专题：抗震概念设计.ppt

1、工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计 1 1 场地选择场地选择 2 2 建筑的平立面布置建筑的平立面布置 3 3 结构选型与结构布置结构选型与结构布置 4 4 多道抗震防线多道抗震防线 5 5 刚度、承载力和延性的匹配刚度、承载力和延性的匹配 6 6 确保结构的整体性确保结构的整体性 7 7 非结构部件处理非结构部件处理 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 什么是概念设计？什么是概念设计？ 1 1、计算设计计算设计（numerical design）：按荷载计算、内力：按荷载计算、内力 分析及组合、强度计算、构造措施等称为计算设计。分析及组合、强度计算、构造

2、措施等称为计算设计。 “计算设计计算设计”不能完全依赖！不能完全依赖！ 地震的不确定性地震的不确定性 计算的简化计算的简化 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 2 2、概念设计概念设计（conceptual design）：立足于工程抗震基：立足于工程抗震基 本理论及长期工程抗震本理论及长期工程抗震经验总结经验总结的工程抗震基本概念的的工程抗震基本概念的 抗震设计。抗震设计。 即根据地震灾害和工程经验等所形成的即根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则基本设计原则和和 设计思想正确地解决建筑和结构的总体方案、结构布置、设计思想正确地解决建筑和结构的总体方案、结构布置、 材料使用和细部构造

3、等，以便达到合理抗震设计的目的。材料使用和细部构造等，以便达到合理抗震设计的目的。 有助于掌握明确的设计思想，灵活、恰当地运用抗震设有助于掌握明确的设计思想，灵活、恰当地运用抗震设 计原则，使设计人员不致陷入盲目的计算工作，从而做计原则，使设计人员不致陷入盲目的计算工作，从而做 到比较合理的抗震设计。到比较合理的抗震设计。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 抗震概念设计的思路：抗震概念设计的思路： 在工程设计一开始，把握好能量输入、房屋体型、结在工程设计一开始，把握好能量输入、房屋体型、结 构体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面，构体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面，从根从根 本上本

4、上消除建筑中的抗震薄弱环节；消除建筑中的抗震薄弱环节； 辅以辅以必要的计算和构造措施必要的计算和构造措施，有可能使房屋建筑具有，有可能使房屋建筑具有 良好的抗震性能和足够的抗震可靠度。良好的抗震性能和足够的抗震可靠度。 由于对地震作用及结构性能的了解还远远不够，在由于对地震作用及结构性能的了解还远远不够，在 某种意义上，某种意义上，概念设计比计算设计更重要概念设计比计算设计更重要。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计 1 1 场地选择场地选择 2 2 建筑的平立面布置建筑的平立面布置 3 3 结构选型与结构布置结构选型与结构布置 4 4 多道抗震防线多道抗震

5、防线 5 5 刚度、承载力和延性的匹配刚度、承载力和延性的匹配 6 6 确保结构的整体性确保结构的整体性 7 7 非结构部件处理非结构部件处理 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 1 1 场地选择场地选择 不同的场地上的建筑震害不同，在建筑选址时，要不同的场地上的建筑震害不同，在建筑选址时，要 尽量选择对建筑抗震有利的地段，避开不利和危险地段。尽量选择对建筑抗震有利的地段，避开不利和危险地段。 地段类别地段类别 地质、地形、地貌地质、地形、地貌 有利地段有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等 不利地段不利地段 软弱土，液化

6、土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的 陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不 均匀的土层（如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半均匀的土层（如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半 填半挖地基）等填半挖地基）等 危险地段危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂 带上可能发生地表错位的部位带上可能发生地表错位的部位 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 1 1 场地选择场

7、地选择 关于地基基础设计，抗震规范有如下规定：关于地基基础设计，抗震规范有如下规定： 1 1、避开危险地带（如断裂带等）；避开危险地带（如断裂带等）； 2 2、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基 上；上；无法避开时，除考虑不同土层差异运动的影响外，无法避开时，除考虑不同土层差异运动的影响外， 还应采用局部深基础，使整个建筑物的基础落在同一还应采用局部深基础，使整个建筑物的基础落在同一 土层上；土层上； 3 3、同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基；、同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基； （可设沉降缝，成为两个单元）（

8、可设沉降缝，成为两个单元） 4 4、地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀、地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀 时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响， 并采取相应措施，并采取相应措施，基础应加强其整体性和刚性。基础应加强其整体性和刚性。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计 1 1 场地选择场地选择 2 2 建筑的平立面布置建筑的平立面布置 3 3 结构选型与结构布置结构选型与结构布置 4 4 多道抗震防线多道抗震防线 5 5 刚度、承载力和延性的匹配刚度、承载力和延性的匹配 6 6 确

9、保结构的整体性确保结构的整体性 7 7 非结构部件处理非结构部件处理 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 2 2 建筑的平立面布置建筑的平立面布置 一幢房屋的动力性能基本上取决于它的一幢房屋的动力性能基本上取决于它的建筑布局建筑布局 和和结构布置结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震 原则，就能从根本上保证房屋具有良好的耐震性能。原则，就能从根本上保证房屋具有良好的耐震性能。 抗震规范抗震规范3.4.13.4.1条规定：建筑设计应符合抗震概念条规定：建筑设计应符合抗震概念 设计的要求，设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案不应采用严重不规则的设计方

