建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計與施工建筑選址

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計與施工建筑選址第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日概念設(shè)計：

“概念設(shè)計”是根據(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，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。根據(jù)實際的經(jīng)驗或試驗研究所得到的非常重要的定性設(shè)計原則或工程判斷進(jìn)行設(shè)計。

主要內(nèi)容:注意場地選擇和地基基礎(chǔ)設(shè)計，把握建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，選擇合理抗震結(jié)構(gòu)體系，合理利用結(jié)構(gòu)延性，重視非結(jié)構(gòu)因素，確保材料和施工質(zhì)量第三章建筑選址與建筑、結(jié)構(gòu)方案第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日概念設(shè)計：

概念設(shè)計強(qiáng)調(diào)：在工程設(shè)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，就有可能使設(shè)計出的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。第三章建筑選址與建筑、結(jié)構(gòu)方案第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日第三章建筑選址與建筑、結(jié)構(gòu)方案

建筑選址、規(guī)劃根據(jù)文件和具體情況確定抗震設(shè)防水準(zhǔn)調(diào)整結(jié)構(gòu)方案根據(jù)相應(yīng)的設(shè)防水準(zhǔn)進(jìn)行地震作用計算計算地震作用下的內(nèi)力及變形，重力荷載和其他可變荷載作用下的內(nèi)力內(nèi)力組合，截面及節(jié)點承載力計算和變形驗算地基承載力驗算和基礎(chǔ)設(shè)計根據(jù)構(gòu)造要求確定構(gòu)造細(xì)節(jié)，繪制施工圖抗震設(shè)計內(nèi)容和大體步驟第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.1地震造成的地表破壞和地基失效

地震造成的地表破壞即為第一章前所述第一、二類震害。主要有山石崩裂、滑坡、地表裂縫、地陷和噴水冒砂等。

上述震害單靠工程措施是很難達(dá)到預(yù)防目的的，或者需要付出昂貴的代價。第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題

地表破壞直接造成，如地裂、滑坡、地陷、塌方等。地基失效或沉陷而造成，如軟弱地基沉陷、砂土液化建筑物各部位聯(lián)接的破壞，造成結(jié)構(gòu)喪失整體穩(wěn)定、造成整體倒塌。主要承重構(gòu)件的強(qiáng)度、延性不足造成局部破壞或局部倒塌。

場地選擇來解決（避震）

地基的處理、加固，選擇合理的基礎(chǔ)方案及進(jìn)行必要的地基抗震驗算來解決。

設(shè)計中選擇合理的結(jié)構(gòu)方案、合理的布置、合理的抗震措施解決。

結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析、結(jié)構(gòu)抗震承載力及延性計算、構(gòu)造措施保證強(qiáng)度、延性、構(gòu)造等。第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.2有利、一般、不利與危險地段表3-1地段的劃分

地段類別地質(zhì)、地形、地貌有利地段穩(wěn)定基巖，堅硬土，開闊、平坦、密實、均勻的中硬土等一般地段不屬于有利、不利和危險的地段不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非巖質(zhì)的陡坡，河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層（如故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基）等危險地段地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表位錯的部位第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.2有利、一般、不利與危險地段

《抗規(guī)》（GB50011-2010）第條（強(qiáng)制性條文）明確規(guī)定：“選擇建筑場地時，應(yīng)根據(jù)工程需要和地震活動情況、工程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關(guān)資料，對抗震有利、一般、不利和危險地段做出綜合評價。對不利地段，應(yīng)提出避開要求；當(dāng)無法避開時應(yīng)采取有效的措施。對危險地段，嚴(yán)禁建造甲、乙類的建筑，不應(yīng)建造丙類的建筑?！钡诎隧?，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.3工程選址

選擇工程場地時應(yīng)著重注意把握好以下幾個基本原則：

1.選擇有利地段

根據(jù)《抗規(guī)》第條規(guī)定，對建筑有利的地段主要指穩(wěn)定基巖，堅硬土，開闊、平坦、密室、均勻的中硬土等。從事工程抗震設(shè)計時，應(yīng)優(yōu)先選擇對建筑抗震有利的地段作為建筑場址。

2.避開危險地段

（1）斷裂及其工程影響（發(fā)震斷裂、非發(fā)震斷裂）

發(fā)生斷裂附近地表，地震很可能產(chǎn)生新的錯動，其上若有建筑物，將會遭到嚴(yán)重破壞?！犊挂?guī)》第條明確規(guī)定：第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.3工程選址

1）對符合下列規(guī)定之一的情況，可忽略發(fā)震斷裂錯動對地面建筑的影響：抗震設(shè)防烈度小于8度；非全新世紀(jì)活動斷裂；抗震設(shè)防烈度為8度和9度時，隱伏斷裂的土層覆蓋厚度分別大于60m和90m。2）對不符合1）規(guī)定的情況，應(yīng)避開主斷裂帶。具體規(guī)定見表3-2。第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.3工程選址海城地震斷裂汶川地震斷裂第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.3工程選址

（2）山體崩塌

在山區(qū)選址時，經(jīng)踏勘，發(fā)現(xiàn)有山體崩塌、巨石滾落等潛在危險的地段，不能建房。

岷縣地震山體崩塌北川山體崩塌第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.3工程選址

（3）邊坡滑移

對于那些存在液化或潤滑夾層的坡地，也應(yīng)視為抗震危險地段。

新疆和田地震邊坡滑移第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.3工程選址

（4）地陷（廣元地陷）

地震時的坑道坍塌可能導(dǎo)致大面積地陷，引起其上建筑毀壞，應(yīng)視為抗震危險地段。第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.3工程選址3.慎重對待不利地段

