建筑抗震概念設(shè)計

1、 4 建筑抗震概念設(shè)計 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)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R抗震設(shè)計：對地震區(qū)的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行的一種專業(yè)設(shè)計，一般包括抗震概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)抗震計算和抗震構(gòu)造措施三個方面。R抗震概念設(shè)計：基于震害經(jīng)驗建立的抗震基本原則和思想。包括工程結(jié)構(gòu)的總體布置和細(xì)部構(gòu)造。概述 由于地震的隨機(jī)性，結(jié)構(gòu)抗震不能完全依賴“計算設(shè)計”，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，是構(gòu)造良好結(jié)構(gòu)性能的決定因素，即“概念設(shè)計”。 概念設(shè)計強(qiáng)調(diào)，在工程設(shè)

2、計一開始，就應(yīng)把握好能量輸入、房屋體形、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)，再輔以必要的計算和構(gòu)造措施，就有可能具有良好的抗震性能和足夠的抗震可靠度的建筑。 4.1 場地選擇 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 場地選擇4.1.1 避開地震危險地段危險地段：指地震時可能發(fā)生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段，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。規(guī)范3.3.1 對不利地段，應(yīng)提出避開要求；當(dāng)無法避開時，應(yīng)采取有效措施；不應(yīng)在危險地段建造甲、乙、丙類建筑。4.1.2 選擇有利于抗震的場地規(guī)范3.3.4 地基和基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)符合下列要求

3、：1、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；（圖4.1）2、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）3、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。（圖4.2，措施見第2章）4.2 建筑的平立面布置抗震規(guī)范3.4.1 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 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

4、度和承載力突變。 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計R抗側(cè)力體系：抗御水平地震作用的結(jié)構(gòu)體系。（1）抗震墻：主要用于抵抗地震水平作用的墻體。也稱剪力墻。（2）抗震支撐：在工程結(jié)構(gòu)中用以承擔(dān)水平地震作用并加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的支撐系統(tǒng)。分為水平支撐和豎向支撐。4.2.1 建筑平面布置平面不規(guī)則的類型：規(guī)范3.4.21、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

5、板寬度小于該層樓板典型寬度的50%。高層建筑的平面形狀：高層規(guī)程對地震區(qū)高層建筑的平面形狀要求如圖4.5和表4.1所示。4.2.2 建筑立面布置地震區(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。（教材圖4.6、4.7）豎向不規(guī)則的類型：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%。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。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

6、的80%。針對高層建筑： A級高度：樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于80%上一層受剪承載力，不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的65%。B級高度：樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的75%?？拐鹪O(shè)計時：水平外挑尺寸。、上部樓層的水平尺寸下部樓層的水平尺寸、）、圖且房屋高度、寬度。、。樓層收進(jìn)后的水平尺寸室外地面的高度、上部上部樓層收進(jìn)部位到、圖時ad8c. 4(4, 9 . 0)b8a. 4(75. 0,2 . 0111111BBmaBBBHBHBBHH4.2.3 房屋的高度 一般，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，但不是絕對的，與經(jīng)濟(jì)有關(guān)。 多層

7、、高層混凝土結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高度見P98表5.1。 多層砌體房屋的高度限值見P138表6.14.2.4 房屋的高寬比見P98表5.2，P138表6.24.2.5 防震縫的合理設(shè)置變形縫包括：伸縮縫、沉降縫、防震縫，對于抗震設(shè)防烈度為6度以上的房屋，伸縮縫、沉降縫均應(yīng)符合防震縫的要求，即在抗震區(qū)，三種縫統(tǒng)稱為防震縫。高層建筑一般通過調(diào)整平面形狀和尺寸，并在構(gòu)造上以及施工時采取一些措施，不設(shè)防震縫。當(dāng)需要設(shè)置防震縫時，防震縫的最小縫寬應(yīng)符合下列規(guī)定：規(guī)范6.1.4（1）框架房屋，當(dāng)高度不超過15m，可采用70mm；當(dāng)高度超過15m，6度、7度、8度、9度相應(yīng)每增高5m、 4m、 3m 、2m，宜

