結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件

結(jié)構(gòu)抗震概念設計結(jié)構(gòu)抗震概念設計1（優(yōu)選）結(jié)構(gòu)抗震概念設計（優(yōu)選）結(jié)構(gòu)抗震概念設計2本章主要內(nèi)容（4課時）4.1選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基4.2地基土的抗震驗算與液化4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置4.4合理的結(jié)構(gòu)材料4.5提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施4.7減輕房屋的自重和妥善處理非結(jié)構(gòu)構(gòu)件4.6控制結(jié)構(gòu)變形本章主要內(nèi)容（4課時）4.1選擇抗震有利的建筑場地、地段3學習目標從場地、建筑體型、材料等方面熟練掌握結(jié)構(gòu)抗震的概念設計。

重難點場地土的液化判別與建筑體型的選擇學習目標從場地、建筑體型、材料等方面熟練掌握結(jié)構(gòu)抗震44.1選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基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，避開對建筑抗震設計不利的地段。嚴禁在危險地段建造甲、乙類建筑、不應建造丙類建筑。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地段5選擇抗震有利的建筑場地和地基1.選擇抗震有利的建筑場地和地基時應注意以下幾點（1）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，直接坐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。故應選擇具有較大平均剪切波速的堅硬場地土。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和地基1.選擇抗震有利的建筑場地和6（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(jié)構(gòu)的動力特性，減少輸入給上部結(jié)構(gòu)的地震能量，從而達到減小主體結(jié)構(gòu)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，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。4.1選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基（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。47地基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地基抗震設計原則與抗震驗算

處理方法：飽和的淤泥和淤泥質(zhì)土沖填土和雜填土不均勻地基土不能不加處理地直接用作建筑物的天然地基在地震區(qū)地基處理措施：置換、加密、強夯等消除土的動力不穩(wěn)定性

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上部結(jié)構(gòu)的處理措施4.2地基土的抗震驗算與液化一、地基抗震設計原則

地基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8＊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極少有因地基強度不足或較大沉陷導致的上部結(jié)構(gòu)破壞可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算的地基：（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：

1）一般的單層廠房和單層空曠房屋；

2）砌體房屋；

3）不超過8層且高度在24m以下的一般民用框架房屋；

4）基礎荷載與3）項相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房和多層混凝土抗震墻房屋。（2）規(guī)范中規(guī)定可不進行上部結(jié)構(gòu)抗震驗算的建筑。地基抗震設計原則與抗震驗算

＊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可不進行9二、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：

——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；——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》采用巖土名稱和性狀巖石，密實的碎石土，密實的礫，粗、中砂，≥300kPa的粘性土和粉土

1.5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，150kPa≤<300kPa的粘性土和粉土，堅硬黃土

1.3稍密的細、粉砂，100kPa≤<150kPa的粘性土和粉土，新近沉積的粘性土和粉土，可塑黃土

1.1淤泥、淤泥質(zhì)土，松散的砂、填土，新近堆積黃土及流塑黃土

1.0二、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10

步驟：1.根據(jù)靜力設計的要求確定基礎尺寸對地基進行強度和沉降量的核算

2.地基抗震強度驗算：（荷載組合；基礎底面的壓力取為直線分布）基礎底面地震作用效應標準組合的平均壓力值基礎邊緣地震作用效應標準組合的最大壓力值步驟：1.根據(jù)靜力設計的要求確定基礎尺寸2.地基抗震強度驗11地基土液化及其防治

飽和松散的砂土或粉土（不含黃土），地震時易發(fā)生液化現(xiàn)象，地基承載力喪失或減弱，甚至噴水冒砂，這種現(xiàn)象一般稱為砂土液化或地基土液化。1964年美國Alaska和日本新澙地震中大量出現(xiàn)。一、地基土液化及其危害

定義：砂土液化（地基土液化）

液化的宏觀標志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水

唐山地震時，嚴重液化地區(qū)噴水高度可達8米，廠房沉降可達1米。天津地震時，海河故道及新近沉積土地區(qū)有近3000個噴水冒砂口成群出現(xiàn)，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達5立方米。有時地面運動停止后，噴水現(xiàn)象可持續(xù)30分鐘。地基土液化及其防治飽和松散的砂土或粉土（不含黃土），地震時12結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件13砂土液化機理地震飽和砂土、粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移顆粒結(jié)構(gòu)趨于壓密顆粒間孔隙水來不及排泄而受到擠壓孔隙水壓力急劇增加孔隙水壓力=土顆粒所受到的總的正壓應力土粒之間因摩擦產(chǎn)生的抗剪能力消失砂土液化的危害使土體的抗震強度喪失，引起地基不均勻沉陷,引發(fā)建筑物的破壞甚至倒塌

