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1、建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计Seismic design of buildingsSeismic design of buildings主讲：主讲：张美霞张美霞中国地质大学（武汉）工程学院土木系中国地质大学（武汉）工程学院土木系第第4 4章章 建筑抗震概念建筑抗震概念设计4.1 4.1 场地选择场地选择4.2 4.2 建筑的平立面布置建筑的平立面布置4.3 4.3 结构选型与结构布置结构选型与结构布置4.4 4.4 多道抗震防线多道抗震防线4.5 4.5 刚度、承载力和延性的匹配刚度、承载力和延性的匹配4.6 4.6 确保结构的整体性确保结构的整体性4.7 4.7 非结构部件处理非结构部件
2、处理基本概念基本概念 1 1、计算设计（计算设计（Numerical designNumerical design）：按荷载计算、内：按荷载计算、内力分析及组合、强度计算力分析及组合、强度计算 、构造措施等称为计算设、构造措施等称为计算设计。计。“计算设计计算设计”不能完全依赖！不能完全依赖！地震方面地震方面地震是一种随机振动，具有复杂地震是一种随机振动，具有复杂 性、性、不确定性，因此很难准确预测建筑物所遭遇地震的特不确定性，因此很难准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数。地震在时间和空间上都具有很大的随机性。性和参数。地震在时间和空间上都具有很大的随机性。结构分析结构分析未能充分考虑结构的空
3、间作用、非弹性未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，也存在不准性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，也存在不准确性。确性。基本概念基本概念续续2 2、概念设计（概念设计（Conceptual designConceptual design）：立足于工程：立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念的抗震设计。基本概念的抗震设计。即根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原即根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想正确地解决建筑和结构的总体方案、则和设计思想正确地解决建筑和结构的总体方案、结
4、构布置、材料使用和细部构造等，以便达到合理结构布置、材料使用和细部构造等，以便达到合理抗震设计的目的。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，是设计人员不知陷入盲目的计算工作，震设计原则，是设计人员不知陷入盲目的计算工作，从而做到比较合理的抗震设计。从而做到比较合理的抗震设计。抗震概念设计是目前工程设计高度自动化的背景下抗震概念设计是目前工程设计高度自动化的背景下唯一具有能动性和创造性的设计过程。唯一具有能动性和创造性的设计过程。基本概念基本概念续续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
5、入、房屋体型、结构在工程设计一开始，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，体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面，从根本上从根本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。辅以必要的计算和构造措施，有可能使房屋建筑具有良辅以必要的计算和构造措施，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。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，在某种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，概念设计比计算设计更重要。意义上，概念设计比计算设计更重要。4.1 4.1 场地选择场地选择 不同的场地上的建筑震害不同
6、在建筑选址时，要尽量选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。择对建筑抗震有利的地段，避开不利和危险地段。1 1、避开地震危险地段、避开地震危险地段 1 1）概念）概念 建筑抗震危险的地段：建筑抗震危险的地段：指地震时可能发生崩塌、滑坡、指地震时可能发生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段以及震中烈度为地陷、地裂、泥石流等地段以及震中烈度为8 8度以上的度以上的发震断裂带在地震时可能发生地表错位的地段。发震断裂带在地震时可能发生地表错位的地段。非发震断层非发震断层：与当地的地震活动性没有成因上联系的：与当地的地震活动性没有成因上联系的一般断层
7、，在地震作用下一般不会发生新的错动。一般断层，在地震作用下一般不会发生新的错动。发震断层发震断层：具有潜在地震活动的断层，在过去三万五：具有潜在地震活动的断层，在过去三万五千年以内曾活动过一次，或者在五万年内活动过两次千年以内曾活动过一次，或者在五万年内活动过两次的断层。的断层。4.1 4.1 场地选择场地选择续续2 2、选择有利于抗震的场地、选择有利于抗震的场地1 1）概念）概念 对建筑抗震有利的地段对建筑抗震有利的地段：指位于开阔平坦地的坚硬场：指位于开阔平坦地的坚硬场地上或密实均匀中硬场地土。地上或密实均匀中硬场地土。对建筑抗震不利的地段对建筑抗震不利的地段：就：就地形地形而言，一般是指
