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1、第二部分第二部分 结构抗震概念设计结构抗震概念设计 概念设计概念设计 结构概念设计结构概念设计 结构抗震概念设计结构抗震概念设计结构概念设计是根据人们在学习和实践中所建立的正确概念，运用人的思维和判断力，正确和全面地把握结构的整体性能。即根据对结构品性（承载能力、变形能力、耗能能力等）的正确把握，合理地确定结构总体与局部设计，使结构自身具有好的品性。结构抗震概念设计：正确的场地选择；合理的结构设计；正确的构造措施。强调结构抗震概念设计的必要性 地震作用的不确定性（随机性、复杂性、间接性和耦连性）结构计算假定与实际情况的差异 其计算结果不不能能全全面面真真实实地地反映结构的受力、变形情况，并确保
2、结构安全可靠。结构抗震设计存在的不确定因素：1地面运动的不确定性地面运动的不确定性三个平动分量、三个转动分量 2结构分析的影响结构分析的影响影响结构动力特性和动力反应的因素：影响结构动力特性和动力反应的因素：质量分布的不确定性；质量分布的不确定性；基础与上部结构的协同作用；基础与上部结构的协同作用；节点的非刚性转动；节点的非刚性转动；偏心、扭转及偏心、扭转及P效应；效应；柱轴向变形。柱轴向变形。考虑或不考虑节点非刚性转动的影响程度可达5%10%；考虑柱轴向变形，自振周期可能加长15%，加速度反应可能降低8%；考虑P效应可能增加位移10%。3材料的影响材料的影响材料性能的退化混凝土弹性模量的降低
3、Ex:混混凝凝土土弹弹性性模模量量随随着着时时间间及及应应变变程程度度而而改改变变。随随着着时时间间的的增增长长，混混凝凝土土的的弹弹性性模模量量比比施施工工完完成成后后可可能能降降低低50%，在在应应变变增增大大的的情情况况下下还还可可能能继继续续降降低低，这这意意味味着着自振周期可能增长自振周期可能增长25%，减小加速度反应，减小加速度反应10%。4阻尼的变化阻尼的变化 钢筋混凝土结构阻尼比一般为5%，但当受震松动以后阻尼比可达20%30%，自振周期差异达50%左右。5基础差异沉降的影响基础差异沉降的影响按一般荷载设计的框架结构，当地震系数采用0.10，基础差异沉降1cm可能造成设计弯矩7
4、2%的误差，而这种误差在设计中一般未予考虑。6地基承载力地基承载力考考虑虑地地震震的的偶偶然然性性以以及及短短期期突突然然加加载载的的影影响响，在在计计算算地地震震对地基的影响时，地基承载力取值往往提高对地基的影响时，地基承载力取值往往提高33%50%。-目前的抗震设计水平尚未达到真正的科学水平。要使建筑物具有尽可能好的抗震性能，首先应从大的方面入手，做好抗震概念设计。如果整体设计没有做好，计算工作再细致，也难免在地震时建筑物不发生严重的破坏，乃至倒塌。科学辨证观：大大处处着着眼眼、小处着手！正确处理整体与局部、宏观与微观的关系！小处着手！正确处理整体与局部、宏观与微观的关系！20余年以来，世
5、界上一些大城市先后发生了若干次大地震，通过震害分析对建筑物的破坏规律有了更多的认识，从而取得了抗震设计经验，确定了结构抗震概念设计的要点。一、避开抗震危险地段，一、避开抗震危险地段，选择抗震有利地段选择抗震有利地段 选择建筑场地时，宜或应选择对建筑抗震有利的地段，避开对建筑抗震设计不利的地段。-抗震危险地段指地震时可能发生崩塌崩塌（如溶洞、陡峭的山区）、地陷地陷（如地下煤矿的大面积采空区）、地裂地裂、泥石流泥石流等地段，以及震中烈度为8度以上的发震断裂带在地震时可能发生错位的断层断层。就地形而言，就地形而言，一般指突出的山嘴、孤立的山包和山梁的顶部、非岩质的陡坡、高差较大的台地边缘、河岸和边坡
6、边缘。就场地土质而言，就场地土质而言，一般指软弱土、易液化土、断层破碎带以及成岩、岩性、状态明显不均匀的地段等。图图1表示通海地震烈度为表示通海地震烈度为10度区内房屋震害指数与局部地形的关系。度区内房屋震害指数与局部地形的关系。图中实线图中实线A表示地基土为第三系风化基岩，虚线表示地基土为第三系风化基岩，虚线B表示地基土为较坚硬表示地基土为较坚硬的粘土。同时，在海城地震时，从位于大石桥盘龙山高差的粘土。同时，在海城地震时，从位于大石桥盘龙山高差58m的两个测的两个测点上所测得的强余震加速度峰值记录表明，位于孤突地形上的比坡脚平点上所测得的强余震加速度峰值记录表明，位于孤突地形上的比坡脚平地上
