第四章結構抗震概念設計

1、 第第4 4章章 結構抗震概念設計結構抗震概念設計結構概念設計與結構抗震概念設計的區(qū)別與聯(lián)系結構概念設計與結構抗震概念設計的區(qū)別與聯(lián)系結構概念設計結構概念設計： 是根據(jù)人們在學習和實踐中所建立的正確概念，是根據(jù)人們在學習和實踐中所建立的正確概念，運用人的思維和判斷力，正確和全面地把握結構運用人的思維和判斷力，正確和全面地把握結構的整體性能。即根據(jù)對結構品性的正確把握，合的整體性能。即根據(jù)對結構品性的正確把握，合理地確定結構總體與局部設計，使結構自身具有理地確定結構總體與局部設計，使結構自身具有好的品性。好的品性。結構抗震概念設計結構抗震概念設計： 是根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設是根據(jù)

2、地震災害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設計原則和設計思想，進行建筑和結構總體布置并計原則和設計思想，進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。確定細部構造的過程。本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容（4 4課時）課時）4.1 4.1 選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基4.2 4.2 地基土的抗震驗算與液化地基土的抗震驗算與液化4.3 4.3 設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置4.4 4.4 合理的結構材料合理的結構材料4.5 4.5 提高結構抗震性能的措施提高結構抗震性能的措施4.7 4.7 減輕房屋的自重和妥善處理非結構構件

3、減輕房屋的自重和妥善處理非結構構件4.6 4.6 控制結構變形控制結構變形學習目標學習目標 從場地、建筑體型、材料等方面從場地、建筑體型、材料等方面熟練掌握熟練掌握結構抗結構抗震的概念設計。震的概念設計。 重難點：重難點：場地土的液化判別與建筑體型的選擇場地土的液化判別與建筑體型的選擇4.1 4.1 選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基4.1.1 4.1.1 選擇抗震有利的地段選擇抗震有利的地段 選擇建筑場地時，宜選擇對選擇建筑場地時，宜選擇對建筑抗震有利的地段建筑抗震有利的地段，避開對，避開對建筑抗震設計不利的地段。嚴禁在危險地段建造甲、乙類建筑、建筑抗震設計

4、不利的地段。嚴禁在危險地段建造甲、乙類建筑、不應建造丙類建筑。不應建造丙類建筑。4.1.2 4.1.2 選擇抗震有利的建筑場地和地基選擇抗震有利的建筑場地和地基 1. 1. 選擇抗震有利的建筑場地和地基時應注意以下幾點：選擇抗震有利的建筑場地和地基時應注意以下幾點：（1 1）選擇薄的場地覆蓋層。）選擇薄的場地覆蓋層。 對于柔性建筑，厚土層上的震害重，薄土層上的震害輕，直對于柔性建筑，厚土層上的震害重，薄土層上的震害輕，直接坐落在基巖上的震害更輕。接坐落在基巖上的震害更輕。（2 2）選擇堅實的場地土。）選擇堅實的場地土。 震害表明，場地土剛度大，則房屋震害指數(shù)小，破壞輕；剛度震害表明，場地土剛度

5、大，則房屋震害指數(shù)小，破壞輕；剛度小，則震害指數(shù)大，破壞重。故應選擇具有較大平均剪切波速小，則震害指數(shù)大，破壞重。故應選擇具有較大平均剪切波速的堅硬場地土。的堅硬場地土。4.1 4.1 選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基（3 3）將建筑物的自振周期與地震動的卓越周期錯開，避免共振。）將建筑物的自振周期與地震動的卓越周期錯開，避免共振。 震害表明，如果建筑物的自振周期與地震動的卓越周期相等或震害表明，如果建筑物的自振周期與地震動的卓越周期相等或相近，建筑物的破壞程度就會因共振而加重。相近，建筑物的破壞程度就會因共振而加重。(4) (4) 采取基礎隔震或消能減震措

6、施采取基礎隔震或消能減震措施. . 利用基礎隔震或消能減震技術改變結構的動力特性，減少輸入利用基礎隔震或消能減震技術改變結構的動力特性，減少輸入給上部結構的地震能量，從而達到減小主體結構地震反應的目的給上部結構的地震能量，從而達到減小主體結構地震反應的目的. . 此外，為確保天然地基和基礎的抗震承載力，此外，為確保天然地基和基礎的抗震承載力，應按抗震規(guī)范的要求對基礎進行抗震驗算，同時應按抗震規(guī)范的要求對基礎進行抗震驗算，同時也要防止地基土的液化。也要防止地基土的液化。4.1 4.1 選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基地基地基：建筑物基礎下面受力層范圍內(nèi)的土層。

