工學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1頁/共41頁24建筑抗震概念設(shè)計(jì)

計(jì)算設(shè)計(jì)：通過地震作用的取值進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算抗震設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)：根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程稱為概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)，在工程設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)算和構(gòu)造措施，就有可能使設(shè)計(jì)出的房屋建筑具有良好的抗震性能和足夠的抗震可靠度。概念設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容：建筑場(chǎng)地選擇；建筑選型與結(jié)構(gòu)布置；設(shè)置多道抗震防線；剛度、承載力和延性的匹配；結(jié)構(gòu)整體性的確保；非結(jié)構(gòu)部件處理。第2頁/共41頁3４.１場(chǎng)地選擇場(chǎng)地選擇的原則：選擇工程場(chǎng)址時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)勘察，搞清地形、地質(zhì)情況，挑選對(duì)建筑抗震有利的地段，盡可能避開對(duì)建筑抗震不利的地段；任何情況下均不得在抗震危險(xiǎn)地段上，建造可能引起人員傷亡或較大經(jīng)濟(jì)損失的建筑物。１.避開地震危險(xiǎn)地段建筑抗震危險(xiǎn)的地段，一般是指地震時(shí)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)震段裂帶在地震時(shí)可能發(fā)生地表錯(cuò)位的地段。２.選擇有利于抗震的場(chǎng)地對(duì)建筑抗震有利的地段，一般是指位于開闊平坦地帶的堅(jiān)硬場(chǎng)地土或密實(shí)均勻中硬場(chǎng)地土。在選擇高層建筑的場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)盡量建在基巖或薄土層上，或應(yīng)建在具有較大“平均剪切波速”的堅(jiān)硬場(chǎng)地土上，以減少輸入建筑物的地震能量，從根本上減輕地震對(duì)建筑物的破壞作用。第3頁/共41頁4４.２建筑的平立面布置

一幢房屋的動(dòng)力性能基本上取決于它的建筑布局和結(jié)構(gòu)布置。4.2.1建筑平面布置建筑的平、立面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，質(zhì)量和剛度變化均勻，避免樓層錯(cuò)層。對(duì)稱的結(jié)構(gòu)容易估計(jì)其地震時(shí)的反應(yīng)，容易采取構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。

“規(guī)則”包含了對(duì)建筑的平、立面外形尺寸，抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布，直至強(qiáng)度分布等諸多因素的綜合要求。規(guī)則對(duì)高層建筑尤為重要。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。

簡(jiǎn)單的建筑平面第4頁/共41頁5４.２建筑的平立面布置

事實(shí)上，由于城市規(guī)劃、建筑藝術(shù)和使用功能等多方面的要求，建筑不可能都設(shè)計(jì)成方形或者圓形。《高層規(guī)程》對(duì)地震區(qū)高層建筑的平面形狀作了明確規(guī)定，如下圖，并提出對(duì)這些平面的凹角處，應(yīng)采取加強(qiáng)措施。A級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑平面形狀的尺寸限值關(guān)于平面形狀的要求設(shè)防烈度６、７度≤6.0≤0.35≤2.0８、９度≤5.0≤0.30≤1.5第5頁/共41頁6４.２建筑的平立面布置4.2.2建筑立面布置不利的建筑立面良好的建筑立面（a）大底盤建筑；（b）階梯形建筑我國《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。上部收進(jìn)時(shí),當(dāng)H１/H>0.2時(shí),B1/B≥0.75;當(dāng)上部外挑時(shí),B/B1≥0.9且a≤4m。

結(jié)構(gòu)豎向收進(jìn)和外挑示意第6頁/共41頁7４.２建筑的平立面布置

建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性對(duì)抗震能力的重要影響的認(rèn)識(shí)始自若干現(xiàn)代建筑在地震中的表現(xiàn)。

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，另一幢為18層高的美洲銀行大廈。當(dāng)?shù)氐卣鹆叶裙烙?jì)為8度。一幢破壞嚴(yán)重，震后拆除；另一幢輕微損壞，稍加修理便恢復(fù)使用。第7頁/共41頁8馬那瓜中央銀行大廈試問：那一幢破壞嚴(yán)重呢？馬那瓜美洲銀行大廈４.２建筑的平立面布置第8頁/共41頁91）平面不規(guī)則4個(gè)樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻。4層以上的樓板僅為5cm厚，擱置在高45cm長14m小梁上。

