建筑抗震設(shè)計(jì)基本原理

李春祥男博士、教授、博士生導(dǎo)師。

專業(yè):結(jié)構(gòu)工程。

主要研究領(lǐng)域：鋼結(jié)構(gòu)、超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)、超高層建筑鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)橋梁---分析與設(shè)計(jì)理論(碩士生-研究方向)，Self-centering鋼結(jié)構(gòu)---分析與設(shè)計(jì)理論(博士生-研究方向),鋼結(jié)構(gòu)施工模擬分析；土木工程抗震、抗風(fēng)與振動(dòng)控制；超高層建筑風(fēng)荷載隨機(jī)和CFD模擬的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)；超高層建筑的動(dòng)力響應(yīng)監(jiān)控與系統(tǒng)識(shí)別(無(wú)線傳感技術(shù)、GPS技術(shù)、可視化技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù))。

第二章建筑抗震設(shè)計(jì)基本原理

第一節(jié)建筑抗震設(shè)防分類第二節(jié)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)基本思想第三節(jié)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)基本要求第四節(jié)結(jié)構(gòu)的抗震性能第五節(jié)結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計(jì)第六節(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的基本要求第七節(jié)結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)(JGJ3-2001高層砼規(guī)程)第八節(jié)地下室抗震設(shè)計(jì)第一節(jié)建筑抗震設(shè)防分類

抗震設(shè)防分類 抗震設(shè)防分類Seismicfortificationcategoryforstructures

根據(jù)建筑遭遇地震破壞后，可能造成人員傷亡、直接和間接經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)影響的程度及其在抗震救災(zāi)中的作用等因素，對(duì)各類建筑所做的設(shè)防類別劃分。抗震設(shè)防烈度Seismicfortificationintensity

按國(guó)家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度。一般情況下，取50年內(nèi)超越概率10%的地震烈度。

抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)Seismicfortificationcriterion

衡量抗震設(shè)防要求高低的尺度，由抗震設(shè)防烈度或設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)及建筑抗震設(shè)防類別確定。

抗震措施(seismicfortificationmeasures):除地震作用計(jì)算和抗力計(jì)算以外的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括抗震構(gòu)造措施?？拐饦?gòu)造措施(detailsofseismicdesign):

根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則，一般不需計(jì)算而對(duì)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細(xì)部要求?；疽?guī)定

一、建筑抗震設(shè)防類別劃分，應(yīng)根據(jù)下列因素的綜合分析確定：1建筑破壞造成的人員傷亡、直接和間接經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響的大小。2城鎮(zhèn)的大小、行業(yè)的特點(diǎn)、工礦企業(yè)的規(guī)模。3建筑使用功能失效后，對(duì)全局的影響范圍大小、抗震救災(zāi)影響及恢復(fù)的難易程度。4建筑各區(qū)段的重要性有顯著不同時(shí)，可按區(qū)段劃分抗震設(shè)防類別。下部區(qū)段的類別不應(yīng)低于上部區(qū)段。5不同行業(yè)的相同建筑，當(dāng)所處地位及地震破壞所產(chǎn)生的后果和影響不同時(shí)，其抗震設(shè)防類別可不相同。注：區(qū)段指由防震縫分開的結(jié)構(gòu)單元、平面內(nèi)使用功能不同的部分、或上下使用功能不同的部分。二、建筑工程應(yīng)分為以下四個(gè)抗震設(shè)防類別：1特殊設(shè)防類：指使用上有特殊設(shè)施，涉及國(guó)家公共安全的重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害等特別重大災(zāi)害后果，需要進(jìn)行特殊設(shè)防的建筑。簡(jiǎn)稱甲類。2重點(diǎn)設(shè)防類：指地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的生命線相關(guān)建筑，以及地震時(shí)可能導(dǎo)致大量人員傷亡等重大災(zāi)害后果，需要提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的建筑。簡(jiǎn)稱乙類。3標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類：指大量的除1、2、4款以外按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)防的建筑。簡(jiǎn)稱丙類。4適度設(shè)防類：指使用上人員稀少且震損不致產(chǎn)生次生災(zāi)害，允許在一定條件下適度降低要求的建筑。簡(jiǎn)稱丁類。三、各抗震設(shè)防類別建筑的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)符合下列要求：1標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其抗震措施和地震作用，達(dá)到在遭遇高于當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度的預(yù)估罕遇地震影響時(shí)不致倒塌或發(fā)生危及生命安全的嚴(yán)重破壞的抗震設(shè)防目標(biāo)。2重點(diǎn)設(shè)防類，應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強(qiáng)其抗震措施；但抗震設(shè)防烈度為9度時(shí)應(yīng)按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基礎(chǔ)的抗震措施，應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。同時(shí)，應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其地震作用。3特殊設(shè)防類，應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求加強(qiáng)其抗震措施；但抗震設(shè)防烈度為9度時(shí)應(yīng)按比9度更高的要求采取抗震措施。同時(shí)，應(yīng)按批準(zhǔn)的地震安全性評(píng)價(jià)的結(jié)果且高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求確定其地震作用。4適度設(shè)防類，允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求適當(dāng)降低其抗震措施，但抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)不應(yīng)降低。一般情況下，仍應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其地震作用。 注：對(duì)于劃為重點(diǎn)設(shè)防類而規(guī)模很小的工業(yè)建筑，當(dāng)改用抗震性能較好的材料且符合抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)體系的要求時(shí)，允許按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類設(shè)防。四、本標(biāo)準(zhǔn)僅列出主要行業(yè)的抗震設(shè)防類別的建筑示例；使用功能、規(guī)模與示例類似或相近的建筑，可按該示例劃分其抗震設(shè)防類別。本標(biāo)準(zhǔn)未列出的建筑宜劃為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類。

防災(zāi)救災(zāi)建筑

一、本章適用于城市和工礦企業(yè)與防災(zāi)和救災(zāi)有關(guān)的建筑。二、防災(zāi)救災(zāi)建筑應(yīng)根據(jù)其社會(huì)影響及在抗震救災(zāi)中的作用劃分抗震設(shè)防類別。三、醫(yī)療建筑的抗震設(shè)防類別，應(yīng)符合下列規(guī)定：1三級(jí)醫(yī)院中承擔(dān)特別重要醫(yī)療任務(wù)的門診、醫(yī)技、住院用房，抗震設(shè)防類別應(yīng)劃為特殊設(shè)防類。2二、三級(jí)醫(yī)院的門診、醫(yī)技、住院用房，具有外科手術(shù)室或急診科的鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院的醫(yī)療用房，縣級(jí)及以上急救中心的指揮、通信、運(yùn)輸系統(tǒng)的重要建筑，縣級(jí)及以上的獨(dú)立采供血機(jī)構(gòu)的建筑，抗震設(shè)防類別應(yīng)劃為重點(diǎn)設(shè)防類。3工礦企業(yè)的醫(yī)療建筑，可比照城市的醫(yī)療建筑示例確定其抗震設(shè)防類別。四、消防車庫(kù)及其值班用房，抗震設(shè)防類別應(yīng)劃為重點(diǎn)設(shè)防類。五、20萬(wàn)人口以上的城鎮(zhèn)和縣及縣級(jí)市防災(zāi)應(yīng)急指揮中心的主要建筑，抗震設(shè)防類別不應(yīng)低于重點(diǎn)設(shè)防類。 工礦企業(yè)的防災(zāi)應(yīng)急指揮系統(tǒng)建筑，可比照城市防災(zāi)應(yīng)急指揮系統(tǒng)建筑示例確定其抗震設(shè)防類別。六、疾病預(yù)防與控制中心建筑的抗震設(shè)防類別，應(yīng)符合下列規(guī)定：1承擔(dān)研究、中試和存放劇毒的高危險(xiǎn)傳染病病毒任務(wù)的疾病預(yù)防與控制中心的建筑或其區(qū)段，抗震設(shè)防類別應(yīng)劃為特殊設(shè)防類。