土顆粒處于懸浮狀態(tài)形成液化現(xiàn)象砂土液化機理地震飽和砂土、粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移顆14彰化縣社頭鄉(xiāng)三幢三層樓透天住宅，中間一幢有地下室，前后二幢皆無，液化使前后兩幢相對下沉40～70cm南投埔里鎮(zhèn)民富一街路面因土壤液化而導致開裂及下陷砂土液化的危害(圖)圖發(fā)生時間為1999年9月21日凌晨1時47分，位于臺灣南投縣集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達7.3級的大地震。彰化縣社頭鄉(xiāng)三幢三層樓透天住宅，中間一幢有地下室，前后二幢皆153設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，高重心結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不允許的傾斜淤泥、淤泥質(zhì)土，松散的砂、填土，新近堆積黃土及流塑黃土005mm的顆粒)含量百分率在烈度為7、8和9度時分別大于10、13和16可判為不液化；全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理除結(jié)構(gòu)平面布置要合理外，結(jié)構(gòu)沿豎向的布置應等強。3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置細判（標準貫入試驗判別）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。定義：砂土液化（地基土液化）鋼筋混凝土房屋的最大高寬比液化的宏觀標志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水試驗時，先鉆至測試土層標高以上15cm，再將貫入器放至該土層處，在錘落距為76cm的條件下，連續(xù)打入土層30cm，所得錘擊數(shù)為防震縫應留有足夠的寬度，其兩側(cè)上部結(jié)構(gòu)應完全脫開?；A底面的壓力取為直線分布）圖發(fā)生時間為1999年9月21日凌晨1時47分，位于臺灣南投縣集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達7.孔隙水壓力=土顆粒所受到的總的正壓應力消除土的動力不穩(wěn)定性一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯2、“強度/重力”比值大；南投市公所社會科辦公大樓前之大草坪產(chǎn)生土壤液化情形砂土液化的危害(圖)液化噴砂現(xiàn)象圖發(fā)生時間為1999年9月21日凌晨1時47分，位于臺灣南投縣集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達7.3級的大地震。3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置南投市公所社會16二、液化的判別二、液化的判別17二、液化的判別兩大步驟：1.初步判別；2.細判（標準貫入試驗判別）＊初步判別

以地質(zhì)年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土層厚度等作為判斷條件，凡經(jīng)初判為不液化或不考慮液化影響，可不進行細判，以減少勘察工作量。（1）地質(zhì)年代為第四紀晚更新世（Q3）及以前時，7、8度可判為不液化；（2）當粉土的粘粒（粒徑小于0.005mm的顆粒)含量百分率在烈度為7、8和9度時分別大于10、13和16可判為不液化；二、液化的判別兩大步驟：1.初步判別；2.細判（標準貫入試驗18（3）采用天然地基的建筑，當上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一時，可不考慮液化影響?！叵滤簧疃龋╩），按建筑使用期內(nèi)年平均最高水位采用，也可按近期內(nèi)年最高水位采用

——液化土特征深度，按右表采用——上覆非液化土層厚度（m），計算時應注意將淤泥和淤泥質(zhì)土層扣除——基礎埋置深度（m），小于2m時應采用2m9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別上面判別式（db=2)亦可用右圖表示：db>2時，在du

、dw中減去（db-2)后再查圖確定。（3）采用天然地基的建筑，當上覆非液化土層厚度和地下水位深度19結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件20例題1例題121結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件22結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件23例題2例題224結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件25＊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采用標準貫入試驗進一步判別其是否液化標準貫入試驗設備：由穿心錘、觸探桿、貫入器等組成