2）豎向不規(guī)則塔樓上部（4層樓面以上），北、東、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4層樓板水平處的過渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上（間距9.4m）。上下兩部分嚴(yán)重不均勻，不連續(xù)。主要破壞：第4層與第5層之間(豎向剛度和承載力突變),周圍柱子嚴(yán)重開裂，柱鋼筋壓屈；橫向裂縫貫穿3層以上的所有樓板(有的寬達(dá)1cm),直至電梯井東側(cè)；塔樓西立面、其他立面窗下和電梯井處的空心磚填充墻及其它非結(jié)構(gòu)構(gòu)件均嚴(yán)重破壞或倒塌。震后計(jì)算分析結(jié)果:1.結(jié)構(gòu)存在十分嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)效應(yīng);2.塔樓3層以上北面和南面大多數(shù)柱子抗剪能力大大不足,率先破壞；3.水平地震作用下,柔而長的樓板產(chǎn)生可觀的豎向運(yùn)動(dòng)等。

馬那瓜中央銀行大廈

結(jié)構(gòu)是均勻?qū)ΨQ的，基本的抗側(cè)力體系包括4個(gè)L形的桶體，對(duì)稱地由連梁連接起來，這些連梁在地震時(shí)遭到剪切破壞，是整個(gè)結(jié)構(gòu)能觀察到的主要破壞。分析表明：1.對(duì)稱的結(jié)構(gòu)布置及相對(duì)剛強(qiáng)的聯(lián)肢墻，有效地限制了側(cè)向位移，并防止了明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；2.避免了長跨度樓板和砌體填充墻的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞；3.當(dāng)連梁剪切破壞后，結(jié)構(gòu)體系的位移雖有明顯增加，但由于抗震墻提供了較大的側(cè)向剛度，位移量得到控制。美洲銀行第9頁/共41頁10不規(guī)則類型

定義扭轉(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%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%,或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯(cuò)層平面不規(guī)則的類型扭轉(zhuǎn)不規(guī)則凹凸角不規(guī)則４.２建筑的平立面布置第10頁/共41頁11局部不連續(xù)大開洞錯(cuò)層不規(guī)則類型

定義扭轉(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%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%,或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯(cuò)層平面不規(guī)則的類型４.２建筑的平立面布置第11頁/共41頁12不規(guī)則類型

定義側(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(gè)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、桁架等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的80%豎向不規(guī)則的類型沿豎向的側(cè)向剛度不規(guī)則（有柔軟層）豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)４.２建筑的平立面布置第12頁/共41頁13豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)屈服抗剪強(qiáng)度不均勻（有薄弱層）

嚴(yán)重不規(guī)則是指體型復(fù)雜，多項(xiàng)不規(guī)則指標(biāo)超過表中指標(biāo)或某一項(xiàng)大大超過規(guī)定值，具有嚴(yán)重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，將會(huì)導(dǎo)致地震破壞的嚴(yán)重后果者。注：以上規(guī)定主要針對(duì)鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的多層和高層建筑。不規(guī)則類型

定義側(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(gè)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、桁架等向下傳遞)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的80%豎向不規(guī)則的類型４.２建筑的平立面布置第13頁/共41頁14４.２建筑的平立面布置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。就技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面而言。各種結(jié)構(gòu)體系都有它自己的最佳適用高度。4.2.4房屋的高寬比房屋的高寬比值愈大，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。世界各國對(duì)房屋的高寬比都有比較嚴(yán)格的限制。4.2.5防震縫的合理設(shè)置合理設(shè)置防震縫，可以將體型復(fù)雜的建筑物劃分為“規(guī)則”的建筑物，從而可降低抗震設(shè)計(jì)的難度及提高抗震設(shè)計(jì)的可靠度。第14頁/共41頁15４.２建筑的平立面布置

遇到下列情況，應(yīng)設(shè)置防震縫，將整個(gè)建筑劃分成若干個(gè)簡(jiǎn)單的獨(dú)立單元。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(jì)算和構(gòu)造上采取相應(yīng)措施時(shí)；②房屋長度超過規(guī)定的伸縮縫最大間距，又無條件采取特殊措施而必須設(shè)置伸縮縫時(shí)；③地基土質(zhì)不均勻，房屋各部分的預(yù)計(jì)沉降量相差過大，必須設(shè)置沉降縫時(shí)；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(shí)。對(duì)于多層砌體結(jié)構(gòu)房屋，有下列情況之一時(shí)宜設(shè)置防震縫，縫兩側(cè)均應(yīng)設(shè)置墻體，縫寬應(yīng)根據(jù)烈度和房屋高度確定，可采用50~100mm：說明：對(duì)于抗震設(shè)防烈度為①房屋立面高差在６m以上；６度以上的房屋，所有伸縮②房屋有錯(cuò)層，且樓板高差較大；縫和沉降縫，均應(yīng)符合防