10、案。 3.4.23.4.2条规定：建筑及其抗侧力结构的平面布置宜条规定：建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、规则、 对称对称，并应具有良好的，并应具有良好的整体性整体性；建筑的立面和竖向剖；建筑的立面和竖向剖 面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力 构件的截面尺寸和材料强度宜构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减少自下而上逐渐减少，避，避 免抗侧力结构的免抗侧力结构的侧向刚度侧向刚度和和承载力承载力突变。突变。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 较好的抗震构造较好的抗震构造 1.较低的较低的长宽比长宽比、高宽比高宽比 (降低倾覆的风险

11、降低倾覆的风险) 2. 均匀的均匀的层高层高 (墙或柱的刚度较均匀墙或柱的刚度较均匀) 3. 平面平面对称对称 (减小扭转减小扭转) 4. 强弱轴强弱轴差异较小差异较小 (各方向承载能力一致各方向承载能力一致) 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 5. 截面均匀截面均匀 (减小应力集中减小应力集中) 6. 抗震构件位于四周布置抗震构件位于四周布置 (提高抗扭能力提高抗扭能力) 7. 多道防线多道防线 (防倒塌防倒塌) 8.传力路径明确传力路径明确 (荷载分配合理荷载分配合理) 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 几何尺寸突变几何尺寸突变； 荷载传递路径不连续；荷载传递路径不连续； 强度与刚

12、度的不匹配强度与刚度的不匹配； 局部开洞局部开洞； 构件截面不合理构件截面不合理； 缺乏冗余构件缺乏冗余构件 2.1 2.1 不规则性（不规则性（irregularitiesirregularities） 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 t形平面形平面l形平面形平面 u形平面形平面 十字形平面十字形平面组合形平面组合形平面 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 并立建筑并立建筑 多塔建筑多塔建筑 竖向突变竖向突变 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 局部过高局部过高 局部过低局部过低 质量分布严重不均匀质量分布严重不均匀 底层过柔弱底层过柔弱 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 剪力

13、墙开洞过大剪力墙开洞过大 柱子不连续柱子不连续 梁不连续梁不连续 楼板开洞楼板开洞 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 剪力墙与框架不在相同楼层剪力墙与框架不在相同楼层 构件截面突变构件截面突变 山坡建筑山坡建筑 错列桁架错列桁架 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 check the irregularity of cctv new tower？ 平面平面 立面立面 质量质量 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 2.2 2.2 建筑平面布置建筑平面布置 1 1、建筑平面形状、建筑平面形状 1 1）建筑物的平、立面布置宜）建筑物的平、立面布置宜规则、对称规则、对称，质量和刚度，质量和刚度

14、 变化均匀，避免楼层错层；变化均匀，避免楼层错层； 2 2）地震区的高层建筑，平面以方形、矩形、圆形为好；）地震区的高层建筑，平面以方形、矩形、圆形为好； 正六边形、正八边形、椭圆形、扇形也可以。正六边形、正八边形、椭圆形、扇形也可以。 3 3）有）有较长翼缘较长翼缘的的l l形、形、t t形、十字形、形、十字形、u u形、形、h h形、形、y y形平形平 面也不宜采用。这些平面的较长翼缘，地震时容易因面也不宜采用。这些平面的较长翼缘，地震时容易因 发生差异侧移而加重震害。发生差异侧移而加重震害。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 seismic desirable simple plan

15、 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 2 2、平面不规则的类型：、平面不规则的类型： 1 1）扭转不规则扭转不规则( (torsional irregularity) )：楼层的最大弹性：楼层的最大弹性 水平位移（或层间位移）大于该楼层两端弹性水平位水平位移（或层间位移）大于该楼层两端弹性水平位 移（或层间位移）平均值的移（或层间位移）平均值的1.21.2倍；倍； 2 2）凹凸不规则凹凸不规则( (reentrant corners) )：结构平面凹进的一：结构平面凹进的一 侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%30%； 3 3）楼板局部不连续楼板局部不连续(

16、 (diaphragm discontinuity) )：楼板的：楼板的 尺寸和平面刚度急剧变化。例如：开洞面积大于该楼尺寸和平面刚度急剧变化。例如：开洞面积大于该楼 层面积的层面积的30%30%，或较大的楼层错层，或有效楼板宽度，或较大的楼层错层，或有效楼板宽度 小于该层楼板典型宽度的小于该层楼板典型宽度的50%50%。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 seismic force c ) 2 (2 . 1 21 2 1 2 2 21 seismic force c 扭转不规则扭转不规则 楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）大于该楼层楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）大于该楼层 两端弹

17、性水平位移（或层间位移）平均值的两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.21.2倍；倍； 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 凹凸不规则凹凸不规则 max 3 . 0bb max b max b max 3 . 0bb max b max 3 . 0bb max b max 3 . 0bb max b max 3 . 0bb max b max 3 . 0bb max 3 . 0ll max l 结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%30%； 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 楼板局部不连续楼板局部不连续 bb5 .0 b