8、加寬20mm；（2）框架抗震墻房屋的防震縫寬，可采用（1）數(shù)值的70%；抗震墻房屋可采用（1）數(shù)值的50%，且不宜小于70mm。 例：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？建筑高度為37m，縫寬？若高為37m剪力墻結(jié)構(gòu)，其縫寬？85mm70(mm),8550%170b3(mm)170205153770b(2)(mm)150205153570) 1 (?。ń猓鹤畲笳麛?shù)b4.3 結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置4.3.1 結(jié)構(gòu)選型（1）結(jié)構(gòu)材料的選擇從抗震角度考慮，作為一種好的結(jié)構(gòu)材料，其結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具備：延性系數(shù)高（如鋼結(jié)構(gòu)）強(qiáng)度/重力比值大（如輕質(zhì)高強(qiáng)材料）勻質(zhì)性好正交各向同性（

9、變形相同）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。 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計 按照上述標(biāo)準(zhǔn)，常見結(jié)構(gòu)類型，按其抗震性能的優(yōu)劣排序為： 鋼結(jié)構(gòu) 型鋼混凝土結(jié)構(gòu) 混凝土鋼組合結(jié)構(gòu) 現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 配筋砌體結(jié)構(gòu) 砌體結(jié)構(gòu)（2）抗震結(jié)構(gòu)體系的確定結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合下列各項要求規(guī)范3.5.2應(yīng)具有明確的計算見圖和合理的地震作用傳遞途徑。應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。應(yīng)具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。4.3.2結(jié)構(gòu)布置的一般

10、原則（1）平面布置力求對稱 若為非對稱結(jié)構(gòu)，因質(zhì)心與剛心不重合，遠(yuǎn)離剛心的構(gòu)件，由于側(cè)移量很大，所分擔(dān)的水平地震剪力就大，容易出現(xiàn)超出其允許抗力和變形極限而發(fā)生嚴(yán)重破壞，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)因一側(cè)構(gòu)件失效而倒塌。（圖4.10、4.11比較）（2）豎向布置力求均勻 結(jié)構(gòu)豎向布置的關(guān)鍵：盡可能使豎向剛度、強(qiáng)度均勻變化，避免出現(xiàn)薄弱層，并應(yīng)盡可能降低房屋的重心。 由以上可知：結(jié)構(gòu)材料與結(jié)構(gòu)體系選擇應(yīng)符合抗震結(jié)構(gòu)體系的要求，結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)力求對稱，豎向布置應(yīng)使其剛度、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。4.4 多道抗震設(shè)防線4.4.1 多道抗震設(shè)防線的必要性多道抗震防線：（1）一抗震結(jié)構(gòu)體

11、系，應(yīng)有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。如：框架抗震墻體系是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。（2）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，有意識地建立一系列分布的屈服區(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)。 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計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，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。R強(qiáng)柱弱梁：使框架結(jié)構(gòu)塑性鉸出現(xiàn)在梁端

12、的設(shè)計要求。用以提高結(jié)構(gòu)的變形能力，防止在強(qiáng)烈地震作用下倒塌。R強(qiáng)剪弱彎：使鋼筋混凝土構(gòu)件中與正截面受彎承載力對應(yīng)的剪力低于該構(gòu)件斜截面受剪承載力的設(shè)計要求。用以改善構(gòu)件自身的抗震性能。R柔性底層：用變形能力大的延性框架代替房屋底層的抗震墻，以減少地震震動向上部各層傳遞的一種抗震設(shè)計思想。R框支剪力墻：底層或底部兩三層為框架體系，上部各層為抗震墻或框架抗震墻體系。4.4.2 第一道防線的構(gòu)件選擇原則：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。如

13、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） 4.4.3 利用贅余構(gòu)件增多抗震防線當(dāng)建筑物受到地震動主脈沖卓越周期的作用時，一方面利用結(jié)構(gòu)中增設(shè)的贅余構(gòu)件的屈服和變形，來耗散輸入的地震能量；另一方面利用贅余構(gòu)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，以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)。雙重抗側(cè)力體系，具有兩道抗震防線，如下圖：為進(jìn)一步增加雙重抗側(cè)力體系的抗震防線，可增設(shè)若干贅余構(gòu)件，使這些贅余構(gòu)件可以先達(dá)到破壞。梁的剪跨比： a與h0的比值。剪

