建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章課件

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

Seismicdesignofbuildings

主講：張美霞中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院土木系建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章第4章建筑抗震概念設(shè)計4.1場地選擇4.2建筑的平立面布置4.3結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置4.4多道抗震防線4.5剛度、承載力和延性的匹配4.6確保結(jié)構(gòu)的整體性4.7非結(jié)構(gòu)部件處理建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章基本概念1、計算設(shè)計（Numericaldesign）：按荷載計算、內(nèi)力分析及組合、強(qiáng)度計算、構(gòu)造措施等稱為計算設(shè)計。

“計算設(shè)計”——不能完全依賴！

地震方面——地震是一種隨機(jī)振動，具有復(fù)雜性、不確定性，因此很難準(zhǔn)確預(yù)測建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù)。地震在時間和空間上都具有很大的隨機(jī)性。結(jié)構(gòu)分析——未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料時效、阻尼變化等多種因素，也存在不準(zhǔn)確性。

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章基本概念——續(xù)2、概念設(shè)計（Conceptualdesign）：立足于工程抗震基本理論及長期工程抗震經(jīng)驗總結(jié)的工程抗震基本概念的抗震設(shè)計。即根據(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)計思想正確地解決建筑和結(jié)構(gòu)的總體方案、結(jié)構(gòu)布置、材料使用和細(xì)部構(gòu)造等，以便達(dá)到合理抗震設(shè)計的目的。有助于掌握明確的設(shè)計思想，靈活、恰當(dāng)?shù)剡\用抗震設(shè)計原則，是設(shè)計人員不知陷入盲目的計算工作，從而做到比較合理的抗震設(shè)計?？拐鸶拍钤O(shè)計是目前工程設(shè)計高度自動化的背景下唯一具有能動性和創(chuàng)造性的設(shè)計過程。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章基本概念——續(xù)抗震概念設(shè)計的思路：在工程設(shè)計一開始，把握好能量輸入、房屋體型、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、構(gòu)件延性等幾個主要方面，從根本上消除建筑中的抗震薄弱環(huán)節(jié)。輔以必要的計算和構(gòu)造措施，有可能使房屋建筑具有良好的抗震性能和足夠的抗震可靠度。由于對地震作用及結(jié)構(gòu)性能的了解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在某種意義上，概念設(shè)計比計算設(shè)計更重要。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.1場地選擇

不同的場地上的建筑震害不同在建筑選址時，要盡量選擇對建筑抗震有利的地段，避開不利和危險地段。1、避開地震危險地段1）概念建筑抗震危險的地段：指地震時可能發(fā)生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段以及震中烈度為8度以上的發(fā)震斷裂帶在地震時可能發(fā)生地表錯位的地段。非發(fā)震斷層：與當(dāng)?shù)氐牡卣鸹顒有詻]有成因上聯(lián)系的一般斷層，在地震作用下一般不會發(fā)生新的錯動。發(fā)震斷層：具有潛在地震活動的斷層，在過去三萬五千年以內(nèi)曾活動過一次，或者在五萬年內(nèi)活動過兩次的斷層。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.1場地選擇——續(xù)2、選擇有利于抗震的場地1）概念對建筑抗震有利的地段：指位于開闊平坦地的堅硬場地上或密實均勻中硬場地土。對建筑抗震不利的地段：就地形而言，一般是指條狀突出的山嘴，孤立的山包和山梁的頂部，高差較大的臺地邊緣，非巖質(zhì)的陡坡，河岸和邊坡的邊緣；就場地土質(zhì)而言，一般是指軟弱土、易液化土，故河道、斷層破碎帶、暗埋塘濱溝谷或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的地段。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.1場地選擇——續(xù)2）關(guān)于地基基礎(chǔ)設(shè)計，抗震規(guī)范有如下規(guī)定：1、避開危險地帶（如斷裂帶等）；2、同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基上；無法避開時，除考慮不同土層差異運動的影響外，還應(yīng)采用局部深基礎(chǔ)，使整個建筑物的基礎(chǔ)落在同一上層上（圖）3、同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基部分采用樁基；（可設(shè)沉降縫，成為兩個單元）4、地基為軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴(yán)重不均勻時，應(yīng)估計地震時地基不均勻沉降或其他不利影響，并采取相應(yīng)措施，基礎(chǔ)應(yīng)加強(qiáng)其整體性和剛性。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2建筑的平立面布置