18、 b aa3 . 0 0 lba l 开洞面积大于该楼层面积的开洞面积大于该楼层面积的30%30% 有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%50% 较大的楼层错层较大的楼层错层 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 2.3 2.3 建筑立面布置建筑立面布置 1 1、建筑立面形状、建筑立面形状 地震区高层建筑的立面应采用矩形、梯形、三角形等地震区高层建筑的立面应采用矩形、梯形、三角形等 均匀变化的几何形状，尽量避免带有突然变化的均匀变化的几何形状，尽量避免带有突然变化的阶梯阶梯 形形立面。立面。 因为立面形状的突然变化，会引起因为立面形状的突然变化，会引起质量质

19、量和和抗侧移刚度抗侧移刚度 突变，地震时容易因剧烈振动或塑性变形集中（薄弱突变，地震时容易因剧烈振动或塑性变形集中（薄弱 层）而加重破坏。层）而加重破坏。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 2 2、竖向不规则的类型、竖向不规则的类型 1 1）侧向刚度不规则侧向刚度不规则( (lateral stiffness ) )：该层的侧向刚：该层的侧向刚 度小于相邻上一层的度小于相邻上一层的70%70%，或小于其上相邻三个楼层，或小于其上相邻三个楼层 侧向刚度平均值的侧向刚度平均值的80%80%；除顶层外，局部收进的水平；除顶层外，局部收进的水平 向尺寸大于相邻下一层的向尺寸大于相邻下一层的25%2

20、5%。 2 2）竖向）竖向抗侧力构件不连续抗侧力构件不连续( (discontinuity) )：竖向抗侧力：竖向抗侧力 构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构 件（梁、桁架）向下传递。件（梁、桁架）向下传递。 3 3）楼层）楼层承载力突变承载力突变( (abrupt change) )：抗侧力结构的层：抗侧力结构的层 间受剪承载力小于相邻上一楼层的间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%80%。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 1i k i k i i i u v k 1 7 . 0 ii kk i u i v inter-story

21、drift of the ith story shear force of the ith story ) 3 (8 .0 321 iii i kkk k 3i k 2i k 1i k i k 侧向刚度不规则侧向刚度不规则 (薄弱层薄弱层) 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 竖向受力构件不连续竖向受力构件不连续 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 侧向承载力突变侧向承载力突变 (薄弱层薄弱层) 1, iy q iy q , 1, 8 . 0 iyiy qq 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 建筑的竖向体形宜规则、均匀，建筑的竖向体形宜规则、均匀，避免有过大的外挑和避免有过大的外挑和

22、内收；内收； 结构的侧向刚度宜结构的侧向刚度宜下大上小下大上小，逐渐，逐渐均匀变化均匀变化，不应采，不应采 用竖向布置严重不规则的结构；用竖向布置严重不规则的结构； 抗震设计的高层建筑结构，其抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度楼层侧向刚度不宜小于不宜小于 相邻上部楼层侧向刚度的相邻上部楼层侧向刚度的7070或其上相邻三层侧向刚或其上相邻三层侧向刚 度平均值的度平均值的8080； 按按高层规程高层规程，高层建筑的，高层建筑的高度限值分高度限值分a a、b b两级两级， a a级规定较严，是目前应用最广泛的高层建筑高度，级规定较严，是目前应用最广泛的高层建筑高度，b b 级规定较宽，但应采取更

23、严格的计算和构造措施。级规定较宽，但应采取更严格的计算和构造措施。 楼层层间抗侧力结构的受剪承载能力：楼层层间抗侧力结构的受剪承载能力： a a级高度：级高度：宜宜 上一层的上一层的80%80%，应应上一层的上一层的65% 65% ；b b级高度：级高度：应应 上一层的上一层的75%75%。 3 3、高层建筑立面尺寸限值、高层建筑立面尺寸限值 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 3 3、高层建筑立面尺寸限值、高层建筑立面尺寸限值 收进和外挑尺寸要求（收进和外挑尺寸要求（宜宜）：）： 当结构上部楼层收进部位到当结构上部楼层收进部位到 室外地面的高度室外地面的高度h h1 1与房屋高与房屋高 度

24、度h h之比大于之比大于0.20.2时，上部楼时，上部楼 层收进后的水平尺寸层收进后的水平尺寸b b1 1不宜不宜 小于下部楼层水平尺寸小于下部楼层水平尺寸b b的的 0.750.75倍；倍； 当上部结构楼层相对于下部当上部结构楼层相对于下部 楼层外挑时，下部楼层的水楼层外挑时，下部楼层的水 平尺寸平尺寸b b不宜不宜小于上部楼层水小于上部楼层水 平尺寸平尺寸b b1 1的的0.90.9倍，且水平外倍，且水平外 挑尺寸挑尺寸a a不宜不宜大于大于4m4m。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 2.4 2.4 房屋的高度房屋的高度(height)(height) 一般而言，房屋愈高，所受到的地