7、的平均达地上的平均达1.84倍，这说明在孤立山顶地震波将被放大。倍，这说明在孤立山顶地震波将被放大。图图2表示了这种地理位置的放大作用。表示了这种地理位置的放大作用。图图1房屋震害指数与局部地形的关系曲线房屋震害指数与局部地形的关系曲线图图2地理位置的放大作用地理位置的放大作用 图图3 3：天津塘沽港地区，地表下：天津塘沽港地区，地表下35m为冲填土，其下为深厚的为冲填土，其下为深厚的淤泥和淤泥质土，地下水位为淤泥和淤泥质土，地下水位为1.6m。1974年兴建的年兴建的16幢幢3层住宅和层住宅和7幢幢4层住宅，均采用片筏基础。层住宅，均采用片筏基础。1976年唐山地震前，累计沉降分别年唐山地震
8、前，累计沉降分别为为200mm和和300mm，地震期间沉降量突然增大，分别增加了，地震期间沉降量突然增大，分别增加了150mm和和200mm。震后，房屋向一边倾斜，房屋四周的外地坪地面隆起。震后，房屋向一边倾斜，房屋四周的外地坪地面隆起。图图3软土地基上房屋的震害软土地基上房屋的震害二、减少能量输入二、减少能量输入 1薄的场地覆盖层。我国建筑抗震设计规范将我国建筑抗震设计规范将场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度定义为定义为地面至坚地面至坚硬场地顶面的距离。硬场地顶面的距离。坚硬场地包括岩石或剪切波速大于坚硬场地包括岩石或剪切波速大于500m/s的坚硬土层，但的坚硬土层，但硬夹层或孤石堆等不得作为基岩
9、对待。硬夹层或孤石堆等不得作为基岩对待。国内外多次大地震表明，国内外多次大地震表明，对于柔性建筑，厚土层上的震害对于柔性建筑，厚土层上的震害重重，薄土层上的震害轻，直接座落在基岩上的震害更轻。，薄土层上的震害轻，直接座落在基岩上的震害更轻。1923年日本关东大地震，东京都木结构房屋的破坏率，明年日本关东大地震，东京都木结构房屋的破坏率，明显地随冲击层厚度的增加而上升。显地随冲击层厚度的增加而上升。图图4房屋破坏率与覆盖土层房屋破坏率与覆盖土层厚度的关系厚度的关系1967年委内瑞拉加拉加斯年委内瑞拉加拉加斯6.4级地震级地震时，同一地区不同覆盖层厚度土层时，同一地区不同覆盖层厚度土层上的震害有明
10、显差异，特别是上的震害有明显差异，特别是9至至12层房屋在厚的冲积土层上房屋破坏层房屋在厚的冲积土层上房屋破坏率要高得多。图率要高得多。图4表示了表示了1967年委内瑞拉加拉加斯地震时房屋破坏率与年委内瑞拉加拉加斯地震时房屋破坏率与覆盖层厚度的关系。从图中的震害调查的统计数据表明，当土层厚度超覆盖层厚度的关系。从图中的震害调查的统计数据表明，当土层厚度超过过160m时，时，10层以上房屋的破坏率显著提高，层以上房屋的破坏率显著提高，1014层房屋的破坏率，层房屋的破坏率，约为薄土层上的约为薄土层上的3倍，而倍，而14层以上的破坏率则上升到层以上的破坏率则上升到8倍。倍。2坚实的场地土。坚实的场
11、地土。场场地地土土是是指指场场地地范范围围内内的的地地基基土土，平平面面上上大大致致相相当当于于一一个个厂厂区区或或自自然然村村的的大大小小，深深度度一一般般为为地地面面下下15米。米。震震害害表表明明，场场地地土土刚刚度度大大的的，房房屋屋震震害害指指数数小小，破坏轻；刚度小的，震害指数大，破坏重。破坏轻；刚度小的，震害指数大，破坏重。此此外外，对对于于具具有有较较长长周周期期的的高高层层建建筑筑，位位于于软软土土上时，地震输入能量要比位于硬土上的大得多。上时，地震输入能量要比位于硬土上的大得多。因因此此，就就减减少少地地震震能能量量输输入入这这一一点点而而言言，有有条条件件时，应选择具有较
12、大平均剪切波速的坚硬场地土。时，应选择具有较大平均剪切波速的坚硬场地土。场地土场地土类别类别地震动地震动卓越周卓越周期（期（s）水平地震动参数水平地震动参数结构结构（5%阻尼比）阻尼比）最大反应加速最大反应加速度（度（g）加速度加速度（g）速度速度（cm/s）位移位移（cm）岩石岩石0.50.03960.12硬土硬土1.00.041090.10软硬土过软硬土过渡区渡区1.00.111270.16软土软土（古（古湖床湖床）2.00.2061211.02软土软土（古（古湖床）湖床）3.04.00.1440220.43表表1墨西哥市区不同场地土的地震动参数墨西哥市区不同场地土的地震动参数注：震害最重
13、地区，土的剪切波速Vs=2050m/s；Texcoco湖附近。表表1给出了给出了1985年墨西哥年墨西哥8.1级地震时所记录到的不同场地土的地震动参数。级地震时所记录到的不同场地土的地震动参数。从表中实测的地震记录结果表明，不同类别场地土的地震动强度有较大的差别。从表中实测的地震记录结果表明，不同类别场地土的地震动强度有较大的差别。古湖床软土上的地震动参数，与硬土上的相比较，加速度峰值约增加古湖床软土上的地震动参数，与硬土上的相比较，加速度峰值约增加4倍，倍，速度峰值增加速度峰值增加5倍，位移峰值增加倍，位移峰值增加1.3倍，而反应谱最大反应加速度则增加了倍，而反应谱最大反应加速度则增加了9倍
