式结构构件的连接，应能保证结构的整体性。（4）预应力混凝土构件的预应力钢筋，宜在节点核心区以外锚固。通过连接的承载力来发挥各构件的承载力和变形能力，从而获得整个结构良好的抗震能力。2.2抗震概念设计

2.2.4

非结构构件的处理非结构构件一般是指在结构分析中不考虑承受重力荷载、风荷载及地震作用的构件。非结构构件包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备的支架等。建筑非结构构件在地震中的破坏允许大于结构构件，其抗震设防目标要低于主体结构的规定。非结构构件的地震破坏会影响安全和使用功能，需引起重视，应进行抗震设计。处理好非结构构件和主体结构的关系，可防止附加灾害，减少损失。2.2抗震概念设计建筑非结构构件一般指以下四类：（1）附属结构构件，如女儿墙、厂房高低跨封墙、雨篷等。这类构件的抗震问题是防止倒塌，采取的抗震措施是加强非结构构件本身的整体性，并与主体结构加强锚固连接。（2）装饰物，如建筑贴面、装饰、顶棚和悬吊重物等。这类构件的抗震问题是防止脱落和装饰的破坏，采取的抗震措施是同主体结构可靠连接。对重要的贴面和装饰，也可采用柔性连接，使主体结构在地震作用下有较大的变形，也不致影响到贴面和装饰的破坏。2.2抗震概念设计（3）非结构的墙体，如围护墙、内隔墙、框架填充墙等。应估计其设置对结构抗震的不利影响，避免不合理的设置而导致主体结构的破坏。（4）建筑附属机电设备及支架等。这些设备通过支架与建筑物相连接，因此，设备的支架应有足够的刚度和强度，与建筑物应有可靠的连接和锚固，并应使设备在遭遇设防烈度的地震影响后能迅速恢复运行。建筑附属机电设备的设置部位要适当，支架设计时要防止设备系统和建筑结构发生谐振现象。2.2抗震概念设计

2.2.5

结构材料和施工的保证抗震结构在材料选用、施工程序特别是材料代用上有其特殊的要求，主要是指减少材料的脆性和贯彻原设计意图，需要在结构总说明中予以明确交代。2.2抗震概念设计材料自身要有足够的延性1.钢筋的材料性能要满足强屈比和伸长率的有关要求，混凝土强度等级不宜高于C60，建筑用钢材要有合格的冲击韧性和截面收缩率，等等。这些规定都是为了保证材料有足够的延性。2.2抗震概念设计施工顺序要保证组合构件的整体性2.钢筋混凝土构造柱和底部框架抗震墙房屋中的砌体抗震墙，其施工应先砌墙后浇构造柱和框架梁（柱），目的是确保砌体抗震墙与构造柱、底层框架柱的连接，以提高抗侧力砌体墙的变形能力。2.2抗震概念设计混凝土构件的纵向受力钢筋要等强代换3.在混凝土结构施工中，往往因缺乏设计规定的钢筋型号(规格)而用另外型号(规格)的钢筋代替，此时应注意替代后的纵向钢筋的总承载力设计值不应高于原设计的纵向钢筋总承载力设计值，以免造成薄弱部位的转移，以及构件在有影响的部位发生混凝土的脆性破坏(混凝土压碎、剪切破坏等)。除按照上述等承载力原则换算外，还应满足最小配筋率和钢筋间距等构造要求，并应注意钢筋的强度和直径的改变会影响正常使用阶段的挠度与裂缝宽度。2.2抗震概念设计抗震墙水平施工缝的验算4.在抗震墙的水平施工缝处，由于混凝土结合不良，可能形成抗震薄弱部位，故规定一级抗震墙要进行水平施工缝处的受剪承载力验算。验算依据试验资料，考虑穿过施工缝处的钢筋处于复合受力状态，其强度采用0.6的折减系数，并考虑轴向压力的摩擦作用和轴向拉力的不利影响，计算公式为

（2-1）2.2抗震概念设计式中，Vwj为抗震墙施工缝处组合的剪力设计值；fy为竖向钢筋抗拉强度设计值；As为施工缝处抗震墙的竖向分布钢筋、竖向插筋和边缘构件（不包括边缘构件以外的两侧翼墙）纵向钢筋的总截面面积；N为施工缝处不利组合的轴向力设计值，压力取正值，拉力取负值。其中，重力荷载的分项系数，受压时为有利，取1.0，受拉时取1.2。2.2抗震概念设计

