建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)講義3

1.7抗震設(shè)防的基本要求通過(guò)抗震設(shè)防，減輕建筑的破壞，避免人員死亡，減輕經(jīng)濟(jì)損失。一、抗震設(shè)防目標(biāo)及方法1.總目標(biāo)具體通過(guò)“三水準(zhǔn)”的抗震設(shè)防要求和“兩階段”的抗震設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)。2.“三水準(zhǔn)”抗震設(shè)防目標(biāo)當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用。當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的預(yù)估的罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。簡(jiǎn)稱為：“小震不壞，中震可修，大震不倒”。3.“三水準(zhǔn)”抗震設(shè)防是對(duì)單一水準(zhǔn)設(shè)防的改進(jìn)，是向“性能設(shè)計(jì)”發(fā)展的重要步驟單一水準(zhǔn)設(shè)防思想是我國(guó)《74規(guī)范》、《78規(guī)范》和目前許多國(guó)家采用的設(shè)防思想。設(shè)防目標(biāo)是：當(dāng)遭遇相當(dāng)于設(shè)計(jì)烈度的地震時(shí)，建筑物的損壞不致使人民生命財(cái)產(chǎn)和重要生產(chǎn)設(shè)備遭受危害，建筑物不需修理或經(jīng)一般修理仍可繼續(xù)使用。1989年美國(guó)LomaPreita地震(7.1級(jí)），死亡65人，直接經(jīng)濟(jì)損失（建筑物破壞重建）80億美元，間接經(jīng)濟(jì)損失150億美元。1994年美國(guó)Northridge地震(6.7級(jí)),傷亡不多，經(jīng)濟(jì)損失為200億美元。1995年日本阪神地震(7.2級(jí)),經(jīng)濟(jì)損失為1000億美元。1999年臺(tái)灣集集地震(7.3級(jí)),經(jīng)濟(jì)損失為94億美元。單一設(shè)防目標(biāo)不適合當(dāng)前現(xiàn)代化發(fā)展要求，應(yīng)研究開發(fā)下一代性能設(shè)計(jì)規(guī)范和抗震設(shè)計(jì)方法?！靶阅茉O(shè)計(jì)”要點(diǎn)（1）.對(duì)抗震設(shè)計(jì)規(guī)定相應(yīng)的地震作用標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期常遇地震43年（新建），72年（現(xiàn)有工程加固）偶遇地震72年（新建），225年（現(xiàn)有工程加固）少遇地震475年（新建和現(xiàn)有工程加固）罕遇地震970年（新建），2475年（現(xiàn)有工程加固）（2）.建立建筑應(yīng)滿足的性能水準(zhǔn)性能水準(zhǔn)要求正常使用結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件不損壞或很小損壞可以暫時(shí)使用結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件需很少量的修復(fù)工程生命安全結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，具有足夠的豎向承載能力儲(chǔ)備，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞控制在保障生命安全范圍防止倒塌建筑保持不倒，其余破壞都在可接受范圍（3）.確立設(shè)防性能目標(biāo)dgij罕遇地震cfh少遇地震

be偶遇地震a常遇地震防止倒塌生命安全可暫時(shí)使用正常運(yùn)行地震作用水準(zhǔn)建筑性能水準(zhǔn)基本目標(biāo)一般使用要求的建筑應(yīng)具備a、b、c、d項(xiàng)的組合。重要性較高或地震破壞后危險(xiǎn)性較大的性能目標(biāo)為e、f、g的組合。對(duì)安全有十分危險(xiǎn)影響的性能目標(biāo)為h、i、j項(xiàng)的組合。（4）.規(guī)定地震作用下結(jié)構(gòu)變形的允許指標(biāo)應(yīng)建立結(jié)構(gòu)構(gòu)件在規(guī)定的地震作用水平下的允許破壞水平，結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件宏觀破壞狀態(tài)的描述和允許變形指標(biāo)。4.“兩階段”抗震設(shè)計(jì)方法第一階段：對(duì)絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行小震作用下的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力驗(yàn)算；在此基礎(chǔ)上對(duì)各類結(jié)構(gòu)按規(guī)定要求采取抗震措施。第二階段：對(duì)一些規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震作用下的彈塑性變形驗(yàn)算。有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明顯薄弱層的建筑，不規(guī)則的建筑等二、抗震設(shè)防范圍抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的所有新建建筑工程均必需進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。規(guī)范適用于6-9度地區(qū)抗震設(shè)計(jì)及隔震、消能減震設(shè)計(jì)。超過(guò)9度的地區(qū)和行業(yè)有特殊要求的工業(yè)建筑按有關(guān)專門規(guī)定執(zhí)行。三、抗震設(shè)防依據(jù)一般情況下采用抗震設(shè)防烈度。在一定條件下可采用抗震設(shè)防區(qū)劃提供的地震動(dòng)參數(shù)。四、抗震設(shè)防分類及抗震設(shè)防措施建筑類別不同，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)也不同。抗震次要建筑丁類

