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1、,4 建筑抗震概念设计,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,抗震设计：对地震区的工程结构进行的一种专业设计，一般包括抗震概念设计、结构抗震计算和抗震构造措施三个方面。抗震概念设计：基于震害经验建立的抗震基本原则和思想。包括工程结构的总体布置和细部构造。,概述,由于地震的随机性，结构抗震不能完全依赖“计算设计”，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，是构造良好结构性能的决定因素，即“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
2、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，就有可能具有良好的抗震性能和足够的抗震可靠度的建筑。,4.1 场地选择,4.1 场地选择,4.1.1 避开地震危险地段危险地段：指地震时可能发生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段，及震中烈度为8度以上的发震断裂带在地震时可能发生地表错位的地段。规范3.3.1 对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时，应采取有效措施；不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。,4.1.2 选择有利于抗震的场地规范3.3.4 地基和基础设计应符合下列要求：1、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同
3、的地基上；（图4.1）2、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）3、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。（图4.2，措施见第2章）,4.2 建筑的平立面布置,抗震规范3.4.1 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 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。,抗侧力体系：抗御水平地震作
4、用的结构体系。（1）抗震墙：主要用于抵抗地震水平作用的墙体。也称剪力墙。（2）抗震支撑：在工程结构中用以承担水平地震作用并加强结构整体稳定性的支撑系统。分为水平支撑和竖向支撑。,4.2.1 建筑平面布置平面不规则的类型：规范1、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。2、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%。3、楼板局部不连续：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%。,高层建筑的平面形状：高层规程对地震区高层
5、建筑的平面形状要求如图4.5和表4.1所示。,4.2.2 建筑立面布置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。（教材图4.6、4.7）竖向不规则的类型：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）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%。,针对高层建筑：A级高度：楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于
6、80%上一层受剪承载力，不应小于其上一层受剪承载力的65%。B级高度：楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。抗震设计时：,4.2.3 房屋的高度 一般，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，但不是绝对的，与经济有关。多层、高层混凝土结构房屋适用的最大高度见P98表5.1。多层砌体房屋的高度限值见P138表6.14.2.4 房屋的高宽比见P98表5.2，P138表6.2,4.2.5 防震缝的合理设置变形缝包括：伸缩缝、沉降缝、防震缝，对于抗震设防烈度为6度以上的房屋，伸缩缝、沉降缝均应符合防震缝的要求，即在抗震区，三种缝统称为防震缝。高层建筑一般
7、通过调整平面形状和尺寸，并在构造上以及施工时采取一些措施，不设防震缝。当需要设置防震缝时，防震缝的最小缝宽应符合下列规定：规范（1）框架房屋，当高度不超过15m，可采用70mm；当高度超过15m，6度、7度、8度、9度相应每增高5m、4m、3m、2m，宜加宽20mm；（2）框架抗震墙房屋的防震缝宽，可采用（1）数值的70%；抗震墙房屋可采用（1）数值的50%，且不宜小于70mm。,例：6度地区、框架结构、建筑高度35m，若需设防震缝，其缝宽应为多少？建筑高度为37m，缝宽？若高为37m剪力墙结构，其缝宽？,4.3 结构选型与结构布置,4.3.1 结构选型（1）结构材料的选择从抗震角度考虑，作为
8、一种好的结构材料，其结构材料应具备：延性系数高（如钢结构）强度/重力比值大（如轻质高强材料）匀质性好正交各向同性（变形相同）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。,按照上述标准，常见结构类型，按其抗震性能的优劣排序为：钢结构 型钢混凝土结构 混凝土钢组合结构 现浇钢筋混凝土结构 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,（2）抗震结构体系的确定结构体系应符合下列各项要求规范应具有明确的计算见图和合理的地震作用传递途径。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。应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量