試驗時，先鉆至測試土層標高以上15cm，再將貫入器放至該土層處，在錘落距為76cm的條件下，連續(xù)打入土層30cm，所得錘擊數(shù)為

N63.5＜Ncr時，應判為液化土，否則為不液化土＊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采26結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件27結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件28砂土液化的危害(圖)（1）第一道防線的構(gòu)件選擇一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯（2）選擇堅實的場地土。在進行結(jié)構(gòu)方案平面布置時，應使結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系對稱布置，以避免扭轉(zhuǎn)?！A埋置深度（m），小于2m時應采用2m對地基進行強度和沉降量的核算采用標準貫入試驗進一步判別其是否液化2地基土的抗震驗算與液化——調(diào)整后的地基土抗震承載力；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。飽和砂土、粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算的地基：建造于一般土質(zhì)天然地基上的房屋遭遇地震時可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算的地基：鋼筋混凝土房屋的最大高寬比避開可能失效的地基對上部建筑的不利影響飽和砂土、粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴重均有，多數(shù)屬中等4）基礎荷載與3）項相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房和多層混凝土抗震墻房屋。3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置例題3砂土液化的危害(圖)例題329結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件30結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件31三、液化地基的評價三、液化地基的評價32結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件33液化等級與相應的震害液化等級

地面噴水冒砂情況

對建筑物的危害情況輕微地面無噴水冒砂，或僅在洼地、訶邊有零星的噴水冒砂點危害性小，一般不致引起明顯的震害中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴重均有，多數(shù)屬中等危害性較大，可造成不均勻沉陷和開裂，有時不均勻沉陷可達200mm嚴重一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，高重心結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不允許的傾斜液化等級與相應的震害液化地面噴水冒砂情況對建筑物34例題4例題435結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件36結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件37四、液化地基的抗震措施建筑類別地基的液化等級輕微中等嚴重乙類部分消除液化沉陷，或?qū)A和上部結(jié)構(gòu)進行處理全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理全部消除液化沉陷丙類對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理，亦可不采取措施對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理，或采用更高要求的措施全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理丁類可不采取措施可不采取措施對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理，或采用其他經(jīng)濟的措施四、液化地基的抗震措施建筑類別地基的液化等級輕微中等嚴重乙類384.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置1、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行判別。平面不規(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)力構(gòu)件在其平面內(nèi)的間斷、承載力突變(薄弱層)4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置平面不規(guī)則39利用基礎隔震或消能減震技術改變結(jié)構(gòu)的動力特性，減少輸入給上部結(jié)構(gòu)的地震能量，從而達到減小主體結(jié)構(gòu)地震反應的目的.現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m)在超靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，贅余構(gòu)件為第一道防線結(jié)構(gòu)抗震性能的好壞，取決于總的承載能力、變形和耗能能力外，避免局部的抗震薄弱部位是十分重要的。標準貫入試驗設備：由穿心錘、觸探桿、5提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施嚴禁在危險地段建造甲、乙類建筑、不應建造丙類建筑。5提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施顆粒間孔隙水來不及排泄而受到擠壓基礎底面的壓力取為直線分布）對地基進行強度和沉降量的核算危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，高重心結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不允許的傾斜1、延性系數(shù)（表示極限變形與相應屈服變形之比）高；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。除結(jié)構(gòu)平面布置要合理外，結(jié)構(gòu)沿豎向的布置應等強。（2）結(jié)構(gòu)體系的多道設防對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理，亦可不采取措施選擇建筑場地時，宜選擇對建筑抗震有利的地段，避開對建筑抗震設計不利的地段。(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)則的設計方案；（2）建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)平面布置宜規(guī)則、對稱，并具有良好的整體性；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部位設置防震縫，形成多余較規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元。4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置利用基礎隔震或消能減震技術改變結(jié)構(gòu)的動力特性，減少輸入給上部40結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件412、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，地基基礎條件、震害經(jīng)驗、抗震設計經(jīng)驗和經(jīng)濟性等因素。4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置2、合適的房屋高度4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的42結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件43現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m)鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大高度（m)4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m)鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大高度（443、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。

鋼筋混凝土房屋的最大高寬比鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大高寬比4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置3、不大的房屋高寬比鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大高寬比4.3設計有利的454、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(gòu)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、平立面特別不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)單元。防震縫應留有足夠的寬度，其兩側(cè)上部結(jié)構(gòu)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。4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置4、防震縫的合理設置4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理465、合理的抗震結(jié)構(gòu)布置在進行結(jié)構(gòu)方案平面布置時，應使結(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)效應降低到最低程度，應盡可能減小結(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)沿豎向的布置應等強。結(jié)構(gòu)抗震性能的好壞，取決于總的承載能力、變形和耗能能力外，避免局部的抗震薄弱部位是十分重要的。4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置5、合理的抗震結(jié)構(gòu)布置4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合47結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件484.4合理的結(jié)構(gòu)材料抗震結(jié)構(gòu)的材料應滿足下列要求1、延性系數(shù)（表示極限變形與相應屈服變形之比）高；2、“強度/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)揮材料的強度。4.4合理的結(jié)構(gòu)材料494.5提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施1、設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，實墻筒體之類的構(gòu)件作為第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)件。4.5提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施50（2）結(jié)構(gòu)體系的多道設防框架——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。（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4.5提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施（2）結(jié)構(gòu)體系的多道設防（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的多道防線4.5提512、提高結(jié)構(gòu)延性結(jié)構(gòu)延性有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