除甲乙丁類以外的一般建筑丙類

地震時(shí)使用功能不能中斷需盡快恢復(fù)的建筑乙類

重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑甲類

設(shè)防分類1.抗震設(shè)防分類國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局和建設(shè)部在1995年4月19日公布了《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB50223。該標(biāo)準(zhǔn)主要以地震中和地震后房屋的損壞對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的影響的程度大小，將建筑分成4個(gè)抗震設(shè)防類別。國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和建設(shè)部在2001年7月20日公布了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2001。該規(guī)范對(duì)上面標(biāo)準(zhǔn)作了修改。A、中央級(jí)、省級(jí)的電視調(diào)頻廣播發(fā)射塔建筑，國(guó)際電信樓、國(guó)際海纜登陸站、國(guó)際衛(wèi)星地球站、中央級(jí)的電信樞紐（含衛(wèi)星地球站）。B、研究、中試生產(chǎn)和存放劇毒生物制品和天然人工細(xì)菌與病毒（如鼠疫、霍亂、傷寒等)的建筑。C、三級(jí)特等醫(yī)院的住院部、醫(yī)技樓、門診部?？拐鸫我ㄖ☆?/p>

除甲乙丁類以外的一般建筑丙類

地震時(shí)使用功能不能中斷需盡快恢復(fù)的建筑乙類

重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑甲類

設(shè)防分類應(yīng)允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求適當(dāng)降低，但抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)不應(yīng)降低丁類應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度度的要求丙類一般情況下，當(dāng)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1度的要求；當(dāng)9度時(shí)，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求，對(duì)較小的乙類建筑，當(dāng)其結(jié)構(gòu)改用抗震性能較好的結(jié)構(gòu)類型時(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措施乙類當(dāng)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1度的要求；當(dāng)為9度時(shí)，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求甲類抗震措施較小乙類建筑：工礦企業(yè)的變電所、空壓站以及城市供水水源的泵房等?？拐鹦阅茌^好的結(jié)構(gòu)類型指鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。2.抗震設(shè)防措施抗震措施:除結(jié)構(gòu)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：一般不須計(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。3.地震作用一般情況下仍應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求丁類