25、震力和倾覆力矩愈一般而言，房屋愈高，所受到的地震力和倾覆力矩愈 大，破坏的可能性也愈大。大，破坏的可能性也愈大。 抗震规范抗震规范和和高层规程高层规程，根据我国当前科研成，根据我国当前科研成 果和工程实际情况，对各种果和工程实际情况，对各种结构体系结构体系适用范围内建筑适用范围内建筑 物的最大高度均作出了规定。超出该规定的，要进行物的最大高度均作出了规定。超出该规定的，要进行 专门研究。专门研究。抗震规范抗震规范尚规定：对不规则结构、有尚规定：对不规则结构、有 框支层抗震墙结构或框支层抗震墙结构或类场地上的结构，适用的最大类场地上的结构，适用的最大 高度应适当降低。高度应适当降低。 工程结构抗

26、震与减灾工程结构抗震与减灾 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 房屋类别房屋类别 最小最小 墙厚墙厚 度度 （ mm） 烈烈 度度 6789 高度高度层数层数高度高度层数层数高度高度层数层数高度高度层数层数 多多 层层 砌砌 体体 普通砖普通砖 多孔砖多孔砖 多孔砖多孔砖 小砌块小砌块 240 240 190 190 24 21 21 21 8 7 7 7 21 21 18 21 7 7 6 7 18 18 15 18 6 6 5 6 12 12 4 4 底部框架底部框架-抗抗 震墙震墙 多排柱内框多排柱内框 架架 240 240 22 16 7 5 22 16 7 5 19 13 6 4

27、砌体结构层数及最大高度限值砌体结构层数及最大高度限值 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 2.5 2.5 房屋的高宽比房屋的高宽比(height-width ratio)(height-width ratio) 建筑物的高宽比例，比起其绝对高度来说更为重要。建筑物的高宽比例，比起其绝对高度来说更为重要。 因为建筑物的高宽比值愈大，即建筑愈因为建筑物的高宽比值愈大，即建筑愈瘦高瘦高，地震作，地震作 用下的用下的侧移侧移愈大，地震引起的愈大，地震引起的倾覆作用倾覆作用愈严重。巨大愈严重。巨大 的倾覆力矩在柱的倾覆力矩在柱( (墙墙) )和基础中所引起的压力和拉力比和基础中所引起的压力和拉力比 较

28、难于处理。较难于处理。 我国对房屋高宽比的要求是按我国对房屋高宽比的要求是按结构体系结构体系和和地震烈度地震烈度区区 分的。分的。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 烈度烈度6 6、7 7度度8 8度度9 9度度 最大高宽比最大高宽比6.56.56.06.05.55.5 钢结构民用建筑最大高宽比的限制钢结构民用建筑最大高宽比的限制 钢筋混凝土结构最大高宽比的限制钢筋混凝土结构最大高宽比的限制 结构类型结构类型 6 6度度7 7度度8 8度度9 9度度 框架、板柱抗框架、板柱抗 震墙震墙 4 44 43 32 2 框架抗震墙框架抗震墙 5 55 54 43 3 筒体，抗震墙筒体，抗震墙 6

29、66 65 54 4 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 2.6 2.6 防震缝的合理设置防震缝的合理设置 1 1、防震缝设置原因、防震缝设置原因 由于建筑平面和体型的多样化、结构的不规则性有时难以避由于建筑平面和体型的多样化、结构的不规则性有时难以避 免，为将不规则结构变为若干规则结构，合理地设置防震缝免，为将不规则结构变为若干规则结构，合理地设置防震缝 进行结构分段，从而降低抗震设计的难度及提高抗震设计的进行结构分段，从而降低抗震设计的难度及提高抗震设计的 可靠度。可靠度。 在国内外历次地震中，曾一再发生相邻建筑物或同幢建筑物在国内外历次地震中，曾一再发生相邻建筑物或同幢建筑物 相邻单元

30、之间相撞的震例，究其原因，主要是防震缝宽度偏相邻单元之间相撞的震例，究其原因，主要是防震缝宽度偏 小或构造不当所致。小或构造不当所致。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 2 2、防震缝设置原则、防震缝设置原则 彻底分离或者牢固连接：彻底分离或者牢固连接：忌连又连不牢、分忌连又连不牢、分 又分不清又分不清。 “三缝合一三缝合一”的设置原则：伸缩缝、沉降缝、的设置原则：伸缩缝、沉降缝、 防震缝三缝合一，对于抗震设防烈度为防震缝三缝合一，对于抗震设防烈度为6 6度以度以 上的房屋，所有伸缩缝、上的房屋，所有伸缩缝、 沉降缝均应符合防沉降缝均应符合防 震缝的宽度要求。震缝的宽度要求。 工程结构抗震

31、与减灾工程结构抗震与减灾 3 3、必须设置抗震缝的情况、必须设置抗震缝的情况 平面形状、局部尺寸或者立面平面形状、局部尺寸或者立面形状不符合形状不符合规范的有规范的有 关规定，而又未在计算和构造上采取相应措施时；关规定，而又未在计算和构造上采取相应措施时； 房屋房屋长度长度超过规范规定的伸缩缝最大间距，又无条超过规范规定的伸缩缝最大间距，又无条 件采取特殊措施而必需设置伸缩缝时；件采取特殊措施而必需设置伸缩缝时； 地基地基土质不均匀土质不均匀，房屋各部分的预计沉降（包括地，房屋各部分的预计沉降（包括地 震时的沉陷）相差过大，必须设置沉降缝时；震时的沉陷）相差过大，必须设置沉降缝时； 房屋各部分

