抗震性能設計課件

1、抗震概念設計及抗震性能化設計朱炳寅中國建筑設計研究院 抗震性能化設計部分回答以下問題：什么是抗震性能化設計 性能化設計不神秘，大到整個工程，小到結構構件， 都有性能化設計的問題，我們的樓梯安全島的概念及其設計原則就是抗震性能化設計。為什么要進行抗震性能化設計抗震性能化設計與抗震概念設計的關系如何做好抗震性能化設計工作抗震性能化設計工作實例及分析第二部分：抗震性能化設計1. 什么是抗震性能化設計1.1 建筑抗震性能化設計就是：根據工程的具體情況，確定合理的抗震性能目標、采取恰當的計算和抗震措施，實現抗震性能目標的要求。抗震性能化設計的抗震設防目標不應低于規(guī)范的基本抗震性能目標。1.2 抗震性能化

2、設計的基本思路是：“高延性，低彈性承載力”或“低延性，高彈性承載力”。1.3 提高結構或構件的抗震承載力和變形能力，都是提高結構抗震性能的有效途徑，而僅提高抗震承載力需要以對地震作用的準確預測為基礎。限于地震研究的現狀，應以提高結構（局部）或構件的變形能力并同時提高抗震承載力作為抗震性能化設計的首選。1.4 建筑的抗震性能化設計，以現有的抗震科學水平和經濟條件為前提，立足于承載力和變形能力的綜合考慮，具有很強的針對性（針對具體工程的不規(guī)則情況及特殊的使用功能要求等）和靈活性。1.5 在復雜高層建筑及超限工程設計審查中經常提到結構的性能化設計問題，性能化設計是結構抗震設計的精髓。2. 為什么要進

3、行抗震性能化設計2.1 多次大地震及特大地震的震害表明，由于城市的發(fā)展和城市人口密度的增加，城市設施復雜，經濟生活節(jié)奏加快，地震災害所引起的經濟損失急劇增加，因此，以生命安全為抗震設防惟一目標的單一設防標準是不全面的，應考慮控制建筑和設施的地震破壞，保持地震時正常的生產、生活功能，減少地震對社會經濟生活所帶來的危害，有必要采用高于（或不低于）基本抗震設防目標的性能化設計方法。2.2 建筑的平面和立面的復雜程度增加，按常規(guī)設計方法進行的抗震設計往往不能完全滿足抗震設計要求。3. 抗震性能化設計與抗震概念設計的關系3.1 抗震性能化設計是解決復雜工程抗震設計問題的有效方法，也是抗震概念設計的集中體

4、現。3.2 抗震性能化設計貫穿于結構抗震設計的始終，其并不神秘。我們結構設計中的許多工作其實就是抗震性能設計的具體內容，此處舉例說明如下：3.2.1 抗震規(guī)范中的三水準設防目標，就是一種性能目標。明確要求大震下不發(fā)生危及生命的嚴重破壞即“大震不倒”，就是最基本的抗震性能目標。3.2.2 對起疏散作用的樓梯，提出采取加強措施，使之成為“抗震安全島”的要求，確保大震下能具有安全避難和逃生通道的具體目標和性能要求，這是對具體部位提出的滿足地震時功能要求的抗震性能目標。3.2.3 對特別不規(guī)則結構、復雜建筑結構，根據具體情況對抗側力結構的水平構件和豎向構件提出相應的性能目標要求，提高結構或關鍵部位結構

5、的抗震安全性。3. 如何做好抗震性能化設計工作3.1 抗震性能化設計的路徑如下：確定各地震水準下結構可接受側破壞程度設定結構的抗震性能目標確定各個地震水準下構件的承載力、變形和細部構造的具體指標3.2 如何確定結構的抗震性能目標3.2.1 抗震性能目標應根據抗震設防類別、設防烈度、場地條件、結構類型和不規(guī)則性，建筑使用功能和附屬設施功能的要求、投資大小、震后損壞和修復難易程度等，經技術及經濟可行性綜合分析和論證后確定。3.2.2 由于房屋的重要性程度及建筑使用功能不同，結構或結構部位及結構構件的抗震設防目標也不完全相同，應根據具體情況采取相應的抗震措施3.2.3 針對工程的需要和可能，可以對整

