建筑物典型震害及 抗震規(guī)范修編上

建筑物典型震害及抗震規(guī)范修編上第1頁/共99頁抗震設計規(guī)范主要修訂內(nèi)容原有條文554條，修訂97條，占17.5%主要修訂原則和內(nèi)容：延續(xù)2001規(guī)范，對2008版的改進和完善（1）場地類別和液化判別方法調(diào)整（2）地震作用和結構計算：調(diào)整了地震影響系數(shù)曲線的阻尼調(diào)整參數(shù)、鋼結構的阻尼比和承載力抗震調(diào)整參數(shù)、隔震結構的水平向減震系數(shù)的計算、補充了大跨屋蓋建筑水平和豎向地震作用的計算、提出了鋼結構房屋抗震等級并調(diào)整了抗震措施規(guī)定；明確了6度設防要求；補充了7度(0.15g)、8度(0.3g)設防的抗震措施規(guī)定（3）概念設計和延性設計要求（4）擴大隔震和消能減震房屋的適用范圍第2頁/共99頁抗震設計規(guī)范主要修訂內(nèi)容（5）新增：大跨屋蓋建筑、地下建筑、框排架廠房、鋼支撐-混凝土框架和鋼框架-混凝土核心筒結構的抗震設計規(guī)定（6）新增：建筑抗震性能化設計原則（7）取消：內(nèi)框架磚房相關內(nèi)容征求意見1200多條（次）第3頁/共99頁試設計及震害分析試設計（一）大跨空間屋蓋結構網(wǎng)殼張弦梁弦支穹頂（二）砌體結構小開間多層普通磚和多孔磚砌體房屋橫墻較少多層普通磚和多孔磚砌體房屋（三）鋼結構多層鋼結構房屋高層鋼結構房屋（四）RC框架結構樓梯間（五）大地盤塔樓隔震（六）結構時程分析輸入地震波第4頁/共99頁試設計及震害分析震害分析RC框架結構RC剪力墻結構多層砌體結構第5頁/共99頁抗震設計基本思想眾所周知，當我們設計一般的結構時，往往要求結構在規(guī)定荷載作用下處于或基本處于彈性工作階段，結構計要有足夠的強度，保證安全，又要有足夠的剛度，保證結構的變形在使用許可范圍之內(nèi)。例如，我們設計樓板或大梁時，在豎向恒載及活載作用下，除了必須滿足強度要求外，其撓度變形也必須控制在許可范圍之內(nèi)，從而使之在使用功能上和外觀上均能滿足要求。又如，在設計高聳結構時，設計者將會考慮在大風作用下結構依然保持彈性狀態(tài)?？傊Y構抗御一般的荷載作用時，設計者必須遵循的基本原則是使結構在預期荷載作用下保持在或基本保持在彈性工作狀態(tài)，結構內(nèi)力的分析與設計一般采用彈性分析方法。在實際工程中，按照這樣原則設計出來的結構，如果沒有遇到特別的情況，在預期的荷載作用下，極少出現(xiàn)嚴重破壞、過度變形等不正常狀態(tài)。第6頁/共99頁抗震設計基本思想而地震作用則不同，由于地震本身的隨機性很強，在某一地區(qū)，在某一基準期內(nèi)，可能出現(xiàn)的最大地震動是一個隨機變量，事先無法預知。相對于上述荷載，地震動的影響次數(shù)少，作用時間短，各次地震的強度差異很大。若要求在各種強度地震動下，結構仍然保持彈性狀態(tài)是很不經(jīng)濟的，甚至是不可能的。因此，結構的抗震設計與結構抗御其他荷載作用的設計是不同的，對于結構工程師而言，在進行工程抗震設計時，必須要清楚地震作用有別于其他荷載的特殊情況，進而準確理解與把握符合這一特殊情況的結構設計基本原則，即結構抗震設計思想。第7頁/共99頁三水準下鋼筋混凝土框架結構的破壞程度與層間位移角的大致對應關系第8頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范的三個水準設防目標是通過“兩階段設計”來實現(xiàn)，其方法和步驟是：1．第一階段設計：第一步采用第一水準烈度的地震動參數(shù)，先計算出結構在彈性狀態(tài)下的地震作用效應，與風、重力等荷載效應組合，并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)，進行構件截面設計，從而滿足第一水準的強度要求；第二步是采用同一地震動參數(shù)計算出結構的彈性層間位移角，使其不超過規(guī)定的限值；同時采取相應的抗震構造措施，保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能能力，從而自動滿足第二水準的變形要求。2．第二階段設計：采用第三水準烈度的地震動參數(shù)，計算出結構(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié))的彈塑性層間位移角，使之小于《抗震規(guī)范》限值；并結合采取必要的抗震構造措施，從而滿足第三水準的防倒塌要求。第9頁/共99頁房屋建筑地震破壞的直接原因根據(jù)以往地震經(jīng)驗，概括起來，地震期間導致建筑破壞的直接原因可分為以下三種情況：(一)地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂縫或錯位等地面變形，對其上部建筑物的直接危害；(二)地震引起的砂土液化、軟土震陷等地基失效，對上面建筑物所造成的破壞；(三)建筑物在地面運動激發(fā)下產(chǎn)生劇烈震動過程中，因結構強度不足、過大變形、連接破壞、構件失穩(wěn)或整體傾覆等引起的破壞。第10頁/共99頁當今，抗震科學尚處于較低水平，試驗手段和技術還不能確切模擬地震對建筑的破壞作用，因而，地震區(qū)建筑物的破壞狀況便成為探索地震破壞作用和結構震害機理最直接和最全面的大型結構試驗。因此，有必要在充分吸取歷史地震經(jīng)驗和教訓的基礎上，結合現(xiàn)代技術，在基本理論、計算方法和構造措施等多方面，研究改進建筑的抗震設計技術，以進一步提高房屋建筑的抗震可靠度。第11頁/共99頁1、場地選址問題地震造成建筑物的破壞，情況是多種多樣的。其一，是由于地震時的地面強烈運動，使建筑物在振動過程中，因喪失整體性或強度不足，或變形過大而破壞；其二，是由于水壩坍塌、海嘯、火災、爆炸等次生災害所造成的；其三，是由于斷層錯動、山崖崩塌、河岸滑坡、地層陷落等地面嚴重變形直接造成的。前兩種情況可以通過工程措施加以防治；而后一情況，單靠工程措施是很難達到預防目的的，或者所花代價昂貴。因此，選擇工程場址時，應該進行詳細勘察，搞清地形、地質(zhì)情況，挑選對建筑抗震有利的地段；盡可能避開對建筑抗震不利的地段；任何情況下均不得在抗震危險地段上，建造可能引起人員傷亡或較大經(jīng)濟損失的建筑物。第12頁/共99頁位于地震斷層的建筑，由于地震斷錯和地面強大振動，帶內(nèi)房屋毀滅性坍塌。如圖1所示為地震后汶川縣映秀鎮(zhèn)的航拍照片。映秀鎮(zhèn)處于是此次地震的震中位置，其地震影響烈度高達11度，區(qū)域范圍內(nèi)的房屋建筑遭受毀滅性破壞。第13頁/共99頁