32、的房屋各部分的质量质量或结构抗侧移或结构抗侧移刚度大小悬殊刚度大小悬殊时。时。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 seismic joints: (a) irregular plan, (b) irregular elevation seismic joint seismic joint seismic joint (a) (b) 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 4 4、防震缝宽度、防震缝宽度 缝宽不足缝宽不足会发生碰撞破坏；会发生碰撞破坏； 由于设缝后造成部分结构段过柔，碰撞造成由于设缝后造成部分结构段过柔，碰撞造成 失稳破坏；失稳破坏； 必须根据具体情况认真处理设缝位置及设缝必须

33、根据具体情况认真处理设缝位置及设缝 宽度；宽度； 确定防震缝宽度，除考虑结构变形外，还应确定防震缝宽度，除考虑结构变形外，还应 考虑由于地基变形引起基础转动的影响。考虑由于地基变形引起基础转动的影响。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 5 5、防震缝最小宽度、防震缝最小宽度良好地基条件下一般结构的最良好地基条件下一般结构的最 小缝宽。小缝宽。 为防止相邻建筑物在地震中发生碰撞，防震缝为防止相邻建筑物在地震中发生碰撞，防震缝 的宽度的宽度不宜小于两侧建筑物在较低建筑物屋顶高度处不宜小于两侧建筑物在较低建筑物屋顶高度处 的垂直防震缝方向的侧移之和。的垂直防

34、震缝方向的侧移之和。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 对于钢筋混凝土结构房屋的防震缝最小宽度，对于钢筋混凝土结构房屋的防震缝最小宽度， 一般情况下应符合一般情况下应符合抗震规范抗震规范所作的规定：所作的规定： 框架框架房屋，当高度不超过房屋，当高度不超过l5ml5m时，可采用时，可采用70mm70mm；当；当 高度超过高度超过l5ml5m时，时，6 6度、度、7 7度、度、8 8度和度和9 9度相应每增高度相应每增高5m5m、 4m4m、3m3m和和2m2m，宜加宽，宜加宽20mm20mm； 框架抗震墙框架抗震墙房屋的防震缝宽度，可采用第条数值房屋的防震缝宽度，可采用第条数值 的的707

35、0，抗震墙房屋可采用第条数值的，抗震墙房屋可采用第条数值的5050，且，且 均不宜小于均不宜小于70mm70mm。 防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝较宽防震缝 的结构类型和的结构类型和较低房屋高度较低房屋高度确定缝宽。确定缝宽。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 例例1 1：6 6度地区、框架结构、建筑高度度地区、框架结构、建筑高度35m35m，若需设防震，若需设防震 缝，其缝宽应为多少？若高为缝，其缝宽应为多少？若高为35m35m剪力墙结构，其缝剪力墙结构，其缝 宽？宽？ 75mm70(mm),7550%150b)2( (mm)15020 5

36、 1535 70)1 ( 取 解： b 框架框架房屋，当高度不超过房屋，当高度不超过15m15m时，可采用时，可采用70mm70mm；当高度超过当高度超过 15m15m时，时，6 6度、度、7 7度、度、8 8度和度和9 9度相应每增高度相应每增高5m5m、4m4m、3m3m和和2m2m，宜加，宜加 宽宽20mm20mm； 框架抗震墙框架抗震墙房屋的防震缝宽度，可采用第条数值的房屋的防震缝宽度，可采用第条数值的70， 抗震墙房屋可采用第条数值的抗震墙房屋可采用第条数值的50，且均不宜小于，且均不宜小于70mm。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 例例2 2：某高层建筑为框架：某高层建筑为框

37、架剪力墙结构，抗震设防烈剪力墙结构，抗震设防烈 度为度为7 7度，高度，高4545米，其裙房为框架结构，高米，其裙房为框架结构，高2020米，主米，主 楼和裙房间设防震缝，其最小缝宽应为多少？楼和裙房间设防震缝，其最小缝宽应为多少？ 解：防震缝最小宽度应根据解：防震缝最小宽度应根据裙房框架结构及其高度裙房框架结构及其高度确确 定：定： 20 15 702095 4 bmm 框架框架房屋，当高度不超过房屋，当高度不超过15m15m时，可采用时，可采用70mm70mm；当高度超当高度超 过过15m15m时，时，6 6度、度、7 7度、度、8 8度和度和9 9度相应每增高度相应每增高5m5m、4m4

38、m、3m3m和和2m2m， 宜加宽宜加宽20mm20mm； 防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝较宽防震缝的结构的结构 类型和类型和较低房屋高度较低房屋高度确定缝宽。确定缝宽。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 6 6、一般尽可能不设置抗震缝、一般尽可能不设置抗震缝 满足规定的防震缝宽度在强烈地震作用下由于地面满足规定的防震缝宽度在强烈地震作用下由于地面 运动变化，结构扭转、地基变形等运动变化，结构扭转、地基变形等复杂因素复杂因素，相邻，相邻 结构仍可能局部碰撞而损坏；结构仍可能局部碰撞而损坏； 防震缝宽度过大，建筑立面效果、防震缝宽度过大，建筑立