根據(jù)表3-1，所謂不利地段，就地形而言，一般是指條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和邊坡的邊緣；就場地土質(zhì)而言，一般指軟弱土、易液化土、故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層。

（1）局部地形相關(guān)不利地段1）孤山效應(yīng)；2）土質(zhì)邊坡與臺地邊緣；

第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.3工程選址

3.慎重對待不利地段

根據(jù)經(jīng)驗及震害分析，局部突出地形地震反應(yīng)的總體趨勢如下;高出地形距離基準(zhǔn)面的高度愈大，高出反應(yīng)愈強(qiáng)烈;離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離愈大，反應(yīng)相對減?。粡膸r土構(gòu)成方面來看，同樣地形條件下，土質(zhì)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)比巖質(zhì)結(jié)構(gòu)大；高出地形頂面愈開闊，遠(yuǎn)離邊緣的中心部位的反應(yīng)明顯減小；邊坡愈陡，其頂部放大效應(yīng)相應(yīng)加大。

第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.3工程選址

設(shè)計對策

1）符合《抗規(guī)》第條規(guī)定；2）針對山區(qū)建筑的震害情況，還應(yīng)符合《抗規(guī)》第條規(guī)定。

（2）場地土質(zhì)相關(guān)的不利地段1）平面分布不均勻土層

一個場地內(nèi)，沿水平方向土層類別發(fā)生變化時，一幢建筑物不宜跨在兩類不同土層上，否則將會危及該建筑物的安全。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)落在同一層上。第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.1選址問題3.1.3工程選址3.慎重對待不利地段

2）液化土與軟弱土

當(dāng)建筑地基內(nèi)存在可液化的土層時，對于高層建筑，應(yīng)采取人工地基，或采取完全消除土層液化性的措施。當(dāng)采取磚基礎(chǔ)時，樁身設(shè)計還應(yīng)考慮水平地震力和地基土下層水平錯位所帶來的不利影響。設(shè)計對策

符合《抗規(guī)》第條第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.2建筑平、立面布置3.2.1建筑平面形狀

建筑的平、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。對稱的結(jié)構(gòu)容易估計其地震時的反應(yīng)，容易采取構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理?！耙?guī)則”包含了對建筑的平、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。

第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.2建筑平、立面布置3.2.1建筑平面形狀

事實上，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)計成方形或者圓形。《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，并提出對這些平面的凹角處，應(yīng)采取加強(qiáng)措施?！犊挂?guī)》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。

第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.2建筑平、立面布置3.2.1建筑平面形狀設(shè)防烈度６、７度≤6.0≤0.35≤2.0８、９度≤5.0≤0.30≤1.5表3-4平面尺寸及突出部位尺寸的比值限值

建筑平面造型第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.2建筑平、立面布置3.2.2建筑立面

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。良好的建筑立面不利的建筑立面造型第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.2建筑平、立面布置3.2.2建筑立面

如下圖所示建筑造型屬于平面不規(guī)則，豎向嚴(yán)重不規(guī)則，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了GB50011-2010和JGJ3-2010所允許的范圍。當(dāng)H１/H>0.2時,B1/B≥0.75;當(dāng)上部外挑時,B/B1≥0.9且a≤4m。結(jié)構(gòu)豎向收進(jìn)和外挑示意圖第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.2建筑平、立面布置3.2.3不規(guī)則類型1、平面不規(guī)則不規(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%，或較大的樓層錯層第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日扭轉(zhuǎn)不規(guī)則凹凸角不規(guī)則25局部不連續(xù)大開洞錯層第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.2建筑平、立面布置3.2.3不規(guī)則類型2、豎向不規(guī)則不規(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%第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日豎向抗側(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，多項不規(guī)則指標(biāo)超過表中指標(biāo)或某一項大大超過規(guī)定值，具有嚴(yán)重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，將會導(dǎo)致地震破壞的嚴(yán)重后果者。

注：以上規(guī)定主要針對鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的多層和高層建筑。第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.2建筑平、立面布置3.2.4典型案例一、

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)氐卣鹆叶裙烙嫗?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。二、北京的中央電視臺臺址“大褲衩”第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日馬那瓜中央銀行大廈馬那瓜美洲銀行大廈震后拆除了銀行大廈第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日1）平面不規(guī)則4個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)生可觀的豎向運動等。

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L形的桶體，對稱地由連梁連接起來，這些連梁在地震時遭到剪切破壞，是整個結(jié)構(gòu)能觀察到的主要破壞。分析表明：1.對稱的結(jié)構(gòu)布置及相對剛強(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。美洲銀行第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日中央電視臺新臺址“大褲衩”第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日有熱心市民給建委打電話說“快來管管吧，國貿(mào)這兒有2個樓修歪了都快倒啦”第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.2建筑平、立面布置3.2.5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。

《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(jìn)行專門研究。（課本表3-5）第三十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.2建筑平、立面布置3.2.5房屋的高度結(jié)構(gòu)類型烈度6789框架60554525框架-抗震震分框支抗震墻12010080不應(yīng)采用框架-核心中柱-抗震墻403530不應(yīng)采用表3-5現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m）第三十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日§3.2建筑平、立面布置3.2.6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越大，即建筑越瘦高，地震作用下的側(cè)移就越大，地震引起的傾覆作用也就越嚴(yán)重。

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。高層建筑結(jié)構(gòu)高寬比的規(guī)定，是對結(jié)構(gòu)整體剛度、抗傾覆能力、承載能力以及經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制指標(biāo)。實際上當(dāng)滿足高規(guī)對側(cè)向位