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1、李春祥 男 博士、教授、博士生导师。专业:结构工程。,主要研究领域：钢结构、超高层建筑钢结构、超高层建筑钢框架-混凝土核心筒结构、钢结构桥梁-分析与设计理论(硕士生-研究方向)，Self-centering钢结构-分析与设计理论(博士生-研究方向),钢结构施工模拟分析；土木工程抗震、抗风与振动控制；超高层建筑风荷载随机和CFD模拟的基础理论与关键技术；超高层建筑的动力响应监控与系统识别(无线传感技术、GPS技术、可视化技术、数据库技术、网络技术)。,第二章 建筑抗震设计基本原理,第一节 建筑抗震设防分类第二节 结构抗震设计基本思想第三节结构抗震设计基本要求第四节 结构的抗震性能第五节 结构抗震
2、的概念设计第六节 结构计算软件的基本要求第七节 结构抗震等级(JGJ3-2001 高层砼规程)第八节 地下室抗震设计,第一节 建筑抗震设防分类,抗震设防分类抗震设防分类 Seismic fortification category for structures根据建筑遭遇地震破坏后，可能造成人员伤亡、直接和间接经济损失、社会影响的程度及其在抗震救灾中的作用等因素，对各类建筑所做的设防类别划分。,抗震设防烈度 Seismic fortification intensity按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。一般情况下，取50年内超越概率10%的地震烈度。,抗震设防标准 Sei
3、smic fortification criterion衡量抗震设防要求高低的尺度，由抗震设防烈度或设计地震动参数及建筑抗震设防类别确定。,抗震措施(seismic fortification measures):除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(details of seismic design):根据抗震概念设计原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。,基本规定,一、建筑抗震设防类别划分，应根据下列因素的 综合分析确定：1 建筑破坏造成的人员伤亡、直接和间接经济损失及社会影响的大小。2 城镇的大小、行业的特点、工矿企业的规模
4、。3 建筑使用功能失效后，对全局的影响范围大小、抗震救灾影响及恢复的难易程度。,4 建筑各区段的重要性有显著不同时，可按区段划分抗震设防类别。下部区段的类别不应低于上部区段。5 不同行业的相同建筑，当所处地位及地震破坏所产生的后果和影响不同时，其抗震设防类别可不相同。注：区段指由防震缝分开的结构单元、平面内使用功能不同的部分、或上下使用功能不同的部分。,二、建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：1 特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。2 重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生
5、命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。,3 标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。4 适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。,三、各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求：1 标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。,2 重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一 度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9
6、度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。,3 特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。,4 适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。注：对于划为重点设防类而规模很小的工业建筑，当改用抗震性能较好的材料且符合抗震设计规范对结构体系的要求时，允许按标准设防类设防。,