7、：建筑物基礎下面受力層范圍內(nèi)的土層。 松軟土地基和不均勻地基：松軟土地基和不均勻地基：4.2.1 4.2.1 地基抗震設計原則與抗震驗算地基抗震設計原則與抗震驗算 處理方法：處理方法：飽和的淤泥和淤泥質(zhì)土飽和的淤泥和淤泥質(zhì)土沖填土和雜填土沖填土和雜填土不均勻地基土不均勻地基土不能不加處理地直接不能不加處理地直接用作建筑物的天然地基用作建筑物的天然地基在地震區(qū)在地震區(qū)地基處理措施：置換、加密、強夯等地基處理措施：置換、加密、強夯等消除土的動力不穩(wěn)定性消除土的動力不穩(wěn)定性 樁基等深基礎樁基等深基礎 避開可能失效的地基對上部建筑的不利影響避開可能失效的地基對上部建筑的不利影響 上部結構的處理措施上部

8、結構的處理措施4.2 4.2 地基土的抗震驗算與液化地基土的抗震驗算與液化一一、地基抗震設計原則、地基抗震設計原則 一般土地基：一般土地基：建造于一般土質(zhì)天然地基上的房屋遭遇地震時建造于一般土質(zhì)天然地基上的房屋遭遇地震時極少有因地基強度不足或較大沉陷導致的上部結構破壞極少有因地基強度不足或較大沉陷導致的上部結構破壞 可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算的地基：可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算的地基：（1 1） 地基主要受力層范圍內(nèi)不存在軟弱粘性土層的下列建筑：地基主要受力層范圍內(nèi)不存在軟弱粘性土層的下列建筑： 1 1）一般的單層廠房和單層空曠房屋；）一般的單層廠房和單層空曠房屋； 2

9、2）砌體房屋）砌體房屋 ； 3 3）不超過）不超過8 8層且高度在層且高度在24m24m以下的一般民用框架房屋；以下的一般民用框架房屋； 4 4）基礎荷載與）基礎荷載與3 3）項相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房和多層混凝土抗）項相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房和多層混凝土抗震墻房屋。震墻房屋。（2 2）規(guī)范中規(guī)定可不進行上部結構抗震驗算的建筑。）規(guī)范中規(guī)定可不進行上部結構抗震驗算的建筑。4.2.1 4.2.1 地基抗震設計原則與抗震驗算地基抗震設計原則與抗震驗算 二、地基土抗震承載力二、地基土抗震承載力天然地基抗震驗算時，地基土的抗震承載力按下式計算天然地基抗震驗算時，地基土的抗震承載力按下式計算 ： aEaaffx=a

10、Efaaf調(diào)整后的地基土抗震承載力；調(diào)整后的地基土抗震承載力；地基土抗震調(diào)整系數(shù)，按下表采用；地基土抗震調(diào)整系數(shù)，按下表采用；深寬修正后的地基土靜承載力特征值，按現(xiàn)行深寬修正后的地基土靜承載力特征值，按現(xiàn)行建筑地基基礎設計規(guī)范建筑地基基礎設計規(guī)范采用采用巖土名稱和性狀巖土名稱和性狀 巖石，密實的碎石土，密實的礫，粗、中砂，巖石，密實的碎石土，密實的礫，粗、中砂， 300kPa300kPa的粘性的粘性土和粉土土和粉土 1.51.5中密、稍密的碎石土，中密和稍密的礫、粗、中砂，密實和中密中密、稍密的碎石土，中密和稍密的礫、粗、中砂，密實和中密的細、粉砂，的細、粉砂，150kPa 300kPa150

11、kPa 300kPa的粘性土和粉土，堅硬黃土的粘性土和粉土，堅硬黃土 1.31.3稍密的細、粉砂，稍密的細、粉砂，100kPa 150kPa 100kPa 22時，在時，在d du u 、d dw w中減去（中減去（d db b-2)-2)后再查圖確定。后再查圖確定。例題例題1例題例題2標準貫入試驗判別標準貫入試驗判別初判條件均不能滿足時，地基土存在液化可能初判條件均不能滿足時，地基土存在液化可能采用標準貫入試驗進一步判別其是否液化采用標準貫入試驗進一步判別其是否液化5 .63N標準貫入試驗設備：由標準貫入試驗設備：由穿心錘、觸探桿、穿心錘、觸探桿、貫貫入入器等組成器等組成2500303551