一幢房屋的動力性能基本上取決于它的建筑布局和結(jié)構(gòu)布置。建筑布局簡單合理，結(jié)構(gòu)布置符合抗震原則，就能從根本上保證房屋具有良好的耐震性能。《抗震規(guī)范》3.4.1條規(guī)定：建筑設(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。3.4.2條規(guī)定：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)度宜自下而上逐漸減少，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.1建筑平面布置1、建筑平面形狀1）建筑物的平、立面布置宜規(guī)則、對稱，質(zhì)量和剛度變化均勻，避免樓層錯層；2）地震區(qū)的高層建筑，平面以方形、矩形、圓形為好；正六邊形、正八邊形、橢圓形、扇形也可以。3）有較長翼緣的L形、T形、十字形、U形、H形、Y形平面也不宜采用。這些平面的較長翼緣，地震時容易因發(fā)生差異側(cè)移而加重震害。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.1建筑平面布置——續(xù)2、平面不規(guī)則的類型：《規(guī)范》3.4.2規(guī)定：1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移）大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍。2）凹凸不規(guī)則：結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%。3）樓板局部不連續(xù)：樓板的尺寸和平面剛度急劇變化。例如：開洞面積大于該樓層面積的30%，或較大的樓層錯層，或有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.1建筑平面布置——續(xù)3、高層建筑平面尺寸限值

《高層規(guī)程》對地震區(qū)高層建筑的平面形狀作了明確規(guī)定，如下圖和表，并提出對這些平面的凹角處，應(yīng)采取加強(qiáng)措施。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.2建筑立面布置1、建筑立面形狀

地震區(qū)高層建筑的立面應(yīng)采用矩形、梯形、三角形等均勻變化的幾何形狀，盡量避免帶有突然變化的階梯形立面。因為立面形狀的突然變化，會引起質(zhì)量和抗側(cè)移剛度突變，地震時容易因劇烈振動或塑性變形集中（薄弱層）而加重破壞。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.2建筑立面布置——續(xù)2、豎向不規(guī)則的類型

1）側(cè)向剛度不規(guī)則：該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進(jìn)的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%。2）豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)：豎向抗側(cè)力構(gòu)件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架）向下傳遞。3）樓層承載力突變：抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.2建筑立面布置——續(xù)3、高層建筑立面尺寸限值《高層規(guī)程》規(guī)定：建筑的豎向體形宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收。結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應(yīng)采用豎向布置嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。并要求抗震設(shè)計的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70％或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80％。按《高層規(guī)程》，高層建筑的高度限值分A、B兩級，A級規(guī)定較嚴(yán)，是目前應(yīng)用最廣泛的高層建筑高度，B級規(guī)定較寬，但應(yīng)采取更嚴(yán)格的計算和構(gòu)造措施。樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載能力：A級高度：宜≥上一層的80%，應(yīng)≥上一層的65%；B級高度：應(yīng)≥上一層的75%。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.2建筑立面布置——續(xù)收進(jìn)和外挑尺寸要求（宜）：當(dāng)結(jié)構(gòu)上部樓層收進(jìn)部位到室外地面的高度H1與房屋高度H之比大于0.2時，上部樓層收進(jìn)后的水平尺寸B1不宜小于下部樓層水平尺寸B的0.75倍；當(dāng)上部結(jié)構(gòu)樓層相對于下部樓層外挑時，下部樓層的水平尺寸B不宜小于上部樓層水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.3房屋的高度一般而言，房屋愈高，所受到的地震力和傾覆力矩愈大，破壞的可能性也愈大。

