抗震分析与设计要求

第一部分：震害及其破坏性分析第二部分：建筑抗震设计的一般要求房屋建筑抗震分析与设计要求一、结构布置不合理产生的震害1.扭转破坏：结构的平面布置不当容易造成刚度中心和质量中心的不重合，使地震时结构产生过大的扭转反应。2.薄弱层破坏：地震作用下，结构抗侧移刚度沿高度方向的突然变化易在抗侧移刚度薄弱的楼层形成塑性变形和破坏集中，造成结构的倒塌。3．应力集中：结构竖向布置的突变处由于应力集中会产生严重震害。4．防震缝处碰撞：防震缝如果宽度不够，其两侧的结构单元在地震时就会相互碰撞而产生震害第一部分：震害及其破坏性分析平面不规则的类型1221222.1122扭转不规则max3.0BBmaxBmax3.0BBmaxBmaxBmax3.0BBmaxBmax3.0BB凹凸角不规则BBb5.0BBlAAA3.00l局部不连续大开洞错层2.应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。由于柱子的数量较少或承载能力较弱，部分柱子退出工作后，整个结构系统丧失了对竖向荷载的承载能力。有较高的承载能力而缺少较大变形能力如不加约束的砌体结构，很容易引起脆性破坏而倒塌。必要的承载能力和良好的变形能力的结合便是结构在地震作用下具有的耗能能力。足够的承载力和变形能力是需要同时满足的。二、框架梁、柱、节点的震害梁柱变形能力不足，构件过早发生破坏。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更易发生破坏。1．柱顶柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝。重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋外鼓崩断，纵筋压曲成灯笼状。主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。破坏不易修复。2．柱身：3．柱底：与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。柱出现交叉或S形裂缝，箍筋屈服。4．短柱:当柱高小于4倍柱截面高度（H/b＜4)时形成短柱。短柱刚度大，易产生剪切破坏。5．角柱：由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，柱身错动，钢筋由柱内拨出，震害比内柱重。框架柱破坏的原因：１．抗弯和抗剪承载力不足；２．箍筋太稀，对混凝土约束很差；３．在压、弯、剪作用下，柱截面承载力达到极限。6．框架梁震害多在梁端，为剪切破坏。在地震作用下梁端纵向钢筋屈服，出现上下贯通的垂直裂缝和交叉斜裂缝（因弯剪作用）。在梁负弯矩钢筋切断处由于抗剪能力削弱也易产生裂缝，造成梁剪切破坏。框架梁剪切破坏的主要原因梁端屈服后产生的剪力较大；而其箍筋较稀；反复荷载作用下混凝土抗剪强度降低。7．梁柱节点破坏节点核心区剪切破坏：产生对角方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝土剪碎剥落；箍筋很少或没箍筋时，柱纵向钢筋压曲外鼓。梁筋锚固破坏：梁纵向钢筋锚固长度不足，从节点内拔出，将混凝土拉裂。节点连接破坏：装配式框架构件连接处容易发生坡口焊接钢筋拉断。预制构件接缝处后浇混凝土开裂或散落。节点破坏的主要原因节点的受剪承载力不足；箍筋太少；梁筋锚固长度不够；施工质量差。砌体填充墙刚度大而承载力低，首先承受地震作用而遭破坏。一般7度即出现裂缝，8度和8度以上地震作用下，裂缝明显增加，甚至部分倒塌。由于框架变形属剪切型，下部层间位移大，填充墙震害呈现“下重上轻”的现象。空心砌体墙重于实心砌体墙，砌块墙重于砖墙。框架-剪力墙结构上部较严重，框架结构下部震害严重。三、填充墙的震害填充墙破坏的主要原因：墙体受剪承载力低，变形能力小，墙体与框架缺乏有效的拉结，在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。四、抗震墙的震害抗震墙结构具有较好抗震性能，其震害一般较轻。典型的破坏有以下的类型：1．墙底部破坏：表现为受压区混凝土的大片压碎剥落，钢筋压屈．2．墙体破坏：墙体中部产生斜裂缝，发生剪切破坏。3.连梁的剪切破坏：在强震作用下，抗震墙的震害主要表现在墙肢之间连梁的剪切破坏。主要是由于连梁跨度小，高度大形成深梁，在反复荷载作用下形成X型剪切裂缝，为剪切型脆性破坏，尤其是在房屋1/3高度处的连梁破坏更为明显。五、其他1．伸缩缝宽度太小：地震时发生碰撞造成震害。如：天津友谊宾馆，东西段之间没有15cm抗震缝，在唐山地震时，防震缝处不少面积因碰撞而掉落。2．建造在软弱地基上的高柔建筑物因发生共振，烈度不高但其破坏的例子屡见不鲜。如：1976年委内瑞拉发生6.5级地震，距震中56km的加拉加斯有4幢10至12层钢筋混凝土框架结构公寓倒塌。1976年唐山发生7.8级地震，距震中70km的天津塘沽地区，地质条件为淤泥粘土层的天津碱厂蒸发塔工程，高55m的框架结构，7层以上部分倒塌。3．建造在软弱地基上或液化土层上的框架结构在地震时常因地基不均匀沉陷使上部结构倾斜甚至倒塌。根据震害经验，应注意：1．结构刚度的分布要规则、均匀；2．构件要有足够的承载力和延性；3．