2不屬于1款的縣、縣級(jí)市及以上的疾病預(yù)防與控制中心的主要建筑，抗震設(shè)防類別應(yīng)劃為重點(diǎn)設(shè)防類。七、作為應(yīng)急避難場(chǎng)所的建筑，其抗震設(shè)防類別不應(yīng)低于重點(diǎn)設(shè)防類。第二節(jié)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本思想

近20年來(lái)，世界不少國(guó)家的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，都采用了這樣一種抗震設(shè)計(jì)思想：在建筑使用壽命期限內(nèi)，對(duì)不同頻度和強(qiáng)度的地震，要求建筑具有不同的抵抗地震的能力。即對(duì)較小的地震，由于其發(fā)生的可能性大，因此遭遇到這種多遇地震時(shí)，要求結(jié)構(gòu)不受損壞，這在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都是可以做到的；

對(duì)于罕遇的強(qiáng)烈地震，由于其發(fā)生的可能性小，當(dāng)遭遇到這種地震時(shí)，要求做到結(jié)構(gòu)不受損壞，這在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。比較合理的做法是，應(yīng)當(dāng)允許損壞，但在任何情況下結(jié)構(gòu)不應(yīng)倒塌。一、建筑結(jié)構(gòu)的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防要求

建筑結(jié)構(gòu)采用三個(gè)水準(zhǔn)進(jìn)行抗震設(shè)防，其要求是：

“小震不壞，中震可修，大震不倒”。 具體說(shuō)是：第一水準(zhǔn)，即多遇地震，從地震出現(xiàn)的頻度來(lái)看約為50年一遇

第一水準(zhǔn)-剛度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：建筑在其使用期間，對(duì)遭遇頻率較高、強(qiáng)度較低的地震－多遇地震時(shí)，建筑不損壞，不需要修理，結(jié)構(gòu)應(yīng)處于彈性狀態(tài)。第一水準(zhǔn)，即多遇地震，從地震出現(xiàn)的頻度來(lái)看約為50年一遇

可以假定結(jié)構(gòu)服從線性彈性理論，用彈性反應(yīng)譜進(jìn)行地震作用計(jì)算，按承載力要求進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，并控制結(jié)構(gòu)的彈性變形符合規(guī)范要求－主要是為了防止較脆的且只能承受有限變形的非結(jié)構(gòu) 構(gòu)件的破壞。第二水準(zhǔn)，即基本烈度設(shè)防地震，從地震出現(xiàn)的頻度來(lái)看約為475年一遇第二水準(zhǔn)－強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

建筑結(jié)構(gòu)在基本烈度的地震作用下，允許結(jié)構(gòu)達(dá)到或超過(guò)屈服極限（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生裂縫），結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彈塑性變形，依靠結(jié)構(gòu)的塑性耗能能力，使結(jié)構(gòu)得以保持穩(wěn)定保存下來(lái)，經(jīng)過(guò)修復(fù)還可使用。第二水準(zhǔn)，即基本烈度設(shè)防地震，從地震出現(xiàn)的頻度來(lái)看約為475年一遇

此時(shí)，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)按變形要求進(jìn)行。允許非結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到破壞，但必須保證主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件不受明顯損壞，以避免進(jìn)行困難、昂貴的修復(fù)工作。要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度。第三水準(zhǔn)，即罕遇地震，從地震出現(xiàn)的頻度來(lái)看約為2000年一遇的強(qiáng)烈地震第三水準(zhǔn)－延性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則－要求結(jié)構(gòu)能經(jīng)受較大的非彈性變形 在預(yù)先估計(jì)到的罕見強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性大變形狀態(tài)，部分產(chǎn)生破壞，但應(yīng)防止結(jié)構(gòu)倒塌，避免危及生命安全。這一階段應(yīng)考慮防倒塌的設(shè)計(jì)。

二、二階段抗震設(shè)計(jì)

二階段抗震設(shè)計(jì)是對(duì)三水準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)思想的具體實(shí)施。通過(guò)二階段設(shè)計(jì)中第一階段對(duì)構(gòu)件截面承載力驗(yàn)算和第二階段對(duì)彈塑性變形驗(yàn)算，并與概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震要求。第一階段設(shè)計(jì)第一階段設(shè)計(jì)：對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)滿足第一、二水準(zhǔn)的抗震要求。 為此，首先應(yīng)按多遇地震(即第一水準(zhǔn)，比設(shè)防烈度約低1.55度)的地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算地震作用，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和地震內(nèi)力計(jì)算，考慮各種分項(xiàng)系數(shù)。第一階段設(shè)計(jì)

根據(jù)荷載組合值系數(shù)進(jìn)行荷載與地震作用產(chǎn)生內(nèi)力的組合，進(jìn)行截面配筋計(jì)算和結(jié)構(gòu)彈性位移控制。第一階段設(shè)計(jì)

并相應(yīng)采取構(gòu)造措施保證結(jié)構(gòu)的延性，使之具有與第二水準(zhǔn)(設(shè)防烈度)相應(yīng)的變形能力，從而實(shí)現(xiàn)“小震不壞”和“中震可修”。

這一階段設(shè)計(jì)對(duì)所有抗震設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)都必須進(jìn)行(圖2-1)。確定場(chǎng)地類別和特征周期值確定結(jié)構(gòu)形式,初選截面,計(jì)算重力荷載及其組合計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性計(jì)算結(jié)構(gòu)地震作用:1.底部剪力法;2.振型分析法(非藕聯(lián)或藕聯(lián));3.豎向地震作用(有些結(jié)構(gòu));4.動(dòng)力時(shí)程分析法計(jì)算構(gòu)件地震作用效應(yīng)及其他荷載效應(yīng)組合結(jié)構(gòu)彈性位移控制及構(gòu)件截面設(shè)計(jì)按規(guī)范要求采取抗震措施彈塑性變形驗(yàn)算結(jié)束第二階段設(shè)計(jì)第二階段設(shè)計(jì)第二階段設(shè)計(jì)：對(duì)地震時(shí)抗震能力較低、容易倒塌的建筑結(jié)構(gòu)(例如純框架結(jié)構(gòu))以及抗震要求較高的建筑結(jié)構(gòu)(例如甲類建筑)，要進(jìn)行易 損部位(薄弱層)的彈塑性變形驗(yàn)算，第二階段設(shè)計(jì) 并采取措施提高薄弱層的承載力或增加變形能力，使薄弱層的塑性水平變位不超過(guò)允許的變位。