7、四、本标准仅列出主要行业的抗震设防类别的建筑示例；使用功能、规模与示例类似或相近的建筑，可按该示例划分其抗震设防类别。本标准未列出的建筑宜划为标准设防类。,防灾救灾建筑,一、本章适用于城市和工矿企业与防灾和救灾有关的建筑。二、防灾救灾建筑应根据其社会影响及在抗震救灾中的作用划分抗震设防类别。,三、医疗建筑的抗震设防类别，应符合下列规定：1 三级医院中承担特别重要医疗任务的门诊、医技、住院用房，抗震设防类别应划为特殊设防类。2 二、三级医院的门诊、医技、住院用房，具有外科手术室或急诊科的乡镇卫生院的医疗用房，县级及以上急救中心的指挥、通信、运输系统的重要建筑，县级及以上的独立采供血机构的建筑，抗
8、震设防类别应划为重点设防类。3 工矿企业的医疗建筑，可比照城市的医疗建筑示例确定其抗震设防类别。,四、消防车库及其值班用房，抗震设防类别应划为重点设防类。五、20万人口以上的城镇和县及县级市防灾应急指挥中心的主要建筑，抗震设防类别不应低于重点设防类。工矿企业的防灾应急指挥系统建筑，可比照城市防灾应急指挥系统建筑示例确定其抗震设防类别。,六、疾病预防与控制中心建筑的抗震设防类别，应符 合下列规定：1 承担研究、中试和存放剧毒的高危险传染病病毒任务的疾病预防与控制中心的建筑或其区段，抗震设防类别应划为特殊设防类。,2 不属于1款的县、县级市及以上的疾病预防与控制中心的主要建筑，抗震设防类别应划为重
9、点设防类。七、作为应急避难场所的建筑，其抗震设防类别不应低于重点设防类。,第二节 结构抗震设计的基本思想,近20年来，世界不少国家的抗震设计规范，都采用了这样一种抗震设计思想：在建筑使用寿命期限内，对不同频度和强度的地震，要求建筑具有不同的抵抗地震的能力。即对较小的地震，由于其发生的可能性大，因此遭遇到这种多遇地震时，要求结构不受损坏，这在技术和经济上都是可以做到的；,对于罕遇的强烈地震，由于其发生的可能性小，当遭遇到这种地震时，要求做到结构不受损坏，这在经济上是不合算的。比较合理的做法是，应当允许损坏，但在任何情况下结构不应倒塌。,一、建筑结构的三水准抗震设防要求,建筑结构采用三个水准进行抗
10、震设防，其要求是：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。具体说是：,第一水准，即多遇地震，从地震出现的频度来看约为50年一遇,第一水准-刚度设计准则：建筑在其使用期间，对遭遇频率较高、强度较低的地震多遇地震时，建筑不损坏，不需要修理，结构应处于弹性状态。,第一水准，即多遇地震，从地震出现的频度来看约为50年一遇,可以假定结构服从线性弹性理论，用弹性反应谱进行地震作用计算，按承载力要求进行截面设计，并控制结构的弹性变形符合规范要求主要是为了防止较脆的且只能承受有限变形的非结构构件的破坏。,第二水准，即基本烈度设防地震，从地震出现的频度来看约为475年一遇,第二水准强度设计准则 建筑结构在基本烈度的地
11、震作用下，允许结构达到或超过屈服极限（钢筋混凝土结构会产生裂缝），结构产生弹塑性变形，依靠结构的塑性耗能能力，使结构得以保持稳定保存下来，经过修复还可使用。,第二水准，即基本烈度设防地震，从地震出现的频度来看约为475年一遇,此时，结构抗震设计应按变形要求进行。允许非结构构件受到破坏，但必须保证主要结构构件不受明显损坏，以避免进行困难、昂贵的修复工作。要求结构具有足够的强度。,第三水准，即罕遇地震，从地震出现的频度来看约为2000年一遇的强烈地震,第三水准延性设计准则要求结构能经受较大的非弹性变形在预先估计到的罕见强烈地震作用下，结构进入弹塑性大变形状态，部分产生破坏，但应防止结构倒塌，避免危
12、及生命安全。这一阶段应考虑防倒塌的设计。,二、二阶段抗震设计,二阶段抗震设计是对三水准抗震设计思想的具体实施。通过二阶段设计中第一阶段对构件截面承载力验算和第二阶段对弹塑性变形验算，并与概念设计和构造措施相结合，从而实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震要求。,第一阶段设计,第一阶段设计：对于建筑结构，首先应满足第一、二水准的抗震要求。为此，首先应按多遇地震(即第一水准，比设防烈度约低1.55度)的地震动参数计算地震作用，进行结构分析和地震内力计算，考虑各种分项系数。,第一阶段设计,根据荷载组合值系数进行荷载与地震作用产生内力的组合，进行截面配筋计算和结构弹性位移控制。,第一阶段设计,并相
13、应采取构造措施保证结构的延性，使之具有与第二水准(设防烈度)相应的变形能力，从而实现“小震不坏”和“中震可修”。这一阶段设计对所有抗震设计的建筑结构都必须进行(图2-1)。,第二阶段设计,第二阶段设计：对地震时抗震能力较低、容易倒塌的建筑结构(例如纯框架结构)以及抗震要求较高的建筑结构(例如甲类建筑)，要进行易损部位(薄弱层)的弹塑性变形验算，,第二阶段设计,并采取措施提高薄弱层的承载力或增加变形能力，使薄弱层的塑性水平变位不超过允许的变位。这一阶段设计主要是对甲类建筑和特别不规则的结构(图2-2)。,第二阶段设计,第三节结构抗震设计的基本要求,一、抗震结构体系,抗震结构体系要求受力明确、传力