震后汶川縣映秀鎮(zhèn)航拍照片（網(wǎng)絡照片）

第14頁/共99頁震后汶川縣映秀鎮(zhèn)航拍照片（網(wǎng)絡照片）第15頁/共99頁山區(qū)建筑，由于山體滑坡和泥石流作用，引起建筑的倒塌或埋掉建筑物。如圖所示為地震后北川新縣城照片，由圖可以看出，地震導致了大量的山體滑坡，新縣城幾乎被滑坡體掩埋。山體崩塌產(chǎn)生的巨大滾石，直接造成了建筑的破壞。第16頁/共99頁泥石流破壞第17頁/共99頁地震造成建筑物的破壞,除地震動直接引起結構破壞外,還有場地條件的原因,如地震引起的地表錯動與地裂,地基土的不均勻沉陷,地面塌陷、隆起及粉、砂土液化等。第18頁/共99頁

彭州市白鹿鎮(zhèn)中心學校地面隆起2m,建筑物中等破壞

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彭州市白鹿鎮(zhèn)中心學校地面隆起2m,隆起帶穿過的建筑物倒塌

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地震導致北川縣城河道的邊坡破壞

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地震斷層造成邊坡滑動使民宅橫向移動10m垂直落差約6m

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汶川地震郫縣農(nóng)田地面沙土液化

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汶川地震某鎮(zhèn)地面沙土液化,汽車沉陷

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地震砂土液化使房子產(chǎn)生較大沉陷

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1964年日本新瀉發(fā)生7.5級地震，地基液化，使得建筑物嚴重傾斜甚至倒下，但結構本身沒破壞

第26頁/共99頁建造在陡坡之上的建筑由于避讓的距離不夠，地震時邊坡滑移或變形引起建筑的倒塌、傾斜或開裂。如圖4所示為陜西寶雞市陳倉區(qū)某住宅樓因邊坡避讓距離不足及孤山效應等原因?qū)е碌拈_裂破壞。第27頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范有關的專門要求：條文4.1.1條明確規(guī)定：選擇建筑場地時,應按規(guī)定劃分對建筑抗震有利、一般、不利和危險的地段.地段類別 地質(zhì)、地形、地貌 有利地段 穩(wěn)定基巖,堅硬土,開闊、平坦、密實、均勻的中硬土等 一般地段 不屬于有利、不利和危險的地段 不利地段 軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層（如故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黃土，地表存在結構性裂縫等 危險地段 地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表位錯的部位 第28頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范有關的專門要求：本次修訂，明確其它地段劃為可進行建設的一般場地?？紤]到高含水量的可塑黃土在地震作用下會產(chǎn)生震陷，歷次地震的震害也比較重，當?shù)乇泶嬖诮Y構性裂縫時對建筑物抗震也是不利的，因此將其列入不利地段。第29頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范有關的專門要求：條文4.1.7條規(guī)定：場地內(nèi)存在發(fā)震斷裂時,應對斷裂的工程影響進行評價:下列情況下不考慮發(fā)震斷裂錯動的影響：(1)設防烈度<8度；(2)非全新世活動斷裂(一萬年以上的活動斷裂)；(3)8、9度時，隱伏斷裂的覆蓋土層厚度分別大于60m、90m。不符合上述條件的情況,應避開主斷裂帶,最小避讓距離:烈度 建筑抗震設防類別 甲 乙 丙 丁 8 專門研究 200m 100m _ 9 專門研究 400m 200m _ 第30頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范有關的專門要求：條文4.1.7條規(guī)定：在避讓距離的范圍內(nèi)確有需要建造分散的、低于三層的丙、丁類建筑時，應按提高一度采取抗震措施，并提高基礎和上部結構的整體性，且不得跨越斷層線?？紤]到地震區(qū)、特別是山區(qū)大量民居建造的實際情況，當確實需要在避讓范圍內(nèi)建造房屋時，僅限于建造分散的、不超過二層的丙、丁類建筑，同時應按提高一度采取抗震措施，并提高基礎和上部結構的整體性，且不得跨越斷層。嚴格禁止在避讓范圍內(nèi)建造甲、乙類建筑。文字表達略有改動：確定覆蓋層厚度時，要求下部所有土層均大于500m/s。執(zhí)行中常出現(xiàn)一見到大于500m/s的土層就確定覆蓋厚度而忽略對以下各土層的要求，在實際應用時易發(fā)生錯誤，故予以明確第31頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范有關的專門要求：條文4.3.2條明確規(guī)定：存在飽和沙土和飽和粉土的地基,除6度設防外(乙類建筑按照7度要求判別處理),應進行液化判別;存在液化土層的地基,應根據(jù)建筑的抗震設防類別、地基的液化等級采取相應的措施.本次修訂的變化如下：1、一般要求將液化判別深度加深到20m，對于規(guī)定可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算的各類建筑，可只判別地面下15m范圍內(nèi)土的液化。2、對地震液化判別方法進行了改進與完善。根據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型與我國大量的液化和未液化現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)，得到極限狀態(tài)時的液化強度比函數(shù)，建立安全裕量方程，利用結構系統(tǒng)的可靠度理論可得到液化概率與安全系數(shù)的映射函數(shù)，并可給出任一震級不同概率水平、不同地面加速度以及不同地下水位和埋深的液化臨界錘擊數(shù)。第32頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范有關的專門要求：汶川地震中，山區(qū)的建筑震害較為明顯，因此，將4.1.8條提升為強制性條文，要求建造于“條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石和強風化巖石的陡坡、河岸和邊坡邊緣等不利地段的建筑結構，地震作用應乘以增大系數(shù)1.1~1.6”。該增大系數(shù)的取值，與突出地形的高度、平均坡降角度以及建筑場地至臺地邊緣的距離有關，參見抗震規(guī)范4.1.8條的條文說明。依據(jù)：宏觀震害調(diào)查的結果和對不同地形條件和巖土構成的形體所進行的二維地震反應分析結果。第33頁/共99頁孤山效應