這一階段設(shè)計(jì)主要是對(duì)甲類建筑和特別不規(guī)則的結(jié)構(gòu)(圖2-2)。

第二階段設(shè)計(jì)求樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)以確定樓層的薄弱部位計(jì)算層間彈塑性位移:1.簡(jiǎn)化法;2.時(shí)程分析法層間彈塑性位移驗(yàn)算改變截面或配筋采取增加延性的措施結(jié)束第三節(jié)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本要求一、抗震結(jié)構(gòu)體系抗震結(jié)構(gòu)體系要求受力明確、傳力合理且傳力路線不間斷，使結(jié)構(gòu)的抗震分析更符合結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的實(shí)際表現(xiàn)，對(duì)提高結(jié)構(gòu)的抗震性能十分有利，是結(jié)構(gòu)選型與布置結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系時(shí)首先考慮的因素之一。合理選擇結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一般來(lái)說(shuō)純框架結(jié)構(gòu)抗震能力較差；框架-剪力墻結(jié)構(gòu)性能較好；剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)具有良好的空間整體性，剛度也較大，歷次地震中震害都較小。平面布置力求簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，避免應(yīng)力集中的凹角和狹長(zhǎng)的縮頸部位；避免在凹角和端部設(shè)置樓電梯間；避免樓電梯間偏置，以免產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的影響。豎向體型盡量避免外挑，內(nèi)收也不宜過(guò)多、過(guò)急，力求剛度均勻漸變，避免產(chǎn)生變形集中。不僅主體結(jié)構(gòu)，而且非結(jié)構(gòu)墻體(特別是磚砌體填充墻)的不規(guī)則、不連續(xù)布置也可能引起剛度的突變。二、抗震結(jié)構(gòu)的承載力/變形能力/剛度

結(jié)構(gòu)的承載力、剛度要適應(yīng)在地震作用下的動(dòng)力要求，并應(yīng)均勻連續(xù)分布。

在一般靜力設(shè)計(jì)中，任何結(jié)構(gòu)部位的超強(qiáng)設(shè)計(jì)都不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全。但是，在抗震設(shè)計(jì)中，某一部分結(jié)構(gòu)的超強(qiáng)，就可能造成結(jié)構(gòu)的相對(duì)薄弱部位。

因此，抗震設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格遵循該強(qiáng)的就強(qiáng)，該弱的就弱原則，不得任意加強(qiáng)，以及在施工中以大代小、以高鋼號(hào)代低鋼號(hào)改變配筋，如必須代換時(shí)，應(yīng)按鋼筋抗拉承載力設(shè)計(jì)值相等的原則進(jìn)行換算。頂層、中間樓層取消部分墻柱形成大空間層后，要調(diào)整剛度并采取構(gòu)造加強(qiáng)措施。底層部分剪力墻變?yōu)榭蛑е蛉∠糠种雍?，比上層剛度削弱更為不利，?yīng)專門考慮抗震措施。高層建筑突出屋面的塔樓必須具有足夠的承載力和延性，以承受高振型產(chǎn)生的鞭梢效應(yīng)影響。必要時(shí)可以采用鋼結(jié)構(gòu)或型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。

節(jié)點(diǎn)的承載力和剛度要與構(gòu)件的承載力與剛度相適應(yīng)。節(jié)點(diǎn)的承載力應(yīng)大于構(gòu)件的承載力。要從構(gòu)造上采取措施防止反復(fù)荷載作用下承載力和剛度過(guò)早退化。構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)采取有效措施防止脆性破壞，保證構(gòu)件有足夠的延性。脆性破壞指剪切、錨固和壓碎等突然而無(wú)事先警告的破壞形式。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證抗剪承載力大于抗彎承載力，按“強(qiáng)剪弱彎”的方針進(jìn)行配筋。 為提高構(gòu)件的抗剪和抗壓能力，加強(qiáng)約束箍筋是有效措施。保證地基基礎(chǔ)的承載力、剛度和有足夠的抗滑移、抗轉(zhuǎn)動(dòng)能力，使整個(gè)高層建筑成為一個(gè)穩(wěn)定的體系，防止產(chǎn)生過(guò)大的差異沉降和傾覆。保證結(jié)構(gòu)有足夠剛度，限制頂點(diǎn)和層間位移。在小震時(shí)，應(yīng)防止過(guò)大位移使結(jié)構(gòu)開裂，影響正常使用；中震時(shí)，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)不致于嚴(yán)重破壞，可以修復(fù)；在強(qiáng)震下，結(jié)構(gòu)不應(yīng)發(fā)生倒塌，也不能因?yàn)槲灰七^(guò)大而使主體結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定或基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)大而傾覆。三、抗震結(jié)構(gòu)的彈性水平位移控制

彈性位移角控制－層間位移角限值:即需滿足層間位移角的限值。指最大層間位移與層高之比，第i層的指第i層和第i－1層在樓層平面各處位移差

中的最大值。由于建筑結(jié)構(gòu)在水平力作用下幾乎都會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，所以的最大值一般是在結(jié)構(gòu)單元的邊角部位。層間位移角不扣除整體彎曲轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的側(cè)移，抗震時(shí)可不考慮質(zhì)量偶然偏心的影響。高度不大于150m的高層建筑，參見JGJ3－2002；超過(guò)250m的高層建筑＝1/500；150－250m的高層建筑按線性插值考慮。層間位移角控制是為保證在正常使用條件下結(jié)構(gòu)具有必要的剛度，

具體為：保證主結(jié)構(gòu)處于彈性受力狀態(tài)，對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)來(lái)講，要避免砼墻或柱出現(xiàn)裂縫；同時(shí)，將砼梁等樓面構(gòu)件的裂縫數(shù)量、寬度和高度限值在規(guī)范允許范圍內(nèi)。保證填充墻、隔墻、和幕墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的完好， 避免產(chǎn)生明顯損傷。四、抗震結(jié)構(gòu)的多道抗震防線

抗震結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上和構(gòu)造上實(shí)現(xiàn)多道設(shè)防。如框架結(jié)構(gòu)采用強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)，梁屈服后柱仍能保持穩(wěn)定；框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成連梁首先屈服，然后是墻肢，框架作為第三道防線；

剪力墻結(jié)構(gòu)通過(guò)構(gòu)造措施保證連梁先屈服，并通過(guò)空間整體性形成高次超靜定等。 高層建筑避免采用純框架結(jié)構(gòu)。