一般而言，在結(jié)構(gòu)抗震設計中，對結(jié)構(gòu)中重要構(gòu)件的延性要求，高于對結(jié)構(gòu)總體的延性要求，對構(gòu)件中關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。4.5提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施2、提高結(jié)構(gòu)延性一般而言，在結(jié)構(gòu)抗震設計中52結(jié)構(gòu)抗震概念設計結(jié)構(gòu)抗震概念設計53（優(yōu)選）結(jié)構(gòu)抗震概念設計（優(yōu)選）結(jié)構(gòu)抗震概念設計54本章主要內(nèi)容（4課時）4.1選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基4.2地基土的抗震驗算與液化4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置4.4合理的結(jié)構(gòu)材料4.5提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施4.7減輕房屋的自重和妥善處理非結(jié)構(gòu)構(gòu)件4.6控制結(jié)構(gòu)變形本章主要內(nèi)容（4課時）4.1選擇抗震有利的建筑場地、地段55學習目標從場地、建筑體型、材料等方面熟練掌握結(jié)構(gòu)抗震的概念設計。

重難點場地土的液化判別與建筑體型的選擇學習目標從場地、建筑體型、材料等方面熟練掌握結(jié)構(gòu)抗震564.1選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基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，避開對建筑抗震設計不利的地段。嚴禁在危險地段建造甲、乙類建筑、不應建造丙類建筑。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地段57選擇抗震有利的建筑場地和地基1.選擇抗震有利的建筑場地和地基時應注意以下幾點（1）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，直接坐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。故應選擇具有較大平均剪切波速的堅硬場地土。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和地基1.選擇抗震有利的建筑場地和58（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(jié)構(gòu)的動力特性，減少輸入給上部結(jié)構(gòu)的地震能量，從而達到減小主體結(jié)構(gòu)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，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。4.1選擇抗震有利的建筑場地、地段和地基（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。459地基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地基抗震設計原則與抗震驗算

處理方法：飽和的淤泥和淤泥質(zhì)土沖填土和雜填土不均勻地基土不能不加處理地直接用作建筑物的天然地基在地震區(qū)地基處理措施：置換、加密、強夯等消除土的動力不穩(wěn)定性

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上部結(jié)構(gòu)的處理措施4.2地基土的抗震驗算與液化一、地基抗震設計原則

地基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60＊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極少有因地基強度不足或較大沉陷導致的上部結(jié)構(gòu)破壞可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算的地基：（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：

1）一般的單層廠房和單層空曠房屋；

2）砌體房屋；

3）不超過8層且高度在24m以下的一般民用框架房屋；

4）基礎荷載與3）項相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房和多層混凝土抗震墻房屋。（2）規(guī)范中規(guī)定可不進行上部結(jié)構(gòu)抗震驗算的建筑。地基抗震設計原則與抗震驗算

＊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可不進行61二、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：

——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；——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》采用巖土名稱和性狀巖石，密實的碎石土，密實的礫，粗、中砂，≥300kPa的粘性土和粉土

1.5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，150kPa≤<300kPa的粘性土和粉土，堅硬黃土

1.3稍密的細、粉砂，100kPa≤<150kPa的粘性土和粉土，新近沉積的粘性土和粉土，可塑黃土

1.1淤泥、淤泥質(zhì)土，松散的砂、填土，新近堆積黃土及流塑黃土

1.0二、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62

步驟：1.根據(jù)靜力設計的要求確定基礎尺寸對地基進行強度和沉降量的核算

2.地基抗震強度驗算：（荷載組合；基礎底面的壓力取為直線分布）基礎底面地震作用效應標準組合的平均壓力值基礎邊緣地震作用效應標準組合的最大壓力值步驟：1.根據(jù)靜力設計的要求確定基礎尺寸2.地基抗震強度驗63地基土液化及其防治