14、合理且传力路线不间断，使结构的抗震分析更符合结构在地震时的实际表现，对提高结构的抗震性能十分有利，是结构选型与布置结构抗侧力体系时首先考虑的因素之一。,合理选择结构体系。对于钢筋混凝土结构，一般来说纯框架结构抗震能力较差；框架-剪力墙结构性能较好；剪力墙结构和筒体结构具有良好的空间整体性，刚度也较大，历次地震中震害都较小。,平面布置力求简单、规则、对称，避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼电梯间；避免楼电梯间偏置，以免产生扭转的影响。,竖向体型尽量避免外挑，内收也不宜过多、过急，力求刚度均匀渐变，避免产生变形集中。,不仅主体结构，而且非结构墙体(特别是砖砌体填充墙)的不规
15、则、不连续布置也可能引起刚度的突变。,二、抗震结构的承载力/变形能力/刚度,结构的承载力、刚度要适应在地震作用下的动力要求，并应均匀连续分布。,在一般静力设计中，任何结构部位的超强设计都不会影响结构的安全。但是，在抗震设计中，某一部分结构的超强，就可能造成结构的相对薄弱部位。,因此，抗震设计中要严格遵循该强的就强，该弱的就弱原则，不得任意加强，以及在施工中以大代小、以高钢号代低钢号改变配筋，如必须代换时，应按钢筋抗拉承载力设计值相等的原则进行换算。,顶层、中间楼层取消部分墙柱形成大空间层后，要调整刚度并采取构造加强措施。底层部分剪力墙变为框支柱或取消部分柱子后，比上层刚度削弱更为不利，应专门考
16、虑抗震措施。,高层建筑突出屋面的塔楼必须具有足够的承载力和延性，以承受高振型产生的鞭梢效应影响。必要时可以采用钢结构或型钢混凝土结构。,节点的承载力和刚度要与构件的承载力与刚度相适应。节点的承载力应大于构件的承载力。要从构造上采取措施防止反复荷载作用下承载力和刚度过早退化。,构件设计应采取有效措施防止脆性破坏，保证构件有足够的延性。脆性破坏指剪切、锚固和压碎等突然而无事先警告的破坏形式。,设计时应保证抗剪承载力大于抗弯承载力，按“强剪弱弯”的方针进行配筋。为提高构件的抗剪和抗压能力，加强约束箍筋是有效措施。,保证地基基础的承载力、刚度和有足够的抗滑移、抗转动能力，使整个高层建筑成为一个稳定的体
17、系，防止产生过大的差异沉降和倾覆。,保证结构有足够刚度，限制顶点和层间位移。在小震时，应防止过大位移使结构开裂，影响正常使用；中震时，应保证结构不致于严重破坏，可以修复；在强震下，结构不应发生倒塌，也不能因为位移过大而使主体结构失去稳定或基础转动过大而倾覆。,三、抗震结构的弹性水平位移控制,弹性位移角控制层间位移角限值:即需满足层间位移角 的限值。指最大层间位移与层高之比，第 i 层的 指第 i 层和第 i1 层在楼层平面各处位移差 中的最大值。,由于建筑结构在水平力作用下几乎都会产生扭转，所以 的最大值一般是在结构单元的边角部位。,层间位移角不扣除整体弯曲转角产生的侧移，抗震时可不考虑质量偶
18、然偏心的影响。,高度不大于150m的高层建筑，参见JGJ32002；超过250m的高层建筑 1/500；150250m的高层建筑按线性插值考虑。,层间位移角控制是为保证在正常使用条件下结构具有必要的刚度，,具体为：保证主结构处于弹性受力状态，对钢筋砼结构来讲，要避免砼墙或柱出现裂缝；同时，将砼梁等楼面构件的裂缝数量、宽度和高度限值在规范允许范围内。保证填充墙、隔墙、和幕墙等非结构构件的完好，避免产生明显损伤。,四、抗震结构的多道抗震防线,抗震结构在设计上和构造上实现多道设防。如框架结构采用强柱弱梁设计，梁屈服后柱仍能保持稳定；框架-剪力墙结构设计成连梁首先屈服，然后是墙肢，框架作为第三道防线；
19、,剪力墙结构通过构造措施保证连梁先屈服，并通过空间整体性形成高次超静定等。高层建筑避免采用纯框架结构。,多道抗震防线指的是：第一，一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。,如框架-抗震墙体系是由延性框架和抗震墙二个系统组成；双肢或多肢抗震墙体系由若干个单肢墙分系统组成。,第二，抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立起一系列分布的屈服区，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。,五、抗震薄弱层/部位的概念，也是抗震设计中的重要概念，包括：,结构在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载力分析(而不是承载力