多道抗震防線指的是：第一，一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)由若干個(gè)延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來(lái)協(xié)同工作。

如框架-抗震墻體系是由延性框架和抗震墻二個(gè)系統(tǒng)組成；雙肢或多肢抗震墻體系由若干個(gè)單肢墻分系統(tǒng)組成。

第二，抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度，有意識(shí)地建立起一系列分布的屈服區(qū)，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，一旦破壞也易于修復(fù)。五、抗震薄弱層/部位的概念，也是抗震設(shè)計(jì)中的重要概念，包括：

結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲(chǔ)備，構(gòu)件的實(shí)際承載力分析(而不是承載力設(shè)計(jì)值的分析)是判斷薄弱層(部位)的基礎(chǔ)；

要使樓層（部位）的實(shí)際承載力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力之比在總體上保持一個(gè)相對(duì)均勻的變化，一旦樓層（或部位）的這個(gè)比例有突變時(shí)，會(huì)由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中；要防止在局部上加強(qiáng)而忽視整個(gè)結(jié)構(gòu)各部位剛度、強(qiáng)度的協(xié)調(diào)；在抗震設(shè)計(jì)中有意識(shí)、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。

六、抗震結(jié)構(gòu)的地震作用

地震的作用是相當(dāng)復(fù)雜的，帶有很多不確定因素。即使在相同的設(shè)防烈度下(相同時(shí))，不同的地震波使建筑產(chǎn)生的反應(yīng)不同，而且離散性很大。現(xiàn)行抗震規(guī)范給出的反應(yīng)譜曲線，也只是很多不同地震的實(shí)際反應(yīng)譜的平均數(shù)值，因此，將來(lái)遇到實(shí)際的地震時(shí)，其地震作用可能低于規(guī)范計(jì)算的數(shù)值，也可能高于這一數(shù)值，不能認(rèn)為按反應(yīng)譜曲線計(jì)算得到的地震作用就是真正的、確實(shí)的數(shù)值。所以，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)必須多方面考慮，并留有充分的余地。

與風(fēng)荷載作用的時(shí)間(常為幾十分鐘至幾個(gè)小時(shí))相比，地震作用的時(shí)間是非常短促的，一次地震往往只經(jīng)歷幾十秒鐘，其中最強(qiáng)烈的振動(dòng)可能只有幾秒鐘。

地震持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，破壞越嚴(yán)重。1985年9月墨西哥地震最大加速度達(dá)0.2g（g為重力加速度），持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3min之久，因而造成了嚴(yán)重的損失。衡量地震作用強(qiáng)烈程度目前常用地面運(yùn)動(dòng)的最大加速度作為標(biāo)志，它就是建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)的基礎(chǔ)輸入最大加速度，其單位為重力加速度g（9.81m/s2）或Gal（gal＝10mm/s2）， 大體上，7度相當(dāng)于最大加速度為100Gal，8度相當(dāng)于200Gal，9度相當(dāng)于400Gal。

結(jié)構(gòu)自振周期應(yīng)與地震動(dòng)卓越周期錯(cuò)開，避免共振造成災(zāi)害。地震動(dòng)卓越周期又稱地震動(dòng)主導(dǎo)周期，是根據(jù)地震時(shí)某一地區(qū)地面運(yùn)動(dòng)記錄計(jì)算出的反應(yīng)譜的主峰值位置所對(duì)應(yīng)的周期，

它是地震震源特性、傳播介質(zhì)和該地區(qū)場(chǎng)地條件的綜合反應(yīng)，并隨場(chǎng)地覆蓋土層增厚變軟而加長(zhǎng)。在地震時(shí)，結(jié)構(gòu)因地面振動(dòng)而產(chǎn)生慣性力，使建筑產(chǎn)生內(nèi)力，振動(dòng)建筑會(huì)產(chǎn)生位移、速度和加速度。地震力大小與建筑的質(zhì)量與剛度有關(guān)。在同等的烈度和場(chǎng)地條件下，建筑的重量越大，受到地震力也越大，因此減小結(jié)構(gòu)自重不僅可以節(jié)省材料，而且有利于抗震。

同樣，結(jié)構(gòu)剛度越大、周期越短，地震作用也大，因此，在滿足位移限值的前提下，結(jié)構(gòu)應(yīng)有適宜的剛度。適當(dāng)延長(zhǎng)建筑的周期，從而降低地震作用，這會(huì)取得 很大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，大多數(shù)建筑在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，只對(duì)平面兩個(gè)正交方向分別進(jìn)行單向地震作用計(jì)算，不考慮雙向、甚至三向地震的藕聯(lián)作用。實(shí)際上地震是非常復(fù)雜的三維振動(dòng)，不僅在水平方向上x向與y向同時(shí)進(jìn)行振動(dòng)，而且還有顯著的豎向(z向)振動(dòng)。僅就水平方向上的振動(dòng)而言，也是極不規(guī)則的。豎向振動(dòng)最大加速度可達(dá)到水平地震加速度的50％-60％，它對(duì)高層建筑、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)都有顯著的影響。

地震對(duì)建筑作用的顯著特點(diǎn)是與建筑本身和場(chǎng)地土的動(dòng)力特性有關(guān)。七、抗震結(jié)構(gòu)的延性

有抗震設(shè)防要求的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除要考慮正常使用時(shí)的豎向荷載、風(fēng)荷載以外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震時(shí)不壞，中震可時(shí)修，大震時(shí)不倒塌。

即當(dāng)遭遇到相當(dāng)于設(shè)防烈度的地震時(shí)，有小的損壞，經(jīng)一般修理仍能繼續(xù)使用；當(dāng)遭遇超設(shè)防烈度強(qiáng)震時(shí)，結(jié)構(gòu)有損壞，但不致使人民生命財(cái)產(chǎn)和重要機(jī)電設(shè)備遭受破壞，使結(jié)構(gòu)做到裂而不倒。建筑結(jié)構(gòu)是否具有耐震能力，主要取決于結(jié)構(gòu)所能吸收和消耗的地震能量。結(jié)構(gòu)抗震能力是由承載力和變形能力兩者共同決定的。

當(dāng)結(jié)構(gòu)承載力較小，但具有很大延性，所能吸收的能量多，雖然較早出現(xiàn)損壞，但能經(jīng)受住較大的變形，避免倒塌。

但是，僅有較大承載力而無(wú)塑性變形能力的脆性結(jié)構(gòu)，吸收的能量少，一旦遭遇超過(guò)設(shè)防烈度的地震作用時(shí)，很容易因脆性破壞使房屋造成倒塌。

一個(gè)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的延性用延性系數(shù)表達(dá)，一般用其最大允許變形與屈服變形的比值表達(dá)，變形可以是線位移、轉(zhuǎn)角或?qū)娱g側(cè)移，其相應(yīng)的延性，稱之為線位移延性、角位移延性和相對(duì)位移延性。