但“房屋愈高愈危險”的概念不是絕對的，是有條件的。于1956年建造的高181m的42層拉丁美洲大廈，經(jīng)受住了3次大地震的考驗，幾乎無損壞?！犊拐鹨?guī)范》和《高層規(guī)程》，根據(jù)我國當(dāng)前科研成果和工程實際情況，對各種結(jié)構(gòu)體系適用范圍內(nèi)建筑物的最大高度均作出了規(guī)定。超出該規(guī)定的，要進(jìn)行專門研究?！犊拐鹨?guī)范》尚規(guī)定：對不規(guī)則結(jié)構(gòu)、有框支層抗震墻結(jié)構(gòu)或Ⅳ類場地上的結(jié)構(gòu)，適用的最大高度應(yīng)適當(dāng)降低。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.4房屋的高寬比建筑物的高寬比例，比起其絕對高度來說更為重要。因為建筑物的高寬比值愈大，即建筑愈瘦高，地震作用下的側(cè)移愈大，地震引起的傾覆作用愈嚴(yán)重。巨大的傾覆力矩在柱(墻)和基礎(chǔ)中所引起的壓力和拉力比較難于處理。我國對房屋高寬比的要求是按結(jié)構(gòu)體系和地震烈度區(qū)分的。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.5防震縫的合理設(shè)置遇到下列情況，應(yīng)設(shè)置防震縫：①平面形狀、局部尺寸或者立面形狀不符合規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，而又未在計算和構(gòu)造上采取相應(yīng)措施時；②房屋長度超過規(guī)范規(guī)定的伸縮縫最大間距，又無條件采取特殊措施而必需設(shè)置伸縮縫時；③地基土質(zhì)不均勻，房屋各部分的預(yù)計沉降（包括地震時的沉陷）相差過大，必須設(shè)置沉降縫時；④房屋各部分的質(zhì)量或結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度大小懸殊時。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.5防震縫的合理設(shè)置1、防震縫設(shè)置原因由于建筑平面和體型的多樣化、結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性有時難以避免，為將不規(guī)則結(jié)構(gòu)變?yōu)槿舾梢?guī)則結(jié)構(gòu)，合理地設(shè)置防震縫進(jìn)行結(jié)構(gòu)分段，從而降低抗震設(shè)計的難度及提高抗震設(shè)計的可靠度。在國內(nèi)外歷次地震中，曾一再發(fā)生相鄰建筑物或同幢建筑物相鄰單元之間相撞的震例，究其原因，主要是防震縫寬度偏小或構(gòu)造不當(dāng)所致。2、防震縫設(shè)置原則徹底分離或者牢固連接：忌連又連不牢、分又分不清?！叭p合一”的設(shè)置原則：伸縮縫、沉降縫、防震縫三縫合一，對于抗震設(shè)防烈度為6度以上的房屋，所有伸縮縫、沉降縫均應(yīng)符合防震縫的寬度要求。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.5防震縫的合理設(shè)置——續(xù)3、必須設(shè)置抗震縫的情況①平面形狀、局部尺寸或者立面形狀不符合規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，而又未在計算和構(gòu)造上采取相應(yīng)措施時；②房屋長度超過規(guī)范規(guī)定的伸縮縫最大間距，又無條件采取特殊措施而必需設(shè)置伸縮縫時；③地基土質(zhì)不均勻，房屋各部分的預(yù)計沉降（包括地震時的沉陷）相差過大，必須設(shè)置沉降縫時；④房屋各部分的質(zhì)量或結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度大小懸殊時。4、防震縫寬度

縫寬不足——會發(fā)生碰撞破壞；由于設(shè)縫后造成部分結(jié)構(gòu)段過柔，碰撞造成失穩(wěn)破壞。必須根據(jù)具體情況認(rèn)真處理設(shè)縫位置及設(shè)縫寬度。確定防震縫寬度，除考慮結(jié)構(gòu)變形外，還應(yīng)考慮由于地基變形引起基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動的影響。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.5防震縫的合理設(shè)置——續(xù)5、防震縫最小寬度——良好地基條件下一般結(jié)構(gòu)的最小縫寬。為防止相鄰建筑物在地震中發(fā)生碰撞，防震縫的寬度不宜小于兩側(cè)建筑物在較低建筑物屋頂高度處的垂直防震縫方向的側(cè)移之和。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的防震縫最小寬度，一般情況下應(yīng)符合《抗震規(guī)范》所作的規(guī)定：①框架房屋，當(dāng)高度不超過l5m時，可采用70mm；當(dāng)高度超過l5m時，6度、7度、8度和9度相應(yīng)每增高5m、4m、3m和2m，宜加寬20mm；②框架抗震墻房屋的防震縫寬度，可采用第①條數(shù)值的70％，抗震墻房屋可采用第①條數(shù)值的50％，且均不宜小于70mm。

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.5防震縫的合理設(shè)置——續(xù)③防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不同時，宜按需要較寬防震縫的結(jié)構(gòu)類型和較低房屋高度確定縫寬。例1：某高層建筑為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度，高45米，其群房為框架結(jié)構(gòu)，高20米，主樓和群房間設(shè)防震縫，其最小縫寬應(yīng)為多少？

解：防震縫最小寬度應(yīng)根據(jù)群房框架結(jié)構(gòu)極其高度確定：建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章

例2：6度地區(qū)、框架結(jié)構(gòu)、建筑高度35m，若需設(shè)防震縫，其縫寬應(yīng)為多少？若高為35m剪力墻結(jié)構(gòu)，其縫寬？4.2.5防震縫的合理設(shè)置——續(xù)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.5防震縫的合理設(shè)置——續(xù)6、一般盡可能不設(shè)置抗震縫滿足規(guī)定的防震縫寬度在強(qiáng)烈地震作用下由于地面運動變化，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)、地基變形等復(fù)雜因素，相鄰結(jié)構(gòu)仍可能局部碰撞而損壞；防震縫寬度過大，建筑立面效果、防水處理較難；設(shè)置不當(dāng)反倒會引起相鄰建筑物碰撞、失穩(wěn)、加大破壞。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.2.5防震縫的合理設(shè)置——續(xù)7、不設(shè)置抗震縫處理辦法——高層建筑宜選用合理的建筑結(jié)構(gòu)方案，不設(shè)抗震縫，但要做到：采取措施避免設(shè)置防震縫——調(diào)整平面形狀和尺寸、并在構(gòu)造以及設(shè)計、施工時采取措施。不規(guī)則房屋不設(shè)防震縫時必須沿高度和從平面上考慮相對薄弱及應(yīng)力集中部位的加強(qiáng)及提高延性措施，在這些部位應(yīng)盡量避免設(shè)置樓梯間及在樓板上開較大洞口。對體型復(fù)雜的建筑物不設(shè)抗震縫時，應(yīng)對建筑物進(jìn)行比較精確的結(jié)構(gòu)抗震分析，解決不設(shè)縫帶來的不利影響，如差異沉降、偏心扭轉(zhuǎn)、溫度變形等，估計其局部應(yīng)力和變形集中及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)影響，判明其易損部位，采取加強(qiáng)措施或提高變形能力的措施。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.3結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置