2.2.6

结构控制新技术的采用隔震体系和耗能减震结构体系因具有减震机理明确、减震效果显著、安全可靠、经济合理、技术先进、适用范围广等优点，已逐步在现代抗震结构中得到应用。隔震体系是通过延长结构的自振周期来减小结构的水平地震作用，而耗能减震结构体系是通过耗能器增加结构阻尼来减小结构在地震作用下的位移。选用隔震和耗能减震新技术，需根据建筑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构方案及使用条件等，对结构体系进行技术、经济可行性的综合对比分析后确定。2.3抗震性能化设计建筑的抗震设防是以现有的经验、资料、科学水平和经济条件为前提，尽可能减轻地震震害。随着科学技术的发展和经济条件的提高，规范的规定会有相应的突破。抗震性能化设计，就是根据工程的具体情况，确定合理的抗震性能目标，采取恰当的计算和抗震措施，实现抗震性能目标的要求。抗震性能化设计的抗震设防目标不应低于规范的基本抗震性能目标。2.3抗震性能化设计

2.3.1

抗震性能化设计的基本原理抗震性能化设计的基本思路是“高延性，低弹性承载力”或“低延性，高弹性承载力”。提高结构或构件的抗震承载力和变形能力是提高结构抗震性能的有效途径，而仅提高抗震承载力需要以对地震作用的准确预测为基础。限于地震研究的现状，应将提高结构（局部）或构件的变形能力并同时提高抗震承载力作为抗震性能化设计的首选。2.3抗震性能化设计建筑的抗震性能化设计以现有的抗震科学水平和经济条件为前提，立足于承载力和变形能力的综合考虑，具有很强的针对性（针对具体工程的不规则情况及特殊的使用功能要求等）和灵活性。在复杂高层建筑及超限工程设计审查中经常提到结构的性能化设计问题，性能化设计是结构抗震设计的精髓。2.3抗震性能化设计多次大地震及特大地震的震害表明，随着城市的发展和城市人口密度的增加，城市设施越来越复杂，经济生活的节奏越来越快，地震震害所引起的经济损失也急剧增加，因此，“小震不坏，中震可修，大震不倒”的笼统设计概念已不能完全满足现代建筑结构的抗震设计要求，是不全面的，而是应考虑控制建筑和设施的地震破坏，保持地震时正常的生产、生活功能，减少地震对社会经济生活所带来的危害，有必要采用高于（或不低于）基本抗震设防目标的性能化设计方法。另外，建筑的平面和立面的复杂程度增加，按常规设计方法进行的抗震设计往往不能完全满足抗震设计要求，因此抗震性能化设计呼之欲出。2.3抗震性能化设计

2.3.2

抗震性能化设计与抗震概念设计的关系抗震性能化设计是解决复杂工程抗震设计问题的有效方法，也是抗震概念设计的集中体现。抗震性能化设计贯穿于结构抗震设计的始终，结构设计中的许多工作其实就是抗震性能设计的具体内容，现举例说明如下：（1）《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）中的三水准设防目标就是一种性能目标，其明确要求大震下不发生危及生命的严重破坏即“大震不倒”，这是最基本的抗震性能目标。2.3抗震性能化设计（2）对起疏散作用的楼梯提出采取加强措施，使之成为“抗震安全岛”的要求，确保其在大震下具有安全避难和逃生通道的具体目标与性能要求，这是对具体部位提出的满足地震时功能要求的抗震性能目标。（3）对特别不规则结构、复杂建筑结构，根据具体情况对抗侧力结构的水平构件和竖向构件提出相应的性能目标要求，提高结构或关键部位结构的抗震安全性。2.3抗震性能化设计（4）对错层结构的错层部位提出中震承载力的设计要求。（5）对框支梁及框支柱按“中震”设计。由于框支梁及框支柱承托上部结构，为重要的结构构件，因此应按“中震弹性”或“中震不屈服”设计。对应的性能目标就是在设防烈度地震（“中震”）作用下，框支梁及框支柱仍处于弹性（或不屈服）状态。2.3抗震性能化设计（6）重要结构的门厅柱按“中震”设计。由于门厅柱数层通高，且作为上部楼层竖向荷载的主要支承构件，属于重要的结构构件，因此应按“中震弹性”或“中震不屈服”设计。对应的性能目标就是在设防烈度地震（“中震”）作用下，门厅柱仍处于弹性（或不屈服）状态。2.3抗震性能化设计（7）对承受较大拉力的楼面梁按“中震”设计。受斜柱的影响，楼面梁常承受较大的水平力，考虑钢筋混凝土楼板开裂后承载能力的降低，应按“零刚度”楼板假定并按“中震”设计。当梁承受的拉力较大时，可考虑采用型钢混凝土梁或钢梁。（8）对特别重要的结构，当采用双重抗侧力结构时，如钢框架钢筋混凝土核心筒结构，对底部加强部位的抗震墙提出截面剪压比限值要求，按大震剪力不超过0.15fcbwhw0设计。2.3抗震性能化设计