20、设计值的分析)是判断薄弱层(部位)的基础；,要使楼层（部位）的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层（或部位）的这个比例有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中；,要防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、强度的协调；,在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。,六、抗震结构的地震作用,地震的作用是相当复杂的，带有很多不确定因素。即使在相同的设防烈度下(相同时)，不同的地震波使建筑产生的反应不同，而且离散性很大。,现行抗震规范给出的反应谱曲线，也只是很多不同地震的实
21、际反应谱的平均数值，因此，将来遇到实际的地震时，其地震作用可能低于规范计算的数值，也可能高于这一数值，不能认为按反应谱曲线计算得到的地震作用就是真正的、确实的数值。所以，结构抗震设计必须多方面考虑，并留有充分的余地。,与风荷载作用的时间(常为几十分钟至几个小时)相比，地震作用的时间是非常短促的，一次地震往往只经历几十秒钟，其中最强烈的振动可能只有几秒钟。,地震持续时间越长，破坏越严重。1985年9月墨西哥地震最大加速度达0.2g（g为重力加速度），持续时间长达3min之久，因而造成了严重的损失。,衡量地震作用强烈程度目前常用地面运动的最大加速度作为标志，它就是建筑抗震设计时的基础输入最大加速度
22、，其单位为重力加速度g（9.81m/s2）或Gal（gal10mm/s2），大体上，7度相当于最大加速度为100Gal，8度相当于200Gal，9度相当于400Gal。,结构自振周期应与地震动卓越周期错开，避免共振造成灾害。地震动卓越周期又称地震动主导周期，是根据地震时某一地区地面运动记录计算出的反应谱的主峰值位置所对应的周期，,它是地震震源特性、传播介质和该地区场地条件的综合反应，并随场地覆盖土层增厚变软而加长。,在地震时，结构因地面振动而产生惯性力，使建筑产生内力，振动建筑会产生位移、速度和加速度。,地震力大小与建筑的质量与刚度有关。在同等的烈度和场地条件下，建筑的重量越大，受到地震力也越
23、大，因此减小结构自重不仅可以节省材料，而且有利于抗震。,同样，结构刚度越大、周期越短，地震作用也大，因此，在满足位移限值的前提下，结构应有适宜的刚度。适当延长建筑的周期，从而降低地震作用，这会取得很大的经济效益。,目前，大多数建筑在抗震设计时，只对平面两个正交方向分别进行单向地震作用计算，不考虑双向、甚至三向地震的藕联作用。,实际上地震是非常复杂的三维振动，不仅在水平方向上x向与y向同时进行振动，而且还有显著的竖向(z向)振动。,仅就水平方向上的振动而言，也是极不规则的。竖向振动最大加速度可达到水平地震加速度的50-60，它对高层建筑、长悬臂结构和大跨度结构都有显著的影响。,地震对建筑作用的显
24、著特点是与建筑本身和场地土的动力特性有关。,七、抗震结构的延性,有抗震设防要求的建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载以外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震时不坏，中震可时修，大震时不倒塌。,即当遭遇到相当于设防烈度的地震时，有小的损坏，经一般修理仍能继续使用；当遭遇超设防烈度强震时，结构有损坏，但不致使人民生命财产和重要机电设备遭受破坏，使结构做到裂而不倒。,建筑结构是否具有耐震能力，主要取决于结构所能吸收和消耗的地震能量。结构抗震能力是由承载力和变形能力两者共同决定的。,当结构承载力较小，但具有很大延性，所能吸收的能量多，虽然较早出现损坏，但能经受住较大的变形，避免倒塌
25、。,但是，仅有较大承载力而无塑性变形能力的脆性结构，吸收的能量少，一旦遭遇超过设防烈度的地震作用时，很容易因脆性破坏使房屋造成倒塌。,一个构件或结构的延性用延性系数 表达，一般用其最大允许变形与屈服变形的比值表达，变形可以是线位移、转角或层间侧移，其相应的延性，称之为线位移延性、角位移延性和相对位移延性。,结构延性的表达式：,设为结构屈服时荷载；则 为结构屈服荷载所对应的变形；为结构极限荷载；为结构极限荷载或降低10 时所对应的最大允许变形(或)。,钢筋混凝土是一种弹塑性材料，钢筋混凝土结构具有塑性变形的能力，当地震作用下结构达到屈服以后，利用结构塑性变形来吸收能量。增加结构的延性，不仅能削减
26、地震反应，而且提高了结构抗御强烈地震的能力。,结构或构件的延性是通过试验测定的，是由采取一系列的构造措施实现的。因此，在结构抗震设计中必须严格执行规范、规程中有关的构造要求。从保证延性的重要性而言，抗震结构的构造措施比计算更重要。,建筑钢筋混凝土结构的延性要求为。为了保证结构的延性，构件要有足够的截面尺寸，柱的轴压比，梁和剪力墙的剪压比，构件截面配筋率要适宜，应遵照规范、规程的规定要求。,合理地控制结构的非弹性部位(塑性铰区)，掌握结构的屈服过程及最后形成的屈服机制。要采取有效措施防止过早的混凝土剪切破坏、钢筋锚固滑移和混凝土压碎等脆性破坏。,为保证混凝土与钢筋共同工作，必须使钢筋有足够的锚固