6、個結構，也可以對某些部位或關鍵構件，靈活運用各種措施達到預期的抗震性能目標，以提高抗震安全性或滿足使用功能的專門要求。3.2.4 鑒于目前強烈地震下結構非線性分析方法的計算模型及參數的選用，尚缺少從強震記錄、設計施工資料到實際震害的驗證，對結構性能的判斷難以十分準確，因此，性能目標選用時宜偏于安全考慮。圖2-1 抗震性能目標、承載力與延性之間的關系 對特殊工程及采用隔震、減震技術或低烈度設防且風荷載很大時，可對某些關鍵構件提出此項性能要求，其房屋的高度和不規(guī)則性一般不需要專門限制。 結構滿足大震下彈性或基本彈性設計要求，大震下結構可不考慮地震內力調整系數，但應采用作用分項系數。 各構件的細部抗

7、震構造僅需滿足最基本的構造要求（如采取抗震等級為四級的構造措施），結構具有最基本的延性性能。3.2.6 性能目標2 結構構件在中震下完好，在預期大震下可能屈服（圖2-1中OBB至OCC之間）。 例如：某6度設防的鋼筋混凝土框架-核心筒結構，其風力是小震的2.4倍，在風荷載作用下的層間位移是小震的2.5倍。結構的層間位移和所有構件的承載力均可滿足按中震（不計風荷載效應）的設計要求?？紤]水平構件在大震下的損壞使剛度降低和阻尼加大，豎向構件的最小極限承載力仍可滿足大震下的驗算要求。因此，總體結構可達到性能目標2的要求。 結構的薄弱部位或重要部位構件的抗震承載力（正截面承載力和抗剪承載力）滿足大震彈性

8、設計要求。 整個結構按非線性分析計算。 允許某些選定的部位接近屈服（如部分受拉鋼筋屈服），但不發(fā)生如剪切等脆性破壞。 各構件的細部抗震構造需滿足低延性要求（相當于混凝土結構中三級抗震等級的構造要求）。3.2.7 性能目標3 在中震下已有輕微塑性變形，大震下有明顯塑性變形（圖2-1中OCC至ODD之間）。3.3.4 性能設計尋求的是結構或構件在承載力及變形能力的合理平衡點： 當承載能力提高幅度較大時，可適當降低延性要求； 而當承載力水平提高幅度較小時，可相應提高結構或構件的延性（也即當延性指標的實現有困難時，可通過提高結構或構件的承載力加以彌補；而當提高結構或構件的承載力有困難時，可通過提高結構

9、或構件的延性加以彌補）。3.3.5 對各項性能目標，結構的樓蓋體系必須有足夠安全的承載力，以保證結構的整體性，一般應使樓板在地震中基本處于彈性狀態(tài)，否則，應采取適當的加強措施。3.3.6 為避免發(fā)生脆性破壞，設計中應控制混凝土結構構件的受剪截面面積，滿足規(guī)范對剪壓比的限值要求。3.3.7 性能目標中的抗震構造“基本要求”相當于混凝土結構中四級抗震等級的構造要求，低、中、高和特種延性要求，大致相當于混凝土結構中三、二、一和特一級抗震等級的構造要求?？紤]地震作用的不確定性，對工程設計中的延性要求宜適當提高。4. 抗震性能化設計工程實例及分析抗震性能化設計可以是對全工程也可以是對某一特殊構件（高規(guī)第

10、8.1.3條要求，對少量剪力墻的框架結構進行抗震性能化設計）抗震性能指標確定的一般原則 表3.10.3-6抗震性能設計的常見做法 表3.10.3-7表3.11.3-1 結構在中震和大震性能設計要求4.1 大同博物館工程抗震性能化設計與分析4.2 鄂爾多斯東方大廈工程抗震性能化設計與分析4.3 昆山文化藝術中心工程抗震性能化設計與分析4.4 哈爾濱華鴻工程抗震性能化設計與分析4.5 武警老干部活動中心工程抗震性能化設計與分析4.6 浦項中心工程抗震性能化設計與分析4.7 新汶礦業(yè)集團研發(fā)中心工程抗震性能化設計與分析4.8 勞動關系學院工程抗震性能化設計與分析4.9 少墻框架結構的抗震性能化設計與

