4-抗震概念设计.

工程结构抗震与减灾第4章建筑抗震概念设计Chapter4Conceptdesignofbuilding★★★4.1场地选择4.2建筑的平立面布置4.3结构选型与结构布置4.4多道抗震防线4.5刚度、承载力和延性的匹配4.6确保结构的整体性4.7非结构部件处理工程结构抗震与减灾什么是概念设计？1、计算设计（Numericaldesign）：按荷载计算、内力分析及组合、强度计算、构造措施等称为计算设计。“计算设计”——不能完全依赖！•地震的不确定性•计算的简化工程结构抗震与减灾2、概念设计（Conceptualdesign）：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则和设计思想正确地解决建筑和结构的总体方案、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。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，使设计人员不致陷入盲目的计算工作，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唯一具有能动性和创造性的设计过程。工程结构抗震与减灾抗震概念设计的思路：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，从根本上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。工程结构抗震与减灾第4章建筑抗震概念设计Chapter4Conceptdesignofbuilding4.1场地选择4.2建筑的平立面布置4.3结构选型与结构布置4.4多道抗震防线4.5刚度、承载力和延性的匹配4.6确保结构的整体性4.7非结构部件处理工程结构抗震与减灾4.1场地选择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。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，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断破裂带、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错位的部位工程结构抗震与减灾4.1场地选择关于地基基础设计，抗震规范有如下规定：1、避开危险地带（如断裂带等）；2、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；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土层上；3、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）4、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，并采取相应措施，基础应加强其整体性和刚性。工程结构抗震与减灾第4章建筑抗震概念设计Chapter4Conceptdesignofbuilding4.1场地选择4.2建筑的平立面布置4.3结构选型与结构布置4.4多道抗震防线4.5刚度、承载力和延性的匹配4.6确保结构的整体性4.7非结构部件处理工程结构抗震与减灾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。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。《抗震规范》3.4.1条规定：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。3.4.2条规定：建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减少，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。工程结构抗震与减灾较好的抗震构造1.较低的长宽比、高宽比(降低倾覆的风险)2.均匀的层高(墙或柱的刚度较均匀)3.平面对称(减小扭转)4.强弱轴差异较小(各方向承载能力一致)工程结构抗震与减灾5.截面均匀(减小应力集中)6.抗震构件位于四周布置(提高抗扭能力)7.多道防线(防倒塌)8.传力路径明确(荷载分配合理)工程结构抗震与减灾•几何尺寸突变；•荷载传递路径不连续；•强度与刚度的不匹配；•局部开洞；•构件截面不合理；•缺乏冗余构件……4.2.1不规则性（Irregularities）4.2.1不规则性工程结构抗震与减灾T形平面4.2.1不规则性L形平面U形平面十字形平面组合形平面工程结构抗震与减灾并立建筑多塔建筑4.2.1不规则性竖向突变工程结构抗震与减灾局部过高局部过低质量分布严重不均匀底层过柔弱4.2.1不规则性工程结构抗震与减灾剪力墙开洞过大柱子不连续梁不连续楼板开洞4.2.1不规则性工程结构抗震与减灾剪力墙与框架不在相同楼层构件截面突变4.2.1不规则性山坡建筑错列桁架工程结构抗震与减灾ChecktheirregularityofCCTVnewtower？平面立面质量工程结构抗震与减灾4.2.2建筑平面布置1、建筑平面形状1）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；2）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）有较长翼缘的L形、T形、十字形、U形、H形、Y形平面也不宜采用。这些平面的较长翼缘，地震时容易因发生差异侧移而加重震害。工程结构抗震与减灾Seismicdesirablesimpleplan4.2.2建筑平面布置工程结构抗震与减灾2、平面不规则的类型：1）扭转不规则(Torsionalirregularity)：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；2）凹凸不规则(Reentrantcorners)：结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%；3）楼板局部不连续(Diaphragmdiscontinuity)：楼板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30%，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50%。