建筑結構抗震概念設計知識點8個

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抗震概念設計要旨1抗震概念設計要旨2抗震設防目標3高度及高寬比4規(guī)則性5延性6多道抗震防線7結構整體性8性能化設計認識建筑物震害

地震是一種自然現(xiàn)象，表現(xiàn)為地面的振動，具有突發(fā)性和不可預測性的特點。產(chǎn)生嚴重震害的原因，很大程度是因地震倒塌的建筑物及次生災害，所引發(fā)人員傷亡和經(jīng)濟損失，對社會發(fā)展會產(chǎn)生很大影響。國人記憶深刻的有，唐山地震（1976）、汶川地震（2008）、玉樹地震（2010）和雅安地震（2013）等。地震不殺人，因地震倒塌的建筑物殺人。認識并總結建筑物震害意義重大。斷層變化引發(fā)構造地震的示意圖

1906年舊金山大地震后，里德(H.

F.Reid)在1911年所提出的彈性回跳假說影響至今。巖石原始狀態(tài)受力后發(fā)生變形巖石斷裂產(chǎn)生振動（回跳）回顧三次典型地震的影響

唐山地震汶川地震昆侖山地震開灤煤礦醫(yī)院河北理工大學圖書館地震遺址漩口中學地震遺址青川縣城通過切實可行的技術手段實施工程抗震

結構體系的抗震能力綜合表現(xiàn)在強度、剛度和變形能力三者的統(tǒng)一。抗震設計包括三個方面：概念設計、抗震計算、構造措施，三個方面的內(nèi)容是一個不可割裂的整體，忽略任何一部分，都可能使抗震設計失效。

作為抗震設計的第一個層面，概念設計強調(diào)根據(jù)抗震設計的基本原則，即強調(diào)結構功能與其他功能相協(xié)調(diào)、盡量減輕結構自重、空間結構體系受力原則、合理布置構件優(yōu)化選型等，在總體上消除薄弱環(huán)節(jié)，再加上必要的計算和構造措施，保證結構良好的抗震性能。概念設計的過程需要建筑師、結構工程師和其他工程師之間的密切配合。從震害理解建筑抗震

地震對結構的影響本質(zhì)上為地面振動所產(chǎn)生的慣性作用。簡而言之，建筑抗震問題要做到：結構抗力>地震作用概念設計：確定地震作用水平，選擇合理結構體系，為計算和構造開好頭。結構設計的本質(zhì)是合理布置結構承重體系

基本要求強度：抵抗破壞的能力剛度：抵抗變形的能力穩(wěn)定性：保持平衡的能力主要內(nèi)容：結構體系及主要材料結構平面布置選用材料(類型、強度)荷載確定及內(nèi)力分析荷載效應組合及構件設計必要構造措施結構體系應該有利于抵抗水平力和豎向荷載

抗震規(guī)范3.5.2條，結構體系應符合下列各項要求：

1、應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。2、應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。3、應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。4、對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力。結構體系應該有利于抵抗水平力和豎向荷載抗震規(guī)范3.5.3條，結構體系尚宜符合下列各項要求：

1、宜有多道抗震防線。2、宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應力集中或塑性變形集中。3、結構在兩個主軸方向的動力特性宜相近。2

抗震設防目標1抗震概念設計要旨2抗震設防目標3高度及高寬比4規(guī)則性5延性6多道抗震防線7結構整體性8性能化設計抗震設防應依法依規(guī)

工程抗震設防是以現(xiàn)有的科學水平和經(jīng)濟條件為前提，根據(jù)現(xiàn)有的震害經(jīng)驗資料和科學研究水平，最大限度地限制和減輕建筑物的地震破壞，保障人員安全和減少經(jīng)濟損失，符合國家法律法規(guī)的行為和過程。我國有關建筑的防震減災法律法規(guī)，主要指《中華人民共和國城鄉(xiāng)規(guī)劃法》、《中華人民共和國建筑法》、《中華人民共和國防震減災法》及相適應的主要技術性文件。《建筑抗震設計規(guī)范(GBJ50011-2010)》(2016版)小震不壞、中震可修、大震不倒