12、722332515465303031451 試驗時，先鉆至測試土層標高以上試驗時，先鉆至測試土層標高以上15cm15cm，再將貫入器放至該土層處，在錘落，再將貫入器放至該土層處，在錘落距為距為76cm76cm的條件下，連續(xù)打入土層的條件下，連續(xù)打入土層30cm30cm，所得錘擊數(shù)為所得錘擊數(shù)為 N63.5Ncr時，應判為液化土，否則為不時，應判為液化土，否則為不液化土液化土例題例題3三、液化地基的評價三、液化地基的評價液化等級與相應的震害液化等級與相應的震害液化液化等級等級 地面噴水冒砂情況地面噴水冒砂情況 對建筑物的危害情況對建筑物的危害情況輕微輕微地面無噴水冒砂，或地面無噴水冒砂，或僅在洼

13、地、訶邊有零僅在洼地、訶邊有零星的噴水冒砂點星的噴水冒砂點危害性小，一般不致引起明危害性小，一般不致引起明顯的震害顯的震害中等中等噴水冒砂可能性大，噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴重均有，從輕微到嚴重均有，多數(shù)屬中等多數(shù)屬中等危害性較大，可造成不均勻危害性較大，可造成不均勻沉陷和開裂，有時不均勻沉沉陷和開裂，有時不均勻沉陷可達陷可達200mm嚴重嚴重一般噴水冒砂都很嚴一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯重，地面變形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能危害性大，不均勻沉陷可能大于大于200mm，高重心結，高重心結構可能產(chǎn)生不允許的傾斜構可能產(chǎn)生不允許的傾斜例題例題4四、液化地基的抗震措施四、液化地基的抗震

14、措施建筑建筑類類別別地基的液化等級地基的液化等級輕微輕微中等中等嚴重嚴重乙類乙類部分消除液化沉陷，部分消除液化沉陷，或?qū)A和上或?qū)A和上部結構進行處部結構進行處理理全部消除液化沉陷，或全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷部分消除液化沉陷且對基礎和上部結且對基礎和上部結構進行處理構進行處理全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷丙類丙類對基礎和上部結構進對基礎和上部結構進行處理，亦可行處理，亦可不采取措施不采取措施對基礎和上部結構進行對基礎和上部結構進行處理，或采用更高處理，或采用更高要求的措施要求的措施全部消除液化沉陷，全部消除液化沉陷，或部分消除液化或部分消除液化沉陷且對基礎和沉陷且對基礎和上部

15、結構進行處上部結構進行處理理丁類丁類可不采取措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施對基礎和上部結構進對基礎和上部結構進行處理，或采用行處理，或采用其他經(jīng)濟的措施其他經(jīng)濟的措施4.3 4.3 設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置1 1、選擇對抗震有利的建筑平面和豎向規(guī)則建筑：、選擇對抗震有利的建筑平面和豎向規(guī)則建筑： 不規(guī)則建筑不規(guī)則建筑-主要根據(jù)體型主要根據(jù)體型 ( (平面和立面平面和立面) )、剛度和、剛度和質(zhì)量沿平面、高度的不同等因素進行判別。質(zhì)量沿平面、高度的不同等因素進行判別。平面不規(guī)則性：平面不規(guī)則性： 平面偏心、平面凹角、剛性樓層、

16、樓板突變、平面外水平斷錯、平面偏心、平面凹角、剛性樓層、樓板突變、平面外水平斷錯、非平行結構體系非平行結構體系立面不規(guī)則性：立面不規(guī)則性： 剛度突變的柔性層、質(zhì)量分布突變、立面形狀突變、豎向抗側(cè)剛度突變的柔性層、質(zhì)量分布突變、立面形狀突變、豎向抗側(cè)力構件在其平面內(nèi)的間斷、承載力突變力構件在其平面內(nèi)的間斷、承載力突變 ( (薄弱層薄弱層) )(1)(1)建筑抗震設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則建筑抗震設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案；的設計方案；（2 2）建筑及其抗側(cè)力結構平面布置宜規(guī)則、對稱，并具有良好的整）建筑及其抗側(cè)力結構平面布置宜規(guī)則、對稱，并具