2.3.3

抗震性能化设计的路径抗震性能化设计的路径是：首先确定各地震水准下结构可接受的破坏程度，其次设定结构的抗震性能目标，最后确定各个地震水准下构件的承载力、变形和细部构造的具体指标。下面着重讨论该路径的后两部分内容。2.3抗震性能化设计设定结构的抗震性能目标1.抗震性能目标应根据抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则性，建筑使用功能和附属设施功能的要求、投资大小、震后损坏和修复难易程度等，经技术及经济可行性综合分析和论证后确定。由于房屋的重要性程度及建筑使用功能不同，因此结构或结构部位及结构构件的抗震设防目标也不完全相同，应根据具体情况采取相应的抗震措施。针对工程的需要和可能，可以对整个结构，也可以对某些部位或关键构件，灵活运用各种措施达到预期的抗震性能目标，以提高抗震安全性或满足使用功能的专门要求。2.3抗震性能化设计鉴于目前强烈地震下结构非线性分析方法的计算模型及参数的选用，尚缺少从强震记录、设计施工资料到实际震害的验证，对结构性能的判断难以十分准确，因此，选用性能目标时宜偏于安全考虑。2.3抗震性能化设计1）性能目标1性能目标1：结构在设防烈度地震下完好并能正常使用（中震弹性或基本弹性），罕遇地震作用下能基本完好，最多只产生一些不明显的非弹性变形（如图2-11中的OAA′至OBB′），经检修后可继续使用（大震基本弹性或大震不屈服）。2.3抗震性能化设计某些特别重要的建筑，需要结构具有足够的承载力，从而保证其在中震、大震下始终处于基本弹性状态；也有一些建筑虽然不特别重要，但其设防烈度较低（如6度）或结构的地震反应较小，也可以保证其在中震、大震下始终处于基本弹性状态。某些特别不规则的结构，只要业主愿意付出经济代价，也能使其在中震、大震下始终处于基本弹性状态。2.3抗震性能化设计对特殊工程及采用隔震、减震技术或低烈度设防且风荷载很大，可对某些关键构件提出此项性能要求，其房屋的高度和不规则性一般不需要专门限制。结构满足大震下弹性或基本弹性的设计要求，大震下结构可不考虑地震内力调整系数，但应采用作用分项系数。各构件的细部抗震构造仅需满足最基本的构造要求（如采取抗震等级为四级的构造措施），结构具有最基本的延性性能。2.3抗震性能化设计2）性能目标2性能目标2：结构构件在中震下完好，在预期大震下可能屈服（如图2-11中的OBB′至OCC′）。例如，某6度设防的钢筋混凝土框架核心筒结构，其风力是小震的2.4倍，在风荷载作用下的层间位移是小震的2.5倍。结构的层间位移和所有构件的承载力均可满足按中震（不计风荷载效应）设计要求。考虑水平构件在大震下的损坏，使刚度降低和阻尼加大，竖向构件的最小极限承载力仍可满足大震下的验算要求。2.3抗震性能化设计因此，总体结构可达到性能目标2的要求。结构的薄弱部位或重要部位构件的抗震承载力（正截面承载力和抗剪承载力）满足大震弹性设计要求。整个结构按非线性分析计算。允许某些选定的部位接近屈服（如部分受拉钢筋屈服），但不发生脆性破坏（如剪切等）。各构件的细部抗震构造需满足低延性要求（相当于混凝土结构中三级抗震等级的构造要求）。2.3抗震性能化设计3）性能目标3性能目标3：在中震下已有轻微塑性变形，大震下有明显塑性变形（如图2-11中的OCC′至ODD′）。2.3抗震性能化设计4）性能目标4性能目标4：在中震下的损坏已大于性能目标3，结构总体的承载力略高于一般情况（如图2-11中的ODD′至OEE′）。结构应进行非线性分析。结构的薄弱部位或重要部位的构件在大震下允许达到屈服阶段，满足选定的变形限值（如除框架结构以外的混凝土结构，在大震下的层间弹塑性变形控制在1/500~1/300）。竖向构件不发生剪切等脆性破坏。各构件的细部抗震构造应满足高延性的要求（相当于混凝土结构中一级抗震等级的构造要求）。2.3抗震性能化设计5）性能目标5性能目标5：对应于图2-11中的OEE′。图2-11抗震性能目标、承载力与延性之间的关系

Δe—大震弹性计算时的最大位移2.3抗震性能化设计结构应进行非线性分析。结构的薄弱部位或重要部位的构件在大震下允许达到屈服阶段，满足现行规范在大震下的弹塑性变形要求。竖向构件不发生剪切等脆性破坏。各构件的细部抗震构造应满足特种延性的要求（相当于混凝土结构中特一级抗震等级的构造要求）。2.3抗震性能化设计确定各个地震水准下构件的承载力、变形和细部构造的具体指标2.为实现性能目标要求，需要落实各个地震水准（中震或大震）下构件的承载力、变形和细部构造的具体指标。（1）仅提高承载力时，安全性有相应的提高，但使用上的变形要求不一定能满足。（2）仅提高变形能力，则结构在小震、中震下的损坏情况大致没有改变，但抵抗大震倒塌的能力提高。2.3抗震性能化设计（3）性能化设计往往侧重于通过提高承载力来推迟结构进入塑性工作阶段的时间并减少塑性变形，必要时还需同时提高刚度以满足使用功能的变形要求，而变形能