抗震規(guī)范的設防目標是，當遭受低于本地區(qū)抗震設防烈度的多遇地震影響時，主體結構不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用；當遭受相當于本地區(qū)抗震設防烈度的設防地震影響時，可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般性修理仍可繼續(xù)使用；當遭受高于本地區(qū)抗震設防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞。即通常所說的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防目標?？拐鹨?guī)范同時規(guī)定，使用功能或其他方面有專門要求的建筑，當采用抗震性能化設計時，具有更具體或更高的抗震設防目標，這意味著適當考慮了國家經(jīng)濟條件發(fā)展對抗震設防標準的影響。小震、中震、大震抗震規(guī)范采用了中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖作為確定抗震設防烈度的基礎資料，即設計基準期為50年內(nèi)超越概率為10%的地面運動加速度值作為設計地震動基本參數(shù)?？拐鹪O防烈度一般習慣稱為中震。眾值烈度，一般也被稱為小震或多遇地震，就是發(fā)生頻度最大的地震，基準期50年內(nèi)發(fā)生超過眾值烈度的概率為63.2%。罕遇烈度，也被稱為大震或罕遇地震，其基準期50年內(nèi)超越概率定義為3—2%。新一代《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》增加了極罕遇烈度的概念，超越概率定義為年0.01%(50年超越概率為0.5%)。概率密度函數(shù)根據(jù)我國統(tǒng)計數(shù)據(jù)的概率分析，基本烈度與小震烈度差的平均值為1.55度，大震烈度比基本烈度高1度左右。小震、中震、大震的重現(xiàn)周期為50年，475年，1641年—2475年。兩階段設計方法第一階段設計：按多遇地震烈度對應的地震作用效應和其他荷載效應的組合驗算結構構件的承載能力和彈性變形。第一階段的設計保證了第一水準的強度要求和變形要求。第二階段設計：按罕遇地震烈度對應的地震作用效應驗算結構的彈塑性變形。第二階段的設計，則旨在保證結構滿足第三水準的抗震設防要求。如何保證第二水準的抗震設防要求目前還在研究之中。一般認為，良好的抗震構造措施有助于第二水準要求的實現(xiàn)?？拐鹪O防分類《建筑工程抗震設防分類標準》根據(jù)建筑使用功能的重要性、在地震中和地震后建筑物的損壞對社會和經(jīng)濟產(chǎn)生的影響大小以及在抗震防災中的作用，將建筑物劃分為特殊設防類或甲類、重點設防類或乙類、標準設防類或丙類、適度設防類或丁類等四個設防類別。重點設防類，是指地震中使用功能不能中斷或需迅速恢復的生命線相關建筑物，以及地震時可能導致大量人員傷亡等重大災害后果需要提高設防標準的建筑。簡稱乙類。應按提高一度的要求加強其抗震措施，按設防烈度確定地震作用。標準設防類，是指除特殊設防、重點設防、適度設防以外按標準要求進行設防的建筑，簡稱丙類。3