27、长度和混凝土保护层厚度。在设计中无论柱、梁的纵向钢筋、墙的分布钢筋和楼板钢筋，直径宜细不宜粗，间距宜密不宜稀。,合理设置防震缝。一般情况下宜采取调整平面形状与尺寸，加强构造措施，设置后浇带等方法尽量不设缝、少设缝。必须设缝时必须保证有足够的宽度。,第四节 结构的抗震性能,一、构件的抗震性能一般认为：当构件吸收到一定值的地震能量以后，便会破坏。所吸收的能量E可由力-位移曲线的面积来表示。,当结构是完全弹性时，位移是直线关系(图-1)，当 的面积达到一定数值时，构件破坏；如果构件有一定的塑性变形能力，则当吸收的地震能量相同时，受到的地震力较小(图-2)；塑性变形的能力越大，则受到地震力越小(图-3
28、)。,如图-1这种弹性变形的构件，是以承载力为抗震能力；而图-2和图-3这样的构件，具有较强的弹塑性变形能力，则是以非线性变形(延性)作为抗震能力。,在的条件下，有,相应地。即是说，可利用构件的变形能力来降低地震的作用。,如上所述，将构件破坏时变形与屈服时变形的比值称为构件的延性系数。延性系数越大，结构在强震作用下可以忍受大的塑性变形而不破坏倒塌，可以使地震作用更多地降下来。因此高层建筑结构的设计和配筋构造都要保证它具有足够的延性。,构件的延性由以下因素来保证：足够的截面尺寸；适宜的配筋；充分的构造措施。,二、整个结构的抗震性能,结构整体的抗震性能取决于如下因素：各构件的承载能力和变形性能；构
29、件之间连接构造的合理性；结构的稳定性；结构的整体性和空间工作能力；设有多道抗震设防系统；非主要构件的抗震能力。,当结构按保证强度(承载力)和保证变形(延性)两种方法来进行抗震设计时，各种应考虑的因素如下所示:,从根本上说，建筑结构的抗震验算应该是在强烈地震下弹塑性变形能力和承载力极限状的验算。强烈地震下结构构件的安全性主要取决于承受变形的能力，而不仅仅是承载力。,结构构件所需的变形能力与结构构件所具有的最大承载力也是有密切联系的，而且是随结构类型和构件在结构中所处部位的不同而不同的。,砌体结构的变形能力较小，实现大震不倒需要有相对较高的承载力；而变形能力较好的钢结构，所需的承载力则可能较低些。
30、,房屋结构的抗震验算，与非抗震设计的明显差异，主要表现在验算范围、作用效应组合和承载力计算三个方面。,第五节 结构抗震的概念设计,随着建筑功能的多样化和城市发展的需要：(1)建筑的层数越来越多高度越来越大(2)平面布置和立面布置越来越复杂,计算机技术和结构分析软件的发展(1)普及(2)结构计算分析的精确度越来越高(3)费用下降,若结构严重不规则、整体性差,仅按目前的结构设计计算水平将难以保证结构的抗震性能,设计中不能陷入只凭计算的误区，应特别重视规范规程中有关结构概念设计的各种规定。,结构抗震概念设计对结构的抗震性能将起决定性作用，因此，,结构抗震设计首先必须遵循正确的抗震概念设计的思路，满足
31、抗震概念设计的要求，以此为基础，再辅以必要的抗震计算。,抗震计算当然是很重要的，不可缺少的。但概念设计是抗震计算的前提和基础。概念设计与抗震计算相比，起着更为决定性的作用，主要原因如下：,地震地面运动的不确定性,由于当代科技水平的限制，作为抗震计算依据的设防烈度或相应的设计基本地震加速度的划分，还难以十分确切。,地震时，地震波从震源(断层)传递至地面，必须经过基岩的折射，土层中的非线性传播，不同土层的滤波等，是一个极为复杂的、多变的、非线性的过程，导致地面运动的特征及地面加速度难以准确确定。,例如，美国学者曾分析了El-centro台站上的15次地震记录后指出，不同震源引起的地震加速度反应谱差
32、别很大。作为世界上对工程地震的研究最富有成果的美国圣费尔南多(San Fernando)地区，在圣费尔南多地震中，竟然有60的发震断层从未被发现过。,近几十年来我国发生的大地震，大多数超过了原定的设防烈度，原为6度的地区，却发生了远远超过6度的地震，造成严重的社会影响和重大的经济损失。,例如，原来都为6度的地区，1966年3月22日的河北邢台地震，高达10度；1969年7月26日广东阳江地震，高达8度；1975年2月4日辽宁海城地震，高达9度；1976年7月28日河北唐山地震，高达11度。,因此，设计者如果仅仅依据设防烈度进行的抗震计算结果完成抗震设计，有时是难以确保安全的。,地震时地面运动的
33、复杂性及对结构的复杂影响尚未被掌握,地震时地面运动一般可分解为 6个自由度,但世界各国至今只记录到最简单的水平分量和竖向分量的地面运动记录，,尚未记录到对结构破坏也有很大影响的扭转分量的地面运动记录，至于其他多种多样的复杂的地面运动分量及其组合作用，至今尚远未被人们所掌握。,而目前的抗震计算，只是按照最简单的水平或竖向进行计算，显然与复杂地面运动的实际作用有所差别。,地震时不同地面运动导致结构破坏的机理的复杂性也尚未被掌握,例如，美国1971年2月9日圣费尔南多地震中，地面记录显示有两个加速度峰值的脉冲，第一个脉冲的加速度值为0.06g，第二个脉冲的加速度值为1.25g，,按照抗震计算的规定，