14、多。倍多。图5 湖泊基床（13）和基岩（46）加速度对比图图5中中将将1985年年墨墨西西哥哥地地震震中中岩岩层层上上和和湖湖泊泊沉沉积积层层的的相相邻邻点点处处记记录录得得到到的的加加速速度度作作了了对对比比，可可以以看看出出，由由于于老老湖湖泊泊基基床床沉沉积积层层使使得得这这些些峰峰值加速度增大了值加速度增大了5倍。倍。3将建筑物的自振周期与地震动的卓越周期错开，避将建筑物的自振周期与地震动的卓越周期错开，避免共振。免共振。1977年罗马尼亚弗兰恰地震，地震动卓越周期，东西向年罗马尼亚弗兰恰地震，地震动卓越周期，东西向为为1.0s，南北向为，南北向为1.4s。布加勒斯市自振周期为。布加勒
15、斯市自振周期为0.8至至1.2s的的高层建筑破坏严重，其中有不少建筑倒塌，然而该市自振高层建筑破坏严重，其中有不少建筑倒塌，然而该市自振周期为周期为2.0s的的25层洲际大旅馆几乎无震害，且墙面装修也未层洲际大旅馆几乎无震害，且墙面装修也未损坏。损坏。在进行建筑设计时，在进行建筑设计时，应应首先估计建筑所在场地的地震动首先估计建筑所在场地的地震动卓越周期；然后，通过改变房屋类型和结构层数，卓越周期；然后，通过改变房屋类型和结构层数，使建筑使建筑物的自振周期与地震动的卓越周期相分离。物的自振周期与地震动的卓越周期相分离。研究表明，研究表明，利用场地周期可估计地震动的卓越周期。利用场地周期可估计地
16、震动的卓越周期。场场地地卓卓越越周周期期由由覆覆盖盖土土层层厚厚度度和和场场地地平平均均剪剪切切波波速速确确定定，其其基基本本周期为周期为0.24.0s。场地卓越周期。场地卓越周期T0按下式计算：按下式计算：对于单一土层，对于单一土层，对于多层场地土，对于多层场地土，式中，式中，H、hi单一土层或多层土第单一土层或多层土第i土层的厚度；土层的厚度；Vs、Vsi单一土层或多层土第单一土层或多层土第i土层的剪切波速。土层的剪切波速。根根据据抗抗震震规规范范的的规规定定，场场地地土土的的计计算算深深度度一一般般为为15米米，且且不大于场地覆盖层厚度，因此不大于场地覆盖层厚度，因此H15m（hi15m
17、）。）。建筑物自振周期的经验公式：1基于脉动实测的统计公式自振周期的经验公式是根据实测统计，在脉动或激励下，忽略填充墙布置，质量分布差异等，在初步设计时，可按下列公式计算：（1）高度低于25m具有较多的填充墙框架办公楼、旅馆的基本周期（2）高度低于50m的框架抗震墙结构的基本周期（3）高度低于50m的规则钢筋混凝土抗震墙结构的基本周期（4）高度低于35m的化工煤炭工业系统框架厂房的基本周期 式式中中，H为为房房屋屋的的总总高高度度，当当房房屋屋不不等等高高时时，取取平平均均高高度度；B为为所所考考虑虑方方向向房房屋屋总总宽宽度度。这这些些公公式式均均比比脉脉动动实实测测平平均均值值大大1.21
18、.5倍倍，以以反反映映地地震震时时与与脉脉动动测测量量的的差差异异。因因为为脉脉动动法法仅仅反反应应了了微微小小变变形形下下的的结结构构动动力特性，一些非结构部件也参与工作，使刚度增加，周期减小。力特性，一些非结构部件也参与工作，使刚度增加，周期减小。2 2近似的估算公式近似的估算公式在在基基于于脉脉动动实实测测的的基基础础上上，再再忽忽略略房房屋屋高高度度和和层层高高的的影影响响，可可给给出下列更粗略的估算公式：出下列更粗略的估算公式：（1）钢筋混凝土框架结构，钢筋混凝土框架结构，T1=（0.080.10）N；（2）钢钢筋筋混混凝凝土土框框架架剪剪力力墙墙或或框框架架筒筒体体结结构构，T1=
19、（0.060.08）N；（3）钢钢筋筋混混凝凝土土剪剪力力墙墙结结构构或或筒筒中中筒筒结结构构，T1=（0.040.05）N；（4）钢钢钢筋混凝土混合结构，钢筋混凝土混合结构，T1=（0.060.08）N；（5）高层钢结构，高层钢结构，T1=（0.080.12）N；式中，式中，N为地面以上房屋总层数。为地面以上房屋总层数。4采取基础隔震措施。采取基础隔震措施。利用隔震技术改变结构的动力特性，减少地震能量的输入，减利用隔震技术改变结构的动力特性，减少地震能量的输入，减小结构地震反应，以达到防震的目的。小结构地震反应，以达到防震的目的。基础隔震方案包括橡胶垫式隔震、滑移式、摆动式隔震、悬吊基础隔震