高度及高寬比1抗震概念設計要旨2抗震設防目標3高度及高寬比4規(guī)則性5延性6多道抗震防線7結構整體性8性能化設計高度和高寬比是結構體系選擇的直觀參數(shù)合理地選擇結構體系，重點是抵抗水平力的抗側力結構(框架、抗震墻、支撐、筒體等)的布置，既要考慮結構剛度、整體穩(wěn)定、承載能力等影響抗震安全性的因素，同時也要盡可能對經(jīng)濟合理性進行宏觀控制。房屋越高，所受到的地震作用和傾覆力矩越大。高寬比越大，地震作用下的結構側移和傾覆力矩越大。砌體結構砌體結構抗剪、抗拉、抗彎強度低，變形能力差，層數(shù)限制在7層以內(nèi)，高度限制在22m(21m)以內(nèi)是非常重要的抗震措施。房屋總高度指室外地面到主要屋面板板頂或檐口的高度，半地下室從地下室室內(nèi)地面算起，全地下室和嵌固條件好的半地下室應允許從室外地面算起。鋼筋混凝土結構根據(jù)房屋的高度和抗震設防烈度的不同分別采用框架結構、框架—抗震墻結構、抗震墻結構、筒體結構等不同類型?？拐鹨?guī)范對鋼筋混凝土房屋最大高度加以限制。行業(yè)標準《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》還規(guī)定了B級高度的高層建筑的適用高度和最大高寬比。需要說明的是，房屋高度指室外地面到主要屋面板板頂?shù)母叨?，不包含局部突出屋頂部分；乙類建筑按本地區(qū)設防烈度確定其適用的最大高度。鋼筋混凝土結構適用高度根據(jù)房屋的高度和抗震設防烈度的不同，抗震規(guī)范對最大高度加以限制。B級高度鋼混結構適用的最大高度和高寬比高層規(guī)程規(guī)定，除了滿足前表的A級高度鋼筋混凝土結構外，還規(guī)定了B級高度鋼筋混凝土結構所適用的最大高度和高寬比。盡管高度要求有所放松，但對規(guī)則性、抗震等級、計算和構造措施等方面的要求相對嚴格。鋼筋混凝土結構的抗震等級鋼筋混凝土房屋的抗震等級是重要的設計參數(shù)，應根據(jù)設防類別、結構類型、烈度和房屋高度四個因素確定，分為一級、二級、三級、四級等四類?？拐鸬燃壴降停淇拐鹨笤礁?。合理設計結構破壞機制，控制構件在破壞前不發(fā)生明顯的脆性破壞。鋼結構規(guī)范規(guī)定了，框架結構、框架—中心支撐、框架—偏心支撐、筒體和巨型筒等四類結構的最大適用高度和高寬比。根據(jù)設防烈度和房屋高度等區(qū)分鋼結構的抗震等級，反映出對整體結構及各構件的延性要求，作為內(nèi)力調(diào)整和各種構造措施選取的依據(jù)。4

規(guī)則性1抗震概念設計要旨2抗震設防目標3高度及高寬比4規(guī)則性5延性6多道抗震防線7結構整體性8性能化設計規(guī)則性要求的實質(zhì)是合理的剛度和承載力分布建筑設計應根據(jù)抗震概念設計的要求明確建筑形體的規(guī)則性，規(guī)則性要求的實質(zhì)是結構宜具有合理的剛度和承載力分布：一是減少結構的扭轉振動從而導致地震反應增大，這是由于剛心(即結構中各抗側力結構抵抗水平力的合力點)與結構的質(zhì)量中心(即地震作用，或因地面運動引起的結構反應而產(chǎn)生慣性力的合力點)不重合所引起的；二是避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應力集中或塑性變形集中從而導致地震反應加大。平面不規(guī)則扭轉不規(guī)則：樓層的最大彈性水平位移(或層間位移)大于該樓層兩端彈性水平位移(或層間位移)平均值的1.2倍。凹凸不規(guī)則：結構平面凹進的一側尺寸大于相應投影方向總尺寸的30%。樓板局部不連續(xù)：樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如有效的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。平面不規(guī)則之扭轉不規(guī)則平面不規(guī)則之平面凹凸角平面不規(guī)則之大開洞及錯層豎向不規(guī)則側向剛度不規(guī)則：該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%。除頂層或出屋面小建筑外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%。豎向抗側力構件不連續(xù)：豎向抗側力構件(柱、抗震墻、抗震支撐)的內(nèi)力由水平轉換構件(梁、桁架等)向下傳遞。樓層承載力突變：抗側力結構的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%。豎向不規(guī)則之有軟弱層及有薄弱層豎向不規(guī)則之豎向構件不連續(xù)特別不規(guī)則、嚴重不規(guī)則除在抗震規(guī)范條文中給出的不規(guī)則定義外，規(guī)范條文說明中還說明了特別不規(guī)則、嚴重不規(guī)則的情況。