14、跨比影響了梁的斜截面受剪承載力和破壞的方式，決定了主應(yīng)力的大小和方向。柱的剪跨比：M/vh0,h0為與M平行方向柱截面有效截面高度。剪跨比2時，為長柱，2時為短柱，1.5時為超短柱。長柱的破壞形式多為彎曲破壞，短柱多為剪切破壞，超短柱發(fā)生剪切斜拉破壞。同一樓層各柱之間的抗側(cè)剛度不是很懸殊，但是一旦存在少數(shù)短柱，它們的抗側(cè)剛度遠(yuǎn)大于一般柱子的抗側(cè)剛度，短柱將吸收較大水平地震剪力，尤其是框架結(jié)構(gòu)中的少數(shù)短柱。一般常見的短柱出現(xiàn)在樓梯間，半平臺或者因為建筑上開窗需要將框架梁設(shè)置在半平臺處時，在半平臺處會對框架柱有約束作用，容易形成短柱。.5 . 2200連續(xù)梁稱為深梁的簡支鋼筋混凝土多跨梁和的簡之鋼

15、筋混凝土單跨深梁：hlhl4.5 剛度、承載力和延性的匹配4.5.1 剛度與承載力 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計載力）(即減小剛度，提高承注意。載力不匹配，設(shè)計時應(yīng)較大的剛度和較小的承承載力?。ǘ讨膭偠忍卮?，而與長柱框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中的短柱抗震墻結(jié)構(gòu)中的抗震墻框架抗震墻結(jié)構(gòu)中的抗震墻 4.5.1 剛度與延性 框架結(jié)構(gòu)的剛度小，延性好；剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度大，延性差。設(shè)計時應(yīng)注意柱、墻剛度和延性的相互匹配，充分利用框架的延性及墻的剛度，協(xié)調(diào)發(fā)揮其自身的水平抗力。4.5.3 結(jié)構(gòu)不同部位的延性要求延性：結(jié)構(gòu)承載能力無明顯降低的前提下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非彈性變形的能力。 有四個方面的含義：（把延性的概念體現(xiàn)到具體的

16、指標(biāo)上） 總體延性：用結(jié)構(gòu)的“頂點側(cè)移比”或結(jié)構(gòu)的“平均側(cè)移比”表達(dá)。 樓層延性：以一個樓層的層間側(cè)移比表達(dá)。 構(gòu)件延性：指整個結(jié)構(gòu)中某一構(gòu)件（如一榀框架或一片墻體）的延性。 桿件延性：指一個構(gòu)件中某一桿件（框架的梁、柱，墻中的連梁或墻肢）的延性。 對延性的要求依次增高提高結(jié)構(gòu)延性的原則：在結(jié)構(gòu)豎向：重點提高可能出現(xiàn)塑性變形集中的相對柔弱樓層的構(gòu)件延性。在結(jié)構(gòu)平面：著重提高房屋周邊轉(zhuǎn)角處、平面突變處及復(fù)雜平面各翼相接處的構(gòu)件延性。對多道抗震防線的抗側(cè)力體系，著重提高第一道防線中構(gòu)件的延性。在同一構(gòu)件中，著重提高關(guān)鍵桿件的延性。同一構(gòu)件中，著重提高延性的部位應(yīng)是預(yù)期構(gòu)件首先屈服的部位。4.5.4

17、 改善延性的途徑（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。（2）減小構(gòu)件的軸壓比。（3）高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用。（4）鋼纖維混凝土的應(yīng)用。（5）型鋼混凝土的應(yīng)用。軸壓比：AfNc4.6 確保結(jié)構(gòu)的整體性4.6.1 結(jié)構(gòu)應(yīng)具有連續(xù)性 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計 對半預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：為避免預(yù)制樓板擱進(jìn)墻內(nèi)后將現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體分開，而在新舊混凝土接合面形成水平通縫，破壞墻體沿豎向的連續(xù)性，應(yīng)將預(yù)制板端部做成槽齒形，將少數(shù)肋伸進(jìn)墻內(nèi)。下圖所示：砌體結(jié)構(gòu)：應(yīng)按規(guī)定設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱。4.6.2 構(gòu)件間的可靠連接對裝配式框架：其節(jié)點應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土，且應(yīng)把預(yù)制梁柱的鋼筋伸進(jìn)節(jié)點區(qū)。高烈度地區(qū)不宜采用全裝配式鋼筋混凝土框架。裝配式樓板：對框架抗震墻體系，預(yù)制板端應(yīng)伸出鋼筋，在接縫處相互搭接，并用細(xì)石混凝土灌搗密實，圖4.18。在采用預(yù)制多孔板的同時，若采用預(yù)制疊合梁，見