20、方案包括橡胶垫式隔震、滑移式、摆动式隔震、悬吊式隔震等。式隔震等。三、有利的房屋抗震体型三、有利的房屋抗震体型 1平面宜简单平面宜简单结构的简单性可以结构的简单性可以保证地震力具有明确而直接的传递途径保证地震力具有明确而直接的传递途径，使计，使计算分析模型更易接近实际的受力状态，所分析的结果具有更好的可算分析模型更易接近实际的受力状态，所分析的结果具有更好的可靠性，据此设计的结构的抗震性能更有安全可靠保证。靠性，据此设计的结构的抗震性能更有安全可靠保证。图图6简单的建筑平面简单的建筑平面图图7L形建筑的差异位移形建筑的差异位移地震区的建筑平面以方形、矩形、圆形为好；正六边形、正八边形、地震区的
21、建筑平面以方形、矩形、圆形为好；正六边形、正八边形、椭圆形、扇形次之椭圆形、扇形次之（图（图6）。）。三角形虽也属简单形状，但是，由于它沿主轴方向不对称，在地震作用三角形虽也属简单形状，但是，由于它沿主轴方向不对称，在地震作用下容易发生较强的扭转振动，对抗震不利。下容易发生较强的扭转振动，对抗震不利。此外，带有较长翼缘的此外，带有较长翼缘的L形、形、T形、十字形、形、十字形、Y形、形、U形和形和H形等平面形等平面也对抗震结构性能不利，主要是此类具有较长翼缘平面的结构在地震动也对抗震结构性能不利，主要是此类具有较长翼缘平面的结构在地震动作用下容易发生作用下容易发生图图7所示的较大的差异侧移而导致
22、震害加重。所示的较大的差异侧移而导致震害加重。根据根据1985年墨西哥地震震害资料，墨西哥国家重建委员会首都地年墨西哥地震震害资料，墨西哥国家重建委员会首都地区规范与施工规程分会分析了房屋破坏原因，按房屋体型分类统计得区规范与施工规程分会分析了房屋破坏原因，按房屋体型分类统计得出的地震破坏率列于表出的地震破坏率列于表2。从表中可以看出，拐角形建筑的破坏率很高，。从表中可以看出，拐角形建筑的破坏率很高，高达高达42%。建筑特征破坏率（%）拐角形建筑42刚度明显不对称15低层柔弱8碰 撞15表表2墨西哥地震房屋破坏原因墨西哥地震房屋破坏原因 2立面变化要均匀立面变化要均匀即建筑的质量和刚度变化要均
23、匀。即建筑的质量和刚度变化要均匀。结构布置不均匀产生结构布置不均匀产生刚度和强度的突变刚度和强度的突变，引起竖向抗侧力构件的，引起竖向抗侧力构件的应力集中或变形集中，将降低结构抵抗地震的能力，地震时易发生应力集中或变形集中，将降低结构抵抗地震的能力，地震时易发生损坏，甚至倒塌。例如，由于建筑的竖向收进，地震时收进处上下损坏，甚至倒塌。例如，由于建筑的竖向收进，地震时收进处上下部分振动特性不同，易于在收进处的楼板产生应力突变，使竖向收部分振动特性不同，易于在收进处的楼板产生应力突变，使竖向收进的凹角处产生应力集中。进的凹角处产生应力集中。图图8和图和图9表示了一组不利的竖向布置形式和受到推荐的竖
24、向布置表示了一组不利的竖向布置形式和受到推荐的竖向布置形式。形式。图图10表示了楼层刚度的变化给结构带来的不利影响。表示了楼层刚度的变化给结构带来的不利影响。图图8竖向布置形式竖向布置形式图图9刚度沿高度的变化刚度沿高度的变化图图10楼层刚度变化带来的不利影响楼层刚度变化带来的不利影响 1971年美国圣菲南多地震，年美国圣菲南多地震，OliveView医院位于医院位于9度区，主楼遭度区，主楼遭到严重破坏。它是一幢刚度和强度在底层突变的建筑的典型震例，其到严重破坏。它是一幢刚度和强度在底层突变的建筑的典型震例，其教训值得借鉴。该主楼是六层钢筋混凝土房屋，其剖面如图教训值得借鉴。该主楼是六层钢筋混
25、凝土房屋，其剖面如图11所示。所示。该幢建筑三层以上为框架该幢建筑三层以上为框架剪力墙体系，底层和二层为框架体系，而剪力墙体系，底层和二层为框架体系，而二层有较多的砖隔墙。二层有较多的砖隔墙。该结构上、下层的侧向层间刚度相差约为该结构上、下层的侧向层间刚度相差约为1010倍。倍。地震后，上面几层震害很轻，而底层严重偏斜，纵向侧移达地震后，上面几层震害很轻，而底层严重偏斜，纵向侧移达600mm，横向侧移约横向侧移约600mm，角柱出现严重的受压酥碎现象。，角柱出现严重的受压酥碎现象。图图11OliveView医院医院主楼剖面主楼剖面 根据均匀性原则，建筑的立面也应采用矩形、梯形和三角形根据均匀性
