建筑抗震概念设计.ppt

4 建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计4.1 场地选择场地选择4.2 建筑的平立面布置建筑的平立面布置4.3 结构选型与结构布置结构选型与结构布置4.4 多道抗震防线多道抗震防线4.5 刚度、承载力和延性的匹配刚度、承载力和延性的匹配4.6 确保结构的整体性确保结构的整体性4.7 非结构部件处理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。则和思想。包括工程结构的总体布置和细部构造。概念设计的基本内容：建筑场地选择；建筑选型概念设计的基本内容：建筑场地选择；建筑选型与结构布置；设置多道抗震防线；刚度、承载力与结构布置；设置多道抗震防线；刚度、承载力和延性的匹配；结构整体性的确保；非结构部件和延性的匹配；结构整体性的确保；非结构部件处理。处理。4.1 场地选择场地选择场地选择的原则场地选择的原则 挑选对建筑抗震有利的地段，对不利地段，应提挑选对建筑抗震有利的地段，对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。造丙类的建筑。4.1.1 避开抗震危险地段避开抗震危险地段建筑抗震危险的地段，一般是指地震时可能发生建筑抗震危险的地段，一般是指地震时可能发生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段，以及崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段，以及震中烈度为震中烈度为8度以上的发震段裂带在地震时可能发度以上的发震段裂带在地震时可能发生地表错位的地段。生地表错位的地段。发震断层：在过去发震断层：在过去3.5万年以内曾活动过一次，或万年以内曾活动过一次，或 在在5万年内活动过两次的地质构造上的断层。万年内活动过两次的地质构造上的断层。非发震断层：与当地的地震活动性没有成因上联非发震断层：与当地的地震活动性没有成因上联系的一般断层，在地震时一般不会发生新的错动。系的一般断层，在地震时一般不会发生新的错动。地下采空区属于危险地段。地下采空区属于危险地段。不利于抗震的地段：软弱土，液化土，条状突出不利于抗震的地段：软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（含故河道、疏松的断层破碎带、不均匀的土层（含故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含水量的暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黄土，地表存在结构性裂缝等。可塑黄土，地表存在结构性裂缝等。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时，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。应采取有效措施。4.1.2 选择有利于抗震的场地选择有利于抗震的场地有利地段：有利地段：一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土。地土或密实均匀中硬场地土。在选择高层建筑的场地时，应尽量建在基岩或薄在选择高层建筑的场地时，应尽量建在基岩或薄土层上，或应建在具有较大土层上，或应建在具有较大“平均剪切波速平均剪切波速”的的坚硬场地土上，以减少输入建筑物的地震能量，坚硬场地土上，以减少输入建筑物的地震能量，从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。地基和基础设计应符合下列要求：地基和基础设计应符合下列要求：n同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；（地基上；（图图4.1）n同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩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）基；（可设沉降缝，成为两个单元）n地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不地基为软弱粘性土、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。（图利影响，并采取相应措施。（图4.2，措施见第，措施见第2章）章）4.2 建筑的平立面布置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。和结构布置。4.2.1 建筑平面布置建筑平面布置建筑的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度建筑的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度变化均匀，避免楼层错层。变化均匀，避免楼层错层。对称的结构容易估计其地震时的反应，容易采取对称的结构容易估计其地震时的反应，容易采取构造措施和进行细部处理。构造措施和进行细部处理。“规则规则”包含了对建筑的平、立面外形尺寸，抗包含了对建筑的平、立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，直至强度分布等诸多侧力构件布置、质量分布，直至强度分布等诸多因素的综合要求。因素的综合要求。规则对高层建筑尤为重要。规则对高层建筑尤为重要。规范规范3.4.1建筑设计应根据抗震概念设计的要求明建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用。筑不应采用。注：形体指建筑平面形状和立面、竖向剖面的变化。注：形体指建筑平面形状和立面、竖向剖面的变化。规范规范3.4.2建筑设计应重视其平面、立面和竖向剖建筑设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变。渐减小、避免侧向刚度和承载力突变。建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识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。始自若干现代建筑在地震中的表现。最为典型的例子是最为典型的例子是1972年年2月月23日南美洲的马那日南美洲的马那瓜地震。瓜地震。马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五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，另一幢为层高的中央银行大厦，另一幢为18层高的美洲银层高的美洲银行大厦。行大厦。当地地震烈度估计为当地地震烈度估计为8度。一幢破坏严重，震后度。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。拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。马那瓜美洲银行大厦马那瓜美洲银行大厦马那瓜中央银行大厦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结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括括4个个L形的桶体，对称地由连梁连接起来，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。构能观察到的主要破坏。分析表明：分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的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，并防止了联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应；明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏；体填充墙的非结构构件的损坏；3.当连梁剪当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，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，位移但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。量得到控制。美洲美洲银行银行 1）平面不规则）平面不规则4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。4层以上的楼板仅为层以上的楼板仅为5cm厚，搁置在高厚，搁置在高45cm长长14m小梁上。小梁上。2）竖向不规则）竖向不规则塔楼上部（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，支承在根，支承在4层楼板水平处层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根根1m 1.55m的柱子上（间距的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严重不）。上下两部分严重不均匀，不连续。均匀，不连续。主要破坏：第主要破坏：第4层与第层与第5层之间层之间(竖向刚度和承载力突变竖向刚度和承载力突变),周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；横向裂缝贯穿横向裂缝贯穿3层以上的所有楼板层以上的所有楼板(有的宽达有的宽达1cm),直至电梯井东侧；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。严重破坏或倒塌。震后计算分析结果震后计算分析结果:1.结构存在十分严重扭转效应结构存在十分严重扭转效应;2.塔楼塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足大大不足,率先破坏；率先破坏；3.水平地震作用下水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。马那瓜马那瓜中央银行大厦中央银行大厦地震区的高层建筑，平面以方地震区的高层建筑，平面以方 形、矩形、圆形为好；正六边形、矩形、圆形为好；正六边 形、正八边形、椭圆形、扇形形、正八边形、椭圆形、扇形 也可以。也可以。不宜采用有较长翼缘的不宜采用有较长翼缘的L L形、形、T T形、形、U U形、形、H H形、形、Y Y形等形等平面形状。平面形状。高层规程的规定：高层规程的规定：设防烈度设防烈度、度、度6.06.00.350.352.02.0、度、度5.05.00.300.301.51.5BL/max/Blbl/平面不规则类型平面不规则类型 定义定义扭转不规则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）平均值的移（或层间位移）平均值的1.2倍倍凹凸不规则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型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层，或较大的楼层错层1221222.1122扭转不规则扭转不规则max3.0 BB maxBmax3.0 BB maxBmaxBmax3.0 BB maxBmax3.0 BB 凹凸角不规则凹凸角不规则平面不规则类型平面不规则类型 定义定义扭转不规则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）平均值的移（或层间位移）平均值的1.2倍倍凹凸不规则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型宽度的50%,或开洞面积