加强对混凝土的约束，防止剪切、锚固等脆性破坏；4．保证施工质量。梁柱纵筋在节点区的锚固２.1场地选择２.2建筑的平立面布置２.3结构选型与结构布置２.4多道抗震防线２.5刚度、承载力和延性的匹配２.6确保结构的整体性第二部分：建筑抗震设计的一般要求抗震设计的总体要求建筑抗震设计包括三个层次的内容：概念设计、抗震计算与构造措施。有利场地、不利场地、危险场地工程地质条件对地震破坏的影响很大。常有地震烈度异常现象，即“重灾区里有轻灾，轻灾区里有重灾”，产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。1.选择有利于建筑物抗震的地段（场地）；2.避开不利地段（软弱的、分布不均匀的场地等），当无法避开时，应采用合理的措施来保证建筑物的整体性和刚性；3.不在危险地段建设。２.1场地选择平、立面规则的建筑导致有规律的地震作用和地震反应，计算分析时较易得到符合实际情况的结构地震反应及结构内力，也方便采用抗震构造措施。平、立面复杂的建筑导致建筑刚度和承载力的突变、刚度与质量分布的不对称，造成结构的薄弱环节（如应力及变形集中、平面扭转），增加了结构受力的复杂性，使建筑易于破坏。在无法选用规则平立面时，可采用工程措施（防震缝）将不规则建筑物分成规则建筑物。同时应尽可能准确计算结构的应力、变形集中程度，找出结构的薄弱环节，有针对地加强其抗震承载能力。２.２建筑的平立面布置一、平面布置简单、对称，防止过大的突出和凹进－防止过大的扭转效应。二、立面布置采用矩形、梯形、三角形等均匀变化的几何形状，尽量避免突然变化的阶梯型，外挑和内缩尺寸不应太大，竖向刚度均匀。三、房屋高度，高宽比不同高度的房屋采用不同的结构体系、高宽比不易太大。四、合理设置防震缝缝的设置给立面处理和地下室防水带来麻烦，增加了结构设计、施工的难度及工程造价，因此尽量采用一些措施不设缝，如果必须设缝，应有足够的宽度。一、结构选型2.根据建筑物的抗震性能优劣依次是：钢结构、型钢混凝土结构、混凝土－钢混合结构、现浇混凝土结构、预应力混凝土结构、装配式钢筋混凝土结构、配筋砌体结构、砌体结构1.评价结构抗震性能优劣的依据有：延性系数高、“强度/重力”比值大、匀质性好、正交各向同性、构件的连接性能好、充分发挥材料强度２.3结构选型与结构布置3.抗震结构体系的确定根据建筑物的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料、施工等多因素选用不同的结构体系。抗震结构体系的的要求如下：①应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；②宜有多道抗震防线③应具备必要的强度，良好的变形能力和耗能能力；④宜具有合理的刚度和强度分布，避免薄弱环节，对可能出现薄弱部位应采取相应的抗震措施提高抗震能力。二、结构布置的一般原则1、平面布置力求对称，使刚度中心和质量中心接近，减少扭转效应2、立面刚度均匀，如存在突变，在发生突变的部位加强刚度一、多道抗震防线定义多道抗震防线指结构体系由若干各延性较好的分体系组成，它们又由延性较好的结构构件连接起来，协同工作。地震时，这些防线依次发生屈服，吸收地震能量。抗震体系应由多个有延性的承载体系构成，避免抗震体系的突然溃散；可利用前面抗震防线破坏时的耗能作用，减轻后面抗震防线上的地震作用，从而达到主体结构不遭受大破坏的目的。二、设置多道防线的原则１．不同防线的结构体系应有不同的结构自振周期；２．最后防线结构体系应有足够的承载力和变形能力。２.4多道抗震防线三、第一道防线的选择优先选择不负担或少负担竖向荷载的抗震体系抗震体系包括填充墙、框架、剪力墙如框－剪结构中的第一道防线为剪力墙，框架结构…..四、利用多余构件增加抗震防线框－剪结构中有两道防线，可以在框架和剪力墙之间增加抗震横梁作为第一道防线利用结构能产生弹塑性变形的特点，通过结构一定程度的弹塑性变形耗散地震能量，从而降低结构承受的地震能量，减轻结构破坏程度。结构产生弹塑性变形后将导致结构产生过大的变形，有可能造成结构的倒塌，因此也需限制结构弹塑性变形大小。容许结构产生一定的弹塑性变形可减小截面尺寸，降低造价；同时可避免产生结构的倒塌。刚度大，承载力高，延性小延性高，变形大，承载力小合理设置抗震体系，在刚度、承载力和延性之间寻求最佳组合２.5刚度、承载力和延性的匹配一、刚度和承载力1、剪力墙：刚度大，承载力高墙面出现斜裂－减少墙厚底部楼层水平施工缝发生水平错动－加插筋2、框架：刚度小，延性好变形过大承载力不满足要求—承载力验算和构造措施3、框架－剪力墙：合理布置剪力墙的数量和选择墙厚。二、刚度和延性三、构件不同部位的延性要求四、改善构件延性的途径应注意：非结构构件：影响结构的自振周期；其破坏常引起结构受力构件的破坏。１．对于易倒塌的非结构构件应加强其与主体结构的拉结。２．框架结构的填充墙体应避免其对主体结构的不利影响，同时应防止填充墙体的倒塌。３．结构中附加部分的连接：装饰面层、悬吊物、顶棚不得塌落。２.6确保结构的整体性地段类别地段类别地质、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。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错位的部位。