國內(nèi)多次大地震的調(diào)查資料表明，局部地形條件是影響建筑物破壞程度的一個重要因素。寧夏海源地震，位于渭河谷地的姚莊，烈度為7度；而相距僅兩公里的牛家山莊，因位于高出百米的突出的黃土梁上，烈度竟高達9度。1966年云南東川地震，位于河谷較平坦地帶的新村，烈度為8度；而鄰近一個孤立山包頂部的矽肺病療養(yǎng)院，從其嚴重破壞程度來評定，烈度不低于9度。海城地震，在大石橋盤龍山高差58m的兩個測點上收到的強余震加速度記錄表明，孤突地形上的地面最大加速度，比坡腳平地上的加速度平均大了1.84倍。l970年通海地震的宏觀調(diào)查數(shù)據(jù)表明，位于孤立的狹長山梁頂部的房屋，其震害程度所反映的烈度，比附近平坦地帶的房屋約高出一度。2008年汶川地震中，陜西省寧強縣高臺小學，由于位于近20米高的孤立的土臺之上，地震時其破壞程度明顯大于附近的平坦地帶。第34頁/共99頁根據(jù)歷次地震宏觀震害經(jīng)驗和地震反應分析結果，局部突出地形地震反應的總體趨勢，大致可以歸納為以下幾點：a、高突地形距離基準面的高度愈大，高處的反應愈強烈；b、離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離愈大，反應相對減?。籧、從巖土構成方面看，在同樣地形條件下，土質(zhì)結構的反應比巖質(zhì)結構大；d、高突地形頂面愈開闊，遠離邊緣的中心部位的反應是明顯減小的；e、邊坡愈陡，其頂部的放大效應相應加大。第35頁/共99頁2、建筑的不規(guī)則布置與薄弱部位問題從有利于建筑抗震的角度出發(fā)，地震區(qū)的房屋建筑平面形狀應以方形、矩形、圓形為好，正六邊形、正八邊形、橢圓形、扇形次之，L形、T形、十字形、U形、H形、Y形平面較差。1985年9月墨西哥地震后，墨西哥“國家重建委員會首都地區(qū)規(guī)范與施工規(guī)程分會”對地震中房屋破壞原因進行了統(tǒng)計分析，結果表明，拐角形建筑的破壞率達到42%，明顯高于其他形狀的房屋。同時,地震區(qū)建筑的豎向體型及剛度變化要均勻，宜優(yōu)先采用矩形、梯形、三角形等均勻變化的幾何形狀，盡量避免過大的外挑和內(nèi)收。因為立面形狀的突然變化，必然帶來質(zhì)量和抗推剛度的劇烈變化，地震時，該突變部位就會因劇烈振動或塑性變形集中效應而加重破壞。1985年9月墨西哥地震，一些大底盤高層建筑，由于低層裙房與高層主樓相連，沒有設縫，體形突變引起剛度突變，使主樓底部接近裙房屋面的樓層變成相對柔弱的樓層，地震時因塑性變形集中效應而產(chǎn)生過大層間側移，導致嚴重破壞。第36頁/共99頁2、建筑的不規(guī)則布置與薄弱部位問題對稱結構在地面平動作用下，一般僅發(fā)生平移振動，各構件的側移量相等，水平地震力按構件剛度分配，因而各構件受力比較均勻。而非對稱結構，由于剛心偏在一邊，質(zhì)心與剛心不重合，即使在地面平動作用下，也會激起扭轉(zhuǎn)振動。其結果是，遠離剛心的剛度較小的構件，由于側移量加大很多，所分擔的水平地震剪力也顯著增大，很容易因超出允許抗力和變形極限而發(fā)生嚴重破壞，甚至導致整個結構因一側構件失效而倒塌。歷次地震的震害經(jīng)驗表明，在同一次地震中，體型復雜的房屋比體型規(guī)則的房屋容易破壞，甚至倒塌，因此，建筑方案的規(guī)則性對建筑結構的抗震安全性來說十分重要。這里的“規(guī)則”包含了對建筑的平、立面外形尺寸，抗側力構件布置、質(zhì)量分布，直至承載力分布等諸多因素的綜合要求?！耙?guī)則”的具體界限隨結構類型的不同而異，需要建筑師和結構工程師互相配合，才能設計出抗震性能良好的建筑。第37頁/共99頁天津754廠11號車間（圖2-27），為高25.3m的5層鋼筋混凝土框架體系，全長l09m，房屋兩端的樓梯間采用490mm厚的磚承重墻，剛度很大；房屋長度的中央設雙柱伸縮縫，將房屋分成兩個獨立區(qū)段。就一個獨立區(qū)段而言，因為伸縮縫處是開口的，無填充磚隔墻，結構偏心很大。1976年唐山地震時，由于強烈扭轉(zhuǎn)振動導致2層有11根中柱嚴重破壞，柱身出現(xiàn)很寬的X形裂縫。第38頁/共99頁結構平面布置時，應特別注意具有很大抗側剛度的鋼筋混凝土墻體和鋼筋混凝土芯筒位置，力求在平面上要居中和對稱。此外，抗震墻宜沿房屋周邊布置，以使結構具有較強的抗扭剛度和較強的抗傾覆能力。除結構平面布置要合理外，結構沿豎向的布置宜等強。結構抗震性能的好壞，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。第39頁/共99頁不規(guī)則或具有明顯薄弱部位的建筑物，地震時扭轉(zhuǎn)作用其對薄弱部位（底層角柱）造成嚴重破壞，整棟樓岌岌可危。第40頁/共99頁