8、条状而言，一般是指条状突出的山嘴，孤立的山包和山梁的顶部，高差较大的突出的山嘴，孤立的山包和山梁的顶部，高差较大的台地边缘，非岩质的陡坡，台地边缘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘；就河岸和边坡的边缘；就场地土质场地土质而言，一般是指软弱土、易液化土，故河道、而言，一般是指软弱土、易液化土，故河道、断层破碎带、暗埋塘滨沟谷或半挖半填地基等，以及断层破碎带、暗埋塘滨沟谷或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段。在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段。4.1 4.1 场地选择场地选择续续2 2）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
9、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、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；不同的地基上；无法避开时，除考虑不同土无法避开时，除考虑不同土层差异运动的影响外，还应采用局部深基础，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上层上使整个建筑物的基础落在同一上层上（图）（图）3 3、同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基；（可、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）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时，、
10、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，并采取相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，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。4.2 4.2 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建筑布局和结一幢房屋的动力性能基本上取决于它的建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，构布置。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。就能从根本上保证房屋具有良好的耐震性能。抗抗震震规规范范3.4.13.4.1条条规规定定：建建筑筑设设计
11、计应应符符合合抗抗震震概概念念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。3.4.23.4.2条条规规定定：建建筑筑及及其其抗抗侧侧力力结结构构的的平平面面布布置置宜宜规规则则、对对称称，并并应应具具有有良良好好的的整整体体性性；建建筑筑的的立立面面和和竖竖向向剖剖面面宜宜规规则则，结结构构的的侧侧向向刚刚度度宜宜均均匀匀变变化化，竖竖向向抗抗侧侧力力构构件件的的截截面面尺尺寸寸和和材材料料强强度度宜宜自自下下而而上上逐逐渐渐减减少少，避避免免抗抗侧侧力结构的侧向刚度和承载力突变。力结构的侧向刚度和承载力突变。4.2.1 4.2.1 建筑平面布置建筑平面
12、布置1 1、建筑平面形状、建筑平面形状1 1）建筑物的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度变）建筑物的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度变化均匀，避免楼层错层；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）有较长翼缘的）有较长翼缘的L L形、形、T T形、十字形、形、十字形、U U形、形、H H形、形、Y Y形平面形平面也不宜采用。这些平面的较长翼缘，地震时容易因发生也不宜采用。这些平面的较长翼缘，地震时容易因发生差异侧移而加重
13、震害。差异侧移而加重震害。4.2.1 4.2.1 建筑平面布置建筑平面布置续续2、平面不规则的类型：、平面不规则的类型：规范规范3.4.23.4.2规定：规定：1 1）扭转不规则：楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）扭转不规则：楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.21.2倍。倍。2 2）凹凸不规则：结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投）凹凸不规则：结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的影方向总尺寸的30%30%。3 3）楼板局部不连续：楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。）楼板局部不连续：楼板