③各部分結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量截然不同?？p的要求。第15頁/共41頁16４.３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

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(chǎng)地、地基、基礎(chǔ)、材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件比較綜合確定。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。在建筑的方案設(shè)計(jì)階段，研究建筑形式的同時(shí)，需要考慮選用哪一種結(jié)構(gòu)材料，以及采用什么樣的結(jié)構(gòu)體系，以便能夠根據(jù)工程的各方面條件，選用既符合抗震要求又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的結(jié)構(gòu)類型。第16頁/共41頁17４.３結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置

按照上述標(biāo)準(zhǔn)來衡量，常見建筑結(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混凝土一鋼混合結(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?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在著的優(yōu)越性：①通過現(xiàn)場(chǎng)澆筑，可形成具有整體式節(jié)點(diǎn)的連續(xù)結(jié)構(gòu)；②就地取材；③造價(jià)較低；④有較大的抗側(cè)移剛度，從而減小結(jié)構(gòu)側(cè)移，保護(hù)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件遭破壞；⑤良好的設(shè)計(jì)可以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。加設(shè)構(gòu)造柱和圈梁，是提高砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震能力的有效途徑。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(jì)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問題，結(jié)構(gòu)方案的選取是否合理，對(duì)安全性和經(jīng)濟(jì)性起決定性作用。第17頁/共41頁18４.３結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置規(guī)范規(guī)定：

①結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑。

受力明確、傳力合理、傳力路線不間斷、抗震分析與實(shí)際表現(xiàn)相符合。第18頁/共41頁19４.３結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置

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(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。

由于柱子的數(shù)量較少或承載能力較弱，部分柱子退出工作后，整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)喪失了對(duì)豎向荷載的承載能力。

抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則是結(jié)構(gòu)應(yīng)有必要的贅余度和內(nèi)力重分配的功能。第19頁/共41頁20４.３結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置

③結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具備必要的承載能力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。

足夠的承載力和變形能力是需要同時(shí)滿足的。

有較大的變形能力而缺少較高的抗側(cè)向力的能力如鋼或鋼筋混凝土純框架，由于在不大的地震作用下會(huì)產(chǎn)生較大的變形，導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞或結(jié)構(gòu)本身的失穩(wěn)。第20頁/共41頁21４.３結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置

足夠的承載力和變形能力是需要同時(shí)滿足的。

有較高的承載能力而缺少較大變形能力如不加約束的砌體結(jié)構(gòu)，很容易引起脆性破壞而倒塌。

必要的承載能力和良好的變形能力的結(jié)合便是結(jié)構(gòu)在地震作用下具有的耗能能力。第21頁/共41頁22４.３結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置

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(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。選擇結(jié)構(gòu)體系，要考慮建筑物剛度與場(chǎng)地條件的關(guān)系。當(dāng)建筑物自振周期與地基土的卓越周期一致時(shí)，容易產(chǎn)生類共振而加重建筑物的震害。選擇結(jié)構(gòu)體系時(shí)，要注意選擇合理的基礎(chǔ)形式?；A(chǔ)應(yīng)有足夠的埋深，對(duì)于層數(shù)較多的房屋宜設(shè)置地下室。對(duì)于軟弱地基宜選用樁基、筏片基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)。就常見的多層及中高層建筑而言，砌體結(jié)構(gòu)在地震區(qū)一般適宜于6層及6層以下的居住建筑?？蚣芙Y(jié)構(gòu)平面布置靈活，通過良好的設(shè)計(jì)可獲得較好的抗震能力，但框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度較差，在地震區(qū)一般用于10層左右體型較簡(jiǎn)單和剛度較均勻的建筑物。對(duì)于層數(shù)較多，體型復(fù)雜，剛度不均勻的建筑物，為了減小側(cè)移變形，減輕震害，應(yīng)采用中等剛度的框架一剪力墻結(jié)構(gòu)或者剪力墻結(jié)構(gòu)。第22頁/共41頁23４.３結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置4.3.2結(jié)構(gòu)布置的一般原則1.平面布置力求對(duì)稱結(jié)構(gòu)偏心帶來的危害。馬那瓜中央銀行與美洲銀行結(jié)構(gòu)平面(a)有較大偏心，震害嚴(yán)重；(b)對(duì)稱，震害輕。第23頁/共41頁24４.３結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置當(dāng)建筑層數(shù)很多時(shí)，上面各層偏心引起的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)下層的積累，對(duì)下面幾層更不利。所以，進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時(shí)，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)于圖(c)，(d)所示在房屋內(nèi)部布置的方案。此外，前者比后者還具有較大的抗傾覆能力。對(duì)于多層砌體房屋，應(yīng)優(yōu)先采用橫墻承重的結(jié)構(gòu)布置方案，其次采用縱橫墻混合承重的結(jié)構(gòu)布置方案。第24頁/共41頁25４.３結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置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。