4.2.2建筑平面布置工程结构抗震与减灾SeismicforceC)2(2.121212221SeismicforceC扭转不规则4.2.2建筑平面布置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；工程结构抗震与减灾凹凸不规则max3.0BBmaxBmaxBmax3.0BBmaxBmax3.0BBmaxBmax3.0BBmaxBmax3.0BBmaxBmax3.0BBmax3.0LLmaxL4.2.2建筑平面布置结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%；工程结构抗震与减灾楼板局部不连续Bb5.0BBAA3.00LBAL4.2.2建筑平面布置开洞面积大于该楼层面积的30%有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%较大的楼层错层工程结构抗震与减灾4.2.3建筑立面布置1、建筑立面形状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，会引起质量和抗侧移刚度突变，地震时容易因剧烈振动或塑性变形集中（薄弱层）而加重破坏。工程结构抗震与减灾2、竖向不规则的类型1）侧向刚度不规则(Lateralstiffness)：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%。2）竖向抗侧力构件不连续(Discontinuity)：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）向下传递。3）楼层承载力突变(Abruptchange)：抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%。4.2.3建筑立面布置工程结构抗震与减灾1iKiKiiiuVK17.0iiKKiuiVinter-storydriftoftheithstoryshearforceoftheithstory)3(8.0321iiiiKKKK3iK2iK1iKiK侧向刚度不规则(薄弱层)4.2.3建筑立面布置工程结构抗震与减灾竖向受力构件不连续4.2.3建筑立面布置工程结构抗震与减灾侧向承载力突变(薄弱层)1,iyQiyQ,1,,8.0iyiyQQ4.2.3建筑立面布置工程结构抗震与减灾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，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构；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70％或其上相邻三层侧向刚度平均值的80％；按《高层规程》，高层建筑的高度限值分A、B两级，A级规定较严，是目前应用最广泛的高层建筑高度，B级规定较宽，但应采取更严格的计算和构造措施。楼层层间抗侧力结构的受剪承载能力：A级高度：宜≥上一层的80%，应≥上一层的65%；B级高度：应≥上一层的75%。3、高层建筑立面尺寸限值4.2.3建筑立面布置工程结构抗震与减灾3、高层建筑立面尺寸限值收进和外挑尺寸要求（宜）：当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍；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B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。4.2.3建筑立面布置工程结构抗震与减灾4.2.4房屋的高度(Height)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》，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、有框支层抗震墙结构或Ⅳ类场地上的结构，适用的最大高度应适当降低。房屋愈高愈危险？工程结构抗震与减灾4.2.4房屋高度工程结构抗震与减灾房屋类别最小墙厚度（mm）烈度6789高度层数高度层数高度层数高度层数多层砌体普通砖多孔砖多孔砖小砌块2402401901902421212187772121182177671818151866561212——44——底部框架-抗震墙多排柱内框架240240221675221675191364————砌体结构层数及最大高度限值4.2.4房屋高度工程结构抗震与减灾4.2.5房屋的高宽比(Height-widthratio)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，地震作用下的侧移愈大，地震引起的倾覆作用愈严重。巨大的倾覆力矩在柱(墙)和基础中所引起的压力和拉力比较难于处理。我国对房屋高宽比的要求是按结构体系和地震烈度区分的。工程结构抗震与减灾烈度6、7度8度9度最大高宽比6.56.05.5钢结构民用建筑最大高宽比的限制4.2.5房屋高宽比钢筋混凝土结构最大高宽比的限制结构类型6度7度8度9度框架、板柱抗震墙4432框架－抗震墙5543筒体，抗震墙6654工程结构抗震与减灾4.2.6防震缝的合理设置1、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以避免，为将不规则结构变为若干规则结构，合理地设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。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，主要是防震缝宽度偏小或构造不当所致。4.2.6防震缝工程结构抗震与减灾2、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。“三缝合一”的设置原则：伸缩缝、沉