14、的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例如：开洞面积大于该楼层面积的30%30%，或较大的楼层，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错层，或有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%50%。4.2.1 4.2.1 建筑平面布置建筑平面布置续续3、高层建筑平面尺寸限值高层建筑平面尺寸限值 高层规程对地震区高层建筑的平面形状作了明确规定，高层规程对地震区高层建筑的平面形状作了明确规定，如下图和表，并提出对这些平面的凹角处，应采取加强如下图和表，并提出对这些平面的凹角处，应采取加强措施措施。4.2.2 4.2.2 建筑立面布置建筑立面布置1 1、建筑立面形状、建筑立
15、面形状 地震区高层建筑的立面应采用矩形、梯形、三角形等均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阶梯形立面。匀变化的几何形状，尽量避免带有突然变化的阶梯形立面。因为立面形状的突然变化，因为立面形状的突然变化，会引起会引起质量和抗侧移刚度质量和抗侧移刚度突变突变，地震时地震时容易因剧烈振动或塑性变形集中（薄弱层）而加重容易因剧烈振动或塑性变形集中（薄弱层）而加重破坏。破坏。4.2.2 4.2.2 建筑立面布置建筑立面布置续续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：该层的侧向刚度小于相邻上一层的）侧向刚度不规则：该层的侧向
16、刚度小于相邻上一层的70%70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%25%。2 2）竖向抗侧力构件不连续：竖向抗侧力构件（柱、抗震）竖向抗侧力构件不连续：竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架）向墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架）向下传递。下传递。3 3）楼层承载力突变：抗侧力结构的层间受剪承载力小于）楼层承载力突变：抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的相邻上一楼层的80%80%。4.2.2
17、 4.2.2 建筑立面布置建筑立面布置续续3 3、高层建筑立面尺寸限值、高层建筑立面尺寸限值高层规程规定：建筑的竖向体形宜规则、均匀，避高层规程规定：建筑的竖向体形宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。并要求抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜并要求抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的小于相邻上部楼层侧向刚度的7070或其上相邻三层侧向或其上相邻三层侧向刚度平均值的刚度平均值的8080。按
18、高层规程，高层建筑的高度限值分按高层规程，高层建筑的高度限值分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级级规定较宽，但应采取更严格的计算和构造措施。规定较宽，但应采取更严格的计算和构造措施。楼楼层层间层层间抗抗侧侧力力结结构的构的受剪承载能力：受剪承载能力：A A级高度：宜级高度：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：应级高度：应上一上一层的层的75%75%。4.2.2 4.2.2 建筑立面布置建筑立面布置续续收进和外挑尺寸要求（宜）：收进和外挑尺寸要求（宜）：当结
19、构上部楼层收进部位到室外地面的高度当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H H1 1与房屋高与房屋高度度H H之比大于之比大于0.20.2时，上部楼层收进后的水平尺寸时，上部楼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楼层外挑时，下部楼层的水当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸平尺寸B B不宜小于上部楼层水平尺寸不宜小于上部楼层水平尺寸B B1 1的的0.0.9 9倍，且水平倍，且水平外挑尺寸外挑尺寸a a不宜大于不宜大于4m4m。4.2.3 4.2.3 房屋的高度房屋的高度一般而言
20、，房屋愈高，所受到的地震力和倾覆力矩愈大，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。破坏的可能性也愈大。但但“房屋愈高愈危险房屋愈高愈危险”的概念不的概念不是绝对的，是有条件的。于是绝对的，是有条件的。于19561956年建造的高年建造的高181m181m的的4242层层拉丁美洲大厦，经受住了拉丁美洲大厦，经受住了3 3次大地震的考验，几乎无损次大地震的考验，几乎无损坏。坏。抗震规范和高层规程，根据我国当前科研成果抗震规范和高层规程，根据我国当前科研成果和工程实际情况，对各种结构体系适用范围内建筑物的和工程实际情况，对各种结构体系适用范围内建筑物的最大高度均作出了规
