建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-抗震設(shè)計原則（PPT85頁）

1、景 曉 昆 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 1 抗震設(shè)計原則1.1 構(gòu)造地震1.2 地震波、震級和烈度1.3 地震基本烈度和地震烈度區(qū)劃圖1.4 建筑抗震設(shè)防分類、設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)防目標(biāo)1.5 建筑抗震性能設(shè)計1.6 地震的破壞作用1.7 建筑抗震設(shè)計的基本要求1.1 構(gòu)造地震 誘發(fā)地震原因：人工爆破；礦山開采；工程活動 影響：一般不太強烈，個別情況會造成嚴(yán)重的地震災(zāi)害工程地震的主要研究對象構(gòu)造地震火山地震原因：地殼構(gòu)造運動影響：發(fā)生數(shù)量大、影響范圍廣 (占地震總數(shù)約90) 原因：火山爆發(fā) 天然地震地震震源： 地殼深處發(fā)生巖層斷裂、錯動的地方 震中： 震源正上方 的地面位置 震中距：地面上某點至震中的水平距離

2、震源深度：從震源到震中的距離 震源深度在60km以內(nèi)的地震為淺源地震震源深度超過300km的地震叫深源地震震源深度介于60300km之間的地震為中源地震地震波是地震發(fā)生時由震源地方的巖石破裂產(chǎn)生的彈性波。體波縱波（P波）橫波（S波）面波瑞利波樂甫波橫波特點:周期長、振幅大、 波速慢，100-800m/s縱波特點:周期短，振幅小， 波速快，200-1400m/s面波比體波衰減慢、振幅大、周期長、傳播遠(yuǎn)。建筑物破壞主要由面波造成。雜波P波開始S波開始面波開始一、地震波：1.2 地震波、震級和烈度1. 定義震級每提高一級，地震能量提高約32倍；震級每提高兩級，地震能量相差1000倍；震級每提高三級，

3、地震能量相差31623倍。 衡量一次地震釋放能量大小的等級，用M表示。A：標(biāo)準(zhǔn)地震儀距震中100km紀(jì)錄的最大水平地面位移，單位為微米。2. 震級與能量的關(guān)系一個6級地震相當(dāng)于一個兩萬噸級的原子彈。 能量E的單位：J反映一次地震本身的大小二、震級根據(jù)震級大小，對地震進行劃分：M20%）； 土的壓縮模量差異很大（20%）。（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；當(dāng)采用不同基礎(chǔ)類型或基礎(chǔ)埋深顯著不同時，應(yīng)根據(jù)地震時兩部分地基基礎(chǔ)的沉降差異，在基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)的相關(guān)部位采取相應(yīng)的措施。（3）地基為軟弱黏性土、液化土、新近填土或嚴(yán)重不均勻土?xí)r，應(yīng)根據(jù)地震時地基不均勻沉降和其他不利影響，并采取

4、相應(yīng)的措施。總沉降數(shù)值不同的影響；傾斜不同的影響；對結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)的影響。 補充變形驗算，加強連接構(gòu)造，增強變形能力等技術(shù)措施，如采用鋼筋混凝土整體式基礎(chǔ)等。二、 建筑的平立面布置不規(guī)則的建筑加強措施；特別不規(guī)則的建筑專門研究和論證；嚴(yán)重不規(guī)則的建筑不應(yīng)采用。1. 平面布置 關(guān)鍵是避免扭轉(zhuǎn)并確保水平傳力途徑的有效性，應(yīng)使結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心一致或基本一致。 否則，地震時將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生平動與扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動，使遠(yuǎn)離剛度中心的構(gòu)件側(cè)向位移及所分擔(dān)的地震剪力明顯增大，產(chǎn)生較嚴(yán)重的破壞。簡單的建筑平面避免主要抗側(cè)力構(gòu)件（剪力墻、核心筒等）的偏置。剛度中心質(zhì)量中心平面布置力求對稱。（質(zhì)量，剛度，強度）有利