4.3.1結(jié)構(gòu)選型

結(jié)構(gòu)選型涉及的內(nèi)容較多，應(yīng)根據(jù)建筑的重要性、設(shè)防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎(chǔ)、材料和施工等因素，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件比較綜合確定。

1、結(jié)構(gòu)材料的選擇單從抗震角度考慮，作為一種好的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)具備下列性能：①延性系數(shù)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，并能發(fā)揮材料的全部強(qiáng)度。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.3.1結(jié)構(gòu)選型——續(xù)建筑結(jié)構(gòu)類型，依其抗震性能優(yōu)劣而排列的順序是：①鋼結(jié)構(gòu)；②型鋼混凝土結(jié)構(gòu)；③混凝土—鋼混合結(jié)構(gòu)；④現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；⑤預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；⑥裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；⑦配筋砌體結(jié)構(gòu)；⑧砌體結(jié)構(gòu)等。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.3.1結(jié)構(gòu)選型——續(xù)2、抗震結(jié)構(gòu)體系的確定

抗震結(jié)構(gòu)體系是抗震設(shè)計應(yīng)考慮的關(guān)鍵問題，結(jié)構(gòu)方案的選取是否合理，對安全性和經(jīng)濟(jì)性起決定性作用。

《抗震規(guī)范》關(guān)于抗震結(jié)構(gòu)體系，有下列要求：①應(yīng)具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；②宜有多道抗震防線，應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個體系喪失抗震能力或?qū)χ亓Φ某休d能力；③應(yīng)具備必要的強(qiáng)度，良好的變形能力和耗能能力；④宜具有合理的剛度和強(qiáng)度分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中；對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.3.1結(jié)構(gòu)選型——續(xù)3.在設(shè)計房屋之前，一般應(yīng)首先了解場地和地基上及其卓越周期，調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度，避開共振周期。4.選擇結(jié)構(gòu)體系時，要注意選擇合理的基礎(chǔ)形式。對于軟弱地基宜選用樁基、筏片基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)。巖層高低起伏不均勻或有液化土層時最好采用樁基等。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.3.2結(jié)構(gòu)布置的一般原則1、平面布置力求對稱（質(zhì)量、剛度、強(qiáng)度）對稱結(jié)構(gòu)在地面平動作用下，水平地震力按構(gòu)件剛度分配，因而各構(gòu)件受力比較均勻。而非對稱結(jié)構(gòu)，由于剛心偏在一邊，質(zhì)心與剛心不重合，遠(yuǎn)離剛心的剛度較小構(gòu)件，由于側(cè)移量很大，所分擔(dān)的水平地震剪力也顯著增大，甚至導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)因一側(cè)構(gòu)件失效而倒塌。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.3.2結(jié)構(gòu)布置的一般原則——續(xù)最為典型的例子是1972年2月23日南美洲的馬那瓜地震。馬那瓜有相距不遠(yuǎn)的兩幢高層建筑，一幢為十五層高的中央銀行大廈，平面不規(guī)則，4個樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻，破壞嚴(yán)重，震后拆除；另一幢為18層高的美洲銀行大廈，結(jié)構(gòu)是均勻?qū)ΨQ的，基本的抗側(cè)力體系包括4個L形的筒體，對稱地由連梁連接起來，輕微損壞，稍加修理便恢復(fù)使用。當(dāng)?shù)氐卣鹆叶裙烙嫗?度。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.3.2結(jié)構(gòu)布置的一般原則——續(xù)當(dāng)建筑層數(shù)很多時，上面各層偏心引起的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對下層的積累，對下面幾層更不利。所以，進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時，除了要求各向?qū)ΨQ外，還希望能具有較大的抗扭剛度。因此，下圖（a）、（b）所示的抗震墻沿房屋周邊布置的方案，就優(yōu)于（c）、（d）所示在房屋內(nèi)部布置的方案。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.3.2結(jié)構(gòu)布置的一般原則——續(xù)2、豎向布置力求均勻