應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度要求丙類

應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度要求乙類

按地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果確定甲類

地震作用在設(shè)防烈度為6度時(shí)，除規(guī)范有具體規(guī)定外，對(duì)乙、丙、丁類建筑可不進(jìn)行地震作用計(jì)算。1.8建筑筑抗抗震震概概念念設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)一、、定定義義與與基基本本內(nèi)內(nèi)容容根據(jù)據(jù)地地震震災(zāi)災(zāi)害害和和工工程程經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)等等所所形形成成的的基基本本設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)原原則則和和設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)思思想想進(jìn)進(jìn)行行建建筑筑和和結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)總總體體布布置置并并確確定定細(xì)細(xì)部部構(gòu)構(gòu)造造的的過(guò)過(guò)程程稱稱為為概概念念設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)。?；颈緝?nèi)內(nèi)容容有有三三部部分分：：1.建筑筑設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)應(yīng)應(yīng)重重視視建建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的規(guī)規(guī)則則性性；；2.合理理的的建建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系選選擇擇；；3.抗側(cè)側(cè)力力結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和構(gòu)構(gòu)件件的的延延性性設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)。。二、、建建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的規(guī)規(guī)則則性性建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的規(guī)規(guī)則則性性對(duì)對(duì)抗抗震震能能力力的的重重要要影影響響的的認(rèn)認(rèn)識(shí)識(shí)始始自自若若干干現(xiàn)現(xiàn)代代建建筑筑在在地地震震中中的的表表現(xiàn)現(xiàn)。。最為為典典型型的的例例子子是是1972年2月23日南南美美洲洲的的馬馬那那瓜瓜地地震震。。馬那那瓜瓜有有相相距距不不遠(yuǎn)遠(yuǎn)的的兩兩幢幢高高層層建建筑筑，，一一幢幢為為十十五五層層高高的的中中央央銀銀行行大大廈廈，，另另一一幢幢為為18層高高的的美美洲洲銀銀行行大大廈廈。。當(dāng)當(dāng)?shù)氐氐氐卣鹫鹆伊叶榷裙拦烙?jì)計(jì)為為8度。。一一幢幢破破壞壞嚴(yán)嚴(yán)重重，，震震后后拆拆除除；；另另一一幢幢輕輕微微損損壞壞，，稍稍加加修修理理便便恢恢復(fù)復(fù)使使用用。。馬那那瓜瓜中中央央銀銀行行大大廈廈試問(wèn)問(wèn)：：那一一幢幢破破壞壞嚴(yán)嚴(yán)重重呢呢？？馬那那瓜瓜美美洲洲銀銀行行大大廈廈1）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(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(lái)，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(zhǎng)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)層平面面不不規(guī)規(guī)則則的的類類型型扭轉(zhuǎn)不規(guī)則凹凸角不規(guī)則局部不連續(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)層平面面不不規(guī)規(guī)則則的的類類型型不規(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%豎向向不不規(guī)規(guī)則則的的類類型型沿豎向的側(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)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(guò)表中指標(biāo)或某一項(xiàng)大大超過(guò)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%豎向向不不規(guī)規(guī)則則的的類類型型二、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系的的合合理理選選擇擇抗震震結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系是是抗抗震震設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)應(yīng)應(yīng)考考慮慮的的關(guān)關(guān)鍵鍵問(wèn)問(wèn)題題，，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)方方案案的的選選取取是是否否合合理理，，對(duì)對(duì)安安全全性性和和經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)性性起起決決定定性性作作用用。。規(guī)范范規(guī)規(guī)定定：：1.結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系應(yīng)應(yīng)具具有有明明確確的的計(jì)計(jì)算算簡(jiǎn)簡(jiǎn)圖圖和和合合理理的的地地震震作作用用傳傳遞遞途途徑徑。。受力力明明確確、、傳傳力力合合理理、、傳傳力力路路線線不不間間斷斷、、抗抗震震分分析析與與實(shí)際際表表現(xiàn)現(xiàn)相相符符合合。。2.應(yīng)避避免免因因部部分分結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)或或構(gòu)構(gòu)件件破破壞壞而而導(dǎo)導(dǎo)致致整整個(gè)個(gè)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)喪喪失失抗抗震震能能力力或或?qū)?duì)重重力力荷荷載載的的承承載載能能力力。。由于于柱柱子子的的數(shù)數(shù)量量較較少少或或承承載載能能力力較較弱弱，，部部分分柱柱子子退退出出工工作作后后，，整整個(gè)個(gè)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)系系統(tǒng)統(tǒng)喪喪失失了了對(duì)對(duì)豎豎向向荷荷載載的的承承載載能能力力。。抗震震設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的一一個(gè)個(gè)重重要要原原則則是是結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)應(yīng)有有必必要要的的贅贅余余度度和和內(nèi)內(nèi)力力重重分分配配的的功功能能。。3.結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系應(yīng)應(yīng)具具備備必必要要的的承承載載能能力力，，良良好好的的變變形形能能力力和和消消耗耗地地震震能能量量的的能能力力。。足夠夠的的承承載載力力和和變變形形能能力力是是需需要要同同時(shí)時(shí)滿滿足足的的。。有較較大大的的變變形形能能力力而而缺缺少少較較高高的的抗抗側(cè)側(cè)向向力力的的能能力力如如鋼鋼或或鋼鋼筋筋混混凝凝土土純純框框架架，，由由于于在在不不大大的的地地震震作作用用下下會(huì)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生生較較大大的的變變形形，，導(dǎo)導(dǎo)致致非非結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件件的的破破壞壞或或結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)本本身身的的失失穩(wěn)穩(wěn)。。有較較高高的的承承載載能能力力而而缺缺少少較較大大變變形形能能力力如如不加加約約束束的的砌砌體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，很很容容易易引引起起脆脆性性破破壞壞而而倒塌塌。。必要要的的承承載載能能力力和和良良好好的的變變形形能能力力的的結(jié)結(jié)合合便便是是結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)在在地地震震作作用用下下具具有有的的耗耗能能能能力力。。足夠夠的的承承載載力力和和變變形形能能力力是是需需要要同同時(shí)時(shí)滿滿足足的的。。三、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件件的的延延性性結(jié)構(gòu)構(gòu)的的變變形形能能力力取取決決于于組組成成結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的構(gòu)構(gòu)件件及及其其連連接接的的延延性性水水平平。。規(guī)范范對(duì)對(duì)各各類類結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)采采取取的的抗抗震震措措施施，，基基本本上上是是提提高高各各類類結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件件的的延延性性水水平平。。這些些抗抗震震措措施施是是：：采用用水水平平向向（（圈圈梁梁））和和豎豎向向（（構(gòu)構(gòu)造造柱柱、、芯芯柱柱））混混凝凝土土構(gòu)構(gòu)件件，，加加強(qiáng)強(qiáng)對(duì)對(duì)砌砌體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的約約束束，，或或采采用用配配筋筋砌砌體體；；使使砌砌體體在在發(fā)發(fā)生生裂裂縫縫后后不不致致坍坍塌塌和和散散落落，，地地震震時(shí)時(shí)不不致致喪喪失失對(duì)對(duì)重重力力荷荷載載的的承承載載能能力力；；2.避免免混混凝凝土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的脆脆性性破破壞壞（（包包括括混混凝凝土土壓壓碎碎、、構(gòu)構(gòu)件件剪切切破破壞壞、、鋼鋼筋筋同同混混凝凝土土粘粘結(jié)結(jié)破破壞壞））先先于于鋼鋼筋筋的的屈屈服服；；3.避免免鋼鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件件的的整整體體和和局局部部失失穩(wěn)穩(wěn)，，保保證證