大學(xué)課件-建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計3.1 結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計

第三章建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計3.1

結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計3.2

混凝土結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計3.3

砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計3.4

鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計3.1

結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計

結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設(shè)計原則和設(shè)計思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。

一、選擇抗震有利的地段

選擇建筑場地時，宜選擇對建筑抗震有利的地段，避開對建筑抗震設(shè)計不利的地段。不應(yīng)在危險地段建造甲、乙、丙類建筑。圖2-1

房屋震害指數(shù)與局部地形的關(guān)系曲線圖2-2

地理位置的放大作用1、選擇抗震有利的建筑場地和地基時應(yīng)注意以下幾點：（1）選擇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，直接座落在基巖上的震害更輕。（2）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；剛度小，則震害指數(shù)大，破壞重。故應(yīng)選擇具有較大平均剪切波速的堅硬場地土。二、選擇抗震有利的建筑場地和地基二、選擇抗震有利的建筑場地和地基（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。

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。（4）采取基礎(chǔ)隔震或消能減震措施。

利用基礎(chǔ)隔震或消能減震技術(shù)改變結(jié)構(gòu)的動力特性，減少輸入給上部結(jié)構(gòu)的地震能量，從而達(dá)到減小主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的目的。三、有利的房屋抗震體型1、選擇對抗震有利的建筑平面和豎向不規(guī)則建筑——主要根據(jù)體型（平面和立面）、剛度和質(zhì)量沿平面、高度的不同等因素進(jìn)行判別。三、有利的房屋抗震體型平面規(guī)則性：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(jié)構(gòu)體系立面規(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)力構(gòu)件在其平面內(nèi)的間斷、承載力突變（薄弱層）三、有利的房屋抗震體型（1）建筑抗震設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案；（2）建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱，并應(yīng)具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度變化宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自上而下逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。（3）體型復(fù)雜、平立面特別不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，可按實際需要在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫

形成多個較規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元三、有利的房屋抗震體型

2、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，破壞的可能性也就愈大。

不同結(jié)構(gòu)體系的最大建筑高度的規(guī)定，綜合考慮了結(jié)構(gòu)的抗震性能、地基基礎(chǔ)條件、震害經(jīng)驗、抗震設(shè)計經(jīng)驗和經(jīng)濟(jì)性等因素。馬那瓜中央銀行大廈馬那瓜美洲銀行大廈

1）平面不規(guī)則4個樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻。4層以上的樓板僅為5cm厚，擱置在高45cm長14m小梁上。

2）豎向不規(guī)則塔樓上部（4層樓面以上），北、東、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4層樓板水平處的過渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×

1.55m的柱子上（間距9.4m）。上下兩部分嚴(yán)重不均勻，不連續(xù)。

主要破壞：第4層與第5層之間(豎向剛度和承載力突變),周圍柱子嚴(yán)重開裂，柱鋼筋壓屈；

橫向裂縫貫穿3層以上的所有樓板(有的寬達(dá)1cm),直至電梯井東側(cè)；

塔樓西立面、其他立面窗下和電梯井處的空心磚填充墻及其它非結(jié)構(gòu)構(gòu)件均

嚴(yán)重破壞或倒塌。

震后計算分析結(jié)果:1.結(jié)構(gòu)存在十分嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)效應(yīng);2.塔樓3層以上北面和南面大多數(shù)柱子抗剪能力大大不足,率先破壞；3.水平地震作用下,柔而長的樓板產(chǎn)生可觀的豎向運(yùn)動等。

馬那瓜中央銀行大廈

結(jié)構(gòu)是均勻?qū)ΨQ的，基本的抗側(cè)力體系包

括4個L形的桶體，對稱地由連梁連接起來，美洲

這些連梁在地震時遭到剪切破壞，是整個結(jié)銀行

構(gòu)能觀察到的主要破壞。

分析表明：1.對稱的結(jié)構(gòu)布置及相對剛強(qiáng)的

聯(lián)肢墻，有效地限制了側(cè)向位移，并防止了

明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；2.避免了長跨度樓板和砌

體填充墻的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞；3.當(dāng)連梁剪

切破壞后，結(jié)構(gòu)體系的位移雖有明顯增加，

但由于抗震墻提供了較大的側(cè)向剛度，位移

量得到控制。結(jié)構(gòu)類型烈度6789框架60554525框架-抗震震墻全部落分框支12010060不應(yīng)采用筒體框架-核心中柱-抗震墻403530不應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度(m)結(jié)構(gòu)類型6、7度8度9度框架1109050框架—支撐220200140筒體和巨型框架300260180三、有利的房屋抗震體型鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大高度(m)結(jié)構(gòu)類型6度7度8度9度框架、板柱—抗震墻4432框架—抗震墻5543抗震墻6654筒體6654三、有利的房屋抗震體型3、不大的房屋高寬比房屋的高寬比愈大，地震作用下結(jié)構(gòu)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烈度6度7度8度9度最大高寬比6.56.56.05.5三、有利的房屋抗震體型鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大高寬比三、有利的房屋抗震體型4、防震縫的合理設(shè)置