結(jié)構(gòu)延性的表達(dá)式：,

設(shè)為結(jié)構(gòu)屈服時(shí)荷載；則為結(jié)構(gòu)屈服荷載所對(duì)應(yīng)的變形； 為結(jié)構(gòu)極限荷載；為結(jié)構(gòu)極限荷載或降低10％時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大允許變形(或)。

鋼筋混凝土是一種彈塑性材料，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有塑性變形的能力，當(dāng)?shù)卣鹱饔孟陆Y(jié)構(gòu)達(dá)到屈服以后，利用結(jié)構(gòu)塑性變形來(lái)吸收能量。增加結(jié)構(gòu)的延性，不僅能削減地震反應(yīng)，而且提高了結(jié)構(gòu)抗御強(qiáng)烈地震的能力。

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的延性是通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定的，是由采取一系列的構(gòu)造措施實(shí)現(xiàn)的。因此，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范、規(guī)程中有關(guān)的構(gòu)造要求。從保證延性的重要性而言，抗震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施比計(jì)算更重要。建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的延性要求為。為了保證結(jié)構(gòu)的延性，構(gòu)件要有足夠的截面尺寸，柱的軸壓比，梁和剪力墻的剪壓比，構(gòu)件截面配筋率要適宜，應(yīng)遵照規(guī)范、規(guī)程的規(guī)定要求。

合理地控制結(jié)構(gòu)的非彈性部位(塑性鉸區(qū))，掌握結(jié)構(gòu)的屈服過(guò)程及最后形成的屈服機(jī)制。要采取有效措施防止過(guò)早的混凝土剪切破壞、鋼筋錨固滑移和混凝土壓碎 等脆性破壞。

為保證混凝土與鋼筋共同工作，必須使鋼筋有足夠的錨固長(zhǎng)度和混凝土保護(hù)層厚度。在設(shè)計(jì)中無(wú)論柱、梁的縱向鋼筋、墻的分布鋼筋和樓板鋼筋，直徑宜細(xì)不宜粗，間距宜密不宜稀。

合理設(shè)置防震縫。一般情況下宜采取調(diào)整平面形狀與尺寸，加強(qiáng)構(gòu)造措施，設(shè)置后澆帶等方法盡量不設(shè)縫、少設(shè)縫。必須設(shè)縫時(shí)必須保證有足夠的寬度。

第四節(jié)結(jié)構(gòu)的抗震性能

一、構(gòu)件的抗震性能一般認(rèn)為：當(dāng)構(gòu)件吸收到一定值的地震能量以后，便會(huì)破壞。所吸收的能量E可由力-位移曲線的面積來(lái)表示。

當(dāng)結(jié)構(gòu)是完全彈性時(shí)，位移是直線關(guān)系(圖-1)，當(dāng)?shù)拿娣e達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，構(gòu)件破壞；如果構(gòu)件有一定的塑性變形能力，則當(dāng)吸收的地震能量相同時(shí)，受到的地震力較小(圖-2)；塑性變形的能力越大，則受到 地震力越小(圖-3)。如圖-1這種彈性變形的構(gòu)件，是以承載力為抗震能力； 而圖-2和圖-3這樣的構(gòu)件，具有較強(qiáng)的彈塑性變形能力，則是以非線性變形(延性)作為抗震能力。 在的條件下，有,相應(yīng)地。

即是說(shuō)，可利用構(gòu)件的變形能力來(lái)降低地震的作用。如上所述，將構(gòu)件破壞時(shí)變形與屈服時(shí)變形的比值稱為構(gòu)件的延性系數(shù)。延性系數(shù)越大，結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下可以忍受大的塑性變形而不破壞倒塌，可以使地震作用更多地降下來(lái)。因此高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和配筋構(gòu)造都要保證它具有足夠的延性。構(gòu)件的延性由以下因素來(lái)保證：

足夠的截面尺寸； 適宜的配筋； 充分的構(gòu)造措施。二、整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能

結(jié)構(gòu)整體的抗震性能取決于如下因素：

各構(gòu)件的承載能力和變形性能； 構(gòu)件之間連接構(gòu)造的合理性； 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性； 結(jié)構(gòu)的整體性和空間工作能力； 設(shè)有多道抗震設(shè)防系統(tǒng)； 非主要構(gòu)件的抗震能力。當(dāng)結(jié)構(gòu)按保證強(qiáng)度(承載力)和保證變形(延性)兩種方法來(lái)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，各種應(yīng)考慮的因素如下所示:從根本上說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算應(yīng)該是在強(qiáng)烈地震下彈塑性變形能力和承載力極限狀的驗(yàn)算。 強(qiáng)烈地震下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性主要取決于承受變形的能力，而不僅僅是承載力。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件所需的變形能力與結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的最大承載力也是有密切聯(lián)系的，而且是隨結(jié)構(gòu)類型和構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中所處部位的不同而不同的。

砌體結(jié)構(gòu)的變形能力較小，實(shí)現(xiàn)大震不倒需要有相對(duì)較高的承載力； 而變形能力較好的鋼結(jié)構(gòu)，所需的承載力則可能較低些。

房屋結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算，與非抗震設(shè)計(jì)的明顯差異，主要表現(xiàn)在驗(yàn)算范圍、作用效應(yīng)組合和承載力計(jì)算三個(gè)方面。第五節(jié)結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計(jì)

隨著建筑功能的多樣化和城市發(fā)展的需要：

(1)建筑的層數(shù)越來(lái)越多高度越來(lái)越大

(2)平面布置和立面布置越來(lái)越復(fù)雜

計(jì)算機(jī)技術(shù)和結(jié)構(gòu)分析軟件的發(fā)展

(1)普及

(2)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的精確度越來(lái)越高

(3)費(fèi)用下降

若結(jié)構(gòu)嚴(yán)重不規(guī)則、整體性差,僅按目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算水平將難以保證結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計(jì)中不能陷入只憑計(jì)算的誤區(qū)，應(yīng)特別重視規(guī)范規(guī)程中有關(guān)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的各種規(guī)定。

結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能將起決定性作用，因此，

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)首先必須遵循正確的抗震概念設(shè)計(jì)的思路，滿足抗震概念設(shè)計(jì)的要求，以此為基礎(chǔ)，再輔以必要的抗震計(jì)算。

抗震計(jì)算當(dāng)然是很重要的，不可缺少的。但概念設(shè)計(jì)是抗震計(jì)算的前提和基礎(chǔ)。概念設(shè)計(jì)與抗震計(jì)算相比，起著更為決定性的作用，主要原因如下：地震地面運(yùn)動(dòng)的不確定性

由于當(dāng)代科技水平的限制，作為抗震計(jì)算依據(jù)的設(shè)防烈度或相應(yīng)的設(shè)計(jì)基本地震加速度的劃分，還難以十分確切。

地震時(shí)，地震波從震源(斷層)傳遞至地面，必須經(jīng)過(guò)基巖的折射，土層中的非線性傳播，不同土層的濾波等，是一個(gè)極為復(fù)雜的、多變的、非線性的過(guò)程，導(dǎo)致地面運(yùn)動(dòng)的特征及地面加速度難以準(zhǔn)確確定。

