建筑構造抗震設計

Seismicdesignofbuildings

主講：張美霞中國地質大學〔武漢〕工程學院土木系第4章建筑抗震概念設計4.1場地選擇4.2建筑的平立面布置4.3構造選型與構造布置4.4多道抗震防線4.5剛度、承載力和延性的匹配4.6確保構造的整體性4.7非構造部件處置根本概念1、計算設計〔Numericaldesign〕：按荷載計算、內力分析及組合、強度計算、構造措施等稱為計算設計?！坝嬎阍O計〞——不能完全依賴！地震方面——地震是一種隨機振動，具有復雜性、不確定性，因此很難準確預測建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù)。地震在時間和空間上都具有很大的隨機性。構造分析——未能充分思索構造的空間作用、非彈性性質、資料時效、阻尼變化等多種要素，也存在不準確性。

根本概念——續(xù)2、概念設計〔Conceptualdesign〕：立足于工程抗震根本實際及長期工程抗震閱歷總結的工程抗震根本概念的抗震設計。即根據地震災禍和工程閱歷等所構成的根本設計原那么和設計思想正確地處理建筑和構造的總體方案、構造布置、資料運用和細部構造等，以便到達合理抗震設計的目的。有助于掌握明確的設計思想，靈敏、恰當?shù)剡\用抗震設計原那么，是設計人員不知墮入盲目的計算任務，從而做到比較合理的抗震設計。抗震概念設計是目前工程設計高度自動化的背景下獨一具有能動性和發(fā)明性的設計過程。根本概念——續(xù)抗震概念設計的思緒：在工程設計一開場，把握好能量輸入、房屋體型、構造體系、剛度分布、構件延性等幾個主要方面，從根本上消除建筑中的抗震薄弱環(huán)節(jié)。輔以必要的計算和構造措施，有能夠使房屋建筑具有良好的抗震性能和足夠的抗震可靠度。由于對地震作用及構造性能的了解還遠遠不夠，在某種意義上，概念設計比計算設計更重要。4.1場地選擇不同的場地上的建筑震害不同在建筑選址時，要盡量選擇對建筑抗震有利的地段，避開不利和危險地段。1、避開地震危險地段1〕概念建筑抗震危險的地段：指地震時能夠發(fā)生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段以及震中烈度為8度以上的發(fā)震斷裂帶在地震時能夠發(fā)生地表錯位的地段。非發(fā)震斷層：與當?shù)氐牡卣鸹顒有詻]有成因上聯(lián)絡的普通斷層，在地震作用下普通不會發(fā)生新的錯動。發(fā)震斷層：具有潛在地震活動的斷層，在過去三萬五千年以內曾活動過一次，或者在五萬年內活動過兩次的斷層。4.1場地選擇——續(xù)2、選擇有利于抗震的場地1〕概念對建筑抗震有利的地段：指位于開闊平坦地的鞏固場地上或密實均勻中硬場地土。對建筑抗震不利的地段：就地形而言，普通是指條狀突出的山嘴，孤立的山包和山梁的頂部，高差較大的臺地邊緣，非巖質的陡坡，河岸和邊坡的邊緣；就場地土質而言，普通是指脆弱土、易液化土，故河道、斷層破碎帶、暗埋塘濱溝谷或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、巖性、形狀明顯不均勻的地段。4.1場地選擇——續(xù)2〕關于地基根底設計，抗震規(guī)范有如下規(guī)定：1、避開危險地帶〔如斷裂帶等〕；2、同一構造單元的根底不宜設置在性質截然不同的地基上；無法避開時，除思索不同土層差別運動的影響外，還應采用部分深根底，使整個建筑物的根底落在同一上層上〔圖〕3、同一構造單元不宜部分采用天然地基部分采用樁基；〔可設沉降縫，成為兩個單元〕4、地基為脆弱粘性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻時，應估計地震時地基不均勻沉降或其他不利影響，并采取相應措施，根底應加強其整體性和剛性。4.2建筑的平立面布置一幢房屋的動力性能根本上取決于它的建筑規(guī)劃和結構布置。建筑規(guī)劃簡單合理，構造布置符合抗震原那么，就能從根本上保證房屋具有良好的耐震性能。