【精品课件】建筑结构抗震设计

建筑结构抗震设计建筑抗震概念设计·本章要点■掌握：概念设计的概念；场地选择的原则；建筑选型与结构布置、设置多道抗震防线的原则。■理解：规则的含义；刚度、延性和承载力之间的关系；结构不同部位的延性要求；改善构件延性的途径；■了解：不同建筑地段的特点；非结构部件处理；确保整体性的方法；建筑结构抗震设计建筑抗震概念设计计算设计：通过地震作用的取值进行结构的抗震验算抗震设计概念设计：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称为概念设计。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。概念设计的基本内容：建筑场地选择；建筑选型与结构布置；设置多道抗震防线；刚度、承载力和延性的匹配；结构整体性的确保；非结构部件处理。建筑结构抗震设计４.１场地选择场地选择的原则：选择工程场址时，应该进行详细勘察，搞清地形、地质情况，挑选对建筑抗震有利的地段，尽可能避开对建筑抗震不利的地段；任何情况下均不得在抗震危险地段上，建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。１.避开地震危险地段建筑抗震危险的地段，一般是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8度以上的发震段裂带在地震时可能发生地表错位的地段。２.选择有利于抗震的场地对建筑抗震有利的地段，一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土。在选择高层建筑的场地时，应尽量建在基岩或薄土层上，或应建在具有较大“平均剪切波速”的坚硬场地土上，以减少输入建筑物的地震能量，从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。建筑结构抗震设计４.２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构布置。4.2.1建筑平面布置建筑的平、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。简单的建筑平面建筑结构抗震设计４.２建筑的平立面布置事实上，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。A级高度钢筋混凝土高层建筑平面形状的尺寸限值关于平面形状的要求设防烈度６、７度≤6.0≤0.35≤2.0８、９度≤5.0≤0.30≤1.5Bl/max/Blbl/建筑结构抗震设计建筑立面布置不利的建筑立面良好的建筑立面（a）大底盘建筑；（b）阶梯形建筑我国《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。上部收进时,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建筑结构抗震设计４.２建筑的平立面布置建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。最为典型的例子是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。建筑结构抗震设计马那瓜中央银行大厦试问：那一幢破坏严重呢？马那瓜美洲银行大厦４.２建筑的平立面布置建筑结构抗震设计）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。美洲银行建筑结构抗震设计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%，或较大的楼层错层平面不规则的类型1221222.1122扭转不规则max3.0BBmaxBmax3.0BBmaxBmaxBmax3.0BBmaxBmax3.0BB凹凸角不规则４.２建筑的平立面布置建筑结构抗震设计BBlAAA3.00l局部不连续大开洞错层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%，或较大的楼层错层平面不规则的类型４.２建筑的平立面布置建筑结构抗震设计，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%竖向不规则的类型17.0iiKKiK1iK2iK3iK)3(8.0321iiiiKKKK沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层）竖向抗侧力构件不连续４.２建筑的平立面布置建筑结构抗震设计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。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%竖向不规则的类型４.２建筑的平立面布置建筑结构抗震设计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。就技术经济方面而言。各种结构体系都有它自己的最佳适用高度。4.2.4房屋的高宽比房屋的高宽比值愈大，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。世界各国对房屋的高宽比都有比较严格的限制。4.2.5防震缝的合理设置合理设置防震缝，可以将体型复杂的建筑物划分为“规则”的建筑物，从而可降低抗震设计的难度及提高抗震设计的可靠度。建筑结构抗震设计４.２建筑的平立面布置遇到下列情况，应设置防震缝，将整个建筑划分成若干个简单的独立单元。①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；②房屋长度超过规定的伸缩缝最大间距，又无条件采取特殊措施而必须设置伸缩缝时；③地基土质不均匀，房屋各部分的预计沉降量相差过大，必须设置沉降缝时；④房屋各部分的质量或结构抗侧移刚度大小悬殊时。对于多层砌体结构房屋，有下列情况之一时宜设置防震缝，缝两侧均应设置墙体，缝宽应根据烈度和房屋高度确定，可采用50~100mm：说明：对于抗震设防烈度为①房屋立面高差在６m以上；６度以上的房屋，所有伸缩②房屋有错层，且楼板高差较大；缝和沉降缝，均应符合防③各部分结构刚度、质量截然不同。缝的要求。建筑结构抗震设计结构选型１.结构材料的选择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，经技术、经济条件比较综合确定。从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式，应具备下列性能：①延性系数高；②“强度／重力”比值大；③匀质性好；④正交各向同性；⑤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。在建筑的方案设计阶段，研究建筑形式的同时，需要考虑选用哪一种结构材料，以及采用什么样的结构体系，以便能够根据工程的各方面条件，选用既符合抗震要求又经济实用的结构类型。建筑结构抗震设计４.３结构选型与结构布置按照上述标准来衡量，常见建筑结构类型，依其抗震性能优劣而排列的顺序是：①钢结构；②型钢混凝土结构；③混凝土一钢混合结构；④现浇钢筋混凝土结构；⑤预应力混凝土结构；⑥装配式钢筋混凝土结构；⑦配筋砌体结构；⑧砌体结构等。现浇钢筋混凝土结构存在着的优越性：①通过现场浇筑，可形成具有整体式节点的连续结构；②就地取材；③造价较低；④有较大的抗侧移刚度，从而减小结构侧移，保护非结构构件遭破坏；⑤良好的设计可以保证结构具有足够的延性。加设构造柱和圈梁，是提高砌体结构房屋抗震能力的有效途径。２.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，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。建筑结构抗震设计４.３结构选型与结构布置规范规定：①结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。受力明确、传力合理、传力路线不间断、抗震分析与实际表现相符合。建筑结构抗震设计４.３结构选型与结构布置②宜有多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而