例如，美國(guó)學(xué)者曾分析了El-centro臺(tái)站上的15次地震記錄后指出，不同震源引起的地震加速度反應(yīng)譜差別很大。作為世界上對(duì)工程地震的研究最富有成果的美國(guó)圣費(fèi)爾南多(SanFernando)地區(qū)，在圣費(fèi)爾南多地震中，竟然有60％的發(fā)震斷層從未被發(fā)現(xiàn)過(guò)。

近幾十年來(lái)我國(guó)發(fā)生的大地震，大多數(shù)超過(guò)了原定的設(shè)防烈度，原為6度的地區(qū)，卻發(fā)生了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)6度的地震，造成嚴(yán)重的社會(huì)影響和重大的經(jīng)濟(jì)損失。

例如，原來(lái)都為6度的地區(qū)，1966年3月22日的河北邢臺(tái)地震，高達(dá)10度；1969年7月26日廣東陽(yáng)江地震，高達(dá)8度；1975年2月4日遼寧海城地震，高達(dá)9度；1976年7月28日河北唐山地震，高達(dá)11度。

因此，設(shè)計(jì)者如果僅僅依據(jù)設(shè)防烈度進(jìn)行的抗震計(jì)算結(jié)果完成抗震設(shè)計(jì)，有時(shí)是難以確保安全的。地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性及對(duì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜影響尚未被掌握

地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)一般可分解為6個(gè)自由度,但世界各國(guó)至今只記錄到最簡(jiǎn)單的水平分量和豎向分量的地面運(yùn)動(dòng)記錄，

尚未記錄到對(duì)結(jié)構(gòu)破壞也有很大影響的扭轉(zhuǎn)分量的地面運(yùn)動(dòng)記錄，至于其他多種多樣的復(fù)雜的地面運(yùn)動(dòng)分量及其組合作用，至今尚遠(yuǎn)未被人們所掌握。

而目前的抗震計(jì)算，只是按照最簡(jiǎn)單的水平或豎向進(jìn)行計(jì)算，顯然與復(fù)雜地面運(yùn)動(dòng)的實(shí)際作用有所差別。地震時(shí)不同地面運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的機(jī)理的復(fù)雜性也尚未被掌握

例如，美國(guó)1971年2月9日圣費(fèi)爾南多地震中，地面記錄顯示有兩個(gè)加速度峰值的脈沖，第一個(gè)脈沖的加速度值為0.06g，第 二個(gè)脈沖的加速度值為1.25g，

按照抗震計(jì)算的規(guī)定，必須取第二個(gè)脈沖作為最不利的計(jì)算值，但對(duì)某醫(yī)院的地震記錄及分析表明，造成該建筑物破壞的是第一個(gè)脈沖。類似的復(fù)雜例子不勝枚舉。

所以，根據(jù)目前的抗震計(jì)算所得到的結(jié)果，有時(shí)存在較大的誤差。結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算理論目前尚未能充分反映地震時(shí)結(jié)構(gòu)反應(yīng)及破壞的復(fù)雜過(guò)程

地震時(shí)結(jié)構(gòu)的破壞是一個(gè)不斷變化的非線性的、累積性的復(fù)雜過(guò)程，

包括結(jié)構(gòu)及構(gòu)件從出現(xiàn)裂縫至嚴(yán)重?fù)p壞過(guò)程各種動(dòng)力特性(結(jié)構(gòu)基本周期、剛度、阻尼等)的非線性變化；

結(jié)構(gòu)薄弱層或塑性鉸的出現(xiàn)、變形集中或轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度和內(nèi)力的重分布； 結(jié)構(gòu)不同方向構(gòu)件的空間作用、藕聯(lián)作用、填充墻及其他非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響等等。

目前的抗震計(jì)算理論及相應(yīng)的抗震計(jì)算程序均把這些很復(fù)雜的影響因素簡(jiǎn)單化或予以忽略，導(dǎo)致某些結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的分析結(jié)果與地震時(shí)結(jié)構(gòu)的實(shí)際反應(yīng)差別較大。

因此，僅僅根據(jù)抗震計(jì)算結(jié)果而完成的抗震設(shè)計(jì)，有時(shí)是片面的，甚至是不安全的。只有建立在正確的概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上并輔以必要的抗震計(jì)算而完成的抗震設(shè)計(jì)，才能使結(jié)構(gòu)具有較可靠的抗震性能。

因?yàn)楦拍钤O(shè)計(jì)是根據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷真實(shí)地震考驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)或大型地震模擬試驗(yàn)的分析結(jié)果而建立的，有些規(guī)律是目前的理論分析或理論計(jì)算所難以解釋或難以準(zhǔn)確計(jì)算的。

結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)敏感的薄弱部位，地震能量的耗散僅集中在極少數(shù)薄弱部位，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過(guò)早破壞。

現(xiàn)有抗震設(shè)計(jì)方法的前提之一是假定整個(gè)結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用。 在此前提下，才能以多遇地震作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，構(gòu)件設(shè)計(jì)并加以構(gòu)造措施，或采用動(dòng)力時(shí)程分析進(jìn)行驗(yàn)算，試圖達(dá)到罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)不倒塌的目標(biāo)。

一、結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單是指結(jié)構(gòu)在地震作用下具有直接和明確的傳力途徑，結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型、內(nèi)力和位移分析以及限制薄弱部位出現(xiàn)都易于把握，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的估計(jì)也比較可靠。二、結(jié)構(gòu)的規(guī)則和均勻性

沿建筑豎向，建筑造型和結(jié)構(gòu)布置比較均勻，避免剛度、承載能力和傳力途徑的突變，以限制結(jié)構(gòu)在豎向某一樓層或極少數(shù)幾個(gè)樓層出現(xiàn)敏感的薄弱部位。這些部位將產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力集中或過(guò)大的變形，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過(guò)早地倒塌。

建筑平面比較規(guī)則，平面內(nèi)結(jié)構(gòu)布置比較均勻，使建筑分布質(zhì)量產(chǎn)生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，并使質(zhì)量分布與結(jié)構(gòu)剛度分布協(xié)調(diào)，限制質(zhì)量與剛度之間的偏心。

建筑平面規(guī)則、結(jié)構(gòu)布置均勻，有利于防止薄弱的子結(jié)構(gòu)過(guò)早破壞、倒塌，使地震作用能在各子結(jié)構(gòu)之間重分布，增加結(jié)構(gòu)的贅余度數(shù)量，發(fā)揮整個(gè)結(jié)構(gòu)耗散地震能量的作用。三、結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力

水平地震作用是雙向的，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)能抵抗任意方向的地震作用。通常，可使結(jié)構(gòu)沿平面上兩個(gè)主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力。結(jié)構(gòu)的抗震能力則是結(jié)構(gòu)承載力及延性的綜合反映。