34、必须取第二个脉冲作为最不利的计算值，但对某医院的地震记录及分析表明，造成该建筑物破坏的是第一个脉冲。类似的复杂例子不胜枚举。,所以，根据目前的抗震计算所得到的结果，有时存在较大的误差。,结构抗震计算理论目前尚未能充分反映地震时结构反应及破坏的复杂过程,地震时结构的破坏是一个不断变化的非线性的、累积性的复杂过程，包括结构及构件从出现裂缝至严重损坏过程各种动力特性(结构基本周期、刚度、阻尼等)的非线性变化；,结构薄弱层或塑性铰的出现、变形集中或转移而导致结构刚度和内力的重分布；结构不同方向构件的空间作用、藕联作用、填充墙及其他非结构构件的影响等等。,目前的抗震计算理论及相应的抗震计算程序均把这些很
35、复杂的影响因素简单化或予以忽略，导致某些结构抗震计算的分析结果与地震时结构的实际反应差别较大。,因此，仅仅根据抗震计算结果而完成的抗震设计，有时是片面的，甚至是不安全的。只有建立在正确的概念设计基础上并辅以必要的抗震计算而完成的抗震设计，才能使结构具有较可靠的抗震性能。,因为概念设计是根据结构经历真实地震考验的经验总结或大型地震模拟试验的分析结果而建立的，有些规律是目前的理论分析或理论计算所难以解释或难以准确计算的。,结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位，地震能量的耗散仅集中在极少数薄弱部位，导致结构过早破坏。,现有抗震设计方法的前提之一是假定
36、整个结构能发挥耗散地震能量的作用。在此前提下，才能以多遇地震作用进行结构计算，构件设计并加以构造措施，或采用动力时程分析进行验算，试图达到罕遇地震作用下结构不倒塌的目标。,一、结构的简单性,结构的简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径，结构的计算模型、内力和位移分析以及限制薄弱部位出现都易于把握，对结构抗震性能的估计也比较可靠。,二、结构的规则和均匀性,沿建筑竖向，建筑造型和结构布置比较均匀，避免刚度、承载能力和传力途径的突变，以限制结构在竖向某一楼层或极少数几个楼层出现敏感的薄弱部位。这些部位将产生过大的应力集中或过大的变形，容易导致结构过早地倒塌。,建筑平面比较规则，平面内结构布
37、置比较均匀，使建筑分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。,建筑平面规则、结构布置均匀，有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌，使地震作用能在各子结构之间重分布，增加结构的赘余度数量，发挥整个结构耗散地震能量的作用。,三、结构的刚度和抗震能力,水平地震作用是双向的，结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。通常，可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力。结构的抗震能力则是结构承载力及延性的综合反映。,结构刚度选择时，虽可考虑场地特征，选择结构刚度,以减少地震作用效应，但也要注意控制结构变形的增大，过大的变形将会因
38、效应过大而导致结构破坏。,结构除需要满足水平方向的刚度和抗震能力外，还应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。现有抗震设计计算中不考虑地震地面运动的扭转分量，在概念设计中应注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。,四、结构的整体性,高层建筑结构中，楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用。楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构，,而且要使这些子结构能协同承受地震作用，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或各抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼盖使各抗侧力子结构能协同工作。,楼盖体系最重要的作用是提供足够的面内刚度和抗力，并与竖向各子结构有效连