5、于抗震的結(jié)構(gòu)布置不有利于抗震的結(jié)構(gòu)布置【舉例】：某地震區(qū)高層建筑，由于建筑要求樓、電梯核心筒抗震墻偏置在結(jié)構(gòu)平面一側(cè)，側(cè)向剛度中心與質(zhì)量中心偏離較遠(yuǎn)，為此，在房屋兩段各設(shè)置一道橫向抗震墻以控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。多遇地震下的計算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)位移比滿足規(guī)范要求。【分析】：這種結(jié)構(gòu)屬于存在嚴(yán)重“內(nèi)耗”的結(jié)構(gòu)（剛心與質(zhì)心嚴(yán)重偏離產(chǎn)生大扭轉(zhuǎn)，設(shè)置端部抗震墻“吸納”扭轉(zhuǎn)效應(yīng)），實際上在房屋端部設(shè)置抗震墻，并沒有從根本上改變結(jié)構(gòu)剛心和質(zhì)心偏離的問題，結(jié)構(gòu)實際存在的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)并沒有減少，只是由于端部抗震墻限制了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。 表面上看在多遇地震作用下的計算結(jié)構(gòu)還能滿足規(guī)范扭轉(zhuǎn)位移比的限值要求，但結(jié)構(gòu)中的某些構(gòu)件

6、（如抗震墻之間的現(xiàn)澆樓板、抗震墻等）的應(yīng)力水平明顯高于其他構(gòu)件（造成實際上的受力不均衡），在罕遇地震作用下，這些構(gòu)件極容易首先屈服，嚴(yán)重時引起結(jié)構(gòu)的倒塌。一般情況下，這樣的結(jié)構(gòu)很難實現(xiàn)“大震不倒”的基本抗震設(shè)防要求。對于此類結(jié)構(gòu)應(yīng)進行罕遇地震作用下的彈塑性變形分析。 平面布置除了要求各向?qū)ΨQ外，還希望能具有較大的抗扭剛度。 抗震墻的布置方案高層建筑平面尺寸限值平面尺寸及突出部位尺寸的比值限值2. 立面和豎向剖面布置 關(guān)鍵是避免承載力及樓層剛度的突變，避免出現(xiàn)薄弱層并確保豎向傳力途徑的有效性。應(yīng)使結(jié)構(gòu)的承載力和豎向剛度自下而上逐步減小，變化均勻、連續(xù)，不出現(xiàn)突變（如砼強度等級、構(gòu)件截面等避免同時

7、改變）。 否則，在地震作用下某些樓層或部位形成軟弱層或薄弱層（率先屈服、出現(xiàn)較大的塑性變形集中）而加重破壞。良好的建筑立面不利的建筑立面(a) 大底盤建筑；(b) 階梯形建筑結(jié)構(gòu)的豎向收進與外挑注意上剛下柔的結(jié)構(gòu)的處理框支剪力墻底部框架 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。同一樓層的框架柱，應(yīng)該具有大致相同的剛度、強度和延性 有利不利3. 房屋的高度（書P115) 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。 抗震規(guī)范和高層規(guī)程， 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，要進行專門研究。 4. 房屋的高寬比 對房屋高寬比

8、的要求是按結(jié)構(gòu)體系和設(shè)防烈度區(qū)分的. 5. 必要時設(shè)置防震縫（書P119） 當(dāng)建筑的類型、體系、體型較復(fù)雜時，宜設(shè)置防震縫。要保證縫有足夠的寬度，用縫分割的單元為獨立的簡單結(jié)構(gòu)單元。 思考：1、在什么情況下應(yīng)設(shè)置防震縫？ 2、防震縫的寬度要求是什么？1. 抗震結(jié)構(gòu)體系一般要求如下（強制）： 應(yīng)具有明確的計算簡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)采取措施提高其抗震能力。三、 合理的抗震結(jié)構(gòu)體系必要的抗震承載力： 結(jié)構(gòu)應(yīng)具備必要的強度；良好的

9、變形能力： 結(jié)構(gòu)的變形不致引起結(jié)構(gòu)功能喪失或超越容許破壞的程度。良好的消耗地震能量的能力： 結(jié)構(gòu)能吸收和消耗地震輸入的能量而保存下來的能力，也就是良好的延性?？拐鹉芰Γ簭姸?、剛度和變形的統(tǒng)一抗震能力：強度、剛度和變形的統(tǒng)一只有強度無較好的耐受變形的能力，在地震作用下很容易發(fā)生脆性破壞。只有變形能力，而抗側(cè)強度和剛度不足，在較小的地震下就會產(chǎn)生較大的變形。耗能能力：抗側(cè)強度 、變形能力抗震的有效措施：提高抗水平作用強度 + 提高變形能力例如：磚砌體結(jié)構(gòu)加構(gòu)造柱和圈梁 框架結(jié)構(gòu)加剪力墻或支撐2. 結(jié)構(gòu)體系尚宜符合下列各項要求： 宜有多道抗震防線。 宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變