結(jié)構(gòu)剛度選擇時(shí)，雖可考慮場(chǎng)地特征，選擇結(jié)構(gòu)剛度,以減少地震作用效應(yīng)，但也要注意控制結(jié)構(gòu)變形的增大，過(guò)大的變形將會(huì)因效應(yīng)過(guò)大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

結(jié)構(gòu)除需要滿足水平方向的剛度和抗震能力外，還應(yīng)具有足夠的抗扭剛度和抵抗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能力?，F(xiàn)有抗震設(shè)計(jì)計(jì)算中不考慮地震地面運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)分量，在概念設(shè)計(jì)中應(yīng)注意提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度和抵抗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能力。

四、結(jié)構(gòu)的整體性

高層建筑結(jié)構(gòu)中，樓蓋對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體性起到非常重要的作用。樓蓋相當(dāng)于水平隔板，它不僅聚集和傳遞慣性力到各個(gè)豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)，

而且要使這些子結(jié)構(gòu)能協(xié)同承受地震作用，特別是當(dāng)豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)布置不均勻或布置復(fù)雜或各抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)水平變形特征不同時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)就要依靠樓蓋使各抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)能協(xié)同工作。

樓蓋體系最重要的作用是提供足夠的面內(nèi)剛度和抗力，并與豎向各子結(jié)構(gòu)有效連接，當(dāng)結(jié)構(gòu)空曠、平面狹長(zhǎng)或平面凹凸不規(guī)則或樓蓋開大洞口時(shí)，更應(yīng)特別注意。

設(shè)計(jì)中不能誤認(rèn)為，在多遇地震作用計(jì)算中考慮了樓板平面內(nèi)彈性變形影響后，就可削弱樓蓋體系。

高層建筑基礎(chǔ)的整體性以及基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的可靠連接是結(jié)構(gòu)整體性的重要保證。

地震作用效應(yīng)基本組合中，含有考慮抗震概念設(shè)計(jì)等的各種效應(yīng)調(diào)整系數(shù)。 例如用周期折減系數(shù)來(lái)反映某些難以準(zhǔn)確計(jì)算的構(gòu)件剛度的影響；

出屋面小建筑地震剪力的增大；樓層地震剪力在抗側(cè)力構(gòu)件之間考慮樓蓋平面內(nèi)變形和多道防線的分配；交叉支撐中拉壓桿的內(nèi)力調(diào)整；剛度突變的軟弱層地震剪力調(diào)整；豎向不連續(xù)構(gòu)件傳遞給水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的地震內(nèi)力調(diào)整等等。

混凝土結(jié)構(gòu)抗震措施中規(guī)定的內(nèi)力調(diào)整，例如強(qiáng)柱弱梁和強(qiáng)剪弱彎的內(nèi)力調(diào)整，是在基本組合后進(jìn)行調(diào)整，也屬于考慮抗震概念設(shè)計(jì)的效應(yīng)調(diào)整。第六節(jié)多高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的基本要求多高層建筑結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的三維空間受力體系，計(jì)算分析時(shí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，選取能較準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的實(shí)際受力狀況的力學(xué)模型。

對(duì)于平面和立面布置簡(jiǎn)單規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)宜采用空間分析模型，可采用平面框架空間協(xié)同模型； 對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)和復(fù)雜布置的框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)采用空間分析模型。目前國(guó)內(nèi)商品化的結(jié)構(gòu)分析軟件所采用的力學(xué)模型主要有：空間桿系模型、空間桿-薄壁桿系模型、空間桿-墻板元模型及其他組合有限元模型。多高層建筑按空間整體工作計(jì)算時(shí)，不同計(jì)算模型的梁、柱自由度是相同的：梁的彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)變形，當(dāng)考慮樓板面內(nèi)變形時(shí)還有軸向變形；柱的彎曲、剪切、軸向、扭轉(zhuǎn)變形。

當(dāng)采用空間桿-薄壁桿系模型時(shí)，剪力墻自由度考慮彎曲、剪切、軸向、扭轉(zhuǎn)變形和翹曲變形；當(dāng)采用其他有限元模型分析剪力墻時(shí)，剪力墻自由度考慮彎曲、剪切、軸向、扭轉(zhuǎn)變形。

高層建筑層數(shù)多、重量大，墻、柱的軸向變形影響顯著，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮。構(gòu)件內(nèi)力是與其變形相對(duì)應(yīng)的，分別為彎矩、剪力、軸力、扭矩等，這些內(nèi)力是構(gòu)件截面承載力計(jì)算的基礎(chǔ)，如梁的彎、剪、扭，柱的壓(拉)、彎、剪、扭，墻肢的壓(拉)、彎、剪，等等。在內(nèi)力與位移計(jì)算中，型鋼混凝土和鋼管混凝土構(gòu)件宜按實(shí)際情況直接參與計(jì)算，此時(shí)，要求計(jì)算軟件具有相應(yīng)的計(jì)算單元。

對(duì)結(jié)構(gòu)中只有少量型鋼混凝土和鋼管混凝土構(gòu)件時(shí)，也可等效為混凝土構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，比如可采用等剛度原則。構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

根據(jù)具體工程情況，選擇使用合適、可靠的計(jì)算分析軟件。對(duì)計(jì)算軟件產(chǎn)生的計(jì)算結(jié)果從力學(xué)概念和工程經(jīng)驗(yàn)等方面加以分析判斷，確認(rèn)其合理性和可靠性，方可用于工程設(shè)計(jì)。

工程經(jīng)驗(yàn)上的判斷一般包括：結(jié)構(gòu)整體位移、結(jié)構(gòu)樓層剪力、振型形態(tài)和位移形態(tài)、結(jié)構(gòu)自振周期、超筋超限情況等。對(duì)關(guān)鍵的抗震薄弱部位和構(gòu)件，抗震承載力必須滿足要求，必要時(shí)應(yīng)采用手算復(fù)核，避免電算結(jié)果因計(jì)算模型不完全符合實(shí)際而造成安全隱患。第七節(jié)建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)

(JGJ3－2001高層砼規(guī)程)

多高層房屋適用高度和高寬比的確定

(1)

鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的最大適用高度和高寬比分為A級(jí)和B級(jí)。

B級(jí)高度高層建筑結(jié)構(gòu)的最大適用高度和高寬比較A級(jí)有所放寬，其結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)和有關(guān)的計(jì)算、構(gòu)造措施應(yīng)符合高規(guī)相應(yīng)條文的規(guī)定。

多層建筑結(jié)構(gòu)只有A級(jí)適用高度。

(2)

A級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度宜符合高規(guī)表4.2.2-1的規(guī)定，具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度應(yīng)符合高規(guī)第7.1.2條的規(guī)定。

框架-剪力墻、剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)高層建筑，其高度超過(guò)高規(guī)表4.2.2-1規(guī)定時(shí)為B級(jí)高度高層建筑。