21、定。超出该规定的，要进行专门研最大高度均作出了规定。超出该规定的，要进行专门研究。抗震规范尚规定：对不规则结构、有框支层抗究。抗震规范尚规定：对不规则结构、有框支层抗震墙结构或震墙结构或类场地上的结构，适用的最大高度应适当类场地上的结构，适用的最大高度应适当降低。降低。4.2.4 4.2.4 房屋的高宽比房屋的高宽比建筑物的高宽比例，比起其绝对高度来说更为重要。因建筑物的高宽比例，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，即建筑愈瘦高，地震作用下为建筑物的高宽比值愈大，即建筑愈瘦高，地震作用下的侧移愈大，地震引起的倾覆作用愈严重。巨大的倾覆的侧移愈大，地震引起的倾覆作用愈严重。巨大
22、的倾覆力矩在柱力矩在柱(墙墙)和基础中所引起的压力和拉力比较难于处和基础中所引起的压力和拉力比较难于处理。理。我国对房屋高宽比的要求是按结构体系和地震烈度区分我国对房屋高宽比的要求是按结构体系和地震烈度区分的。的。4.2.5 4.2.5 防震缝的合理设置防震缝的合理设置遇到下列情况，应设置防震缝：遇到下列情况，应设置防震缝：平面形状、局部尺寸或者立面形状不符合规范的有关平面形状、局部尺寸或者立面形状不符合规范的有关规定，而又未在计算和构造上采取相应措施时；规定，而又未在计算和构造上采取相应措施时；房屋长度超过规范规定的伸缩缝最大间距，又无条件房屋长度超过规范规定的伸缩缝最大间距，又无条件采取特
23、殊措施而必需设置伸缩缝时；采取特殊措施而必需设置伸缩缝时；地基土质不均匀，房屋各部分的预计沉降（包括地震地基土质不均匀，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；时的沉陷）相差过大，必须设置沉降缝时；房屋各部分的质量或结构抗侧移刚度大小悬殊时。房屋各部分的质量或结构抗侧移刚度大小悬殊时。4.2.5 4.2.5 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，合理地设以避免，为将不规则结构变为若干规则结构，合理地设
24、置防震缝进行结构分段，从而降低抗震设计的难度及提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可靠度。高抗震设计的可靠度。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之间相撞的震例，究其原因，主要是防震筑物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。缝宽度偏小或构造不当所致。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：忌连又连不牢、分又分不清。彻底分离或者牢固连接：忌连又连不牢、分又分不清。“三缝合一三缝合一”的设置原则：伸缩缝、沉降缝、防震缝三的设置原则：伸缩缝、沉降缝、
25、防震缝三缝合一，对于抗震设防烈度为缝合一，对于抗震设防烈度为6 6度以上的房屋，所有伸度以上的房屋，所有伸缩缝、缩缝、沉降缝均应符合防震缝的宽度要求。沉降缝均应符合防震缝的宽度要求。4.2.5 4.2.5 防震缝的合理设置防震缝的合理设置续续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、局部尺寸或者立面形状不符合规范的有关平面形状、局部尺寸或者立面形状不符合规范的有关规定，而又未在计算和构造上采取相应措施时；规定，而又未在计算和构造上采取相应措施时；房屋长度超过规范规定的伸缩缝最大间距，又无条件房屋长度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；采取特殊措施
26、而必需设置伸缩缝时；地基土质不均匀，房屋各部分的预计沉降（包括地震地基土质不均匀，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；时的沉陷）相差过大，必须设置沉降缝时；房屋各部分的质量或结构抗侧移刚度大小悬殊时。房屋各部分的质量或结构抗侧移刚度大小悬殊时。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，碰撞造成失稳破坏。由于设缝后造成部分结构段过柔，碰撞造成失稳破坏。必须根据具体情况认真处理设缝位置及设缝宽度。必须根据具体情况认真处理设缝位置及设缝宽度。确定防震缝宽度，除考虑结构变形外，还应考虑由于地确定防震缝宽
27、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。基变形引起基础转动的影响。4.2.5 4.2.5 防震缝的合理设置防震缝的合理设置续续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小缝良好地基条件下一般结构的最小缝宽。宽。为防止相邻建筑物在地震中发生碰撞，防震缝的宽度不为防止相邻建筑物在地震中发生碰撞，防震缝的宽度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。缝方向的侧移之和。对于钢筋混凝土结构房屋的防震缝最小宽度，一般情况对于钢筋混凝土结构房屋的防震缝最小宽度，一般情况下应符合抗震规范所作的
28、规定：下应符合抗震规范所作的规定：框架房屋，当高度不超过框架房屋，当高度不超过l5ml5m时，可采用时，可采用70mm70mm；当高度超；当高度超过过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；框框架抗震架抗震墙墙房屋的防震房屋的防震缝宽缝宽度，可采用第度，可采用第条数条数值值的的7070，抗震，抗震墙墙房屋可采用第房屋可采用第条数条数值值的的5050，且均不宜小，且均不宜小于于70mm70mm。4.2.5 4.2.5 防震缝的合理设置防震缝的合理设置续续防震缝两侧结构类型