特別不規(guī)則，指具有較明顯的抗震薄弱部位，可能引起不良后果者，一般具有規(guī)范所列平面、豎向不規(guī)則類型的三種或三種以上。對于特別不規(guī)則的情況，一般可以采取更為嚴格的計算要求、內(nèi)力調(diào)整和抗震構造措施。嚴重不規(guī)則，指體型復雜，多項不規(guī)則指標超過規(guī)范上限值或者某一項不規(guī)則指標大大超過規(guī)定值的情況，一般存在現(xiàn)有技術和經(jīng)濟條件不能克服的嚴重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，可能會導致地震破壞的嚴重后果，應在設計中避免。設防震縫是解決不規(guī)則問題的一種措施。5

延性1抗震概念設計要旨2抗震設防目標3高度及高寬比4規(guī)則性5延性6多道抗震防線7結構整體性8性能化設計延性的基本概念從某種意義上說，結構抗震的本質(zhì)就是延性。一是要求具備承受較大的非彈性變形且強度沒有明顯下降的能力，二是要求具備滯回特性吸收地震輸入能量的能力，保證更好的抗倒塌能力。從概念上講，結構的延性定義為結構承載能力無明顯降低的前提下，結構發(fā)生非彈性變形的能力。這里“無明顯降低”比較認同的標準是，不低于其極限承載力的85%。一個構件或結構的延性一般用其最大允許變形與屈服變形的比值來確定，也被稱為延性系數(shù)。變形可以是線位移、轉角、層間側移。延性結構和延性的示意圖砌體結構一般而言，砌體墻片本身的變形能力較差。有效設置鋼筋混凝土構造柱或芯柱及圈梁對砌體墻片產(chǎn)生約束作用，保證砌體墻片和混凝土構件形成協(xié)同變形的整體，使墻體在側向變形下仍具有良好的豎向及側向承載力，提高墻片的往復變形能力。同時加強縱橫墻的連接，并箍住樓屋蓋，增強墻體的穩(wěn)定性，增強結構整體性，可從而可以有效地提高墻片及整個結構的抗倒塌能力。主要做法：先砌墻后澆鋼筋混凝土構件，且構造柱或芯柱的縱筋應穿過圈梁保證上下貫通；鋼筋混凝土圈梁需現(xiàn)澆，并閉合設置。砌體結構構造柱和芯柱的典型做法構造柱做法芯柱做法鋼筋混凝土結構控制截面尺寸和受力鋼筋、箍筋的設置，保證剪切破壞不先于彎曲破壞、混凝土壓潰不先于鋼筋屈服、鋼筋的錨固粘結破壞不先于鋼筋破壞。對于柱、墻等軸壓和壓彎構件等控制其豎向軸壓力，以保證豎向構件良好的延性，從而做到強柱弱梁、強墻肢弱連梁。為了防止出現(xiàn)混凝土構件過早出現(xiàn)剪切破壞形態(tài)，一般可采用約束箍筋的方法，除提高抗剪能力外，還可以提高變形能力，做到強剪弱彎、強節(jié)點弱桿件。為保證混凝土抗震墻的變形能力，需要在端部設置必要的邊緣構件。箍筋加密是滿足結構耗能能力要求，也是防止錨固失效的需要。這些措施是和抗震等級相關的。鋼筋混凝土抗震墻邊緣構件的典型做法鋼結構涉及框架結構、框架—中心支撐結構、框架—偏心支撐結構等三種類型。除強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱桿件的基本原則外，需要防止出現(xiàn)壓屈破壞或局部失穩(wěn)的脆性破壞形態(tài)，這是保證具有足夠變形耗能能力所必需的?？刂浦娱L細比，且梁柱連接宜采用柱貫通型。控制梁、柱中板件寬厚比和設置側向支承，防止局部失穩(wěn)破壞。框架—中心支撐結構中，宜采用交叉支撐、人字支撐或單斜桿支撐。框架—偏心支撐結構中，消能梁段是偏心支撐框架中耗散能量的主要構件，一般按照強柱、強支撐和弱消能梁段的原則進行設計。這些措施是和抗震等級相關的。鋼結構消能梁端的典型做法6