結(jié)構(gòu)豎向布置的關(guān)鍵在于：盡可能使其豎向剛度、強(qiáng)度變化均勻，避免出現(xiàn)薄弱層，并應(yīng)盡可能降低房屋的重心。注意上剛下柔的結(jié)構(gòu)的處理由于商業(yè)的需要，結(jié)構(gòu)底部幾層往往需要設(shè)置大空間，上部各層為全墻體系或框架一抗震墻體系，而底層或底部兩三層則為框架體系，整個結(jié)構(gòu)屬“框托墻”體系。這便是工程上稱之為“框支剪力墻”或“底部框架”的結(jié)構(gòu)。這種體系很不利于抗震，應(yīng)保證下部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度不能小于上部抗側(cè)剛度的一定比例。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.3.2結(jié)構(gòu)布置的一般原則——續(xù)同一樓層的框架柱，應(yīng)該具有大致相同的剛度、強(qiáng)度和延性，否則，地震時很容易因受力大小懸殊而被各個擊破。在采用純框架結(jié)構(gòu)的高層建筑中，如果將樓梯踏步斜梁和平臺梁直接與框架柱相連，就會使該柱變成短柱，地震時容易發(fā)生剪切破壞，應(yīng)予避免或采取相關(guān)措施。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.4多道抗震防線

4.4.1多道抗震防線的必要性1、多道抗震防線的定義

①一個抗震結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作，即分體系間的連接部件應(yīng)有適當(dāng)強(qiáng)度、較好延性和穩(wěn)定的滯回性能?？蚣埽拐饓w系：由延性框架和抗震墻兩個系統(tǒng)組成；雙肢或多肢抗震墻體系：由若干個單肢墻分系統(tǒng)組成；框架體系：框架梁和框架柱；建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.4.1多道抗震防線的必要性——續(xù)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（相當(dāng)于超靜定次數(shù)，利用塑性變形的前提），有意識地建立起一系列分布的屈服區(qū)（塑性鉸區(qū)），以使結(jié)構(gòu)能夠吸收和耗散大量的地震能量，一旦破壞也易于修復(fù)。帶贅余桿件的耗能結(jié)構(gòu)(a)雙肢墻；(b)墻和框架；(c)并列斜撐；(d)芯筒和框架柱

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.4.1多道抗震防線的必要性——續(xù)2、多道抗震防線的必要性：多道抗震防線對抗震結(jié)構(gòu)是必要的。強(qiáng)烈地震往往有一定的持續(xù)時間（幾秒～幾十秒），并且往往伴隨多次余震，結(jié)構(gòu)在首次破壞后再遭余震，將會引起損傷累積，當(dāng)?shù)谝坏婪谰€的抗側(cè)力構(gòu)件在強(qiáng)烈地震襲擊下遭到破壞后，后備的第二道至第三道防線的抗側(cè)力構(gòu)件立即接替，抵擋住后續(xù)的地震動的沖擊，可保證建筑物最低限度的安全，免于倒塌。適當(dāng)處理構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，將使其在強(qiáng)震作用下形成多道防線、是提高結(jié)構(gòu)抗震性能、避免倒塌的有效措施。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.4.2第一道防線的構(gòu)件選擇原則

地震的往復(fù)水平作用使結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞、但結(jié)構(gòu)的最后倒塌是因為結(jié)構(gòu)喪失了承受豎向荷載的能力，即倒塌主要取決于豎向荷載。因此，1、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，或選用軸壓比值較小的抗震墻、實體筒體之類構(gòu)件，作為第一道抗震防線的抗側(cè)力構(gòu)件；一般情況，不宜采用軸壓比很大的框架柱兼作第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)件?！粫l(fā)生結(jié)構(gòu)倒塌。2、如因條件有限，只能采用單一的框架體系，框架就成為整個體系中唯一的抗側(cè)力構(gòu)件，此時應(yīng)采用“強(qiáng)柱弱梁”型延性框架（即梁為第一道，柱為第二道）。

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.4.2第一道防線的構(gòu)件選擇原則——續(xù)框架破壞機(jī)制