39、面效果、防水处理防水处理较难；较难； 设置不当设置不当反倒会引起相邻建筑物碰撞、失稳、加大反倒会引起相邻建筑物碰撞、失稳、加大 破坏。破坏。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 7 7、不设置抗震缝处理办法、不设置抗震缝处理办法 高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设抗震缝，做到：高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设抗震缝，做到： 采取措施采取措施避免设置防震缝避免设置防震缝调整平面形状和尺寸、并在调整平面形状和尺寸、并在 构造以及设计、施工时采取措施。构造以及设计、施工时采取措施。 不规则房屋不设防震缝时必须沿高度和从平面上考虑相对不规则房屋不设防震缝时必须沿高度和从平面上考虑相对 薄弱

40、及应力集中部位的加强及薄弱及应力集中部位的加强及提高延性提高延性措施，在这些部位措施，在这些部位 应尽量避免设置楼梯间及在楼板上开较大洞口。应尽量避免设置楼梯间及在楼板上开较大洞口。 对体型复杂的建筑物不设抗震缝时，应对建筑物进行比对体型复杂的建筑物不设抗震缝时，应对建筑物进行比 较精确的结构较精确的结构抗震分析抗震分析，解决不设缝带来的不利影响，解决不设缝带来的不利影响， 如差异沉降、偏心扭转、温度变形等，估计其局部应力如差异沉降、偏心扭转、温度变形等，估计其局部应力 和变形集中及扭转效应影响，判明其易损部位，采取加和变形集中及扭转效应影响，判明其易损部位，采取加 强措施或提高变形能力的措施

41、。强措施或提高变形能力的措施。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计 1 1 场地选择场地选择 2 2 建筑的平立面布置建筑的平立面布置 3 3 结构选型与结构布置结构选型与结构布置 4 4 多道抗震防线多道抗震防线 5 5 刚度、承载力和延性的匹配刚度、承载力和延性的匹配 6 6 确保结构的整体性确保结构的整体性 7 7 非结构部件处理非结构部件处理 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 3 3 结构选型与结构布置结构选型与结构布置 结构选型涉及的内容较多，应考虑建筑的结构选型涉及的内容较多，应考虑建筑的重要重要 性性、设防烈度设防烈度、房屋高度房屋高度、场

42、地场地、地基地基、基础、基础、材料材料 和和施工施工等因素，通过技术、经济条件比较综合确定。等因素，通过技术、经济条件比较综合确定。 3.1 3.1 结构选型结构选型 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 单从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式，应具单从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式，应具 备下列性能：备下列性能： 延性系数高延性系数高( (high deformability) )； “ “强度重力强度重力”比值大比值大( (high strength-to-weight ratio) )； 匀质性好匀质性好( (homogeneous) )； 正交各向同性正交各向同性( (isotro

43、py) )； 构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并 能发挥材料的全部强度能发挥材料的全部强度( (high uniformity) )。 1 1、结构材料的选择、结构材料的选择 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 建筑结构类型，依其抗震性能优劣而排列的顺序是：建筑结构类型，依其抗震性能优劣而排列的顺序是： 钢结构钢结构( (steel structures) )； 型钢混凝土结构型钢混凝土结构( (profiled bar and concrete) )； 混凝土混凝土钢混合结构钢混合结构( (concrete-steel composit

44、e) )； 现浇钢筋混凝土结构现浇钢筋混凝土结构( (cast-in-situ reinforced concrete) )； 预应力混凝土结构预应力混凝土结构( (prestressed concrete structures ) )； 装配式钢筋混凝土结构装配式钢筋混凝土结构( (precast concrete ) )； 配筋砌体结构配筋砌体结构( (reinforced masonry structures) )； 砌体结构等砌体结构等( (masonry structures) ) 。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 2 2、抗震结构体系的确定、抗震结构体系的确定 抗震结构体系

45、是抗震设计应考虑的关键问题，结构抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构 方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。 应具有明确的应具有明确的计算简图计算简图和合理的地震作用和合理的地震作用传递途径传递途径 ； 宜有宜有多道抗震防线多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而，应避免因部分结构或构件破坏而 导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力；导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力； 应具备必要的强度，良好的应具备必要的强度，良好的变形能力变形能力和和耗能能力耗能能力； 宜具有合理的宜具有合理的刚度刚度和和强度强度分布，避免

46、因局部削弱或突分布，避免因局部削弱或突 变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中；变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中； 对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 在设计房屋之前，一般应首先了解在设计房屋之前，一般应首先了解场地和地基场地和地基 土及其土及其卓越周期卓越周期，调整结构刚度，避开共振周期。，调整结构刚度，避开共振周期。 选择结构体系时，要注意选择合理的选择结构体系时，要注意选择合理的基础形式基础形式。 对于软弱地基宜选用桩基、筏片基础或箱形基础。对于软弱地基宜选用桩基、筏