多道抗震防線1抗震概念設計要旨2抗震設防目標3高度及高寬比4規(guī)則性5延性6多道抗震防線7結構整體性8性能化設計基本要求在工程實踐中，一般應優(yōu)先選擇不負擔或少負擔重力荷載的豎向支撐或填充墻，或者選用承擔豎向荷載相對較小的抗震墻、實墻筒體之類的構件，作為第一道抗震防線的抗側力構件，著重提高第一道防線中構件的變形能力和提高該構件在地震作用時預期先屈服的部位延性。兩個方面：一是延性較好的分體系、延性較好的結構構件，二是最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度。第一點：延性較好的分體系、結構構件整個抗震結構體系由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接起來協(xié)同工作。框架—抗震墻體系是由延性框架和抗震墻二個系統(tǒng)組成，延性的抗震墻是第一道防線，令其承擔全部地震力，混凝土抗震墻需要設置邊緣構件，延性框架是第二道防線，要承擔墻體開裂后轉移到框架的部分地震剪力；在框架填充墻結構中，抗側力的磚填充墻是第一道防線，承擔大部分地震剪力，框架既起了對磚墻的約束作用，又承擔了磚墻開裂后轉移的部分地震力。雙肢或多肢抗震墻體系由若干個單肢墻組成，框架—支撐框架體系由延性框架和支撐框架組成，框架—筒體體系由延性框架和筒體組成。第二點：最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度抗震結構體系具有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度，保證結構體系在部分構件失效后不致變成可變結構。同時，有意識地建立起一系列分布的塑性屈服區(qū)，當建筑物受到強烈地震作用時，可利用增設的贅余構件的屈服和變形來耗散地震輸入能量，保護其他重要構件不致?lián)p壞和結構不致倒塌，而這些部位的構件破壞后也易于修復。在框架結構中要求強柱弱梁，就是通過梁先于柱屈服來實現(xiàn)內(nèi)力重分布，提高耗能和變形能力；多肢墻中通過連梁的屈服來保護墻肢也是一個很好的例子。。典型的帶贅余桿件的結構體系7