飽和松散的砂土或粉土（不含黃土），地震時易發(fā)生液化現(xiàn)象，地基承載力喪失或減弱，甚至噴水冒砂，這種現(xiàn)象一般稱為砂土液化或地基土液化。1964年美國Alaska和日本新澙地震中大量出現(xiàn)。一、地基土液化及其危害

定義：砂土液化（地基土液化）

液化的宏觀標志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水

唐山地震時，嚴重液化地區(qū)噴水高度可達8米，廠房沉降可達1米。天津地震時，海河故道及新近沉積土地區(qū)有近3000個噴水冒砂口成群出現(xiàn)，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達5立方米。有時地面運動停止后，噴水現(xiàn)象可持續(xù)30分鐘。地基土液化及其防治飽和松散的砂土或粉土（不含黃土），地震時64結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件65砂土液化機理地震飽和砂土、粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移顆粒結(jié)構(gòu)趨于壓密顆粒間孔隙水來不及排泄而受到擠壓孔隙水壓力急劇增加孔隙水壓力=土顆粒所受到的總的正壓應力土粒之間因摩擦產(chǎn)生的抗剪能力消失砂土液化的危害使土體的抗震強度喪失，引起地基不均勻沉陷,引發(fā)建筑物的破壞甚至倒塌

土顆粒處于懸浮狀態(tài)形成液化現(xiàn)象砂土液化機理地震飽和砂土、粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移顆66彰化縣社頭鄉(xiāng)三幢三層樓透天住宅，中間一幢有地下室，前后二幢皆無，液化使前后兩幢相對下沉40～70cm南投埔里鎮(zhèn)民富一街路面因土壤液化而導致開裂及下陷砂土液化的危害(圖)圖發(fā)生時間為1999年9月21日凌晨1時47分，位于臺灣南投縣集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達7.3級的大地震。彰化縣社頭鄉(xiāng)三幢三層樓透天住宅，中間一幢有地下室，前后二幢皆673設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，高重心結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不允許的傾斜淤泥、淤泥質(zhì)土，松散的砂、填土，新近堆積黃土及流塑黃土005mm的顆粒)含量百分率在烈度為7、8和9度時分別大于10、13和16可判為不液化；全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理除結(jié)構(gòu)平面布置要合理外，結(jié)構(gòu)沿豎向的布置應等強。3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置細判（標準貫入試驗判別）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。定義：砂土液化（地基土液化）鋼筋混凝土房屋的最大高寬比液化的宏觀標志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水試驗時，先鉆至測試土層標高以上15cm，再將貫入器放至該土層處，在錘落距為76cm的條件下，連續(xù)打入土層30cm，所得錘擊數(shù)為防震縫應留有足夠的寬度，其兩側(cè)上部結(jié)構(gòu)應完全脫開?；A底面的壓力取為直線分布）圖發(fā)生時間為1999年9月21日凌晨1時47分，位于臺灣南投縣集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達7.孔隙水壓力=土顆粒所受到的總的正壓應力消除土的動力不穩(wěn)定性一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯2、“強度/重力”比值大；南投市公所社會科辦公大樓前之大草坪產(chǎn)生土壤液化情形砂土液化的危害(圖)液化噴砂現(xiàn)象圖發(fā)生時間為1999年9月21日凌晨1時47分，位于臺灣南投縣集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達7.3級的大地震。3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置南投市公所社會68二、液化的判別二、液化的判別69二、液化的判別兩大步驟：1.初步判別；2.細判（標準貫入試驗判別）＊初步判別

以地質(zhì)年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土層厚度等作為判斷條件，凡經(jīng)初判為不液化或不考慮液化影響，可不進行細判，以減少勘察工作量。（1）地質(zhì)年代為第四紀晚更新世（Q3）及以前時，7、8度可判為不液化；（2）當粉土的粘粒（粒徑小于0.005mm的顆粒)含量百分率在烈度為7、8和9度時分別大于10、13和16可判為不液化；二、液化的判別兩大步驟：1.初步判別；2.細判（標準貫入試驗70（3）采用天然地基的建筑，當上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一時，可不考慮液化影響?！叵滤簧疃龋╩），按建筑使用期內(nèi)年平均最高水位采用，也可按近期內(nèi)年最高水位采用

——液化土特征深度，按右表采用——上覆非液化土層厚度（m），計算時應注意將淤泥和淤泥質(zhì)土層扣除——基礎埋置深度（m），小于2m時應采用2m9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別上面判別式（db=2)亦可用右圖表示：db>2時，在du