29、不同时，宜按需要较宽防震缝的结防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结 构类型和较低房屋高度确定缝宽。构类型和较低房屋高度确定缝宽。例例1 1：某高层建筑为框架：某高层建筑为框架剪力墙结构，抗震设防烈度为剪力墙结构，抗震设防烈度为7 7度，高度，高4545米，其群房为框架结构，高米，其群房为框架结构，高2020米，主楼和群房米，主楼和群房间设防震缝，其最小缝宽应为多少？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群房框架结构极其高度确定：解：防震缝最小宽度应根据群房框架结构极其高度确定：例例2 2：6 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
30、设防震缝，若需设防震缝，其缝宽应为多少？若高为其缝宽应为多少？若高为35m35m剪力墙结构，其缝宽？剪力墙结构，其缝宽？4.2.5 4.2.5 防震缝的合理设置防震缝的合理设置续续4.2.5 4.2.5 防震缝的合理设置防震缝的合理设置续续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运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、动变化，结构扭转、地基变形等复杂因素，相邻结构地基变形等复杂因素，相邻结构仍可能局部碰撞而损坏；仍可能局部碰撞而损坏；防震缝宽度过大，建筑立面效果、防水处理较难；防震缝宽度过大，建筑立面效果、防
31、水处理较难；设置不当反倒会引起相邻建筑物碰撞、失稳、加大破设置不当反倒会引起相邻建筑物碰撞、失稳、加大破坏。坏。4.2.5 4.2.5 防震缝的合理设置防震缝的合理设置续续7 7、不设置抗震缝、不设置抗震缝处理办法处理办法高层建筑宜选用合理的建高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设抗震缝，但要做到：筑结构方案，不设抗震缝，但要做到：采取措施避免设置防震缝采取措施避免设置防震缝调整平面形状和尺调整平面形状和尺 寸、并寸、并在构造以及设计、施工时采取措施。在构造以及设计、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不规则房屋不设防震缝时必须沿高度和从平面上 考虑相考虑相对薄弱及应力集
32、中部位的加强及提高延性对薄弱及应力集中部位的加强及提高延性 措施，在这些措施，在这些部位应尽量避免设置楼梯间及在楼部位应尽量避免设置楼梯间及在楼 板上开较大洞口。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 较精确的结构抗震分析，解决不设缝带来的不利影响，较精确的结构抗震分析，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。强措
33、施或提高变形能力的措施。4.3 4.3 结构构选型与型与结构布置构布置4.3.1 4.3.1 结构选型结构选型 结构选型涉及的内容较多，应根据建筑的重要性、设防结构选型涉及的内容较多，应根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，通过技术、经济条件比较综合确定。通过技术、经济条件比较综合确定。1、结构材料的选择结构材料的选择单从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式，应具备单从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式，应具备下下列列性能性能：延性系数高；延性系数高；“强度重力强度重力”比值大；比值大；匀质性好；匀质性好；正
34、交各向同性；正交各向同性；构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并能发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。挥材料的全部强度。4.3.1 4.3.1 结构选型结构选型续续建筑结构类型，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；型钢混凝土结构；型钢混凝土结构；混凝土混凝土钢混合结构；钢混合结构；现浇钢筋混凝土结构；现浇钢筋混凝土结构；预应力混凝土结构；预应力混凝土结构；装配式钢筋混凝土结构；装配式钢筋混凝土结构；配筋砌体结构；配筋砌体结构；砌体结构等。砌体结构等。4.3.1 4.3.1 结构选型结构选型续续2 2
35、、抗震结构体系的确定、抗震结构体系的确定 抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案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。的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。抗震规范关于抗震结构体系，有下列要求：抗震规范关于抗震结构体系，有下列要求：应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；宜有多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而宜有多道抗震防线，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