臺灣集集地震某飯店因底層空曠(營業(yè)廳),剛度突變導致底層倒塌

第41頁/共99頁阪神地震中神戶市政府辦公樓2號館（8層）的第6層被錯平，左側1號館完好第42頁/共99頁阪神地震中神戶市政府辦公樓2號館倒塌第43頁/共99頁都江堰市華夏廣場小區(qū)，2003年建成使用,底部兩層整體倒塌，上部下坐第44頁/共99頁都江堰市華夏廣場小區(qū)，底部兩層整體倒塌，上部下坐，五層變成三層第45頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范有關的專門要求：強制性條文3.4.1條明確規(guī)定：不規(guī)則的建筑結構應按要求進行水平地震作用計算和內(nèi)力調(diào)整，并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施。本次修訂進一步強調(diào)建筑形體符合抗震概念設計對于結構抗震安全的重要性。補充規(guī)定：“建筑設計應根據(jù)抗震概念設計的要求明確其形體的規(guī)則性；不規(guī)則的建筑應按規(guī)定采取加強措施；特別不規(guī)則的建筑應進行專門研究和論證，采取特別的加強措施；不應采用嚴重不規(guī)則的建筑”。規(guī)則與不規(guī)則的區(qū)分，條文3.4.3條規(guī)定了一些定量的界限，但實際引起建筑不規(guī)則的因素還有很多，特別是復雜的建筑體型，很難用簡化的定量指標一一區(qū)分并規(guī)定限制范圍。設計人員要根據(jù)合理的抗震概念設計原則，對所設計的建筑的抗震性能有所估計，避免采用抗震性能差的不規(guī)則設計方案.第46頁/共99頁在實際工程中，對于各種不規(guī)則程度的判斷與把握，可參照建質(zhì)[2006]220號文件《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》的相關規(guī)定執(zhí)行：一、一般不規(guī)則，按建筑結構（包括某個樓層）布置上出現(xiàn)表1中一項不規(guī)則進行界定。二、特別不規(guī)則，按以下三種類型進行判斷：1、同時具有表1所列基本不規(guī)則的三個或三個以上；2、具有表2所列的一項不規(guī)則；3、具有表1所列二項基本不規(guī)則且其中有一項接近表2的不規(guī)則指標。三、嚴重不規(guī)則，指體型復雜，多項實質(zhì)性的突變指標或界限超過抗震規(guī)范3.4.3條規(guī)定的上限值或某一項大大超過規(guī)定，具有嚴重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，可能導致地震破壞的嚴重后果者，意味著該建筑方案在現(xiàn)有經(jīng)濟技術條件下，存在明顯的地震安全隱患。第47頁/共99頁第48頁/共99頁第49頁/共99頁本次修訂補充規(guī)定：1)平面不規(guī)則且豎向不規(guī)則的建筑，應根據(jù)不規(guī)則類型的數(shù)量和程度，有針對性地采取不低于本規(guī)范要求的各項抗震措施。特別不規(guī)則的建筑，采取更有效的加強措施或?qū)Ρ∪醪课徊捎孟鄳目拐鹦阅芑O計方法2)豎向抗側力構件不連續(xù)時，該構件傳遞給水平轉(zhuǎn)換構件的地震內(nèi)力應根據(jù)烈度高低和水平轉(zhuǎn)換構件的類型、受力情況、幾何尺寸等，乘以1.25～2.0的增大系數(shù)；第50頁/共99頁本次修訂補充規(guī)定：3)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時，應計入扭轉(zhuǎn)影響，且在規(guī)定的水平力作用下(樓層的位移不采用各振型位移的CQC組合計算，按國外的規(guī)定明確改為取“給定水平力”計算，可避免有時CQC計算的最大位移出現(xiàn)在樓蓋邊緣的中部而不在角部，而且對無限剛樓蓋、分塊無限剛樓蓋和彈性樓蓋均可采用相同的計算方法處理；該水平力一般采用振型組合后的樓層地震剪力換算的水平作用力，并考慮偶然偏心；結構樓層位移和層間位移控制值驗算時，仍采用CQC的效應組合)，樓層豎向構件最大的彈性水平位移和層間位移分別不大于樓層兩端彈性水平位移和層間位移平均值的1.5倍，當最大層間位移遠小于規(guī)范限值時，可適當放寬；第51頁/共99頁3、框架結構的整體倒塌鋼筋混凝土框架結構房屋是我國工業(yè)與民用建筑較常用的結構形式，層數(shù)一般在十五層以下，多數(shù)為五~十層。框架結構的特點是建筑平面布置靈活，可以取得較大的使用空間，具有較好的延性。但其整體側向剛度較小，在強烈地震作用下側向變形較大，易造成部分框架柱失穩(wěn)破壞，由于贅余度較少，容易形成連續(xù)倒塌機制，從而導致結構整體傾覆倒塌。同時，非結構構件破壞比較嚴重，不僅地震中危及人身安全和造成較大的財產(chǎn)損失，而且震后的加固修復的費用很高。在我國的歷次大地震中，這類結構形式的房屋震害比砌體房屋要輕得多。但是，未經(jīng)抗震設計或抗震概念設計存在明顯問題的鋼筋混凝土框架結構房屋也存在很多薄弱環(huán)節(jié)；同時，在遭遇8度及8度以上的地震作用下，有一定數(shù)量的這類房屋產(chǎn)生中等或嚴重破壞，極少數(shù)甚至整體倒塌。地震能量過大、烈度過高，遠遠超過建筑結構的極限承載能力，也會導致結構整體倒塌破壞。第52頁/共99頁汶川地震中，大部分混凝土框架結構表現(xiàn)良好，但也有少數(shù)框架結構倒塌。其原因主要是這類框架結構跨度普遍較大，層高較高，結構側向剛度較小，維護墻和隔墻不合理布置，在強烈地震作用下，結構側向位移過大，造成部分框架柱失穩(wěn)破壞，由于冗余度較少，容易形成連續(xù)倒塌機制，從而導致結構整體傾覆倒塌。第53頁/共99頁