26、原则，建筑的立面也应采用矩形、梯形和三角形等非突变的几何形状（图等非突变的几何形状（图12）。突变性的阶梯形立面（图）。突变性的阶梯形立面（图13）尽）尽量不采用，因为立面形状突变，必然带来质量和侧向刚度的突变，量不采用，因为立面形状突变，必然带来质量和侧向刚度的突变，在突变部位产生过高的地震反应或大的弹塑性变形，可能导致严在突变部位产生过高的地震反应或大的弹塑性变形，可能导致严重破坏，应在突变部位采取相应的加强措施。重破坏，应在突变部位采取相应的加强措施。图图12良好的建筑立面良好的建筑立面 图图13不利的建筑立面不利的建筑立面（a）大底盘建筑（）大底盘建筑（b）阶梯形建筑）阶梯形建筑 3合
27、适的房屋高度合适的房屋高度一般而言，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，破坏的可能性也就愈大，各种结构体系都有它最佳的适用高度。可能性也就愈大，各种结构体系都有它最佳的适用高度。不同结构不同结构体系的最大建筑高度的规定综合考虑了结构的抗震性能、经济和使体系的最大建筑高度的规定综合考虑了结构的抗震性能、经济和使用合理、地基条件、震害经验以及抗震设计经验等因素。用合理、地基条件、震害经验以及抗震设计经验等因素。表表3给出了我国抗震设计规范中对钢筋混凝土结构最大建筑高度给出了我国抗震设计规范中对钢筋混凝土结构最大建筑高度的范围。对于建造在的
28、范围。对于建造在、类场地的房屋、装配整体式房屋、具有类场地的房屋、装配整体式房屋、具有框支层的剪力墙结构以及非常不规则的结构应适当降低高度。框支层的剪力墙结构以及非常不规则的结构应适当降低高度。表表4给出了钢结构的最大建筑高度。给出了钢结构的最大建筑高度。结构类型烈 度6789框 架60554525框架抗震墙13012010050抗震墙全部落地14012010060部分框支12010080筒 体框架核心筒15014010070筒中筒18016012080板柱抗震墙403530表表3钢筋混凝土房屋适用的最大高度（钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m）注注：1房房屋屋高高度度指指室室外外地地面面到到檐
29、檐口口或或屋屋面面板板顶顶的的高高度度（不不考考虑虑局局部部突出屋顶部分）；突出屋顶部分）；2框架框架核心筒结构指周边稀疏柱框架与核心筒组成的结构；核心筒结构指周边稀疏柱框架与核心筒组成的结构；3部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构；部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构；4超过表内高度的房屋，应进行专门研究，采取必要的措施。超过表内高度的房屋，应进行专门研究，采取必要的措施。结 构 类 型6、7度8度9度框架1109050框架支撑（剪力墙板）220200140筒体（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒）和巨型框架300260180表表4钢结构房屋适用的最大高度（钢结构房屋适用的最
30、大高度（m）注：1房屋高度指室外地面至檐口的高度；2超过表内高度时，应根据专门研究，采取必要的措施。4不大的房屋高宽比不大的房屋高宽比建建筑筑物物的的高高宽宽比比愈愈大大，地地震震作作用用的的侧侧移移愈愈大大，水水平平地地震震力力引引起起的的倾倾覆覆作作用用愈愈严严重重。由由于于巨巨大大的的倾倾覆覆力力矩矩在在底底层层柱柱和和基基础础中中所所产产生生的的拉拉力力和和压压力力比比较较难难于于处处理理，为为有有效效地地防防止止在在地地震震作作用用下下建建筑筑的的倾倾覆覆，保保证证有有足足够够的地震稳定性，应对建筑的高宽比有所限制。的地震稳定性，应对建筑的高宽比有所限制。1967年委内瑞拉加拉加斯地
31、震曾发生明显由于过大倾覆力矩引起破坏年委内瑞拉加拉加斯地震曾发生明显由于过大倾覆力矩引起破坏的震害实例。该市一幢的震害实例。该市一幢18层的公寓，为钢筋混凝土框架结构，地上各层层的公寓，为钢筋混凝土框架结构，地上各层均有砖填充墙，地下室空旷。在地震中，由于倾覆力矩在地下室柱中引均有砖填充墙，地下室空旷。在地震中，由于倾覆力矩在地下室柱中引起很大的轴力，造成地下室很多柱子被压碎，钢筋压弯呈灯笼状。另一起很大的轴力，造成地下室很多柱子被压碎，钢筋压弯呈灯笼状。另一震害实例是震害实例是1985年墨西哥地震时，该市一幢年墨西哥地震时，该市一幢9层钢筋混凝土结构由于水平层钢筋混凝土结构由于水平地震作用使