11、分析（P210）通過山西省抗震超限審查二層及夾層平面連接弱端部大懸挑端部大懸挑沿曲線平面均勻布置剪力墻剪力墻間距較大處補充單跨框架計算屋頂平面不規(guī)則（不均勻、不對稱）的現象：曲線平面，相互之間連接弱，端部有大懸挑。抗震概念設計工作：采用框架-剪力墻結構，沿曲線平面基本均勻布置剪力墻，補充單跨框架計算，適當提高框架的抗震等級。關鍵部位和樓層薄弱不為采取適當加強措施?？拐鹦阅苣繕耍杭袅辜魸M足中震彈性要求，抗彎滿足中震不屈服要求；大懸挑梁滿足中震彈性要求并考慮豎向地震作用。鄂爾多斯東方大廈通過內蒙古抗震超限審查北側大洞西側大洞東側有洞大堂無樓板樓板開大洞，中筒與外框架，主樓與裙房整體性差裙房均勻

12、布設剪力墻，減輕裙房對主樓的依賴主樓躍層柱按中震彈性設計，配筋不小于相鄰不躍層柱裙房頂上一層以下的中筒剪力墻按中震（抗剪彈性、抗彎不屈服）設計不規(guī)則（不均勻、不對稱）的現象：主樓大堂二層、三層無樓板，裙房各層平面開大洞?？拐鸶拍钤O計工作：采用框架-剪力墻結構，沿樓梯間在裙房平面均勻布置剪力墻，減小裙房對主樓的依賴，裙房特殊部位補充單跨框架計算。關鍵部位和樓層薄弱部位采取適當加強措施?？拐鹦阅苣繕耍褐鳂侨狗宽斠陨弦粚蛹捌湟韵赂鲗?，剪力墻抗剪滿足中震彈性要求，抗彎滿足中震不屈服要求；躍層柱按中震彈性設計，配筋不小于相鄰不躍層框架柱。哈爾濱華鴻工程南北兩區(qū)分別通過黑龍江超限審查南區(qū)位于哈爾濱市南崗區(qū)

13、總建筑面積約28萬地上35層，地下3層；檐口高度 119.35m，最高點130.05m。建筑功能為商業(yè)、住宅及公寓；三個塔樓與裙房之間不設防震縫裙房典型平面裙房典型平面塔樓 1、3塔樓 2抗震等級多重情況：高位框支、裙房乙類建筑、房屋高度超提高一度后的限值等性能設計目標北區(qū)塔樓裙房地下室頂結構平面圖樓板開大洞二層結構平面圖螺旋樓梯三層平面圖螺旋樓梯平面較完整四層平面圖平面收進五層平面圖平面多處開大洞收進五層夾層平面圖開大洞六層平面圖平面較完整游泳池裙房頂層平面圖裙房頂裙房以上平面中國建筑設計研究院第四結構設計研究室主裙樓分縫時 主樓不規(guī)則判斷主裙樓分縫時 主樓不規(guī)則判斷主裙樓分縫時 裙樓不規(guī)則

14、判斷中國建筑設計研究院第四結構設計研究室主裙樓分縫時 裙樓不規(guī)則判斷高度及高寬比指標高度超B級主裙樓不分縫時 結構規(guī)則性指標4 項不規(guī)則主裙樓不分縫時 結構規(guī)則性指標1項不規(guī)則分縫/不分縫方案對比性能設計目標抗震等級高規(guī)第8.1.3條第4款規(guī)定：當框架部分承受的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的 80%時，按框架-剪力墻結構進行設計，但其最大適用高度宜按框架結構采用，框架部分的抗震等級和軸壓比限值應按框架結構的規(guī)定采用。當結構的層間位移角不滿足框架-剪力墻結構的規(guī)定時，可按本規(guī)程第 3.11節(jié)的有關規(guī)定進行結構抗震性能分析和論證。少量剪力墻的框架結構的抗震性能目標就是一般抗震結構的基本抗震性能目標，即：“小震不壞，中震可修，大震不倒”?？蚣艿脑O計原則：1 按純框架結構（不計入剪力墻）和框架-剪力墻結構分別計算，包絡設計（確保小震不壞）。2 對純框架結構進行大震彈塑性位移驗算（確保大震不倒）。3 框架的抗震等級及軸壓比限值按純框架結構確定（采取相應抗震措施，實現性能目標要求）。剪力墻的設計原則：1 剪力墻抗震等級可取框架-剪力墻結構中框架的抗震等級（剪力墻的作用降低，抗震措施）2 剪力墻的配筋設計：1）對計算不