結構整體性1抗震概念設計要旨2抗震設防目標3高度及高寬比4規(guī)則性5延性6多道抗震防線7結構整體性8性能化設計基本要求結構整體性的要求，是指在結構產(chǎn)生很大的變形時，結構的整體形態(tài)未發(fā)生明顯變化，構件之間的連接構造措施能保證實現(xiàn)結構直至倒塌破壞仍可保持整體協(xié)同受力，整個結構不致變成機動構架而倒塌，結構中所有構件能充分發(fā)揮各自的承載力和塑性變形能力，使結構能滿足傳遞地震力時的強度要求和適應地震時大變形的要求。五個方面：樓屋蓋體系、主體結構構件之間的連接、有效地控制薄弱層、控制塑性鉸的出現(xiàn)、加強非結構構件與主體結構的連接。第一點：樓、屋蓋體系樓、屋蓋體系是保證整體協(xié)同受力的重要條件，宜滿足樓板連續(xù)性的要求。鋼筋混凝土結構、砌體結構的樓、屋蓋宜優(yōu)先采用現(xiàn)澆混凝土板，當采用預制裝配式混凝土樓、屋蓋時，應采取措施確保各預制板之間連接的整體性。砌體結構的樓、屋蓋應與鋼筋混凝土構造柱或芯柱、圈梁和承重墻體有效連接，保證多層磚房縱橫墻之間的連接，注意墻片之間局部構造措施。鋼結構宜優(yōu)先采用壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板或鋼筋混凝土樓板，壓型鋼板應有適當?shù)膫鬟f剪力的機制，并與鋼梁有可靠連接。鋼結構樓、屋蓋的支撐系統(tǒng)應完整，保證屋蓋系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。第二點：主體結構構件之間的連接主體結構構件之間的連接應遵守的原則是，通過連接的承載力來發(fā)揮各構件的承載力、變形能力，從而獲得整個結構良好的抗震能力。一般要求做到：構件節(jié)點的破壞不應先于其連接的構件，預埋件的錨固破壞不應先于連接件，裝配式結構構件的連接應能保證結構的整體性，預應力混凝土構件的預應力鋼筋宜在節(jié)點核心區(qū)以外。對于鋼筋混凝土抗震墻而言，設置邊緣構件可以增加墻體的變形能力，也是保證抗震墻與其他構件之間的連接的重要手段。第三點：有效地控制薄弱層(部位)有效地控制薄弱層(部位)，也是抗震設計中保證結構整體性的重要措施。在強烈地震作用下結構不存在強度安全儲備，存在相對的抗震薄弱部位，一般根據(jù)構件的實際承載力(而不是承載力設計值)分析進行薄弱層(部位)判斷。一般要求，實際承載力和設計計算的彈性力之比保持在一個相對均勻的變化。有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉移，防止在局部上加強而忽視整個結構各部位剛度、強度的協(xié)調(diào)，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。第四點：控制塑性鉸的出現(xiàn)塑性鉸是結構進入非彈性階段后的耗能部位。抗震設計控制塑性鉸的出現(xiàn)部位和出現(xiàn)次序。對梁而言，較大的塑性鉸范圍可以提高耗能能力。對柱及剪力墻而言，塑性鉸范圍過大將不利于結構穩(wěn)定。對結構而言，要求總體屈服機制，即水平構件先于豎向構件屈服，塑性鉸首先出現(xiàn)在梁上，使大部分梁甚至全部梁上出現(xiàn)塑性鉸，仍能維持相對穩(wěn)定的承載能力，可以繼續(xù)經(jīng)歷變形而不倒塌，盡量避免豎向構件先于水平構件屈服而出現(xiàn)塑性鉸的層間屈服機制。第五點：加強非結構構件與主體結構的連接加強非結構構件與主體結構的連接，可設置拉結筋、水平聯(lián)系梁、圈梁、構造柱等與主體結構可靠拉結。對于非承重墻體而言，材料、選型和布置，應根據(jù)烈度、房屋高度、建筑體型、結構層間變形、墻體自身抗側力性能的利用等因索，經(jīng)綜合分析后確定。非承重墻體宜優(yōu)先采用輕質(zhì)墻體材料，宜與柱脫開或采用柔性連接，并保證墻體穩(wěn)定，采取措施減少對主體結構的不利影響，墻體應能適應主體結構不同方向的層間位移與豎向變形的能力。砌體女兒墻高度應予控制，并保證足夠的錨固。8

性能化設計1抗震概念設計要旨2抗震設防目標3高度及高寬比4規(guī)則性5延性6多道抗震防線7結構整體性8性能化設計基本概念規(guī)范提出了“小震不壞、中震可修、大震不倒”的

一般性抗震設計目標，采用簡化的兩階段設計方法，達到生命安全的目的。建筑的抗震性能化設計，立足于承載力和變形能力的綜合考慮，包括了不同條件的構造措施，可著重提高抗震安全性或滿足使用功能的專門要求。即需要綜合考慮使用功能、設防烈度、結構的不規(guī)則程度和類型、結構發(fā)揮延性變形的能力、造價、震后的各種損失及修復難度等等因素，區(qū)別處理不同目標。地震具有很大的不確定性，性能化設計需要估計各種水準的地震影響。對于設計使用年限不同于50年的結構，其地震作用需要作適當調(diào)整。除抗震規(guī)范外，可參考《建筑工程抗震性態(tài)設計通則(試用)》。結構的不同地震破壞等級不同地震水準下的結構抗震性能中等破壞時的構件變形參考