1971年美國圣費(fèi)南多地震，Olive-View醫(yī)院位于９度區(qū)。它是柔弱底層建筑的典型震例，其教訓(xùn)是值得借鑒的。Olive-View醫(yī)院主樓剖面與縱向側(cè)移第25頁/共41頁26４.３結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置要改善帶有柔弱底層的建筑的抗震性能，只有對(duì)柔弱底層采取補(bǔ)強(qiáng)措施。對(duì)于采用全墻體系或框架一抗震墻體系的房屋，當(dāng)?shù)讓右蚴褂霉δ艿男枰仨毺峁┐罂臻g時(shí)，應(yīng)采取有效措施，使底層的抗側(cè)移剛度與上層相比較不致過?。慌c此同時(shí)，還應(yīng)加厚轉(zhuǎn)換層的現(xiàn)澆樓板，使其在傳力過程中不產(chǎn)生較大的水平變形。9度時(shí)，不宜再采用“框托墻”體系，宜將所有抗震墻直落基礎(chǔ)。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(shí)很容易因受力大小懸殊而被各個(gè)擊破。歷次地震中都曾發(fā)生過一些這樣的震例。還有一種情況值得注意，就是在采用純框架結(jié)構(gòu)的高層建筑中，如果將樓梯踏步斜梁和平臺(tái)梁直接與框架柱相連，就會(huì)使該柱變成短柱，地震時(shí)容易發(fā)生剪切破壞，應(yīng)予避免或采取相關(guān)措施第26頁/共41頁27４.４多道抗震防線４.4.1多道抗震防線的必要性多道抗震防線指的是：①一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)有若干個(gè)延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作，如框架一抗震墻體系是由延性框架和抗震墻兩個(gè)系統(tǒng)組成；雙肢或多肢抗震墻體系由若十個(gè)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(shí)地建立起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)。多道抗震防線對(duì)抗震結(jié)構(gòu)是必要的。如果建筑物采用的是多重抗側(cè)力體系，第一道防線的抗側(cè)移構(gòu)件在強(qiáng)烈地震襲擊下遭到破壞后，后備的第二道乃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(dòng)的沖擊，可保證建筑物最低限度的安全，免于倒塌。第27頁/共41頁28４.４多道抗震防線4.4.2第一道防線的構(gòu)件選擇原則上說，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，或者選用軸壓比值較小的抗震墻、實(shí)墻筒體之類構(gòu)件，作為第一道抗震防線的抗側(cè)力構(gòu)件。一般情況下，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。４.4.3利用贅余構(gòu)件增多抗震防線雙重抗側(cè)力體系在抗御地震時(shí)，具有兩道防線，一道是支撐或墻體，一道是框架。

雙重體系的結(jié)構(gòu)并聯(lián)體（a）框架-抗震墻體系；（b）框架-支撐體系第28頁/共41頁29４.４多道抗震防線

當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇地震時(shí)，可以利用這些連系梁首先承擔(dān)地震前期脈沖的沖擊，以達(dá)到保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的目的。