<抗震規(guī)范>3.4.1條規(guī)定：建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規(guī)那么的設計方案。3.4.2條規(guī)定：建筑及其抗側力構造的平面布置宜規(guī)那么、對稱，并應具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)那么，構造的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和資料強度宜自下而上逐漸減少，防止抗側力構造的側向剛度和承載力突變。4.2.1建筑平面布置1、建筑平面外形1〕建筑物的平、立面布置宜規(guī)那么、對稱，質量和剛度變化均勻，防止樓層錯層；2〕地震區(qū)的高層建筑，平面以方形、矩形、圓形為好；正六邊形、正八邊形、橢圓形、扇形也可以。3〕有較長翼緣的L形、T形、十字形、U形、H形、Y形平面也不宜采用。這些平面的較長翼緣，地震時容易因發(fā)生差別側移而加重震害。4.2.1建筑平面布置——續(xù)2、平面不規(guī)那么的類型：<規(guī)范>3.4.2規(guī)定：1〕改動不規(guī)那么：樓層的最大彈性程度位移〔或層間位移〕大于該樓層兩端彈性程度位移〔或層間位移〕平均值的1.2倍。2〕凹凸不規(guī)那么：構造平面凹進的一側尺寸，大于相應投影方向總尺寸的30%。3〕樓板部分不延續(xù)：樓板的尺寸和平面剛度急劇變化。例如：開洞面積大于該樓層面積的30%，或較大的樓層錯層，或有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%。4.2.1建筑平面布置——續(xù)3、高層建筑平面尺寸限值<高層規(guī)程>對地震區(qū)高層建筑的平面外形作了明確規(guī)定，如以下圖和表，并提出對這些平面的凹角處，應采取加強措施。4.2.2建筑立面布置1、建筑立面外形地震區(qū)高層建筑的立面應采用矩形、梯形、三角形等均勻變化的幾何外形，盡量防止帶有忽然變化的階梯形立面。由于立面外形的忽然變化，會引起質量和抗側移剛度突變，地震時容易因猛烈振動或塑性變形集中〔薄弱層〕而加重破壞。4.2.2建筑立面布置——續(xù)2、豎向不規(guī)那么的類型1〕側向剛度不規(guī)那么：該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%；除頂層外，部分收進的程度向尺寸大于相鄰下一層的25%。2〕豎向抗側力構件不延續(xù)：豎向抗側力構件〔柱、抗震墻、抗震支撐〕的內力由程度轉換構件〔梁、桁架〕向下傳送。3〕樓層承載力突變：抗側力構造的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%。4.2.2建筑立面布置——續(xù)3、高層建筑立面尺寸限值<高層規(guī)程>規(guī)定：建筑的豎向體形宜規(guī)那么、均勻，防止有過大的外挑和內收。構造的側向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應采用豎向布置嚴重不規(guī)那么的構造。并要求抗震設計的高層建筑構造，其樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70％或其上相鄰三層側向剛度平均值的80％。按<高層規(guī)程>，高層建筑的高度限值分A、B兩級，A級規(guī)定較嚴，是目前運用最廣泛的高層建筑高度，B級規(guī)定較寬，但應采取更嚴厲的計算和構造措施。樓層層間抗側力構造的受剪承載才干：A級高度：宜≥上一層的80%，應≥上一層的65%；B級高度：應≥上一層的75%。4.2.2建筑立面布置——續(xù)收進和外挑尺寸要求〔宜〕：當構造上部樓層收進部位到室外地面的高度H1與房屋高度H之比大于0.2時，上部樓層收進后的程度尺寸B1不宜小于下部樓層程度尺寸B的0.75倍；當上部構造樓層相對于下部樓層外挑時，下部樓層的程度尺寸B不宜小于上部樓層程度尺寸B1的0.9倍，且程度外挑尺寸a不宜大于4m。