32、整个房屋倾倒，埋深地震作用使整个房屋倾倒，埋深2.5m的箱形基础翻转了的箱形基础翻转了45o，并连同基础，并连同基础底面的摩擦桩拔出。底面的摩擦桩拔出。我我国国对对房房屋屋高高宽宽比比的的要要求求是是根根据据结结构构体体系系和和地地震震烈烈度度区区分分的的。表表5和和表表6分分别别给给出出了了我我国国抗抗震震设设计计规规范范中中对对钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构的的建建筑筑高高宽宽比比限限值值和钢结构的建筑高宽比限值。和钢结构的建筑高宽比限值。表表5钢筋混凝土房屋的最大高宽比钢筋混凝土房屋的最大高宽比结构类型6度7度8度9度框架、板柱抗震墙4432框架抗震墙5543抗震墙6654筒体6654注：
33、1当有大底盘时，计算高宽比的高度从大底盘顶部算起；2超过表内高宽比和体型复杂的房屋，应进行专门研究。烈度6、789最大高宽比6.56.05.5表表6钢结构房屋的最大高宽比钢结构房屋的最大高宽比注：1当有大底盘时，计算高宽比的高度应从大底盘顶部算起；2高宽比超过表内数值时，应根据专门研究，采取必要的措施。5足够的基础埋深足够的基础埋深基基础础应应有有足足够够的的埋埋深深，有有利利于于上上部部结结构构在在地地震震动动下下的的整整体体稳稳定定性性，防止倾覆和滑移，并能减小建筑物的整体倾斜。防止倾覆和滑移，并能减小建筑物的整体倾斜。但但是是，地地震震区区高高层层建建筑筑物物的的基基础础埋埋深深是是否否
34、须须要要有有最最小小限限制制的的规规定定，一一直直存存在在争争议议，国国际际上上大大多多数数抗抗震震设设计计规规范范都都未未对对此此作作出出明明确确规规定定。只只有有日日本本建建设设省省1982年年批批准准的的高高层层建建筑筑抗抗震震设设计计指指南南中中，规规定定建建筑埋置深度约取地上高度筑埋置深度约取地上高度1/10，并不应小于，并不应小于4m。我我国国钢钢筋筋混混凝凝土土高高层层建建筑筑结结构构设设计计与与施施工工规规程程中中规规定定：对对于于采采用用天天然然基基础础的的建建筑筑物物，基基础础埋埋置置深深度度可可不不小小于于建建筑筑高高度度的的1/15，并并不不应应小小于于3m；对对于于采
35、采用用桩桩基基的的建建筑筑物物，则则可可不不小小于于建建筑筑高高度度的的1/20，桩桩的的长长度度不不计计入入基基础础埋埋置置深深度度内内；当当基基础础落落在在基基岩岩上上时时，埋埋置置深深度度可可根根据工程具体情况确定，可不设地下室，但应采用地锚等措施。据工程具体情况确定，可不设地下室，但应采用地锚等措施。6防震缝的合理设置防震缝的合理设置防防震震缝缝的的设设置置，应应根根据据建建筑筑类类型型、结结构构体体系系和和建建筑筑体体型型等等具具体体情情况况区区别别对对待待。高高层层建建筑筑设设置置防防震震缝缝后后，给给建建筑筑、结结构构和和设设备备设设计计带带来来一一定定困困难难，基基础础防防水水
36、也也不不容容易易处处理理。因因此此，高高层层建建筑筑通通过过调调整整平平面面形形状状和和尺尺寸寸，在在构构造造上上和和施施工工上上采采取取措措施施，尽尽可可能能不不设设缝缝（伸伸缩缩缝缝、沉沉降降缝和防震缝）。缝和防震缝）。但但下下列列情情况况应应设设置置防防震震缝缝，将将整整个个建建筑筑划划分分为为若若干干个个简简单单的的独独立立单单元：元：（1）平面或立面不规则，又未在计算和构造上采取相应措施；）平面或立面不规则，又未在计算和构造上采取相应措施；（2）房房屋屋长长度度超超过过规规定定的的伸伸缩缩缝缝最最大大间间距距，又又无无条条件件采采取取特特殊殊措措施而必需设伸缩缝时；施而必需设伸缩缝时
37、；（3）地地基基土土质质不不均均匀匀，房房屋屋各各部部分分的的预预计计沉沉降降量量（包包括括地地震震时时的的沉陷）相差过大，必需设置沉降缝时；沉陷）相差过大，必需设置沉降缝时；（4）房屋各部分的质量或结构的抗推刚度悬殊过大。）房屋各部分的质量或结构的抗推刚度悬殊过大。四、合理的抗震结构布置四、合理的抗震结构布置 1结构力求对称，以避免扭转。结构力求对称，以避免扭转。对对称称结结构构在在单单向向水水平平地地震震动动下下，仅仅发发生生平平移移振振动动，各各层层构构件件的的侧侧移移量相等，水平地震力则按刚度分配，受力比较均匀。量相等，水平地震力则按刚度分配，受力比较均匀。非非对对称称结结构构由由于于