39、接，当结构空旷、平面狭长或平面凹凸不规则或楼盖开大洞口时，更应特别注意。,设计中不能误认为，在多遇地震作用计算中考虑了楼板平面内弹性变形影响后，就可削弱楼盖体系。,高层建筑基础的整体性以及基础与上部结构的可靠连接是结构整体性的重要保证。,地震作用效应基本组合中，含有考虑抗震概念设计等的各种效应调整系数。例如用周期折减系数来反映某些难以准确计算的构件刚度的影响；,出屋面小建筑地震剪力的增大；楼层地震剪力在抗侧力构件之间考虑楼盖平面内变形和多道防线的分配；交叉支撑中拉压杆的内力调整；刚度突变的软弱层地震剪力调整；竖向不连续构件传递给水平转换构件的地震内力调整等等。,混凝土结构抗震措施中规定的内力调
40、整，例如强柱弱梁和强剪弱弯的内力调整，是在基本组合后进行调整，也属于考虑抗震概念设计的效应调整。,第六节 多高层建筑结构计算软件的基本要求,多高层建筑结构是复杂的三维空间受力体系，计算分析时应根据结构实际情况，选取能较准确地反映结构中各构件的实际受力状况的力学模型。,对于平面和立面布置简单规则的框架结构、框架-剪力墙结构宜采用空间分析模型，可采用平面框架空间协同模型；对剪力墙结构、筒体结构和复杂布置的框架结构、框架-剪力墙结构应采用空间分析模型。,目前国内商品化的结构分析软件所采用的力学模型主要有：空间杆系模型、空间杆-薄壁杆系模型、空间杆-墙板元模型及其他组合有限元模型。,多高层建筑按空间整
41、体工作计算时，不同计算模型的梁、柱自由度是相同的：梁的弯曲、剪切、扭转变形，当考虑楼板面内变形时还有轴向变形；柱的弯曲、剪切、轴向、扭转变形。,当采用空间杆-薄壁杆系模型时，剪力墙自由度考虑弯曲、剪切、轴向、扭转变形和翘曲变形；当采用其他有限元模型分析剪力墙时，剪力墙自由度考虑弯曲、剪切、轴向、扭转变形。,高层建筑层数多、重量大，墙、柱的轴向变形影响显著，计算时应考虑。,构件内力是与其变形相对应的，分别为弯矩、剪力、轴力、扭矩等，这些内力是构件截面承载力计算的基础，如梁的弯、剪、扭，柱的压(拉)、弯、剪、扭，墙肢的压(拉)、弯、剪，等等。,在内力与位移计算中，型钢混凝土和钢管混凝土构件宜按实际
42、情况直接参与计算，此时，要求计算软件具有相应的计算单元。,对结构中只有少量型钢混凝土和钢管混凝土构件时，也可等效为混凝土构件进行计算，比如可采用等刚度原则。构件的截面设计应按国家现行有关标准进行。,根据具体工程情况，选择使用合适、可靠的计算分析软件。对计算软件产生的计算结果从力学概念和工程经验等方面加以分析判断，确认其合理性和可靠性，方可用于工程设计。,工程经验上的判断一般包括：结构整体位移、结构楼层剪力、振型形态和位移形态、结构自振周期、超筋超限情况等。,对关键的抗震薄弱部位和构件，抗震承载力必须满足要求，必要时应采用手算复核，避免电算结果因计算模型不完全符合实际而造成安全隐患。,第七节 建
43、筑结构的抗震等级(JGJ32001 高层砼规程),多高层房屋适用高度和高宽比的确定,(1)钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比分为A级和B级。B级高度高层建筑结构的最大适用高度和高宽比较A级有所放宽，其结构抗震等级和有关的计算、构造措施应符合高规相应条文的规定。多层建筑结构只有A级适用高度。,(2)A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度宜符合高规表4.2.2-1的规定，具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构的最大适用高度应符合高规第7.1.2条的规定。,框架-剪力墙、剪力墙和筒体结构 高层建筑，其高度超过高规表4.2.2-1规定时为B级高度高层建筑。,B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的最
44、大适用高度应符合高规表4.2.2-2的规定。,(3)高层建筑的高宽比，是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。A级高度高层建筑的高宽比限值见高规表4.2.3-1，B级高度高层建筑的高宽比限值见高规表4.2.3-2。,在复杂体型的高层建筑中，如何计算高宽比是比较难以确定的问题,一般可按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比，但对突出建筑平面很小的局部结构(如楼梯间、电梯间等)，一般不应包含在计算宽度内；对于不宜采用最小投影宽度计算高宽比的情况，应由设计人员根据实际情况确定合理的计算方法；,对带有裙房的高层建筑，当裙房的面积和刚度相对于其上部塔楼的面积和刚度较大时，计算高宽比的房屋高度
45、和宽度可按裙房以上部分考虑。,目前超过B级高度高层建筑的高宽比是极个别的，例如上海金茂大厦(88层，420m)为7.6，深圳地王大厦(81层，320m)为8.8。高层建筑的高宽比在满足限值时，可不进行稳定验算，超过限值时应进行稳定验算。,多高层建筑结构的抗震措施是根据抗震等级确定的，抗震等级的确定与建筑的类别相关。,不同的建筑类别在考虑抗震等级时取用的抗震烈度与建筑场地类别有关，也就是考虑抗震等级时取用烈度与抗震计算时的设防烈度不一定相同。,建筑结构应根据其使用功能的重要性分为甲、乙、丙、丁类四个抗震设防类别。高层建筑没有丁类抗震设防。,各抗震设防类别的高层建筑结构，其抗震措施应符合下列要求：
