房屋建筑学第一章-3

§1.7抗震设防的基本要求通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免人员死亡，减轻经济损失。一、抗震设防目标及方法1.总目标具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗震设计方法实现。2.“三水准”抗震设防目标当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。简称为：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。3.“三水准”抗震设防是对单一水准设防的改进，是向“性能设计”发展的重要步骤单一水准设防思想是我国《74规范》、《78规范》和目前许多国家采用的设防思想。设防目标是：当遭遇相当于设计烈度的地震时，建筑物的损坏不致使人民生命财产和重要生产设备遭受危害，建筑物不需修理或经一般修理仍可继续使用。1989年美国LomaPreita地震(7.1级），死亡65人，直接经济损失（建筑物破坏重建）80亿美元，间接经济损失150亿美元。1994年美国Northridge地震(6.7级),伤亡不多，经济损失为200亿美元。1995年日本阪神地震(7.2级),经济损失为1000亿美元。1999年台湾集集地震(7.3级),经济损失为94亿美元。单一设防目标不适合当前现代化发展要求，应研究开发下一代性能设计规范和抗震设计方法。“性能设计”要点（1）.对抗震设计规定相应的地震作用标准重现期常遇地震43年（新建），72年（现有工程加固）偶遇地震72年（新建），225年（现有工程加固）少遇地震475年（新建和现有工程加固）罕遇地震970年（新建），2475年（现有工程加固）（2）.建立建筑应满足的性能水准性能水准要求正常使用结构和非结构构件不损坏或很小损坏可以暂时使用结构和非结构构件需很少量的修复工程生命安全结构保持稳定，具有足够的竖向承载能力储备，非结构构件的破坏控制在保障生命安全范围防止倒塌建筑保持不倒，其余破坏都在可接受范围（3）.确立设防性能目标dgij罕遇地震cfh少遇地震be偶遇地震a常遇地震防止倒塌生命安全可暂时使用正常运行地震作用水准建筑性能水准基本目标一般使用要求的建筑应具备a、b、c、d项的组合。重要性较高或地震破坏后危险性较大的性能目标为e、f、g的组合。对安全有十分危险影响的性能目标为h、i、j项的组合。（4）.规定地震作用下结构变形的允许指标应建立结构构件在规定的地震作用水平下的允许破坏水平，结构和非结构构件宏观破坏状态的描述和允许变形指标。4.“两阶段”抗震设计方法第一阶段：对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。第二阶段：对一些规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变形验算。有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等二、抗震设防范围抗震设防烈度为6度及以上地区的所有新建建筑工程均必需进行抗震设计。规范适用于6-9度地区抗震设计及隔震、消能减震设计。超过9度的地区和行业有特殊要求的工业建筑按有关专门规定执行。三、抗震设防依据一般情况下采用抗震设防烈度。在一定条件下可采用抗震设防区划提供的地震动参数。四、抗震设防分类及抗震设防措施建筑类别不同，抗震设防标准也不同。抗震次要建筑丁类除甲乙丁类以外的一般建筑丙类地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑甲类设防分类1.抗震设防分类国家技术监督局和建设部在1995年4月19日公布了《建筑抗震设防分类标准》GB50223。该标准主要以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响的程度大小，将建筑分成4个抗震设防类别。国家质量监督检验检疫总局和建设部在2001年7月20日公布了《建筑抗震设计规范》GB50011-2001。该规范对上面标准作了修改。A、中央级、省级的电视调频广播发射塔建筑，国际电信楼、国际海缆登陆站、国际卫星地球站、中央级的电信枢纽（含卫星地球站）。B、研究、中试生产和存放剧毒生物制品和天然人工细菌与病毒（如鼠疫、霍乱、伤寒等)的建筑。C、三级特等医院的住院部、医技楼、门诊部。抗震次要建筑丁类除甲乙丁类以外的一般建筑丙类地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑甲类设防分类应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低丁类应符合本地区抗震设防烈度度的要求丙类一般情况下，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求，对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施乙类当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求甲类抗震措施较小乙类建筑：工矿企业的变电所、空压站以及城市供水水源的泵房等。抗震性能较好的结构类型指钢筋混凝土结构或钢结构。2.抗震设防措施抗震措施:除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。抗震构造措施：一般不须计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。3.地震作用一般情况下仍应符合本地区抗震设防烈度的要求丁类应符合本地区抗震设防烈度要求丙类应符合本地区抗震设防烈度要求乙类按地震安全性评价结果确定甲类地震作用在设防烈度为6度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。§1.8建筑抗震概念设计一、定义与基本内容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。基本内容有三部分：1.建筑设计应重视建筑结构的规则性；2.合理的建筑结构体系选择；3.抗侧力结构和构件的延性设计。二、建筑结构的规则性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。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BBb5.0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%竖向不规则的类型二、结构体系的合理选择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。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。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。抗震设计的一个重要原则是结构应有必要的赘余度和内力重分配的功能。3.结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。足够的承载力和变形能力是需要同时满足的。有较大的变形能力而缺少较高的抗侧向力的能力如钢或钢筋混凝土纯框架，由于在不大的地震作用下会产生较大的变形，导致非结构构件的破坏或结构本身的失稳。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。三、结构构件的延性结构的变形能力取决于组成结构的构件及其连接的延性水平。规范对各类结构采取的抗震措施，基本上是提高各类结构构件的延性水平。这些抗震措施是：1.采用水平向（圈梁）和竖向（构造柱、芯柱）混凝土构件，加强对砌体结构的约束，或采用配筋砌体；使砌体在发生裂缝后不致坍塌和散落，地震时不致丧失对重力荷载的承载能力；2.避免混凝土结构的脆性破坏（包括混凝土压碎、构件剪切破坏、钢筋同混凝土粘结破坏）先于钢筋的屈服；3.避免钢结构构件的整体和局部失稳，保证节点焊接部位（焊缝和母材)在地震时不致开裂。四、非结构构件非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。1.附着于楼、屋面