47、片基础或箱形基础。 岩层高低起伏不均匀或有液化土层时最好采用桩岩层高低起伏不均匀或有液化土层时最好采用桩 基等。基等。 3 3、场地与地基基础、场地与地基基础 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 3.2 3.2 结构布置的一般原则结构布置的一般原则 对称结构对称结构在地面平动作用下，水平地震力按在地面平动作用下，水平地震力按 构件刚度分配，因而各构件受力比较均匀。而构件刚度分配，因而各构件受力比较均匀。而非非 对称结构对称结构，由于刚心偏在一边，质心与刚心不重，由于刚心偏在一边，质心与刚心不重 合，远离刚心的刚度较小构件，由于侧移量很大，合，远离刚心的刚度较小构件，由于侧移量很大， 所分担的

48、水平地震剪力也显著增大，甚至导致整所分担的水平地震剪力也显著增大，甚至导致整 个结构因一侧构件失效而倒塌。个结构因一侧构件失效而倒塌。 1 1、平面布置力求对称（质量、刚度、强度）、平面布置力求对称（质量、刚度、强度） 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 马那瓜中央银行大厦马那瓜中央银行大厦 试问：试问： 那一幢破坏那一幢破坏 严重呢？严重呢？ 马那瓜美洲银行大厦马那瓜美洲银行大厦 19721972年年1212月月2323日南美洲马拉瓜日南美洲马拉瓜 ( (manan-guamanan-gua) )发生发生7 7级地震，该市级地震，该市 区内约有一万幢建筑物遭到严重区内约有一万幢建筑物遭到严

49、重 破坏或倒塌。地面下沉破坏或倒塌。地面下沉1212英寸，英寸， 有有5050亿吨的瓦砾倾入马纳瓜湖。亿吨的瓦砾倾入马纳瓜湖。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 1）平面不规则平面不规则：4个楼梯间偏置塔楼西个楼梯间偏置塔楼西 端，西端有填充墙；端，西端有填充墙；4层以上的楼板仅为层以上的楼板仅为 5cm厚，搁置在高厚，搁置在高45cm长长14m小梁上。小梁上。 2）竖向不规则竖向不规则：塔楼上部（：塔楼上部（4层楼面以层楼面以 上），北、东、西三面布置了密集的小上），北、东、西三面布置了密集的小 柱子，共柱子，共64根，支承在根，支承在4层楼板水平处的层楼板水平处的 过渡大梁上，大梁又支

50、承在其下面的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10 根根1m 1.55m的柱子上（间距的柱子上（间距9.4m）。）。 上下两部分严重不均匀，不连续。上下两部分严重不均匀，不连续。 主要破坏：主要破坏：第第4层与第层与第5层之层之 间间(竖向刚度和承载力突变竖向刚度和承载力突变), 周围周围柱子严重开裂柱子严重开裂，柱钢筋，柱钢筋 压屈；压屈；横向裂缝横向裂缝贯穿贯穿3层以上层以上 的所有楼板的所有楼板(有的宽达有的宽达1cm), 直至电梯井东侧；塔楼西立直至电梯井东侧；塔楼西立 面、其他立面窗下和电梯井面、其他立面窗下和电梯井 处空心砖填充墙及其它处空心砖填充墙及其它非结非结 构构件均严重破坏或

51、倒塌构构件均严重破坏或倒塌。 震后计算分析表明震后计算分析表明： 1.结构存在结构存在严重扭转效应严重扭转效应; 2.塔楼塔楼3层以上北面和南面大层以上北面和南面大 多数柱子多数柱子抗剪能力大大不足抗剪能力大大不足, 率先破坏；率先破坏； 3.水平地震作用下水平地震作用下,柔而长的柔而长的 楼板楼板产生可观的产生可观的竖向运动竖向运动等。等。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 这两幢现代化钢筋混凝土建筑的抗震差异，这两幢现代化钢筋混凝土建筑的抗震差异， 生动地表明了生动地表明了建筑布局建筑布局和和结构体系结构体系的合理选择，的合理选择， 在抗震设计中所

52、占的重要地位。从对这两幢建在抗震设计中所占的重要地位。从对这两幢建 筑物抗震性能的分析对比中，不难总结出一些筑物抗震性能的分析对比中，不难总结出一些 有利抗震的基本原则，如建筑平面布置应简单、有利抗震的基本原则，如建筑平面布置应简单、 均匀对称，建筑物竖向刚度应连续不应发生突均匀对称，建筑物竖向刚度应连续不应发生突 变，建筑物应具有良好的整体性，多道抗震防变，建筑物应具有良好的整体性，多道抗震防 线等线等 。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 当建筑层数很多时，上面各层当建筑层数很多时，上面各层偏心偏心引起的扭转效应对引起的扭转效应对 下层的积累，对下面几层更不利。所以，进行结构布下层的积

53、累，对下面几层更不利。所以，进行结构布 置时，除了要求各向对称外，还希望能具有置时，除了要求各向对称外，还希望能具有较大的抗较大的抗 扭刚度扭刚度。因此，下图。因此，下图 （a a）、（）、（b b）所示的抗震墙沿）所示的抗震墙沿 房屋周边布置的方案，就优于（房屋周边布置的方案，就优于（c c）、（）、（d d）所示在房）所示在房 屋内部布置的方案。屋内部布置的方案。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 结构竖向布置的关键在于：尽可能使其竖向刚度、强结构竖向布置的关键在于：尽可能使其竖向刚度、强 度变化均匀，度变化均匀，避免出现薄弱层避免出现薄弱层，并应尽可能，并应尽可能降低降低房屋房屋 的