38、质质量量中中心心与与刚刚度度中中心心不不重重合合，即即使使在在单单向向水水平平地地震震动下也会激起扭转振动，产生平移动下也会激起扭转振动，产生平移扭转耦连振动。扭转耦连振动。由由于于扭扭转转振振动动的的影影响响，远远离离刚刚度度中中心心的的构构件件侧侧移移量量明明显显增增大大，从从而而所产生的水平地震剪力则随之增大，较易引起破坏，甚至严重破坏。所产生的水平地震剪力则随之增大，较易引起破坏，甚至严重破坏。为为了了把把扭扭转转效效应应降降低低到到最最低低程程度度，可可以以减减小小结结构构质质量量中中心心与与刚刚度度中中心心的的距距离离，图图14给给出出了了由由抗抗震震墙墙和和框框架架组组成成的的主
39、主抗抗侧侧力力构构件件的的不不利利布布置的实例和受推荐的实例。置的实例和受推荐的实例。图图14楼层平面内质量和侧向刚度的关系楼层平面内质量和侧向刚度的关系（平面上承受重力的框架未画出）（平面上承受重力的框架未画出）在在国国内内外外地地震震调调查查资资料料中中，不不难难发发现现角角柱柱的的震震害害一一般般较较重重，这这主主要由于角柱受扭转反应最为显著。要由于角柱受扭转反应最为显著。1972年年尼尼加加拉拉瓜瓜的的马马那那瓜瓜地地震震，位位于于市市中中心心15层层的的中中央央银银行行，有有一一层层地地下下室室，采采用用框框架架体体系系，设设置置两两个个钢钢筋筋混混凝凝土土电电梯梯井井和和两两个个楼
40、楼梯梯间间，都都集集中中布布置置在在主主楼楼两两端端一一侧侧，两两端端山山墙墙还还砌砌有有填填充充墙墙，如如图图15所所示示。这这种种结结构构布布置置造造成成质质量量中中心心与与刚刚度度中中心心明明显显不不重重合合，偏偏心心很很大大，显显然然对对抗抗震震不不利利。1972年年发发生生地地震震时时，该该幢幢大大厦厦遭遭到到严严重重破破坏坏，五五层层周周围围柱柱子子严严重重开开裂裂，钢钢筋筋压压屈屈，电电梯梯井井墙墙开开裂裂，混混凝凝土土剥剥落落。围围护护墙墙等非结构构件破坏严重，有的倒塌。等非结构构件破坏严重，有的倒塌。因因此此，需需要要合合理理布布置置抗抗侧侧力力构构件件。例例如如，在在结结构
41、构布布置置时时，应应特特别别注注意意具具有有很很大大抗抗推推刚刚度度的的钢钢筋筋混混凝凝土土墙墙体体和和钢钢筋筋混混凝凝土土的的芯芯筒筒位位置置，力力求求在在平平面面上上要要居居中中和和对对称称。此此外外，抗抗震震墙墙沿沿房房屋屋周周边边布布置置，可可以以使使结构具有较大的抗扭刚度和较大的抗倾覆能力。结构具有较大的抗扭刚度和较大的抗倾覆能力。图15 马那瓜中央银行结构平面 （a）低层平面；（b）剖面2结构沿竖向要等强。结构沿竖向要等强。结结构构抗抗震震性性能能的的好好坏坏，除除取取决决于于总总的的承承载载能能力力、变变形形和和耗耗能能能能力力外外，避免局部的抗震薄弱部位避免局部的抗震薄弱部位是
42、十分重要的。是十分重要的。1976年年罗罗马马尼尼亚亚地地震震，普普鲁鲁耶耶什什有有一一幢幢四四层层框框架架体体系系房房屋屋，底底层层为为咖咖啡啡馆馆，无无隔隔墙墙。上上面面几几层层为为住住宅宅，砖砖隔隔墙墙较较多多。受受震震后后，底底层层因因柱柱子子折折断断而而倒倒塌塌，上上面面几几层层整整体体坐坐落落。布布加加勒勒斯斯特特市市的的一一幢幢9层层框框架架体体系系大大楼楼，上上部部为为住住宅宅，底底层层为为商商店店，同同一一次次地地震震后后，底底层层严严重重破破坏坏，濒濒临临倒倒塌塌。“薄薄弱弱层层”的的存存在在是是地地震震中中建建筑筑物物破破坏坏的的常常见见原原因因之之一。一。结结构构薄薄弱
43、弱部部位位的的形形成成，往往往往是是由由于于刚刚度度突突变变和和屈屈服服承承载载力力系系数数突突变所造成的。变所造成的。刚刚度度突突变变一一般般是是由由于于建建筑筑体体型型复复杂杂或或抗抗震震结结构构体体系系在在竖竖向向布布置置上上不不连连续续和和不不均均匀匀性性所所造造成成的的。由由于于建建筑筑功功能能上上的的需需要要，往往往往在在某某些些楼楼层层处处竖竖向向抗抗侧侧力力构构件件被被截截断断，造造成成竖竖向向抗抗侧侧力力构构件件的的不不连连续续，导导致致传传力力路路线线不不明明确确，从从而而产产生生局局部部应应力力集集中中，并并过过早早屈屈服服，形形成成结结构构薄薄弱弱部部位位，最最终终可可
44、能能导导致致严严重重破破坏坏甚甚至至倒倒塌塌。竖竖向向抗抗侧侧力力构构件件截截面面的的突突变变也也会会造造成成刚刚度度和和承承载载力力的的剧剧烈烈变变化化，带带来来局局部部区区域域的的应应力力剧剧增增和和塑塑性性变形集中的不利影响。变形集中的不利影响。楼楼层层屈屈服服承承载载力力系系数数是是影影响响弹弹塑塑性性地地震震反反应应的的重重要要参参数数。如如果果各各楼楼层层的的屈屈服服承承载载力力系系数数大大致致相相等等，地地震震作作用用下下各各楼楼层层的的侧侧移移将将是是均均匀匀变变化化的的，整整个个建建筑筑将将因因各各楼楼层层抗抗震震可可靠靠度度大大致致相相等等而而具具有有较较好好的的抗抗震震性