36、的变形能力和耗能能力；应具备必要的强度，良好的变形能力和耗能能力；宜具有合理的刚度和强度分布，避免因局部削弱或突宜具有合理的刚度和强度分布，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。4.3.1 4.3.1 结构选型结构选型续续3.3.在设计房屋之前，一般应首先了解场地和地基上在设计房屋之前，一般应首先了解场地和地基上及其卓越周期，调整结构刚度，避开共振周期。及其卓越周期，调整结构刚度，避开共振周期。4.4.选择结构体系时，要注意选
37、择合理的基础形式。选择结构体系时，要注意选择合理的基础形式。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基岩层高低起伏不均匀或有液化土层时最好采用桩基等。等。4.3.2 4.3.2 结构布置的一般原则结构布置的一般原则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）对称结构在地面平动作用下，水平地震力按构件刚对称结构在地面平动作用下，水平地震力按构件刚度分配，因而各构件受力比较均匀。而非对称结构，度分配，因而各构件受力比较均匀。而非对称结构，由于刚心偏在一边，质心与刚心不重合
38、，远离刚心由于刚心偏在一边，质心与刚心不重合，远离刚心的刚度较小构件的刚度较小构件 ，由于侧移量很大，所分担的水平，由于侧移量很大，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。件失效而倒塌。4.3.2 4.3.2 结构布置的一般原则结构布置的一般原则续续最为典型的例子是最为典型的例子是19721972年年2 2月月2323日南美洲的马那瓜地震。日南美洲的马那瓜地震。马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五层高的马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五层高的中央银行大厦，平面不规则，中央银行大厦，平面不规则，4 4个楼梯间
39、偏置塔楼西端，个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙，破坏严重，震后拆除；另一幢为西端有填充墙，破坏严重，震后拆除；另一幢为1818层高层高的美洲银行大厦，结构是均匀对称的，基本的抗侧力体的美洲银行大厦，结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括系包括4 4个个L L形的筒体，对称地由连梁连接起来，轻微损形的筒体，对称地由连梁连接起来，轻微损坏，稍加修理便恢复使用。当地地震烈度估计为坏，稍加修理便恢复使用。当地地震烈度估计为8 8度。度。4.3.2 4.3.2 结构布置的一般原则结构布置的一般原则续续当建筑当建筑层层数很多数很多时时，上面各，上面各层层偏心引起的扭偏心引起的扭转转效效应对应对下下层层的
40、的积积累，累，对对下面几下面几层层更不利。所以，更不利。所以，进进行行结结构布置构布置时时，除了要求各向除了要求各向对对称外，称外，还还希望能具有希望能具有较较大的抗扭大的抗扭刚刚度。度。因此，因此，下下图（a）、（）、（b）所示的抗震）所示的抗震墙沿房屋周沿房屋周边布布置的方案，就置的方案，就优于（于（c）、（）、（d）所示在房屋内部布置的）所示在房屋内部布置的方案。方案。4.3.2 4.3.2 结构布置的一般原则结构布置的一般原则续续2 2、竖竖向布置力求均匀向布置力求均匀 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，避免出现度变
41、化均匀，避免出现薄弱层薄弱层，并应尽可能降低房屋的，并应尽可能降低房屋的重心。重心。注意上刚下柔的结构的处理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，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或框架一抗震墙体系，而底层或底上部各层为全墙体系或框架一抗震墙体系，而底层或底部两三层则为框架体系，整个结构属部两三层则为框架体系，整个结构属“框托墙框托墙”体系。体系。这便是工程上称之为这便是工程上称之为“框支剪力墙框支剪力墙”或或“底部框架底部框架”的的结构。这种体系很不利于抗震，应保证下部结构的抗侧结构。这种体系很不利于抗震，应保证下部结构的抗
42、侧刚度不能小于上部抗侧刚度的一定比例。刚度不能小于上部抗侧刚度的一定比例。4.3.2 4.3.2 结构布置的一般原则结构布置的一般原则续续同一楼层的框架柱，应该具有大致相同的刚度、同一楼层的框架柱，应该具有大致相同的刚度、强度和延性，强度和延性，否则，地震时很容易因受力大小否则，地震时很容易因受力大小悬殊而被各个击破。悬殊而被各个击破。在采用在采用纯纯框架框架结结构的高构的高层层建筑中，如果将楼梯建筑中，如果将楼梯踏步斜梁和平台梁直接与框架柱相踏步斜梁和平台梁直接与框架柱相连连，就会使，就会使该该柱柱变变成短柱，地震成短柱，地震时时容易容易发发生剪切破坏，生剪切破坏，应应予避免或采取相关措施予
43、避免或采取相关措施。4.4 4.4 多道抗震防线多道抗震防线4.4.1 4.4.1 多道抗震防线的必要性多道抗震防线的必要性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分体系组成，一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作，即分体系并由延性较好的结构构件连接起来协同工作，即分体系间的连接部件应有适当强度、较好延性和稳定的滞回性间的连接部件应有适当强度、较好延性和稳定的滞回性能。能。框架抗震墙体系：由延性框架框架抗震墙体系：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：由若干双肢或多肢