4.2.3房屋的高度普通而言，房屋愈高，所遭到的地震力和傾覆力矩愈大，破壞的能夠性也愈大。但“房屋愈高愈危險〞的概念不是絕對的，是有條件的。于1956年建造的高181m的42層拉丁美洲大廈，經受住了3次大地震的考驗，幾乎無損壞。<抗震規(guī)范>和<高層規(guī)程>，根據我國當前科研成果和工程實踐情況，對各種構造體系適用范圍內建筑物的最大高度均作出了規(guī)定。超出該規(guī)定的，要進展專門研討。<抗震規(guī)范>尚規(guī)定：對不規(guī)那么構造、有框支層抗震墻構造或Ⅳ類場地上的構造，適用的最大高度應適當降低。4.2.4房屋的高寬比建筑物的高寬比例，比起其絕對高度來說更為重要。由于建筑物的高寬比值愈大，即建筑愈瘦高，地震作用下的側移愈大，地震引起的傾覆作用愈嚴重。宏大的傾覆力矩在柱(墻)和根底中所引起的壓力和拉力比較難于處置。我國對房屋高寬比的要求是按構造體系和地震烈度區(qū)分的。4.2.5防震縫的合理設置遇到以下情況，應設置防震縫：①平面外形、部分尺寸或者立面外形不符合規(guī)范的有關規(guī)定，而又未在計算和構造上采取相應措施時；②房屋長度超越規(guī)范規(guī)定的伸縮縫最大間距，又無條件采取特殊措施而必需設置伸縮縫時；③地基土質不均勻，房屋各部分的估計沉降〔包括地震時的沉陷〕相差過大，必需設置沉降縫時；④房屋各部分的質量或構造抗側移剛度大小懸殊時。4.2.5防震縫的合理設置1、防震縫設置緣由由于建筑平面和體型的多樣化、構造的不規(guī)那么性有時難以防止，為將不規(guī)那么構造變?yōu)榧僭O干規(guī)那么構造，合理地設置防震縫進展構造分段，從而降低抗震設計的難度及提高抗震設計的可靠度。在國內外歷次地震中，曾一再發(fā)生相鄰建筑物或同幢建筑物相鄰單元之間相撞的震例，究其緣由，主要是防震縫寬度偏小或構造不當所致。2、防震縫設置原那么徹底分別或者結實銜接：忌連又連不牢、分又分不清。“三縫合一〞的設置原那么：伸縮縫、沉降縫、防震縫三縫合一，對于抗震設防烈度為6度以上的房屋，一切伸縮縫、沉降縫均應符合防震縫的寬度要求。4.2.5防震縫的合理設置——續(xù)3、必需設置抗震縫的情況①平面外形、部分尺寸或者立面外形不符合規(guī)范的有關規(guī)定，而又未在計算和構造上采取相應措施時；②房屋長度超越規(guī)范規(guī)定的伸縮縫最大間距，又無條件采取特殊措施而必需設置伸縮縫時；③地基土質不均勻，房屋各部分的估計沉降〔包括地震時的沉陷〕相差過大，必需設置沉降縫時；④房屋各部分的質量或構造抗側移剛度大小懸殊時。4、防震縫寬度縫寬缺乏——會發(fā)生碰撞破壞；由于設縫后呵斥部分構造段過柔，碰撞呵斥失穩(wěn)破壞。必需根據詳細情況仔細處置設縫位置及設縫寬度。確定防震縫寬度，除思索構造變形外，還應思索由于地基變形引起根底轉動的影響。4.2.5防震縫的合理設置——續(xù)5、防震縫最小寬度——良好地基條件下普通構造的最小縫寬。為防止相鄰建筑物在地震中發(fā)生碰撞，防震縫的寬度不宜小于兩側建筑物在較低建筑物屋頂高度處的垂直防震縫方向的側移之和。對于鋼筋混凝土構造房屋的防震縫最小寬度，普通情況下應符合<抗震規(guī)范>所作的規(guī)定：①框架房屋，當高度不超越l5m時，可采用70mm；當高度超越l5m時，6度、7度、8度和9度相應每增高5m、4m、3m和2m，宜加寬20mm；②框架抗震墻房屋的防震縫寬度，可采用第①條數(shù)值的70％，抗震墻房屋可采用第①條數(shù)值的50％，且均不宜小于70mm。4.2.5防震縫的合理設置——續(xù)③防震縫兩側構造類型不同時，宜按需求較寬防震縫的結構類型和較低房屋高度確定縫寬。例1：某高層建筑為框架—剪力墻構造，抗震設防烈度為7度，高45米，其群房為框架構造，高20米，主樓和群房間設防震縫，其最小縫寬應為多少？解：防震縫最小寬度應根據群房框架構造極其高度確定：例2：6度地域、框架構造、建筑高度35m，假設需設防震縫，其縫寬應為多少？