強(qiáng)柱型框架如下圖左，在水平地震作用下，梁端首先出現(xiàn)塑性鉸，梁的屈服先于柱的屈服，行成梁鉸破壞機(jī)制。弱柱型框架如下圖右，在水平地震作用下，柱端首先出現(xiàn)塑性鉸，柱的屈服先于柱的屈服，行成柱鉸破壞機(jī)制。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.4.2第一道防線的構(gòu)件選擇原則——續(xù)“強(qiáng)柱弱梁”延性框架由于梁只承受一層或局部重力荷載，柱承受其上多層的總重力荷載；鋼筋端部錨固使梁具有懸索作用，只要鋼筋端部錨固未失效，懸索作用能維持樓面不立即坍塌。故在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生較大側(cè)移進(jìn)入非彈性階段時，為使框架保持足夠的豎向承載能力而免于倒塌，要求實現(xiàn)梁鉸破壞機(jī)制，即塑性鉸應(yīng)首先在梁上形成，盡可能避免在破壞后危害更大的柱上出現(xiàn)塑性鉸，實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”延性框架的抗震設(shè)計，利用梁的變形、破壞來消耗地震能量。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.4.3利用贅余構(gòu)件增多抗震防線贅余構(gòu)件的作用利用結(jié)構(gòu)中增設(shè)的贅余桿件的屈服和變形，來耗散輸入的地震能量；利用贅余桿件的破壞和退出工作，使整個結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)定體系過渡到另一種穩(wěn)定體系，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)周期的變化，避開地震動卓越周期長時間持續(xù)作用所引起的共振效應(yīng)；——對結(jié)構(gòu)動力特性的適當(dāng)控制，來減輕建筑物的破壞程度，經(jīng)濟(jì)。但要注意：太被動、而且不一定有效。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5剛度、承載力和延性的匹配基本概念1、剛度——結(jié)構(gòu)剛度是影響結(jié)構(gòu)在設(shè)計地震作用下非結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求、以及彈塑性變形需求的一個關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)。設(shè)計過程中的早期工作將是確定一個合理的剛度值，檢查典型樓層的層間位移和合理的結(jié)構(gòu)周期。結(jié)構(gòu)剛度的分布關(guān)系到結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分配，某些部位剛度過大會導(dǎo)致該處的內(nèi)力（或應(yīng)力）集中。參數(shù)——K值、D值與EI、GA、EA、L有關(guān)。剛度大——自振周期T小，結(jié)構(gòu)地震剪力大。（反應(yīng)譜）剛度小——結(jié)構(gòu)彈性變形大、超過彈性變形限值。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5剛度、承載力和延性的匹配——續(xù)2、強(qiáng)度——結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度應(yīng)該以設(shè)防目標(biāo)相符。合適的強(qiáng)度應(yīng)該能夠避免結(jié)構(gòu)在小震下產(chǎn)生破壞和在大震下出現(xiàn)超出結(jié)構(gòu)變形能力的過大非線性變形。在大地震下結(jié)構(gòu)不存在強(qiáng)度的儲備，設(shè)計者要作的是保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分布均勻，即結(jié)構(gòu)實際強(qiáng)度的分布與地震作用的分布相一致，否則就會出現(xiàn)薄弱層。參數(shù)——R：Mu、Vu、Nu。承載能力驗算。3、延性——所謂延性，即結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或材料承載能力無明顯降低前提下（不低于其極限承載力的85%）結(jié)構(gòu)發(fā)生非彈性變形的能力，即屈服后能夠基本維持其屈服強(qiáng)度的非線性變形能力。延性是抗震設(shè)計中的一個無比重要的參數(shù)。參數(shù)——Δu/Δy。彈塑性變形驗算。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5剛度、承載力和延性的匹配——續(xù)抗震設(shè)計中沒有哪一個單一的設(shè)計參數(shù)可以控制不同部件抗震性能目標(biāo)的要求。為了滿足不同部件的性能目標(biāo)，甚至?xí)a(chǎn)生不同設(shè)計參數(shù)之間的沖突。如結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度需求（地震產(chǎn)生的慣性力）和器物的加速度反應(yīng)主要受結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度所影響，為了滿足對應(yīng)的性能要求往往希望結(jié)構(gòu)具備較小的剛度，而為了控制非結(jié)構(gòu)的破壞又往往希望有較大的剛度。為滿足某一性能水平下建筑中的不同部件（結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)和器物）對不同設(shè)計控制參數(shù)的需求，抗震設(shè)計往往是一個不斷迭代、相互妥協(xié)的過程，以尋找為滿足不同性能水平下不同建筑部件的性能目標(biāo)對強(qiáng)度、剛度、延性需求的合理統(tǒng)一。必要的承載能力和良好的變形能力的結(jié)合便使結(jié)構(gòu)在地震作用下具有的耗能能力。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5.1剛度與承載力