B級(jí)高度鋼筋混凝土乙類和丙類高層建筑的最大適用高度應(yīng)符合高規(guī)表4.2.2-2的規(guī)定。

(3) 高層建筑的高寬比，是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制。 A級(jí)高度高層建筑的高寬比限值見高規(guī)表4.2.3-1， B級(jí)高度高層建筑的高寬比限值見高規(guī)表4.2.3-2。在復(fù)雜體型的高層建筑中，如何計(jì)算高寬比是比較難以確定的問(wèn)題

一般可按所考慮方向的最小投影寬度計(jì)算高寬比，但對(duì)突出建筑平面很小的局部結(jié)構(gòu)(如樓梯間、電梯間等)，一般不應(yīng)包含在計(jì)算寬度內(nèi)；對(duì)于不宜采用最小投影寬度計(jì)算高寬比的情況，應(yīng)由設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況確定合理的計(jì)算方法；

對(duì)帶有裙房的高層建筑，當(dāng)裙房的面積和剛度相對(duì)于其上部塔樓的面積和剛度較大時(shí)，計(jì)算高寬比的房屋高度和寬度可按裙房以上部分考慮。目前超過(guò)B級(jí)高度高層建筑的高寬比是極個(gè)別的，例如上海金茂大廈(88層，420m)為7.6，深圳地王大廈(81層，320m)為8.8。高層建筑的高寬比在滿足限值時(shí)，可不進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，超過(guò)限值時(shí)應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。

多高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震措施是根據(jù)抗震等級(jí)確定的，抗震等級(jí)的確定與建筑的類別相關(guān)。

不同的建筑類別在考慮抗震等級(jí)時(shí)取用的抗震烈度與建筑場(chǎng)地類別有關(guān)，也就是考慮抗震等級(jí)時(shí)取用烈度與抗震計(jì)算時(shí)的設(shè)防烈度不一定相同。建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)其使用功能的重要性分為甲、乙、丙、丁類四個(gè)抗震設(shè)防類別。高層建筑沒(méi)有丁類抗震設(shè)防。

各抗震設(shè)防類別的高層建筑結(jié)構(gòu)，其抗震措施應(yīng)符合下列要求：

(1)甲類、乙類建筑：當(dāng)本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為6-8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求；當(dāng)本地區(qū)的設(shè)防烈度為9度時(shí)，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。當(dāng)建筑場(chǎng)地為Ⅰ類時(shí)，應(yīng)允許仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施；

(2)丙類建筑：應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求。當(dāng)建筑場(chǎng)地為Ⅰ類時(shí)，除6度外，應(yīng)允許按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度降低一度的要求采取抗震構(gòu)造措施。

按建筑類別及場(chǎng)地調(diào)整后用于確定抗震等級(jí)烈度如下表所示。表按調(diào)整后的抗震等級(jí)烈度

表中:9*表示比9度一級(jí)更有效的抗震措施，主要考慮合理的建筑平面及體型、有利的結(jié)構(gòu)體系和更嚴(yán)格的抗震措施。具體要求應(yīng)進(jìn)行專門研究。

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，多高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)根據(jù)設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度采用不同的抗震等級(jí)，并應(yīng)符合相應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)造措施要求。

A級(jí)高度丙類建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)應(yīng)按下表確定。表A級(jí)高度的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)注：１接近或等于高度分界時(shí)，應(yīng)結(jié)合房屋不規(guī)則程度 及場(chǎng)地、地基條件適當(dāng)確定抗震等級(jí)； ２底部帶轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)，其框支框架的抗震 等級(jí)應(yīng)按表中框支剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用； ３板柱－剪力墻結(jié)構(gòu)中框架的抗震等級(jí)應(yīng)與表中 “板柱的柱”相同。

當(dāng)本地區(qū)的設(shè)防烈度為9度時(shí)，A級(jí)高度乙類建筑的抗震等級(jí)應(yīng)按高規(guī)第4.8.3條規(guī)定的特一級(jí)采用，甲類建筑應(yīng)采取更有效的抗震措施。 注：本規(guī)程“特一級(jí)和一、二、三、四級(jí)”即“抗震等級(jí)為特一級(jí)和一、二、三、四級(jí)”的簡(jiǎn)稱。

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，B級(jí)高度丙類建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)應(yīng)按下表確定。

表B級(jí)高度的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)

注：底部帶轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)，其框支框架和底部加強(qiáng)部位筒體的抗震等級(jí)應(yīng)按表中框支剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用。

建筑場(chǎng)地為Ⅲ、Ⅳ類時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)，宜分別按抗震設(shè)防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)時(shí)各類建筑的要求采取抗震構(gòu)造措施。

抗震設(shè)計(jì)的多高層建筑，當(dāng)?shù)叵率翼攲幼鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用。

地下一層以下結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)，地下室柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積除應(yīng)符合計(jì)算要求外，不應(yīng)少于地上一層對(duì)應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍。

地下室超出上部主樓范圍且無(wú)上部結(jié)構(gòu)的部分，其抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)。

9度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，與主樓連為整體的裙樓的抗震等級(jí)不應(yīng)低于主樓的抗震等級(jí)；

主樓結(jié)構(gòu)在裙房頂部上、下各一層應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施。

房屋高度大、柱距較大而柱中軸力較大時(shí)，宜采用型鋼混凝土、鋼管混凝土柱，或采用高強(qiáng)度混凝土。

高層建筑結(jié)構(gòu)中，抗震等級(jí)為特一級(jí)的鋼筋混凝土構(gòu)件，除應(yīng)符合一級(jí)抗震等級(jí)的基本要求外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定：

框架柱應(yīng)符合下列要求： 宜采用型鋼混凝土柱或鋼管混凝土柱；柱端彎矩增大系數(shù)、柱端剪力增大系數(shù)應(yīng)增大20％；

鋼筋混凝土柱柱端加密區(qū)最小配箍特征值應(yīng)按高規(guī)中表6.4.7的數(shù)值增大0.02采用；

全部縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋百分率，中、邊柱取1.4％，角柱取1.6％。

框架梁應(yīng)符合下列要求：

梁端剪力增大系數(shù)應(yīng)增大20％；梁端加密區(qū)箍筋構(gòu)造最小配箍率應(yīng)增大10％。

框支柱應(yīng)符合下列要求：宜采用型鋼混凝土柱或鋼管混凝土柱；底層柱下端及與轉(zhuǎn)換層相連的柱上端的彎矩增大系數(shù)取1.8，其余層柱端彎矩增大系數(shù)應(yīng)增大20％；

柱端剪力增大系數(shù)應(yīng)增大20％；地震作用產(chǎn)生的柱軸力增大系數(shù)取1.8，但計(jì)算柱軸壓比時(shí)可不計(jì)該項(xiàng)增大；

鋼筋混凝土柱柱端加密區(qū)最小配箍特征值應(yīng)按高規(guī)中表6.4.7的數(shù)值增大0.03采用，且箍筋體積配箍率不應(yīng)小于1.6％；全