假設高為35m剪力墻構造，其縫寬？4.2.5防震縫的合理設置——續(xù)4.2.5防震縫的合理設置——續(xù)6、普通盡能夠不設置抗震縫滿足規(guī)定的防震縫寬度在劇烈地震作用下由于地面運動變化，構造改動、地基變形等復雜要素，相鄰構造仍能夠部分碰撞而損壞；防震縫寬度過大，建筑立面效果、防水處置較難；設置不當反倒會引起相鄰建筑物碰撞、失穩(wěn)、加大破壞。4.2.5防震縫的合理設置——續(xù)7、不設置抗震縫處置方法——高層建筑宜選用合理的建筑構造方案，不設抗震縫，但要做到：采取措施防止設置防震縫——調整平面外形和尺寸、并在構造以及設計、施工時采取措施。不規(guī)那么房屋不設防震縫時必需沿高度和從平面上思索相對薄弱及應力集中部位的加強及提高延性措施，在這些部位應盡量防止設置樓梯間及在樓板上開較大洞口。對體型復雜的建筑物不設抗震縫時，應對建筑物進展比較準確的構造抗震分析，處理不設縫帶來的不利影響，如差別沉降、偏心改動、溫度變形等，估計其部分應力和變形集中及改動效應影響，判明其易損部位，采取加強措施或提高變形才干的措施。4.3構造選型與構造布置

4.3.1構造選型構造選型涉及的內容較多，應根據建筑的重要性、設防烈度、房屋高度、場地、地基、根底、資料和施工等要素，經過技術、經濟條件比較綜合確定。1、構造資料的選擇單從抗震角度思索，作為一種好的構造方式，應具備以下性能：①延性系數(shù)高；②“強度／重力〞比值大；③勻質性好；④正交各向同性；⑤構件的銜接具有整體性、延續(xù)性和較好的延性，并能發(fā)揚資料的全部強度。4.3.1構造選型——續(xù)建筑構造類型，依其抗震性能優(yōu)劣而陳列的順序是：①鋼構造；②型鋼混凝土構造；③混凝土—鋼混合構造；④現(xiàn)澆鋼筋混凝土構造；⑤預應力混凝土構造；⑥裝配式鋼筋混凝土構造；⑦配筋砌體構造；⑧砌體構造等。4.3.1構造選型——續(xù)2、抗震構造體系確實定抗震構造體系是抗震設計應思索的關鍵問題，構造方案的選取能否合理，對平安性和經濟性起決議性作用。<抗震規(guī)范>關于抗震構造體系，有以下要求：①應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳送途徑；②宜有多道抗震防線，應防止因部分構造或構件破壞而導致整個體系喪失抗震才干或對重力的承載才干；③應具備必要的強度，良好的變形才干和耗能才干；④宜具有合理的剛度和強度分布，防止因部分減弱或突變構成薄弱部位，產生過大的應力集中或塑性變形集中；對能夠出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高抗震才干。4.3.1構造選型——續(xù)3.在設計房屋之前，普通應首先了解場地和地基上及其杰出周期，調整構造剛度，避開共振周期。4.選擇構造體系時，要留意選擇合理的根底方式。對于脆弱地基宜選用樁基、筏片根底或箱形根底。巖層高低起伏不均勻或有液化土層時最好采用樁基等。4.3.2構造布置的普通原那么1、平面布置力求對稱〔質量、剛度、強度〕對稱構造在地面平動作用下，程度地震力按構件剛度分配，因此各構件受力比較均勻。而非對稱構造，由于剛心偏在一邊，質心與剛心不重合，遠離剛心的剛度較小構件，由于側移量很大，所分擔的程度地震剪力也顯著增大，甚至導致整個構造因一側構件失效而倒塌。4.3.2構造布置的普通原那么——續(xù)最為典型的例子是1972年2月23日南美洲的馬那瓜地震。馬那瓜有相距不遠的兩幢高層建筑，一幢為十五層高的中央銀行大廈，平面不規(guī)那么，4個樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻，破壞嚴重，震后撤除；另一幢為18層高的美洲銀行大廈，構造是均勻對稱的，根本的抗側力體系包括4個L形的筒體，對稱地由連梁銜接起來，細微損壞，稍加修繕便恢復運用。當?shù)氐卣鹆叶裙烙嫗?度。4.3.2構造布置的普通原那么——續(xù)當建筑層數(shù)很多時，上面各層偏心引起的改動效應對下層的積累，對下面幾層更不利。