建筑结构抗震设计与施工(建筑选址)

第三章建筑选址与建筑、结构方案本章应思考的问题：从抗震方面考虑，建设地点选在哪里比较好？什么样的结构不利于抗震？或者说，什么样的结构不利于抗震？概念设计：“概念设计”是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，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。根据实际的经验或试验研究所得到的非常重要的定性设计原则或工程判断进行设计。主要内容:注意场地选择和地基基础设计，把握建筑结构的规则性，选择合理抗震结构体系，合理利用结构延性，重视非结构因素，确保材料和施工质量第三章建筑选址与建筑、结构方案概念设计：概念设计强调：在工程设计一开始，就应把握好能量输入、房屋体形、结构体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节，再辅以必要的计算和构造措施，就有可能使设计出的房屋建筑具有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，在某种意义上，概念设计比计算设计更重要。第三章建筑选址与建筑、结构方案第三章建筑选址与建筑、结构方案建筑选址、规划根据文件和具体情况确定抗震设防水准调整结构方案根据相应的设防水准进行地震作用计算计算地震作用下的内力及变形，重力荷载和其他可变荷载作用下的内力内力组合，截面及节点承载力计算和变形验算地基承载力验算和基础设计根据构造要求确定构造细节，绘制施工图抗震设计内容和大体步骤§3.1选址问题3.1.1地震造成的地表破坏和地基失效地震造成的地表破坏即为第一章前所述第一、二类震害。主要有山石崩裂、滑坡、地表裂缝、地陷和喷水冒砂等。上述震害单靠工程措施是很难达到预防目的的，或者需要付出昂贵的代价。§3.1选址问题地表破坏直接造成，如地裂、滑坡、地陷、塌方等。地基失效或沉陷而造成，如软弱地基沉陷、砂土液化建筑物各部位联接的破坏，造成结构丧失整体稳定、造成整体倒塌。主要承重构件的强度、延性不足造成局部破坏或局部倒塌。场地选择来解决（避震）地基的处理、加固，选择合理的基础方案及进行必要的地基抗震验算来解决。设计中选择合理的结构方案、合理的布置、合理的抗震措施解决。结构的地震反应分析、结构抗震承载力及延性计算、构造措施保证强度、延性、构造等。§3.1选址问题3.1.2有利、一般、不利与危险地段表3-1地段的划分地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等一般地段不属于有利、不利和危险的地段不利地段软弱土，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、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等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带上可能发生地表位错的部位§3.1选址问题3.1.2有利、一般、不利与危险地段《抗规》（GB50011-2010）第3.3.1条（强制性条文）明确规定：“选择建筑场地时，应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。”§3.1选址问题3.1.3工程选址选择工程场地时应着重注意把握好以下几个基本原则：1.选择有利地段根据《抗规》第4.1.1条规定，对建筑有利的地段主要指稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密室、均匀的中硬土等。从事工程抗震设计时，应优先选择对建筑抗震有利的地段作为建筑场址。2.避开危险地段（1）断裂及其工程影响（发震断裂、非发震断裂）发生断裂附近地表，地震很可能产生新的错动，其上若有建筑物，将会遭到严重破坏。《抗规》第4.1.7条明确规定：§3.1选址问题3.1.3工程选址1）对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响：①抗震设防烈度小于8度；②非全新世纪活动断裂；③抗震设防烈度为8度和9度时，隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于60m和90m。2）对不符合1）规定的情况，应避开主断裂带。具体规定见表3-2。§3.1选址问题3.1.3工程选址海城地震断裂汶川地震断裂§3.1选址问题3.1.3工程选址（2）山体崩塌在山区选址时，经踏勘，发现有山体崩塌、巨石滚落等潜在危险的地段，不能建房。岷县地震山体崩塌北川山体崩塌§3.1选址问题3.1.3工程选址（3）边坡滑移对于那些存在液化或润滑夹层的坡地，也应视为抗震危险地段。新疆和田地震边坡滑移§3.1选址问题3.1.3工程选址（4）地陷（广元地陷）地震时的坑道坍塌可能导致大面积地陷，引起其上建筑毁坏，应视为抗震危险地段。§3.1选址问题3.1.3工程选址3.慎重对待不利地段根据表3-1，所谓不利地段，就地形而言，一般是指条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和边坡的边缘；就场地土质而言，一般指软弱土、易液化土、故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层。（1）局部地形相关不利地段1）孤山效应；2）土质边坡与台地边缘；§3.1选址问题3.1.3工程选址3.慎重对待不利地段根据经验及震害分析，局部突出地形地震反应的总体趋势如下;①高出地形距离基准面的高度愈大，高出反应愈强烈;②离陡坎和边坡顶部边缘的距离愈大，反应相对减小；③从岩土构成方面来看，同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大；④高出地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应明显减小；⑤边坡愈陡，其顶部放大效应相应加大。§3.1选址问题3.1.3工程选址设计对策1）符合《抗规》第4.1.8条规定；2）针对山区建筑的震害情况，还应符合《抗规》第3.3.5条规定。（2）场地土质相关的不利地段1）平面分布不均匀土层一个场地内，沿水平方向土层类别发生变化时，一幢建筑物不宜跨在两类不同土层上，否则将会危及该建筑物的安全。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层上。§3.1选址问题3.1.3工程选址3.