提高結(jié)構(gòu)剛度：優(yōu)點——可以減小結(jié)構(gòu)側(cè)移、減輕地震災(zāi)害損失；缺點——結(jié)構(gòu)剛度大、自振周期小、地震反應(yīng)大、要求較高水平抵抗力、提高工程造價、降低結(jié)構(gòu)延性。例如：短柱——抗側(cè)移剛度大，但是受剪承載能力較小、剛度和強(qiáng)度不匹配經(jīng)常造成嚴(yán)重的剪切破壞（斜裂縫）?？蚣芙Y(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度小、結(jié)構(gòu)側(cè)移大，如果抗側(cè)移剛度不足（小震作用下層間側(cè)移角達(dá)到1/600以上、基本烈度下的層間側(cè)移角超過1/200時），P-Δ效應(yīng)將使梁柱等桿件截面產(chǎn)生較大的次彎矩，進(jìn)一步加大桿件截面的內(nèi)力偏心距和局部壓應(yīng)力，應(yīng)在承載能力驗算和構(gòu)造措施上充分考慮。此外，框架側(cè)移很大時還可能發(fā)生附加側(cè)移與P-Δ效應(yīng)相互促進(jìn)的惡性循環(huán)。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5.1剛度與承載力——續(xù)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻的數(shù)量及厚度——剪力墻數(shù)量多、厚度大，剛度（GA）大、自振周期短、地震作用大；剪力墻數(shù)量小、厚度小，剛度小、自振周期長、地震作用小。設(shè)計——根據(jù)建筑物重要性、建筑裝修等級和設(shè)防烈度高低所確定的結(jié)構(gòu)側(cè)移限值，來確定抗震墻的數(shù)量和厚度，使建筑物具有盡可能長的自振周期紀(jì)最小的水平地震作用。通過試算確定。剪力墻厚度厚度要適度，不能過厚，因為：厚墻使建筑自振周期變短，水平地震作用增大；很難使600mm后的RC剪力墻的延性達(dá)到一般結(jié)構(gòu)所需要的延性指標(biāo)；而延性較低的RC墻體，在地震作用下發(fā)生剪切破壞的可能性以及斜裂縫的開展寬度均增大；厚墻開裂后的剛度退化幅度增大，由此引起的框架剪力增加值加大。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5.1剛度與承載力——續(xù)剪力墻結(jié)構(gòu)

在保證結(jié)構(gòu)變形小于限值、墻體壓曲穩(wěn)定的前提下、應(yīng)盡量減薄縱、橫墻體的厚度，或采用“主次結(jié)構(gòu)”，加大墻體的間距，減小墻體的數(shù)量，以降低結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度，減小墻體的水平地震剪力和彎矩。應(yīng)通過恰當(dāng)?shù)呐浣睿岣邏w抗主拉應(yīng)力的強(qiáng)度。對于層數(shù)較多的房屋，為防止墻體的水平施工縫在巨大地震剪力作用下發(fā)生水平錯動，可在房屋下部幾層的水平施工縫處配置一些斜向鋼筋；鋼筋混凝土剪力墻的根部截面，當(dāng)軸向壓應(yīng)力較小，而剪應(yīng)力較大時，也應(yīng)配置交叉斜筋，以提高其抗剪承載能力，避免地震時出現(xiàn)剪切滑移。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5.2剛度與延性框架——由線形桿件組成并以其桿件抗彎能力來抵抗側(cè)力的構(gòu)件，抗側(cè)移剛度小，通過合理配筋，可以具有較好的延性；墻體——一種片狀構(gòu)件，靠平面內(nèi)的抗剪、抗彎能力來抵抗側(cè)力，由于高寬比較小，抗側(cè)移剛度較大，除彎曲變形外，剪切變形占有相當(dāng)大的比重，因而延性較差。豎向支撐——雖然也是由線形桿件所組成，但由于屬于軸力桿系，因而具有較大的抗側(cè)移剛度，但由于其中的受壓桿件容易發(fā)生側(cè)向撓曲，延性較差。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5.2剛度與延性——續(xù)由框架和墻體或由框架和支撐所組成的雙重體系中，框架的剛度小，承擔(dān)的地震力小，而彈性極限變形值和延性系數(shù)卻較大；墻體或豎向支撐剛度大，承擔(dān)的地震力大，而彈性變形值和延性系數(shù)卻較小。整個結(jié)構(gòu)在往復(fù)地震動的持續(xù)作用下，墻體或豎向支撐很快就超過自身的較小彈性極限變形值，墻體出現(xiàn)裂縫，支撐發(fā)生桿件屈曲，水平抗力逐步降低；而此刻的結(jié)構(gòu)層間側(cè)移角還遠(yuǎn)小于框架的彈性極限變形值，框架尚未充分發(fā)揮其自身的水平抗力，這種由于體系中各抗側(cè)力構(gòu)件的剛度與延性不匹配，造成各構(gòu)件不能同步協(xié)調(diào)的發(fā)揮水平抗力，出現(xiàn)先后破壞的各個擊破情況。所以，協(xié)調(diào)抗側(cè)力體系中各構(gòu)件的剛度與延性，使其相互匹配，是工程設(shè)計中的一條重要設(shè)計原則。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5.3結(jié)構(gòu)不同部位的延性要求1、結(jié)構(gòu)的延性