9、的能力。对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。,结构布置的一般原则（1）平面布置力求对称 若为非对称结构，因质心与刚心不重合，远离刚心的构件，由于侧移量很大，所分担的水平地震剪力就大，容易出现超出其允许抗力和变形极限而发生严重破坏，甚至导致结构因一侧构件失效而倒塌。（图4.10、4.11比较）（2）竖向布置力求均匀 结构竖向布置的关键：尽可能使竖向刚度、强度均匀变化，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。,由以上可知：结构材料与结构体系选择应符合抗震结构体系的要求，结构平面布置应力求对称，竖向布置应使其刚度、强度变化均匀，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。,4.4 多道抗震
10、设防线,4.4.1 多道抗震设防线的必要性多道抗震防线：（1）一抗震结构体系，应有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两个系统组成；双肢或多肢抗震墙体系由若干个单肢墙分系统组成。（2）抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。,多道抗震防线的必要性：多道抗震防线对抗震结构是必要的，当第一道防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下遭到破坏后，后备的第二道至第三道防线的抗侧力构件立即接替，抵挡住后续的地震动的冲击，可保证建筑物最低限度的安全，
11、免于倒塌。,强柱弱梁：使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。强剪弱弯：使钢筋混凝土构件中与正截面受弯承载力对应的剪力低于该构件斜截面受剪承载力的设计要求。用以改善构件自身的抗震性能。柔性底层：用变形能力大的延性框架代替房屋底层的抗震墙，以减少地震震动向上部各层传递的一种抗震设计思想。框支剪力墙：底层或底部两三层为框架体系，上部各层为抗震墙或框架抗震墙体系。,4.4.2 第一道防线的构件选择原则：应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或选用轴压比值较小的抗震墙、实体筒体之类构件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件。一般情况，不宜采用轴压
12、比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件。如因条件有限，只能采用单一的框架体系，框架就成为整个体系中唯一的抗侧力构件，此时应采用“强柱弱梁”型延性框架。（即梁为第一道，柱为第二道）,4.4.3 利用赘余构件增多抗震防线当建筑物受到地震动主脉冲卓越周期的作用时，一方面利用结构中增设的赘余构件的屈服和变形，来耗散输入的地震能量；另一方面利用赘余构件的破坏和退出工作，使整个结构从一种稳定体系过渡到另一种稳定体系，实现结构周期的变化，以避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。,双重抗侧力体系，具有两道抗震防线，如下图：,为进一步增加双重抗侧力体系的抗震防线，可增设若干赘余构件，使这些赘余构件
13、可以先达到破坏。,梁的剪跨比：a与h0的比值。剪跨比影响了梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式，决定了主应力的大小和方向。柱的剪跨比：M/vh0,h0为与M平行方向柱截面有效截面高度。剪跨比2时，为长柱，2时为短柱，1.5时为超短柱。长柱的破坏形式多为弯曲破坏，短柱多为剪切破坏，超短柱发生剪切斜拉破坏。同一楼层各柱之间的抗侧刚度不是很悬殊，但是一旦存在少数短柱，它们的抗侧刚度远大于一般柱子的抗侧刚度，短柱将吸收较大水平地震剪力，尤其是框架结构中的少数短柱。一般常见的短柱出现在楼梯间，半平台或者因为建筑上开窗需要将框架梁设置在半平台处时，在半平台处会对框架柱有约束作用，容易形成短柱。,4.5 刚度、
14、承载力和延性的匹配,4.5.1 刚度与承载力,4.5.1 刚度与延性 框架结构的刚度小，延性好；剪力墙结构的刚度大，延性差。设计时应注意柱、墙刚度和延性的相互匹配，充分利用框架的延性及墙的刚度，协调发挥其自身的水平抗力。,4.5.3 结构不同部位的延性要求延性：结构承载能力无明显降低的前提下，结构产生非弹性变形的能力。有四个方面的含义：（把延性的概念体现到具体的指标上）总体延性：用结构的“顶点侧移比”或结构的“平均侧移比”表达。楼层延性：以一个楼层的层间侧移比表达。构件延性：指整个结构中某一构件（如一榀框架或一片墙体）的延性。杆件延性：指一个构件中某一杆件（框架的梁、柱，墙中的连梁或墙肢）的延
15、性。,对延性的要求依次增高,提高结构延性的原则：在结构竖向：重点提高可能出现塑性变形集中的相对柔弱楼层的构件延性。在结构平面：着重提高房屋周边转角处、平面突变处及复杂平面各翼相接处的构件延性。对多道抗震防线的抗侧力体系，着重提高第一道防线中构件的延性。在同一构件中，着重提高关键杆件的延性。同一构件中，着重提高延性的部位应是预期构件首先屈服的部位。,4.5.4 改善延性的途径（1）控制构件的破坏形态。弯曲构件的延性远大于剪切构件的延性，所以争取更多的构件实现弯曲破坏。（2）减小构件的轴压比。（3）高强混凝土的应用。（4）钢纤维混凝土的应用。（5）型钢混凝土的应用。轴压比：,4.6 确保结构的整体
16、性,4.6.1 结构应具有连续性,对半预制钢筋混凝土结构：为避免预制楼板搁进墙内后将现浇钢筋混凝土墙体分开，而在新旧混凝土接合面形成水平通缝，破坏墙体沿竖向的连续性，应将预制板端部做成槽齿形，将少数肋伸进墙内。下图所示：砌体结构：应按规定设置圈梁和构造柱。,4.6.2 构件间的可靠连接对装配式框架：其节点应采用现浇混凝土，且应把预制梁柱的钢筋伸进节点区。高烈度地区不宜采用全装配式钢筋混凝土框架。装配式楼板：对框架抗震墙体系，预制板端应伸出钢筋，在接缝处相互搭接，并用细石混凝土灌捣密实，图4.18。在采用预制多孔板的同时，若采用预制叠合梁，见图4.19。,4.7 非结构部件的处理,4.7.1 填充墙的影响,对钢筋混凝土框架体系的房屋，砌体填充墙对结构抗震性能的影响：（1）使结构抗侧移刚度增大，自振周期减短，从而使作用于整个建筑上的水平地震力增大。（2）改变了结构的地震剪力分布。（3）限制了框架的变形，减少了整个结构的地震侧移幅值。（4）填充墙充当了第一道抗震防线的主力构件，使框架退居为第二道防线。,在建筑平面上，填充墙的布置力求对称均匀，以免造成结构偏心。沿房屋竖向，填充墙应连续贯通，以避免在填充墙中断的楼层出现框架剪力的骤增。4.7.2 外墙板的连接（略）,