54、的重心重心。 注意上刚下柔的结构的处理：由于商业的需要，结构注意上刚下柔的结构的处理：由于商业的需要，结构 底部几层往往需要设置大空间，上部各层为全墙体系底部几层往往需要设置大空间，上部各层为全墙体系 或框架或框架抗震墙体系，而底层或底部两三层则为框架抗震墙体系，而底层或底部两三层则为框架 体系，整个结构属体系，整个结构属“框托墙框托墙”体系。这便是工程上称体系。这便是工程上称 之为之为“框支剪力墙框支剪力墙”或或“底部框架底部框架”的结构。这种体的结构。这种体 系很不利于抗震，应系很不利于抗震，应保证下部结构的抗侧刚度不能小保证下部结构的抗侧刚度不能小 于上部抗侧刚度的一定比例。于上部抗侧刚

55、度的一定比例。 2 2、竖向布置力求均匀、竖向布置力求均匀 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 同一楼层的框架柱，应该具有同一楼层的框架柱，应该具有大致相同大致相同的的 刚度、强度和延性，否则，地震时很容易刚度、强度和延性，否则，地震时很容易 因受力大小悬殊而被各个击破。因受力大小悬殊而被各个击破。 在采用纯框架结构的高层建筑中，如果将在采用纯框架结构的高层建筑中，如果将 楼梯踏步斜梁和平台梁直接与框架柱相连，楼梯踏步斜梁和平台梁直接与框架柱相连， 就会使该柱变成就会使该柱变成短柱短柱，地震时容易发生剪，地震时容易发生剪 切破坏，应予避免或采取相关措施。切破坏，应予避免或采取相关措施。 工程

56、结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计 1 1 场地选择场地选择(site)(site) 2 2 建筑的平立面布置建筑的平立面布置(plan, vertical)(plan, vertical) 3 3 结构选型与结构布置结构选型与结构布置(configuration)(configuration) 4 4 多道抗震防线多道抗震防线(redundancy)(redundancy) 5 5 刚度、承载力和延性的匹配刚度、承载力和延性的匹配(matching)(matching) 6 6 确保结构的整体性确保结构的整体性(holistic)(holistic) 7 7

57、非结构部件处理非结构部件处理( (nonstructural componentsnonstructural components) ) 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 4 4 多道抗震防线多道抗震防线 1 1、多道抗震防线的定义、多道抗震防线的定义 一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系分体系 组成，并由延性较好的结构构件连接起来组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作协同工作， 即分体系间的连接部件应有适当强度、较好延性和稳即分体系间的连接部件应有适当强度、较好延性和稳 定的滞回性能。定的滞回性能。 框架抗震墙体系框架抗震墙体系：由延性

58、框架：由延性框架 和抗震墙两个系统组成；和抗震墙两个系统组成； 双肢或多肢抗震墙体系双肢或多肢抗震墙体系：由若干：由若干 个单肢墙分系统组成；个单肢墙分系统组成； 框架体系框架体系：框架梁和框架柱；：框架梁和框架柱； 4.1 4.1 多道抗震防线的必要性多道抗震防线的必要性 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余赘余 度度（相当于超静定次数，利用塑性变形的前提），有（相当于超静定次数，利用塑性变形的前提），有 意识地建立起一系列分布的意识地建立起一系列分布的屈服区屈服区（塑性铰区），以（塑性铰区），以 使结构能

59、够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也 易于修复。易于修复。 带赘余杆件的耗能结构带赘余杆件的耗能结构 (a)(a)双肢墙；双肢墙；(b)(b)墙和框架；墙和框架；(c)(c)并列斜撑；并列斜撑；(d)(d)芯筒和框架柱芯筒和框架柱 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 2 2、多道抗震防线的必要性、多道抗震防线的必要性 强烈地震往往有一定的强烈地震往往有一定的持续时间持续时间（几秒几十（几秒几十 秒），并且往往伴随多次余震，结构在首次破秒），并且往往伴随多次余震，结构在首次破 坏后坏后再遭余震再遭余震，将会引起，将会引起损伤累积损伤累积，当第一道

60、，当第一道 防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下遭到破坏防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下遭到破坏 后，后备的第二道至第三道防线的抗侧力构件后，后备的第二道至第三道防线的抗侧力构件 立即接替，抵挡住后续的地震动的冲击，可保立即接替，抵挡住后续的地震动的冲击，可保 证建筑物免于倒塌；证建筑物免于倒塌； 适当处理构件的适当处理构件的强弱关系强弱关系，将使其在强震作用，将使其在强震作用 下形成多道防线下形成多道防线, ,是提高结构抗震性能、避免倒是提高结构抗震性能、避免倒 塌的有效措施。塌的有效措施。 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 4.2 4.2 第一道防线的构件选择原则第一道防线的构件选择原则