北川縣某框架結構建筑，房屋整體倒塌

第54頁/共99頁

都江堰市某五層框架結構建筑，完全倒塌

第55頁/共99頁《建筑抗震設計規(guī)范》有關的專門要求：

重視抗震概念設計：多高層框架結構中應設置多道抗震防線，如設置少量鋼筋混凝土剪力墻、斜支撐或柱子兩側加翼墻，作為第一道防線，首先承擔地震力，吸收地震能量，防止柱子破壞導致整體結構倒塌本次修訂內(nèi)容：1)框架結構的適用最大高度，除6度外有所降低。2)將框架結構的30m高度分界改為24m,抗震等級略有提高3)規(guī)定了少墻框架結構內(nèi)容。在框架結構中設置少量抗震墻，往往是為了增大框架結構的剛度、滿足層間位移角限值的要求，仍然為框架結構，但層間位移角限值需按底層框架部分承擔傾覆力矩的大小，在框架結構和框架-抗震墻結構兩者的層間位移角限值之間適當內(nèi)插。第56頁/共99頁《建筑抗震設計規(guī)范》有關的專門要求：

本次修訂內(nèi)容：4)一、二、三、四級框架結構的底層，柱下端截面組合的彎矩設計值，應分別乘以增大系數(shù)1.7(1.5)、1.5(1.25)、1.3(1.15)和1.2。底層柱縱向鋼筋應按上下端的不利情況配置?？蚣芙Y構計算嵌固端所在層即底層的柱下端過早出現(xiàn)塑性屈服，將影響整個結構的抗地震倒塌能力。嵌固端截面乘以彎矩增大系數(shù)是為了避免框架結構柱下端過早屈服。當僅用插筋滿足柱嵌固端截面彎矩增大的要求時，可能造成塑性鉸向底層柱的上部轉(zhuǎn)移，對抗震不利。規(guī)范提出按柱上下端不利情況配置縱向鋼筋的要求。5)提高了一、二、三、四級框架的柱軸壓比和柱縱向鋼筋的最小總配筋率的要求第57頁/共99頁設計對策:㈠、設置多道抗震防線能造成建筑物破壞的強震持續(xù)時間，少則幾秒，多則幾十秒，有時甚至更長（比如汶川地震的強震持續(xù)時間達到80秒以上）。如此長時間的震動，一個接一個的強脈沖對建筑物產(chǎn)生往復式的沖擊，造成積累式的破壞。如果建筑物采用的是多重抗側力體系，第一道防線的抗側力構件破壞后，后備的第二道乃至第三道防線的抗側力構件立即接替，抵擋住后續(xù)的地震沖擊，進而保證建筑物的最低限度安全，避免倒塌。在遇到建筑物基本周期與地震動卓越周期相近的情況時，多道防線就顯示出其良好的抗震性能。采取增加斜支撐或柱子兩側增加鋼筋混凝土翼墻（WingWall）等方法第58頁/共99頁