慎重对待不利地段2）液化土与软弱土当建筑地基内存在可液化的土层时，对于高层建筑，应采取人工地基，或采取完全消除土层液化性的措施。当采取砖基础时，桩身设计还应考虑水平地震力和地基土下层水平错位所带来的不利影响。设计对策符合《抗规》第3.3.4条§3.2建筑平、立面布置3.2.1建筑平面形状建筑的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度变化均匀，避免楼层错层。对称的结构容易估计其地震时的反应，容易采取构造措施和进行细部处理。“规则”包含了对建筑的平、立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，直至强度分布等诸多因素的综合要求。规则对高层建筑尤为重要。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。§3.2建筑平、立面布置3.2.1建筑平面形状事实上，由于城市规划、建筑艺术和使用功能等多方面的要求，建筑不可能都设计成方形或者圆形。《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，并提出对这些平面的凹角处，应采取加强措施。《抗规》规定：建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。§3.2建筑平、立面布置3.2.1建筑平面形状设防烈度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max/BLBL/bl/§3.2建筑平、立面布置3.2.2建筑立面我国《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。良好的建筑立面不利的建筑立面造型§3.2建筑平、立面布置3.2.2建筑立面如下图所示建筑造型属于平面不规则，竖向严重不规则，远远超出了GB50011-2010和JGJ3-2010所允许的范围。当H１/H0.2时,B1/B≥0.75;当上部外挑时,B/B1≥0.9且a≤4m。结构竖向收进和外挑示意图§3.2建筑平、立面布置3.2.3不规则类型1、平面不规则不规则类型定义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1.2倍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30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层1221222.1122扭转不规则max3.0BBmaxBmax3.0BBmaxBmaxBmax3.0BBmaxBmax3.0BB凹凸角不规则25BBb5.0BBlAAA3.00l局部不连续大开洞错层§3.2建筑平、立面布置3.2.3不规则类型2、竖向不规则不规则类型定义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%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、桁架等向下传递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80%竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀（有薄弱层）iyQ,1,iyQ1,,8.0iyiyQQ严重不规则是指体型复杂，多项不规则指标超过表中指标或某一项大大超过规定值，具有严重的抗震薄弱环节，将会导致地震破坏的严重后果者。注：以上规定主要针对钢筋混凝土和钢结构的多层和高层建筑。§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，一幢为十五层高的中央银行大厦，另一幢为18层高的美洲银行大厦。当地地震烈度估计为8度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。二、北京的中央电视台台址“大裤衩”马那瓜中央银行大厦马那瓜美洲银行大厦震后拆除了银行大厦1）平面不规则4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。4层以上的楼板仅为5cm厚，搁置在高45cm长14m小梁上。2）竖向不规则塔楼上部（4层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严重不均匀，不连续。主要破坏：第4层与第5层之间(竖向刚度和承载力突变),周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；横向裂缝贯穿3层以上的所有楼板(有的宽达1cm),直至电梯井东侧；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均严重破坏或倒塌。震后计算分析结果:1.结构存在十分严重扭转效应;2.塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足,率先破坏；3.水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。马那瓜中央银行大厦结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括4个L形的桶体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏；3.当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。美洲银行中央电视台新台址“大裤衩”有热心市民给建委打电话说“快来管管吧，国贸这儿有2个楼修歪了都快倒啦”§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，所受到的地震力和倾覆力矩愈大，破坏的可能性也愈大。《抗震规范》和《高层规程》，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定，超出该规定的，要进行专门研究。（课本表3-5）§3.2建筑平、立面布置3.2.5房屋的高度结构类型烈度6789框架60554525框架-抗震墙13012010050抗震墙14012010060部分框支抗震墙12010080不应采用框架-核心筒15013010070筒中筒18015012080板柱-抗震墙403530不应采用表3-5现浇钢筋混凝土房屋适用的最