10、形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中； 結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的動力特性宜相近。 一般指兩個方向（周期和振型）相差宜在20%以內(nèi)，不要相差過大，這樣會使兩個主軸方向的水平地震作用接近，不致造成一個方向過強，一個方向過弱的現(xiàn)象，有利于抗震設(shè)計。 多道抗震防線 抗震結(jié)構(gòu)除了承擔(dān)水平地震作用外，更重要的是承擔(dān)豎向荷載作用。一旦豎向承載能力不足，就會導(dǎo)致建筑的倒塌。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。 如框架-抗震墻體系：延性框架+抗震墻； 雙肢或多肢抗震墻體系：若干個單肢墻?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度（即超靜定的次數(shù)要多

11、），有意識地建立起一系列分布的屈服區(qū)（如耗能構(gòu)件、連梁、偏心支撐等），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)。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)件在強烈地震下遭到破壞后，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)的地震作用，可保證建筑最低限度的安全，免于倒塌。多道抗震防線舉例：框架抗震墻結(jié)構(gòu) 純框架結(jié)構(gòu)的剛度較小，可以增設(shè)部分抗震墻，形成框架-抗震墻體系。 抗震墻的主要作用是提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，增加結(jié)構(gòu)的抗震能力。多道抗震防線舉例：框架抗震墻結(jié)構(gòu)=+第一道防線第二道防線豎向荷載：主要由框架承擔(dān)水平地震荷載：主要由抗震墻承擔(dān)，保護框架承擔(dān)豎向

12、荷載雙肢剪力墻結(jié)構(gòu)第一道防線第二道防線，連梁屈服雙肢剪力墻整體的剛度大，連梁起約束作用，在地震作用下變形小。連梁屈服后，結(jié)構(gòu)為兩個并聯(lián)的單肢墻，剛度減小，繼續(xù)抵抗地震?？蚣?筒體結(jié)構(gòu)第一道防線：大筒第二道防線：小筒第三道防線：框架框架結(jié)構(gòu)第一道防線：梁第二道防線：柱梁首先屈服，保護結(jié)構(gòu)不倒塌?？蚣芷茐臋C制 梁鉸機制 柱鉸機制思考：哪種破壞機制有利于抗震？為什么？你認(rèn)為怎樣才能保證該破壞機制。強柱弱梁框架-支撐結(jié)構(gòu) 框架-消能支撐結(jié)構(gòu)第一道防線：支撐第二道防線：框架思考：抗震結(jié)構(gòu)體系第一道防線構(gòu)件選擇的原則是什么？抗震結(jié)構(gòu)體系第一道防線構(gòu)件選擇的原則是什么？ 原則上，應(yīng)優(yōu)先選擇不負(fù)擔(dān)或少負(fù)擔(dān)重力

13、荷載的構(gòu)件（如豎向支撐或填充墻），或穩(wěn)定性較好的構(gòu)件（如軸壓比較小的抗震墻、實墻筒體等），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。3. 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)符合下列要求： 砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)按規(guī)定設(shè)置鋼筋混凝土圈梁和構(gòu)造柱、芯柱或采用約束砌體、配筋砌體等。 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)控制截面尺寸和受力鋼筋、箍筋的設(shè)置，防止剪切破壞先于彎曲破壞、混凝土壓潰先于鋼筋的屈服、鋼筋的錨固粘結(jié)破壞先于鋼筋破壞。 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)配置足夠的非預(yù)應(yīng)力鋼筋。 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸應(yīng)合理控制，避免局部失穩(wěn)或整個構(gòu)件失穩(wěn)。 多高層的混凝土樓、屋蓋宜優(yōu)先采用現(xiàn)澆混凝土板。當(dāng)采用預(yù)制裝配

14、式混凝土樓、屋蓋時，應(yīng)從樓蓋體系和構(gòu)造上采取措施確保各預(yù)制構(gòu)件之間連接的整體性。強剪弱彎4. 結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接，應(yīng)符合下列要求： 構(gòu)件節(jié)點的破壞，不應(yīng)先于其連接的構(gòu)件。 預(yù)埋件的錨固破壞，不應(yīng)先于連接件。 裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接，應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)的整體性。 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋，宜在節(jié)點核心區(qū)以外錨固。 裝配式單層廠房的支撐的各種抗震支撐系統(tǒng)，應(yīng)保證地震時廠房的整體性和穩(wěn)定性。強錨固強節(jié)點弱構(gòu)件 應(yīng)符合下列要求： 計算模型的建立、必要的簡化與處理，應(yīng)符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況，計算中應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響。 計算軟件的技術(shù)條件應(yīng)符合本規(guī)范及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并應(yīng)闡明其特殊處理的內(nèi)容和依據(jù)。 復(fù)雜結(jié)