46、(1)甲类、乙类建筑：当本地区的抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求；当本地区的设防烈度为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。当建筑场地为类时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施；,(2)丙类建筑：应符合本地区抗震设防烈度的要求。当建筑场地为类时，除6度外，应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施。,按建筑类别及场地调整后用于确定抗震等级烈度如下表所示。,表 按调整后的抗震等级烈度,表中:9*表示比9度一级更有效的抗震措施，主要考虑合理的建筑平面及体型、有利的结构体系和更严格的抗震措施。具体要求应进行专门研究。,抗震设计时，多高层
47、建筑钢筋混凝土结构构件应根据设防烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。,A级高度丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震等级应按下表确定。,表 A级高度的高层建筑结构抗震等级,注：接近或等于高度分界时，应结合房屋不规则程度 及场地、地基条件适当确定抗震等级；底部带转换层的筒体结构，其框支框架的抗震 等级应按表中框支剪力墙结构的规定采用；板柱剪力墙结构中框架的抗震等级应与表中“板柱的柱”相同。,当本地区的设防烈度为9度时，A级高度乙类建筑的抗震等级应按高规第4.8.3条规定的特一级采用，甲类建筑应采取更有效的抗震措施。注：本规程“特一级和一、二、三、四级”即“抗震等级
48、为特一级和一、二、三、四级”的简称。,抗震设计时，B级高度丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震等级应按下表确定。,表 B级高度的高层建筑结构抗震等级,注：底部带转换层的筒体结构，其框支框架和底部加强部位筒体的抗震等级应按表中框支剪力墙结构的规定采用。,建筑场地为、类时，对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区，宜分别按抗震设防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)时各类建筑的要求采取抗震构造措施。,抗震设计的多高层建筑，当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层的抗震等级应按上部结构采用。,地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级，地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计
49、算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。,地下室超出上部主楼范围且无上部结构的部分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。9度抗震设计时，地下室结构的抗震等级不应低于二级。,抗震设计时，与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；主楼结构在裙房顶部上、下各一层应适当加强抗震构造措施。,房屋高度大、柱距较大而柱中轴力较大时，宜采用型钢混凝土、钢管混凝土柱，或采用高强度混凝土。,高层建筑结构中，抗震等级为特一级的钢筋混凝土构件，除应符合一级抗震等级的基本要求外，尚应符合下列规定：,框架柱应符合下列要求：宜采用型钢混凝土柱或钢管混凝土柱；柱端弯矩增大系数、柱端剪力增大
50、系数应增大20；,钢筋混凝土柱柱端加密区最小配箍特征值应按高规中表6.4.7的数值增大0.02采用；全部纵向钢筋最小构造配筋百分率，中、边柱取1.4，角柱取1.6。,框架梁应符合下列要求：梁端剪力增大系数应增大20；梁端加密区箍筋构造最小配箍率应增大10。,框支柱应符合下列要求：宜采用型钢混凝土柱或钢管混凝土柱；底层柱下端及与转换层相连的柱上端的弯矩增大系数取1.8，其余层柱端弯矩增大系数应增大20；,柱端剪力增大系数应增大20；地震作用产生的柱轴力增大系数取1.8，但计算柱轴压比时可不计该项增大；,钢筋混凝土柱柱端加密区最小配箍特征值应按高规中表6.4.7的数值增大0.03采用，且箍筋体积配