17、有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結構的側(cè)向剛度變化宜均體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結構的側(cè)向剛度變化宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構件的截面尺寸和材料強度宜自上而下逐漸勻變化，豎向抗側(cè)力構件的截面尺寸和材料強度宜自上而下逐漸減小，避免抗側(cè)力結構的側(cè)向剛度和承載力突變。減小，避免抗側(cè)力結構的側(cè)向剛度和承載力突變。（3 3）體型復雜、平立面特別不規(guī)則的建筑結構，可按實際需要在適）體型復雜、平立面特別不規(guī)則的建筑結構，可按實際需要在適當部位設置防震縫，形成多余較規(guī)則的抗側(cè)力結構單元。當部位設置防震縫，形成多余較規(guī)則的抗側(cè)力結構單元。4.3 4.3 設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置

18、設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置2 2、合適的房屋高度、合適的房屋高度 房屋愈高，所受到的地震力和傾覆力矩就愈大，破壞的可能房屋愈高，所受到的地震力和傾覆力矩就愈大，破壞的可能性也就愈大。性也就愈大。 不同結構體系的最大建筑高度的規(guī)定，綜合考慮了結構的抗不同結構體系的最大建筑高度的規(guī)定，綜合考慮了結構的抗震性能，地基基礎條件、震害經(jīng)驗、抗震設計經(jīng)驗和經(jīng)濟性等因震性能，地基基礎條件、震害經(jīng)驗、抗震設計經(jīng)驗和經(jīng)濟性等因素。素。4.3 4.3 設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高

19、度（m)m)鋼結構房屋的最大高度（鋼結構房屋的最大高度（m)m)4.3 4.3 設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置3 3、不大的房屋高寬比、不大的房屋高寬比 房屋的高寬比愈大，地震作用下的側(cè)移和基底傾覆力矩就愈大。房屋的高寬比愈大，地震作用下的側(cè)移和基底傾覆力矩就愈大。 鋼筋混凝土房屋的最大高寬比鋼筋混凝土房屋的最大高寬比鋼結構房屋的最大高寬比鋼結構房屋的最大高寬比4.3 4.3 設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置4 4、防震縫的合理設置、防震縫的合理設置 高層建筑宜通過調(diào)整平面形狀和尺寸，在構

20、造上和施工上采取高層建筑宜通過調(diào)整平面形狀和尺寸，在構造上和施工上采取措施，盡可能不設縫（伸縮縫、沉降縫和防震縫）。但體型復雜、措施，盡可能不設縫（伸縮縫、沉降縫和防震縫）。但體型復雜、平立面特別不規(guī)則的建筑結構，可按實際需要設置防震縫，形成平立面特別不規(guī)則的建筑結構，可按實際需要設置防震縫，形成多個較規(guī)則的抗側(cè)力結構單元。防震縫應留有足夠的寬度，其兩多個較規(guī)則的抗側(cè)力結構單元。防震縫應留有足夠的寬度，其兩側(cè)上部結構應完全脫開。側(cè)上部結構應完全脫開。 當設置伸縮縫和沉降縫時，其寬度應符合防震縫的要求。當設置伸縮縫和沉降縫時，其寬度應符合防震縫的要求。4.3 4.3 設計有利的房屋抗震體型、進行

21、合理的結構布置設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置5、合理的抗震結構布置、合理的抗震結構布置 在進行結構方案平面布置時，應使結構抗側(cè)力體系對稱布置，在進行結構方案平面布置時，應使結構抗側(cè)力體系對稱布置，以避免扭轉(zhuǎn)。為了把扭轉(zhuǎn)效應降低到最低程度，應盡可能減小結以避免扭轉(zhuǎn)。為了把扭轉(zhuǎn)效應降低到最低程度，應盡可能減小結構質(zhì)量中心與剛度中心的距離。構質(zhì)量中心與剛度中心的距離。 除結構平面布置要合理外，結構沿豎向的布置應等強。結構除結構平面布置要合理外，結構沿豎向的布置應等強。結構抗震性能的好壞，取決于總的承載能力、變形和耗能能力外，避抗震性能的好壞，取決于總的承載能力、變形和耗能能力外，避免局部