臺灣某學校沿縱向設置了鋼筋混凝土翼墻，在集集地震中完好無損。

第59頁/共99頁㈡、足夠的側向剛度㈡、足夠的側向剛度根據(jù)結構反應譜分析理論，結構越柔，自振周期越長，結構在地震作用下的加速度反應越小，即地震影響系數(shù)a越小，結構所受到的地震作用就越小。但是，是否就可以據(jù)此把結構設計得柔一些，以減小結構的地震作用呢？自1906年洛杉磯地震以來，國內(nèi)外的建筑地震震害經(jīng)驗（如前所述）表明，對于一般性的高層建筑，還是剛比柔好。采用剛性結構方案的高層建筑，不僅主體結構破壞輕，而且由于地震時結構變形小，隔墻、圍護墻等非結構構件受到保護，破壞也較輕。而采用柔性結構方案的高層建筑，由于地震時產(chǎn)生較大的層間位移，不但主體結構破壞嚴重，非結構構件也大量破壞，經(jīng)濟損失慘重，甚至危及人身安全。所以，層數(shù)較多的高層建筑，不宜采用剛度較小的框架體系，而應采用剛度較大的框架-抗震墻體系、框架-支撐體系或筒中筒體系等抗側力體系。正是基于上述原因，目前世界各國的抗震設計規(guī)范都對結構的抗側剛度提出了明確要求，具體的做法是，依據(jù)不同結構體系和設計地震水準，給出相應結構變形限值要求。我國抗震規(guī)范規(guī)定了各類結構多遇地震和罕遇地震下的變形限值要求。第60頁/共99頁㈢、足夠的冗余度體系的結果，因此，結構的冗余度（即超靜定次數(shù)）越多，進入倒塌的過程就越長。從能量耗散角度看，在一定地震強度和場地條件下，輸入結構的地震能量大體上是一定的。在地震作用下，結構上每出現(xiàn)一個塑性鉸，即可吸收和耗散一定數(shù)量的地震能量。在整個結構變成機動體系之前，能夠出現(xiàn)的塑性鉸越多，耗散的地震輸入能量就越多，就更能經(jīng)受住較強地震而不倒塌。從這個意義上來說，結構冗余度越多，抗震安全度就越高。從結構傳力路徑上看，超靜定結構要明顯優(yōu)于靜定結構。對于靜定的結構體系，其傳遞水平地震作用的路徑是單一的，一旦其中的某一根桿件或局部節(jié)點發(fā)生破壞，整個結構就會因為傳力路線的中斷而失效。而超靜定結構的情況就好得多，結構在超負荷狀態(tài)工作時，破壞首先發(fā)生在贅余桿件上，地震作用還可以通過其他途徑傳至基礎，其后果僅僅是降低了結構的超靜定次數(shù)，但換來的卻是一定數(shù)量地震能量的耗散，而整個結構體系仍然是穩(wěn)定的、完整的，并且具有一定的抗震能力。第61頁/共99頁㈣、良好的結構屈服機制性鉸后，豎向承載能力基本保持穩(wěn)定，同時，可以持續(xù)變形而不倒塌，進而最大限度地吸收和耗散地震能量。⑴、結構的塑性發(fā)展從次要構件開始，或從主要構件的次要桿件（部位）開始，最后才在主要構件上出現(xiàn)塑性鉸，從而形成多道防線；⑵、結構中所形成的塑性鉸的數(shù)量多，塑性變形發(fā)展的過程長；⑶、構件中塑性鉸的塑性轉(zhuǎn)動量大，結構的塑性變形量大。一般而言，結構的屈服機制可分為兩個基本類型，即樓層屈服機制和總體屈服機制。所謂樓層屈服機制，指的是結構在側向荷載作用下，豎向桿件先于水平桿件屈服，導致某一樓層或某幾個樓層發(fā)生側向整體屈服。可能發(fā)生此種屈服機制的結構有弱柱框架結構，強連梁剪力墻結構等。所謂總體屈服機制，指的是結構在側向荷載作用下，全部水平桿件先于豎向桿件屈服，然后才是豎向桿件的屈服?？赡馨l(fā)生此種屈服機制的結構有強柱框架結構，弱連梁剪力墻結構等。第62頁/共99頁第63頁/共99頁㈤、合理的構件設計從國內(nèi)外多次地震中建筑物破壞和倒塌的過程認識到，建筑物在地震時要免于倒塌和嚴重破壞，結構中桿件發(fā)生強度屈服的順序應該符合下列條件：①桿先于節(jié)；②梁先于柱；③彎先于剪；④拉先于壓。就是說，一幢建筑遭遇地震時，其抗側力體系中的構件(譬如框架)的損壞過程應該是：梁、柱或斜撐桿件的屈服先于框架節(jié)點；梁的屈服又先于柱的屈服；而且梁和柱又是彎曲屈服在前，剪切屈服在后；桿件截面產(chǎn)生塑性鉸的過程，則是受拉屈服在前，受壓破壞在后。這樣，構件發(fā)生變形時，均具有較好的延性，而不是混凝土被壓碎的脆性破壞。即各環(huán)節(jié)的變形中，塑性變形成分遠大于彈性變形成分。那末，這幢建筑就具有較高的耐震性能，遭遇等于或高于設防烈度不超過一度的地震時，建筑不會發(fā)生嚴重破壞；遭遇高于設防烈度一度的地震時，建筑不致于倒塌。為使抗側力構件的破壞狀態(tài)和過程能夠符合上述準則，進行構件設計時，需要遵循以下設計準則：l、強節(jié)弱桿；2、強柱弱梁(強豎弱平)；3、強剪弱彎；4、強壓弱拉。第64頁/共99頁4、突出屋面小房間的震害帶有突出屋面小房間的房屋結構，由于小房間（包括電梯機房、水箱間、女兒墻、煙囪等）的質(zhì)量和剛度突然變小，地震時產(chǎn)生鞭端效應而使其地震反應急劇增大；震害也表明，突出屋面的小房間在地震中破壞較為嚴重。因此，嚴格地說，對帶有突出屋面小房間的房屋結構，底部剪力法已不再適用，應采用振型分解反應譜法或其他更精確的計算方法確定其水平地震作用?？紤]到工程實踐中帶有突出屋面小房間的房屋結構數(shù)量極大，為了簡化計算，《抗震規(guī)范》規(guī)定，對于這類結構，仍可采用底部剪力法計算其水平地震作用，但在計算時，將突出屋面的小房間也作為一個質(zhì)點，并將計算所得的該質(zhì)點的水平地震作用乘以增大系數(shù)３予以調(diào)整，此增大部分不往下傳遞，但與該突出部分相連的構件在設計時應考慮這種增大影響。第65頁/共99頁綿陽市財政局大樓，十五層框架－剪力墻結構,出屋面水箱間，柱腳混凝土壓碎，鋼筋籠呈燈籠狀.柱柱節(jié)點破壞，節(jié)點區(qū)無箍筋第66頁/共99頁平武縣茶廠宿舍樓，突出屋面的樓梯間墻體破壞。第67頁/共99頁綿竹市公安局辦公樓，五層磚混結構，北立面頂部鐘樓墜落第68頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范有關的專門要求：條文5.2.4條明確規(guī)定：突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等突出部分的地震作用效應，宜按規(guī)定乘以增大系數(shù)或作為質(zhì)點直接參與計算。對于頂層帶有空曠大房間或輕鋼結構的房屋，不宜視為突出屋面的小屋用基底剪力法乘以增大系數(shù)的方法計算地震作用效應，而應視為結構體系的一部分，用振型分解法等計算第69頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范有關的專門要求：強制性條文7.3.8條明確規(guī)定：突出屋頂?shù)臉?、電梯間，構造柱應伸到頂部，并與頂部圈梁連接，所有墻體應沿墻高每隔500mm設2φ6通長鋼筋和φ4分布短筋平面內(nèi)點焊組成的拉結網(wǎng)片或φ4點焊網(wǎng)片。第70頁/共99頁5-、底部框架