45、性能能。如如果果某某楼楼层层的的屈屈服服承承载载力力系系数数远远低低于于其其他他各各层层，出出现现抗抗震震薄薄弱弱部部位位，则则在在地地震震作作用用下下，将将会会过过早早屈屈服服而而产产生生较较大大的的弹弹塑塑性性变变形形，需需要要有有较较高高的的延延性性要要求求。因因此此，尽尽可可能能从从建建筑筑体体型型和和结结构构布布置置上上使使刚刚度度和和屈屈服服强强度度变变化化均均匀匀，尽尽量量减减少少形形成成抗抗震震薄薄弱弱部部位位的的可可能能性性，力力求求降降低低弹弹塑塑性性变变形形集集中中的的程程度度，并并采采取取相相应应的的措措施施来来提提高高结结构构的的延延性性和和变变形能力。形能力。楼楼层
46、层屈屈服服承承载载力力系系数数的的定定义义是是按按构构件件实实际际截截面面、配配筋筋和和材材料料强强度度标标准值计算的楼层受剪承载力与罕遇地震下楼层弹性地震剪力的比值。准值计算的楼层受剪承载力与罕遇地震下楼层弹性地震剪力的比值。五、恰当的结构材料五、恰当的结构材料 1选择结构材料的原则选择结构材料的原则 从抗震角度来考虑，一种好的结构材料应具备下列性能：从抗震角度来考虑，一种好的结构材料应具备下列性能：1）延性系数高；）延性系数高；2）“强度强度/重力重力”比值大；比值大；3）匀质性好；）匀质性好；4）正交各向同性；）正交各向同性；5）构构件件的的连连接接具具有有整整体体性性、连连接接性性和和
47、较较好好的的延延性性，并并能能充充分分发发挥挥材料的强度。材料的强度。按按照照上上述述标标准准来来衡衡量量，高高层层建建筑筑使使用用不不同同材材料料的的结结构构类类型型，依依其其抗抗震震性性能能优优劣劣而而排排序序为为：钢钢结结构构、型型钢钢混混凝凝土土结结构构、混混凝凝土土钢钢混混合合结结构构、现现浇浇钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构、预预应应力力混混凝凝土土结结构构、装装配配式式钢钢筋筋混混凝凝土土结构、配筋砌体结构。结构、配筋砌体结构。2对材料的质量要求对材料的质量要求（1）钢筋钢筋钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件的的延延性性以以及及低低周周反反复复荷荷载载下下的的后后期期强强度度，在在很很大大
48、程程度上取决于钢筋的材性，所使用的钢筋应符合下列要求：度上取决于钢筋的材性，所使用的钢筋应符合下列要求：i）不不希希望望在在抗抗震震结结构构中中使使用用高高强强钢钢筋筋，一一般般用用中中强强钢钢筋筋，即即HPB235级级、HRB335级级、HRB400级级钢钢筋筋。不不希希望望超超过过HRB400级级。延伸率延伸率 4%6%。ii）钢筋的实际屈服强度不能太高，要求实际值与标准值比值）钢筋的实际屈服强度不能太高，要求实际值与标准值比值 1.3。iii）钢钢筋筋的的实实际际极极限限强强度度与与实实际际屈屈服服强强度度之之比比值值不不能能太太小小，以以保保证证有足够的强度储备，一般为有足够的强度储备
49、，一般为1.25。iv）不能使用冷加工钢筋。）不能使用冷加工钢筋。v）应应检检测测钢钢筋筋的的应应变变老老化化脆脆裂裂（重重复复弯弯曲曲试试验验）、可可焊焊性性（检检查查化学成分）、低温抗脆裂（采用化学成分）、低温抗脆裂（采用V形槽口的韧性试验）。形槽口的韧性试验）。（2）混凝土：混凝土：强度不能太低，否则锚固不好。强度不能太低，否则锚固不好。（3）型钢型钢为为了了建建造造具具有有良良好好延延件件的的钢钢结结构构，结结构构的的杆杆件件和和连连接接都都应应该该具具有有良良好的延性，这就要求型钢的材质符合下列要求：好的延性，这就要求型钢的材质符合下列要求：i）足够的延性。一般的结构钢均能满足这项要
50、求。）足够的延性。一般的结构钢均能满足这项要求。ii）力力学学性性能能的的一一致致性性。为为了了保保证证“强强柱柱弱弱梁梁”设设计计原原则则的的实实现现，钢钢材材强强度度的的标标准准差差应应尽尽可可能能小小，即即用用于于各各构构件件的的最最大大和和最最小小强强度度应应接接近相等。近相等。iii）好的切口延性。此项指标是钢材对脆性破坏的抵抗能力的量度。）好的切口延性。此项指标是钢材对脆性破坏的抵抗能力的量度。iv）无分层现象。此项要求可以在构件加工之前利用超声波探查。）无分层现象。此项要求可以在构件加工之前利用超声波探查。v）对对片片状状撕撕裂裂的的抵抵抗抗能能力力。通通常常的的检检查查方方法法