44、抗震墙体系：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：框架梁和框架柱；框架体系：框架梁和框架柱；4.4.1 4.4.1 多道抗震防线的必要性多道抗震防线的必要性续续抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度（相当于超静定次数，利用塑性变形的前提），有意（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屈服区（塑性铰区），以使识地建立起一系列分布的屈服区（塑性铰区），以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易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。于修复。带赘带赘余杆件的耗能余杆件的耗能结结构
45、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 4.4.1 4.4.1 多道抗震防线的必要性多道抗震防线的必要性续续2 2、多道抗震防线的必要性：、多道抗震防线的必要性：多道抗震防线对抗震结构是必要的。强烈地震往往有一多道抗震防线对抗震结构是必要的。强烈地震往往有一定的持续时间（几秒几十秒），并且往往伴随多次余定的持续时间（几秒几十秒），并且往往伴随多次余震，结构在首次破坏后再遭余震，将会引起损伤累积，震，结构在首次破坏后再遭余震，将会引起损伤累积，当第一道防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下遭到破坏当第一道防线的
46、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立即接替，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，可保证建筑物最低限度的抵挡住后续的地震动的冲击，可保证建筑物最低限度的安全，免于倒塌。安全，免于倒塌。适当处理构件的强弱关系，将使其在强震作用下形成多适当处理构件的强弱关系，将使其在强震作用下形成多道防线、是提高结构抗震性能、避免倒塌的有效措施。道防线、是提高结构抗震性能、避免倒塌的有效措施。4.4.2 4.4.2 第一道防线的构件选择原则第一道防线的构件选择原则 地震的往复水平作用使结构遭到严重破坏、但结构的地震的往复水平作用使结构遭
47、到严重破坏、但结构的最后倒塌是因为结构丧失了承受竖向荷载的能力，即倒塌最后倒塌是因为结构丧失了承受竖向荷载的能力，即倒塌主要取决于竖向荷载。因此，主要取决于竖向荷载。因此，1 1、应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填、应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或选用轴压比值较小的抗震墙、实体筒体之类构充墙，或选用轴压比值较小的抗震墙、实体筒体之类构件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件；一般情况，不件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件；一般情况，不宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件。件。不会发生结构倒塌。不会发生结构
48、倒塌。2 2、如因条件有限，只能采用单一的框架体系，框架就成、如因条件有限，只能采用单一的框架体系，框架就成为整个体系中唯一的抗侧力构件，此时应采用为整个体系中唯一的抗侧力构件，此时应采用“强柱弱强柱弱梁梁”型延性框架（即梁为第一道，柱为第二道）。型延性框架（即梁为第一道，柱为第二道）。4.4.2 4.4.2 第一道防线的构件选择原则第一道防线的构件选择原则续续框架破坏机制框架破坏机制 强柱型框架强柱型框架如下图左，在水平地震作用下，梁端首先出如下图左，在水平地震作用下，梁端首先出现塑性铰，梁的屈服先于柱的屈服，行成现塑性铰，梁的屈服先于柱的屈服，行成梁铰破坏机制梁铰破坏机制。弱柱型框架弱柱型
49、框架如下图右，在水平地震作用下，柱端首先出现如下图右，在水平地震作用下，柱端首先出现塑性铰，柱的屈服先于柱的屈服，行成塑性铰，柱的屈服先于柱的屈服，行成柱铰破坏机制柱铰破坏机制。4.4.2 4.4.2 第一道防线的构件选择原则第一道防线的构件选择原则续续“强柱弱梁强柱弱梁”延性框架延性框架由于梁只承受一层或局部重力荷载，柱承受其上多层的由于梁只承受一层或局部重力荷载，柱承受其上多层的总重力荷载；钢筋端部锚固使梁具有悬索作用，只要钢总重力荷载；钢筋端部锚固使梁具有悬索作用，只要钢筋端部锚固未失效，悬索作用能维持楼面不立即坍塌。筋端部锚固未失效，悬索作用能维持楼面不立即坍塌。故在强烈地震作用下，结
50、构发生较大侧移进入非弹性阶故在强烈地震作用下，结构发生较大侧移进入非弹性阶段时，为使框架保持足够的竖向承载能力而免于倒塌，段时，为使框架保持足够的竖向承载能力而免于倒塌，要求实现梁铰破坏机制，即塑性铰应首先在梁上形成，要求实现梁铰破坏机制，即塑性铰应首先在梁上形成，尽可能避免在破坏后危害更大的柱上出现塑性铰，实现尽可能避免在破坏后危害更大的柱上出现塑性铰，实现“强柱弱梁强柱弱梁”延性延性框架的抗震设计，框架的抗震设计，利用梁的变形、破利用梁的变形、破坏来消耗地震能量。坏来消耗地震能量。4.4.3 4.4.3 利用赘余构件增多抗震防线利用赘余构件增多抗震防线赘余构件的作用赘余构件的作用利用结构中