抗震墻砌體房屋震害及對策底部框架-抗震墻砌體房屋是多層砌體房屋中的一種特殊形式，由底部框架-抗震墻結構和上部砌體結構組成，可以說是我國特有的一種結構形式。該種結構形式早期多出現(xiàn)在我國的城市建設中，由于使用功能的需要，臨街的建筑在底部設置商店、餐廳、車庫或銀行等，而上部各層為住宅、辦公室等。房屋的底部因大空間的需要而采用框架（框架-抗震墻）結構，上部因縱、橫墻比較多而采用砌體墻承重結構。由于這種類型的結構具有比多層鋼筋混凝土框架結構造價低和便于施工等優(yōu)點，性價比較高。在我國經(jīng)濟尚較困難的時期，是一種較為適宜的結構形式。經(jīng)濟好轉(zhuǎn)后，底部商業(yè)類建筑的需求有所提高，出現(xiàn)了底部二層甚至三層為框架（框架-抗震墻）結構的商業(yè)用房。這種結構形式，從結構抗震性能方面而言并不值得提倡。而且，目前在國外的地震區(qū)建筑中，也較少見到此類結構。我國因國土幅員遼闊，各地區(qū)差別較大，一些發(fā)達地區(qū)可以不選用此類結構，但對欠發(fā)達地區(qū)，此類結構在經(jīng)濟方面還具有一定的優(yōu)勢，尤其是為現(xiàn)階段進行的新農(nóng)村建設節(jié)約大量相對短缺的建設資金，具有一定的現(xiàn)實意義。第71頁/共99頁對于在整幢建筑中上下層采用不同材料和結構形式的做法，在國外也有先例，最典型是日本，其做法大多是下部采用鋼筋混凝土結構而上層采用鋼結構、或下部采用鋼骨鋼筋混凝土而上部采用鋼筋混凝土結構、或者其他組合形式。在1995年的阪神地震中，一部分這類結構在中間層遭到破壞和倒塌。分析表明，這種上下層由不同種材料組成的結構，雖不是在地震中破壞的唯一原因，但至少也是重要原因之一，而造成其中間層的倒塌則是由多種綜合因素決定的。從抗震概念設計的原則可以看出，底部框架-抗震墻砌體房屋這兩種由上下不同材料和結構形式組成的復合結構，對于抗震性能是不利的。事實證明，在歷次地震震害中，這類結構的震害的確是比較重的。第72頁/共99頁