15、構(gòu)在多遇地震作用下的內(nèi)力和變形分析時，應(yīng)采用不少于兩個合適的不同力學(xué)模型，并對其計算結(jié)果進行分析比較。 所有計算機計算結(jié)果，應(yīng)經(jīng)分析判斷確認(rèn)其合理、有效后方可用于工程設(shè)計。四、 利用計算機進行結(jié)構(gòu)抗震分析【例】下列關(guān)于抗震設(shè)計的概念，其中何項不正確？（A）有抗震設(shè)防要求的多、高層鋼筋混凝土樓屋蓋，不應(yīng)采用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)（B）利用計算機進行結(jié)構(gòu)抗震分析時，應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響（C）構(gòu)件節(jié)點的破壞，不應(yīng)先于其連接的構(gòu)件（D）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，應(yīng)防止剪切破壞先于彎曲破壞【解】A 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，包括建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑附屬機電設(shè)備，自身及其與結(jié)構(gòu)主體的連接，應(yīng)進行抗震設(shè)計。 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計

16、，應(yīng)由相關(guān)專業(yè)人員分別負(fù)責(zé)進行。 附著于樓、屋面結(jié)構(gòu)上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以及樓梯間的非承重墻體，應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接或錨固，避免地震時倒塌傷人或砸壞重要設(shè)備。 框架結(jié)構(gòu)的圍護墻和隔墻，應(yīng)估計其設(shè)置對結(jié)構(gòu)抗震的不利影響，避免不合理設(shè)置而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞。 幕墻、裝飾貼面與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠連接，避免地震時脫落傷人。 安裝在建筑上的附屬機械、電氣設(shè)備系統(tǒng)的支座和連接，應(yīng)符合地震時使用功能的要求，且不應(yīng)導(dǎo)致相關(guān)部件的損壞。五、 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件 自身+連接 抗震結(jié)構(gòu)對材料和施工質(zhì)量的特別要求，應(yīng)在設(shè)計文件上注明。 結(jié)構(gòu)材料性能指標(biāo)，應(yīng)符合下列最低要求： （1）砌體結(jié)構(gòu)材料應(yīng)符合下列規(guī)定： 普通磚和多孔磚的

17、強度等級不應(yīng)低于MU10，其砌筑砂漿強度等級不應(yīng)低于M5。 混凝土小型空心砌塊的強度等級不應(yīng)低于MU7.5，其砌筑砂漿強度等級不應(yīng)低于Mb7.5。 （2）混凝土結(jié)構(gòu)材料應(yīng)符合下列規(guī)定： 混凝土強度等級，框支梁、框支柱及抗震等級為一級的框架梁、柱、節(jié)點核心區(qū)，不應(yīng)低于C30；構(gòu)造柱、芯柱、圈梁及其他各類構(gòu)件不應(yīng)低于C20。六、 結(jié)構(gòu)材料與施工 抗震等級為一、二、三級的框架和斜撐構(gòu)件（含梯段），其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時，鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值（強屈比）不小于1.25；鋼筋的屈服強度實測值與屈服強度標(biāo)準(zhǔn)值的比值（超強比）不應(yīng)大于1.3，且鋼筋在最大拉力下的總伸長率（包括彈性變

18、形和塑性變形）實測值不應(yīng)小于9%。（3）鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)符合下列規(guī)定： 鋼材的屈服強度實測值與抗拉強度實測值的比值不應(yīng)大于0.85； 鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺階，且伸長率不應(yīng)小于20%； 鋼材應(yīng)有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。 結(jié)構(gòu)材料的性能指標(biāo)，尚應(yīng)符合下列要求： （1）普通鋼筋宜優(yōu)先采用延性、韌性和焊接性較好的鋼筋；普通鋼筋的強度等級，縱向受力鋼筋宜選用符合抗震性能指標(biāo)的不低于HRB400級的熱軋鋼筋，也可采用符合抗震性能指標(biāo)的HRB335級的熱軋鋼筋，箍筋宜選用符合抗震性能指標(biāo)的不低于HRB335級的熱軋鋼筋，也可選用HPB300級的熱軋鋼筋。 （2） 混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級，抗震墻不宜超過C60，其他構(gòu)件，9度時不宜超過C60，8度時不宜超過C70。 （3）鋼結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235等級B、C、D