高層建筑宜通過調(diào)整平面形狀和尺寸，在構(gòu)造上和施工上采取措施，盡可能不設(shè)縫（伸縮縫、沉降縫和防震縫）。但體形復(fù)雜、平立面特別不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，可按實際需要在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫，形成多個較規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元。防震縫應(yīng)留有足夠的寬度，其兩側(cè)上部結(jié)構(gòu)應(yīng)完全脫開。

當(dāng)設(shè)置伸縮縫和沉降縫時，其寬度應(yīng)符合防震縫的要求。

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案平面布置時，應(yīng)使結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系對稱布置，以避免扭轉(zhuǎn)。為了把扭轉(zhuǎn)效應(yīng)降低到最低程度，應(yīng)盡可能減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心的距離。

除結(jié)構(gòu)平面布置要合理外，結(jié)構(gòu)沿豎向的布置應(yīng)等強(qiáng)。結(jié)構(gòu)抗震性能的好壞，除取決于總的承載能力、變形和耗能能力外，避免局部的抗震薄弱部位是十分重要的。四、合理的抗震結(jié)構(gòu)布置抗震結(jié)構(gòu)的材料應(yīng)滿足下列要求：1、延性系數(shù)（表示極限變形與相應(yīng)屈服變形之比）高；2、“強(qiáng)度/重力”比值大；3、勻質(zhì)性好；4、正交各向同性；5、構(gòu)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)揮材料的強(qiáng)度。五、合理的結(jié)構(gòu)材料六、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施1、設(shè)置多道抗震防線

單一結(jié)構(gòu)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安全，免于倒塌。（1）第一道防線的構(gòu)件選擇

第一道防線一般應(yīng)優(yōu)先選擇不負(fù)擔(dān)或少負(fù)擔(dān)重力荷載的豎向支撐或填充墻，或選擇軸壓比值較小的抗震墻、實墻筒體之類的構(gòu)件作為第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)件。六、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施（2）結(jié)構(gòu)體系的多道設(shè)防

框架—抗震墻結(jié)構(gòu)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，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。六、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的多道防線聯(lián)肢抗震墻中，連系梁

是第一道防線。“強(qiáng)柱弱梁”型的延性框架，梁處于第一道防線

。在超靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，贅余構(gòu)件為第一道防線圖2-3

馬那瓜市美洲銀行大廈（a）平面；

（b）剖面六、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施六、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施2、提高結(jié)構(gòu)延性結(jié)構(gòu)延性這個術(shù)語有4層含義：（1）結(jié)構(gòu)總體延性（2）結(jié)構(gòu)樓層延性（3）構(gòu)件延性（4）桿件延性六、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施

一般而言，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，對結(jié)構(gòu)中重要構(gòu)件的延性要求，高于對結(jié)構(gòu)總體的廷性要求；對構(gòu)件中關(guān)鍵桿件或部位的延性要求，又高于對整個構(gòu)件的延性要求。六、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施3、采用減震方法（1）提高結(jié)構(gòu)阻尼

結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)隨結(jié)構(gòu)阻尼比的增大而減小。提高結(jié)構(gòu)阻尼能有效地削減地震反應(yīng)的峰值。（2）采用高延性構(gòu)件

增加結(jié)構(gòu)的延性，不僅能削弱地震反應(yīng)，而且提高了結(jié)構(gòu)抗御強(qiáng)烈地震的能力。（3）采用隔震和消能減震技術(shù)六、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施4、優(yōu)選耗能桿件

根據(jù)結(jié)構(gòu)中選擇主要耗能構(gòu)件或桿件的原則，應(yīng)選擇構(gòu)件中軸力較小的水平桿件為主要耗能構(gòu)件，從而使整個結(jié)構(gòu)具有較大的延性和耗能能力。（1）彎曲耗能優(yōu)于剪切耗能（2）彎曲耗能優(yōu)于軸變耗能

圖2-4

豎向斜撐的變形耗能機(jī)制（a）軸交支撐；（b）偏交支撐七、控制結(jié)構(gòu)變形

地震時建筑物的破壞程度，主要取決于主體結(jié)構(gòu)變形的大小。

結(jié)構(gòu)變形可用層間位移和頂點位移兩種方式表達(dá)。各層間位移之和即為結(jié)構(gòu)頂點位移。八、確保結(jié)構(gòu)整體性

（1）結(jié)構(gòu)應(yīng)具有連續(xù)性（2）構(gòu)件間的