、dw中減去（db-2)后再查圖確定。（3）采用天然地基的建筑，當上覆非液化土層厚度和地下水位深度71結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件72例題1例題173結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件74結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件75例題2例題276結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件77＊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采用標準貫入試驗進一步判別其是否液化標準貫入試驗設備：由穿心錘、觸探桿、貫入器等組成

試驗時，先鉆至測試土層標高以上15cm，再將貫入器放至該土層處，在錘落距為76cm的條件下，連續(xù)打入土層30cm，所得錘擊數(shù)為

N63.5＜Ncr時，應判為液化土，否則為不液化土＊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采78結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件79結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件80砂土液化的危害(圖)（1）第一道防線的構(gòu)件選擇一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯（2）選擇堅實的場地土。在進行結(jié)構(gòu)方案平面布置時，應使結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系對稱布置，以避免扭轉(zhuǎn)?！A埋置深度（m），小于2m時應采用2m對地基進行強度和沉降量的核算采用標準貫入試驗進一步判別其是否液化2地基土的抗震驗算與液化——調(diào)整后的地基土抗震承載力；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。飽和砂土、粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算的地基：建造于一般土質(zhì)天然地基上的房屋遭遇地震時可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算的地基：鋼筋混凝土房屋的最大高寬比避開可能失效的地基對上部建筑的不利影響飽和砂土、粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴重均有，多數(shù)屬中等4）基礎荷載與3）項相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房和多層混凝土抗震墻房屋。3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置例題3砂土液化的危害(圖)例題381結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件82結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件83三、液化地基的評價三、液化地基的評價84結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件85液化等級與相應的震害液化等級

地面噴水冒砂情況

對建筑物的危害情況輕微地面無噴水冒砂，或僅在洼地、訶邊有零星的噴水冒砂點危害性小，一般不致引起明顯的震害中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴重均有，多數(shù)屬中等危害性較大，可造成不均勻沉陷和開裂，有時不均勻沉陷可達200mm嚴重一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，高重心結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不允許的傾斜液化等級與相應的震害液化地面噴水冒砂情況對建筑物86例題4例題487結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件88結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件89四、液化地基的抗震措施建筑類別地基的液化等級輕微中等嚴重乙類部分消除液化沉陷，或?qū)A和上部結(jié)構(gòu)進行處理全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理全部消除液化沉陷丙類對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理，亦可不采取措施對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理，或采用更高要求的措施全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理丁類可不采取措施可不采取措施對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理，或采用其他經(jīng)濟的措施四、液化地基的抗震措施建筑類別地基的液化等級輕微中等嚴重乙類904.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置1、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行判別。平面不規(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)力構(gòu)件在其平面內(nèi)的間斷、承載力突變(薄弱層)4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置平面不規(guī)則91利用基礎隔震或消能減震技術改變結(jié)構(gòu)的動力特性，減少輸入給上部結(jié)構(gòu)的地震能量，從而達到減小主體結(jié)構(gòu)地震反應的目的.現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m)在超靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，贅余構(gòu)件為第一道防線結(jié)構(gòu)抗震性能的好壞，取決于總的承載能力、變形和耗能能力外，避免局部的抗震薄弱部位是十分重要的。標準貫入試驗設備：由穿心錘、觸探桿、5提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施嚴禁在危險地段建造甲、乙類建筑、不應建造丙類建筑。5提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施顆粒間孔隙水來不及排泄而受到擠壓基礎底面的壓力取為直線分布）對地基進行強度和沉降量的核算危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，高重心結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不允許的傾斜1、延性系數(shù)（表示極限變形與相應屈服變形之比）高；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。除結(jié)構(gòu)平面布置要合理外，結(jié)構(gòu)沿豎向的布置應等強。（2）結(jié)構(gòu)體系的多道設防對基礎和上部結(jié)構(gòu)進行處理，亦可不采取措施選擇建筑場地時，宜選擇對建筑抗震有利的地段，避開對建筑抗震設計不利的地段。(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)則的設計方案；（2）建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)平面布置宜規(guī)則、對稱，并具有良好的整體性；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部位設置防震縫，形成多余較規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元。4.3設計有利的房屋抗震體型、進行合理的結(jié)構(gòu)布置利用基礎隔震或消能減震技術改變結(jié)構(gòu)的動力特性，減少輸入給上部92結(jié)構(gòu)抗震概念設計培訓課件932、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