結(jié)構(gòu)延性含義①結(jié)構(gòu)總體延性：一般用結(jié)構(gòu)的“頂點側(cè)移比”或結(jié)構(gòu)的“平均層間側(cè)移比”來表達(dá)；②結(jié)構(gòu)樓層延性：以一個樓層的層間側(cè)移比來表達(dá)；③構(gòu)件延性：指整個結(jié)構(gòu)中某一構(gòu)件（一榀框架或一片墻體）的延性；④桿件延性：指一個構(gòu)件中某一桿件（框架中的梁或柱，墻片中的連梁或墻肢）的延性。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5.3結(jié)構(gòu)不同部位的延性要求——續(xù)2、延性設(shè)計的原則在結(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)總體的延性要求；對構(gòu)件中關(guān)鍵桿件或部的延性要求，又高于對整個構(gòu)件的延性要求。實際工程中比較經(jīng)濟(jì)有效的辦法是，有選擇地重點提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及某些構(gòu)件中關(guān)鍵桿件或關(guān)鍵部位的延性。其原則是：①在結(jié)構(gòu)的豎向，應(yīng)該重點提高樓房中可能出現(xiàn)塑性變形集中的相對柔弱樓層的構(gòu)件延性。對于剛度沿高度均勻分布的簡單體型建筑，應(yīng)著重提高底層構(gòu)件延性；建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5.3結(jié)構(gòu)不同部位的延性要求——續(xù)對于大底盤的高層建筑，應(yīng)該著重提高主樓與裙房頂面向銜接的樓層中構(gòu)件的延性；對于其他不規(guī)則立面高層建筑，應(yīng)著重加強(qiáng)體型突變處樓層構(gòu)件延性；對于框托墻體系、框支墻體系，應(yīng)著重提高底層或底部幾層框架延性。②在平面位置上，應(yīng)該著重提高房屋周邊轉(zhuǎn)角處、平面突變處以及復(fù)雜平面各翼相接處的構(gòu)件延性。對于偏心結(jié)構(gòu)，應(yīng)加大房屋周邊特別是剛度較弱一端構(gòu)件的延性。

③對于具有多道抗震防線的抗側(cè)力體系，應(yīng)著重提高第一道防線中構(gòu)件的延性。在框架-剪力墻體系中，應(yīng)重點提高抗震墻的延性；建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5.3結(jié)構(gòu)不同部位的延性要求——續(xù)在筒中筒體系中，應(yīng)重點提高實墻內(nèi)筒的延性。在框架-剪力墻體系中，應(yīng)重點提高抗震墻的延性；在筒中筒體系中，應(yīng)重點提高實墻內(nèi)筒的延性。

④在同一構(gòu)件中，應(yīng)著重提高關(guān)鍵桿件的延性。對于框架和框架筒體，應(yīng)優(yōu)先提高柱的延性；對于聯(lián)肢墻，應(yīng)特別注意加大各層連梁的延性；對于全墻體系中滿布窗洞的外墻（壁式框架）、應(yīng)著重加強(qiáng)提高窗間墻的延性；⑤在同一桿件中，重點提高延性的部位應(yīng)該是預(yù)期該構(gòu)件地震時首先屈服的部位：例如梁的兩端、柱的上、下端、抗震墻墻肢的根部等。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5.4改善構(gòu)件延性的途徑（1）控制構(gòu)件的破壞形態(tài)：彎曲構(gòu)件的延性遠(yuǎn)大于剪切構(gòu)件的延性，所以爭取更多的構(gòu)件實現(xiàn)彎曲破壞——強(qiáng)剪弱彎設(shè)計原則；控制框架結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制，使梁的彎曲破壞先于柱的彎曲破壞，稱為：“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計原則。（2）減小構(gòu)件的軸壓比（N/bchcfc）：確定截面尺寸時應(yīng)該控制軸壓比，柱的側(cè)移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降；在高軸壓比情況下，增加箍筋用量對提高柱延性比不再發(fā)揮作用。（3）高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用：當(dāng)高層建筑超過40層時，為了保證框架柱具有良好的延性，降低軸壓比，宜采用高強(qiáng)混凝土。不過設(shè)計中應(yīng)該注意，采用高強(qiáng)混凝土?xí)r，還應(yīng)適當(dāng)降低剪壓比。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.5.4改善構(gòu)件延性的途徑——續(xù)（4）鋼纖維混凝土的應(yīng)用：鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入少量（體摻率為1％～2％）亂向短鋼纖維形成的一種復(fù)合材料。鋼纖維混凝土具有較高的抗拉、抗裂和抗剪強(qiáng)度，良好的抗沖擊韌性和抗地震延性。（5）型鋼混凝土的應(yīng)用：型鋼鋼筋混凝土（SRC）結(jié)構(gòu)是把型鋼（S）置入鋼筋混凝土（RC）中，使型鋼、鋼筋（縱筋和箍筋）、混凝土三種材料元件協(xié)同工作以抵抗各種外部作用效應(yīng)的一種結(jié)構(gòu)。SRC結(jié)構(gòu)具有較大的強(qiáng)度、剛度、延性和抗震性能。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第四章4.6確保結(jié)構(gòu)的整體性

地震作用下