帶贅余桿件的耗能結(jié)構(gòu)(a）雙膠墻；(b）墻和框架；(c）并列斜撐；(d）芯筒和框架柱

第29頁/共41頁30４.４多道抗震防線當(dāng)建筑物受到強(qiáng)烈地震動(dòng)主脈沖卓越周期的作用時(shí)，一方面利用結(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；另一方面利用贅余桿件的破壞和退出工作，使整個(gè)結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)定體系過渡到另一種穩(wěn)定體系，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)周期的變化，以避開地震動(dòng)卓越周期長時(shí)間持續(xù)作用所引起的共振效應(yīng)。這種通過對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的適當(dāng)控制，來減輕建筑物的破壞程度，是對(duì)付高烈度地震的一種經(jīng)濟(jì)、有效的方法。第30頁/共41頁31４.５剛度、承載力和延性的匹配在確定建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)，需要在結(jié)構(gòu)剛度、承載力及延性之間尋求一種較好的匹配關(guān)系。4.5.1剛度與承載力1.現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻要避免震害，一方面在保證墻體壓曲穩(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)”，加大墻鋼筋混凝土墻體水平施工縫處的斜筋體的間距，減少墻體的數(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；另一方面，應(yīng)通過恰當(dāng)?shù)呐浣?，提高墻體抗主拉應(yīng)力的強(qiáng)度。對(duì)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(cuò)動(dòng)，可在房屋下部幾層的水平施工縫處配置一些斜向鋼筋，以提高其水平抗剪抗力。此外，鋼筋混凝土抗震墻的根部截面，當(dāng)軸向壓應(yīng)力較小，而剪應(yīng)力較大時(shí)，也應(yīng)配置交叉斜筋，以提高其抗剪承載能力，避免地震時(shí)出現(xiàn)剪切滑移。第31頁/共41頁32４.５剛度、承載力和延性的匹配２.框架－抗震墻體系采用鋼筋混凝土框架一抗震墻體系的高層建筑，其自振周期的長短主要決定于抗震墻的數(shù)量。要使建筑做到既安全又經(jīng)濟(jì)，最好根據(jù)由建筑物重要性、建筑裝修等級(jí)和設(shè)防烈度高低所確定的結(jié)構(gòu)側(cè)移值，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及最小的水平地震作用。鋼筋混凝土框架－抗震墻體系中抗震墻的厚度要適度，不能過厚。３.框架體系采用鋼、鋼筋混凝土或型鋼混凝土純框架體系的高層建筑，其特點(diǎn)是抗側(cè)移剛度小，地震作用下的側(cè)移大。第32頁/共41頁33４.５剛度、承載力和延性的匹配4.5.2剛度與延性由于體系中各抗側(cè)力構(gòu)件的剛度與延性的不匹配，造成各構(gòu)件不能同步協(xié)調(diào)地發(fā)揮水平抗力，出現(xiàn)先后破壞的各個(gè)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，使之相互匹配，是工程設(shè)計(jì)中應(yīng)該努力做到的一條重要抗震設(shè)計(jì)原則。4.5.3結(jié)構(gòu)不同部位的延性要求

從概念上講，結(jié)構(gòu)的延性定義為：結(jié)構(gòu)承載能力無明顯降低的前提下，結(jié)構(gòu)發(fā)生非彈性變形的能力。對(duì)于地震區(qū)的建筑來說，提高結(jié)構(gòu)延性是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗倒塌能力，并使抗震設(shè)計(jì)做到經(jīng)濟(jì)合理的重要途徑之一。在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，“結(jié)構(gòu)延性”這個(gè)術(shù)語實(shí)際上有以下４層含義：①結(jié)構(gòu)總體延性：一般用結(jié)構(gòu)的“頂點(diǎn)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(gè)樓層的層間側(cè)移比來表達(dá)；第33頁/共41頁34４.５剛度、承載力和延性的匹配③構(gòu)件延性：指整個(gè)結(jié)構(gòu)中某一構(gòu)件（一榀框架或一片墻體）的延性；④桿性延性：指一個(gè)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。

一般而言，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，對(duì)結(jié)構(gòu)中重要構(gòu)件的延性要求，高于對(duì)結(jié)構(gòu)總體的延性要求；對(duì)構(gòu)件中關(guān)鍵桿件或部位的延性要求，又高于對(duì)整個(gè)構(gòu)件的延性要求。要使建筑物在遭遇強(qiáng)烈地震時(shí)具有很強(qiáng)的抗倒塌能力，最理想的是使結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件及構(gòu)件中的所有桿件均具有較高的延性，然而，實(shí)際工程中很難完全做到這一點(diǎn)。比較經(jīng)濟(jì)有效的辦法是，有選擇地重點(diǎn)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。第34頁/共41頁35４.５剛度、承載力和延性的匹配其原則是：（１）在結(jié)構(gòu)的豎向，應(yīng)該重點(diǎn)提高樓房中可能出現(xiàn)塑性變形集中的相對(duì)柔弱樓層的構(gòu)件延性。提高延性的重點(diǎn)樓層（a）大底盤建筑；（b）框托墻結(jié)構(gòu)體系第35頁/共41頁36４.５剛度、承載力和延性的匹配（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(duì)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(duì)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。（4）在同一構(gòu)件中，應(yīng)著重提高關(guān)鍵桿件的延性。（5）在同一桿件中，重點(diǎn)提高延性的部位應(yīng)該是預(yù)期該構(gòu)件地震時(shí)首先屈服的部位。第36頁/共41頁37４.５剛度、承載力和延性的匹配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)結(jié)構(gòu)延性和耗能的大小，決定于構(gòu)件的破壞形態(tài)及其塑化過程。彎曲構(gòu)件的延性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于剪切構(gòu)件的延性。２.減小桿件軸壓比就框架體系而論，柱的延性對(duì)