底框結構的震害情況，按照建造時間段劃分為兩個階段：

早期階段（60、70年代我國經(jīng)濟還較為困難的時期），國內(nèi)外對該種結構形式的實際抗震經(jīng)驗尚較缺乏。受國外一些學者理論的影響，認為在底層設置柔性框架，理論上能夠減輕上部結構的振動，從而可以降低其動力反應。于是當時曾在不少國家建有柔性底層框架結構的房屋，底層基本未設置抗震墻，形成“雞腿式”結構。這種結構形式不久就被多次地震震害所否定，在日本、南斯拉夫、美國以及國內(nèi)發(fā)生的地震中，柔性底層框架遭到了嚴重的破壞和倒塌。后期階段，隨著理論分析、模型試驗以及實際工程經(jīng)驗的逐步積累，對這類建筑實際抗震設計水平也得到進一步的提高。在我國，該時期設計建造的底部框架-抗震墻砌體房屋，在底部結構增設了一定數(shù)量的抗震墻，同時強調(diào)了上部結構和底部結構抗震性能的匹配關系。在5.12汶川大地震中，這類房屋的震害情況呈現(xiàn)出一些不同的特點，房屋薄弱層出現(xiàn)的部位不再集中在底部、也出現(xiàn)在上部過渡樓層等部位，受損部位趨于分散均勻化，設計較為合理時，房屋普遍整體倒塌現(xiàn)象有所減少。第73頁/共99頁震害、部分底部框架房屋由于未按規(guī)范要求在底部設置抗震墻體，造成底層層間剛度和強度均不足，形成薄弱樓層，地震時由于變形集中，導致底層倒塌、傾斜。按規(guī)范要求設置底部抗震墻體的底部框架房屋，地震中表現(xiàn)良好，破壞主要表現(xiàn)為框架上部的墻體裂縫。第74頁/共99頁部分底部框架房屋底層抗震墻體多、剛度較大，底層側向剛度和強度均大于二層以上的砌體結構，上部結構形成薄弱樓層，地震時由于剛度突變,砌體結構延性較小，導致底層框架上部結構倒塌。第75頁/共99頁都江堰市灌陽路某五層底框住宅樓，底部兩層完全倒塌第76頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范的專門要求：08版強制性條文7.1.8條明確規(guī)定：底框房屋的底部，應沿縱橫兩個方向設置一定數(shù)量的抗震墻，并嚴格規(guī)定了底層與底部第二層、第三層的側向剛度比值。主要目的是減少底部的薄弱程度，防止底部結構出現(xiàn)過大的側移而嚴重破壞，甚至倒塌。該條嚴格控制相鄰層側移剛度,合理布置上下樓層的墻體.對底部的抗震墻,一般要求采用鋼筋混凝土墻(6、7度且總層數(shù)不超過五層時可采用砌體抗震墻).并規(guī)定了底層磚抗震墻的專門構造(3.9.6鋼筋混凝土構造柱、芯柱和底部框架-抗震墻磚房中磚抗震墻的施工，應先砌墻后澆構造柱、芯柱和框架梁柱。先砌墻后澆灌混凝土，確保不同材料的構件之間連成整體，以提高抗側力砌體墻的變形能力。第77頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范的專門要求：值得注意的是,條文7.1.8條還規(guī)定,第二層與底層側向剛度的比值在任何情況下不應小于1.0,原因是底框部分為鋼筋混凝土結構,與上部砌體結構相比具有較好的延性,底框結構的構造措施并未對上部砌體結構提出特別的加強措施.但是，若底層的混凝土墻過多，其剛度可能大于上部磚混結構剛度。這樣，地震下可能使薄弱層轉(zhuǎn)移至過渡層。而過渡層是砌體結構，其延性不如底部的鋼筋混凝土結構，易產(chǎn)生脆性破壞。因此，底層框架-抗震墻房屋的過渡層和底層的側向剛度比要控制在一個合理的范圍內(nèi)。不滿足本要求可能導致上部砌體結構在地震中脆性破壞甚至倒塌.第78頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范的專門要求：本次修訂內(nèi)容：1)明確補充規(guī)定了7度（0.15g）和8度（0.30g）的高度和層數(shù)限值。2)底部框架-抗震墻砌體房屋，不允許用于乙類建筑和8度（0.3g）的丙類建筑。,8度（0.2g）的建筑高度和層數(shù)限值更加嚴格3)6度且總層數(shù)不超過四層的底層框架-抗震墻砌體房屋，允許采用嵌砌于框架之間的約束普通磚砌體或小砌塊砌體的砌體抗震墻，但應計入砌體墻對框架的附加軸力和附加剪力進行底層的抗震驗算；其余情況，8度時應采用鋼筋混凝土抗震墻，6、7度時應采用鋼筋混凝土抗震墻或配筋小砌塊砌體抗震墻。4)增加了上部為混凝土小砌塊砌體墻的相關要求。第79頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范的專門要求：本次修訂內(nèi)容：5)過渡層即與底部框架-抗震墻相鄰的上一砌體樓層，其在地震時破壞較重，因此，本次修訂將關于過渡層的要求予以特別加強。6)底框房屋中的鋼筋混凝土抗震墻，是底部的主要抗側力構件，而且往往為低矮抗震墻。對其構造上提出了更為嚴格的要求，以加強抗震能力。7)規(guī)定底框房屋的框架柱不同于一般框架-抗震墻結構中的框架柱，大體上接近框支柱的有關要求。8)對托墻梁的構造做了較多的規(guī)定；提高了過渡層砌筑砂漿強度等級；要求過渡層的底板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土板第80頁/共99頁6、樓梯和樓梯間的問題發(fā)生強烈地震時，樓梯間是重要的緊急逃生的豎向通道。樓梯和樓梯間的破壞會延誤人員撤離及救援工作，從而造成嚴重傷亡。實際震害表明，樓梯間的破壞相對嚴重和集中。故提高樓梯間的抗震能力，形成應急疏散的“安全島”，是至關重要的。樓梯間受力情況比較復雜，樓梯的梯板等構件具有斜撐的受力狀態(tài)，對結構的剛度及扭轉(zhuǎn)作用有較為明顯的影響。故在結構計算時應將樓梯構件（梯段板、梯段板邊梁、休息平臺梁板、小梯柱等）加入計算模型進行整體計算，計入其對整體結構及其相鄰結構構件的影響。同時對樓梯構件本身應進行抗震承載力驗算，應按加入樓梯構件后的整體計算模型考慮其地震作用效應。第81頁/共99頁震害、此次地震中一個普遍的建筑破壞現(xiàn)象是，作為逃生通道的樓梯間破壞比較嚴重，造成了相當?shù)娜藛T傷亡。經(jīng)初步分析，其主要原因是：砌體結構中，樓梯間的整體性不足，地震中樓梯間的墻體破壞或倒塌造成樓梯段支座失效，進而導致整個樓梯間的破壞；而在鋼筋混凝土框架結構中，則由于支撐效應使樓梯板承受較大的軸向力，地震時樓梯段處于交替的拉彎和壓彎受力狀態(tài)，當樓梯段的拉應力達到或超過混凝土材料的極限抗拉強度時，就會發(fā)生受拉破壞。而樓梯間的平臺梁，則由于上下梯段的剪刀作用，產(chǎn)生剪切、扭轉(zhuǎn)破壞。同時有些樓梯鋼筋采用冷軋扭鋼筋，延性不夠，地震下作用下鋼筋脆斷。第82頁/共99頁混凝土結構樓梯間破壞情況第83頁/共99頁都江堰市金葉賓館樓梯間填充墻倒塌,堵塞逃生通道。樓梯間平臺梁剪扭破壞第84頁/共99頁都江堰市規(guī)劃局辦公樓，六層框架結構，建于2005年。樓梯板兩條水平縫(所謂的上三步)，

主筋彎曲。梯板拉裂，梯板冷軋扭鋼筋拉斷。梯梁斷裂并與梯板拉開第85頁/共99頁汶川縣某中學框架結構教學樓的樓梯間在地震中破壞情況第86頁/共99頁汶川縣漩口鎮(zhèn)電力局，四層磚混住宅樓，樓梯間倒塌破壞第87頁/共99頁漢旺某中學四層磚混教學樓，設置在房屋盡端的樓梯間倒塌第88頁/共99頁建筑抗震設計規(guī)范的專門要求：規(guī)范條文7.1.7條明確規(guī)定：多層砌體房屋,樓梯間不宜設置在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處.原因在于樓梯間墻體缺少各層樓板的側向支撐,有時還因為樓梯踏步削弱樓梯間的墻體,尤其是樓梯間的頂層,墻體有一層半的高度,震害加重.因此,建筑布置時盡量不設置在盡端,或?qū)ΡM端開間采取特殊措施.