22、的抗震薄弱部位是十分重要的。免局部的抗震薄弱部位是十分重要的。4.3 4.3 設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結構布置 4.4 4.4 合理的結構材料合理的結構材料抗震結構的材料應滿足下列要求：抗震結構的材料應滿足下列要求：1 1、延性系數(shù)（表示極限變形與相應屈服變形之比）高；、延性系數(shù)（表示極限變形與相應屈服變形之比）高；2 2、“強度強度/ /重力重力”比值大；比值大；3 3、勻質(zhì)性好；、勻質(zhì)性好；4 4、正交各向同性；、正交各向同性；5 5、構件的連接具有整體性、連續(xù)性和較好的延性，并能充分發(fā)揮材、構件的連接具有整體性、連續(xù)性和較好的延性，并能

23、充分發(fā)揮材料的強度。料的強度。 4.5 4.5 提高結構抗震性能的措施提高結構抗震性能的措施1 1、設置多道抗震防線、設置多道抗震防線 單一結構體系只有一道防線，一旦破壞就會造成建筑物倒塌。單一結構體系只有一道防線，一旦破壞就會造成建筑物倒塌。如果建筑物采用的是多重抗側(cè)力體系，可保證建筑物最低限度的如果建筑物采用的是多重抗側(cè)力體系，可保證建筑物最低限度的安全，免于倒塌。安全，免于倒塌。（1 1）第一道防線的構件選擇）第一道防線的構件選擇 第一道防線一般應優(yōu)先選擇不負擔或少負擔重力荷載的豎向支第一道防線一般應優(yōu)先選擇不負擔或少負擔重力荷載的豎向支撐或填充墻，或選擇軸壓比較小的抗震墻，實墻筒體之類

24、的構件撐或填充墻，或選擇軸壓比較小的抗震墻，實墻筒體之類的構件作為第一道防線的抗側(cè)力構件。作為第一道防線的抗側(cè)力構件。（2 2）結構體系的多道設防）結構體系的多道設防 框架框架抗震墻結構體系中，剪力墻是第一道防線，框架部分抗震墻結構體系中，剪力墻是第一道防線，框架部分起到第二道防線的作用，起到第二道防線的作用， 單層廠房縱向體系中，柱間支撐是第一道防線，柱是第二道防單層廠房縱向體系中，柱間支撐是第一道防線，柱是第二道防線。線。（3 3）結構構件的多道防線）結構構件的多道防線 聯(lián)肢抗震墻中，連系梁是第一道防線。聯(lián)肢抗震墻中，連系梁是第一道防線。 “ “強柱弱梁強柱弱梁”型的延性框架，梁處于第一道

25、防線。型的延性框架，梁處于第一道防線。 在超靜定結構構件中，贅余構件為第一道防線在超靜定結構構件中，贅余構件為第一道防線4.5 4.5 提高結構抗震性能的措施提高結構抗震性能的措施2 2、提高結構延性、提高結構延性結構延性有結構延性有4 4層含義：層含義：（1 1）結構總體延性）結構總體延性（2 2）結構樓層延性）結構樓層延性（3 3）構件延性）構件延性（4 4）桿件延性）桿件延性 一般而言，在結構抗震設計中，對結構中重要構件的延性要一般而言，在結構抗震設計中，對結構中重要構件的延性要求，高于對結構總體的延性要求，對構件中關鍵桿件或部位的延求，高于對結構總體的延性要求，對構件中關鍵桿件或部位的

26、延性要求，又高于對整個構件的延性要求。性要求，又高于對整個構件的延性要求。4.5 提高結構抗震性能的措施提高結構抗震性能的措施3 3、采用減震方法、采用減震方法（1 1）提高結構阻尼）提高結構阻尼 結構的地震反應隨結構阻尼比的增大而減小。提高結構阻尼能結構的地震反應隨結構阻尼比的增大而減小。提高結構阻尼能有效地削減地震反應的峰值。有效地削減地震反應的峰值。（2 2）采用高延性構件）采用高延性構件 增加結構的延性，不僅能削減地震反應，而且提高了結構抗御增加結構的延性，不僅能削減地震反應，而且提高了結構抗御強烈地震的能力強烈地震的能力 （3 3）采用隔震和消能減震技術）采用隔震和消能減震技術4.5 4.5 提高結構抗震性能的措施提高結構抗震性能的措施4 4、優(yōu)選耗能桿件、優(yōu)選耗能桿件 根據(jù)結構中選擇主要耗能構件或桿件的原則，應