所以，進展構造布置時，除了要求各向對稱外，還希望能具有較大的抗扭剛度。因此，以下圖〔a〕、〔b〕所示的抗震墻沿房屋周邊布置的方案，就優(yōu)于〔c〕、〔d〕所示在房屋內部布置的方案。4.3.2構造布置的普通原那么——續(xù)2、豎向布置力求均勻構造豎向布置的關鍵在于：盡能夠使其豎向剛度、強度變化均勻，防止出現(xiàn)薄弱層，并應盡能夠降低房屋的重心。留意上剛下柔的構造的處置由于商業(yè)的需求，構造底部幾層往往需求設置大空間，上部各層為全墻體系或框架一抗震墻體系，而底層或底部兩三層那么為框架體系，整個構造屬“框托墻〞體系。這便是工程上稱之為“框支剪力墻〞或“底部框架〞的構造。這種體系很不利于抗震，應保證下部構造的抗側剛度不能小于上部抗側剛度的一定比例。4.3.2構造布置的普通原那么——續(xù)同一樓層的框架柱，應該具有大致一樣的剛度、強度和延性，否那么，地震時很容易因受力大小懸殊而被各個擊破。在采用純框架構造的高層建筑中，假設將樓梯踏步斜梁和平臺梁直接與框架柱相連，就會使該柱變成短柱，地震時容易發(fā)生剪切破壞，應予防止或采取相關措施。4.4多道抗震防線

4.4.1多道抗震防線的必要性1、多道抗震防線的定義①一個抗震構造體系，應由假設干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的構造構件銜接起來協(xié)同任務，即分體系間的銜接部件應有適當強度、較好延性和穩(wěn)定的滯回性能?？蚣埽拐饓w系：由延性框架和抗震墻兩個系統(tǒng)組成；雙肢或多肢抗震墻體系：由假設干個單肢墻分系統(tǒng)組成；框架體系：框架梁和框架柱；4.4.1多道抗震防線的必要性——續(xù)抗震構造體系應有最大能夠數(shù)量的內部、外部贅余度〔相當于超靜定次數(shù)，利用塑性變形的前提〕，有認識地建立起一系列分布的屈服區(qū)〔塑性鉸區(qū)〕，以使構造可以吸收和耗散大量的地震能量，一旦破壞也易于修復。帶贅余桿件的耗能構造(a)雙肢墻；(b)墻和框架；(c)并列斜撐；(d)芯筒和框架柱4.4.1多道抗震防線的必要性——續(xù)2、多道抗震防線的必要性：多道抗震防線對抗震構造是必要的。劇烈地震往往有一定的繼續(xù)時間〔幾秒～幾十秒〕，并且往往伴隨多次余震，構造在初次破壞后再遭余震，將會引起損傷累積，當?shù)谝坏婪谰€的抗側力構件在劇烈地震襲擊下遭到破壞后，后備的第二道至第三道防線的抗側力構件立刻接替，抵擋住后續(xù)的地震動的沖擊，可保證建筑物最低限制的平安，免于倒塌。適當處置構件的強弱關系，將使其在強震作用下構成多道防線、是提高構造抗震性能、防止倒塌的有效措施。4.4.2第一道防線的構件選擇原那么地震的往復程度作用使構造遭到嚴重破壞、但構造的最后倒塌是由于構造喪失了接受豎向荷載的才干，即倒塌主要取決于豎向荷載。因此，1、應優(yōu)先選擇不負擔或少負擔重力荷載的豎向支撐或填充墻，或選用軸壓比值較小的抗震墻、實體筒體之類構件，作為第一道抗震防線的抗側力構件；普通情況，不宜采用軸壓比很大的框架柱兼作第一道防線的抗側力構件?！粫l(fā)生構造倒塌。2、如因條件有限，只能采用單一的框架體系，框架就成為整個體系中獨一的抗側力構件，此時應采用“強柱弱梁〞型延性框架〔即梁為第一道，柱為第二道〕。4.4.2第一道防線的構件選擇原那么——續(xù)框架破壞機制強柱型框架如以下圖左，在程度地震作用下，梁端首先出現(xiàn)塑性鉸，梁的屈服先于柱的屈服，行成梁鉸破壞機制。弱柱型框架如以下圖右，在程度地震作用下，柱端首先出現(xiàn)塑性鉸，柱的屈服先于柱的屈服，行成柱鉸破壞機制。4.4.2第一道防線的構件選擇原那么——續(xù)“強柱弱梁〞延性框架由于梁只接受一層或部分重力荷載，柱接受其上多層的總重力荷載；鋼筋端部錨固使梁具有懸索作用，只需鋼筋端部錨固未失效，懸索作用能維持樓面不立刻坍塌。故在劇烈地震作用下，構造發(fā)生較大側移進入非彈性階段時，為使框架堅持足夠的豎向承載才干而免于倒塌，要務虛現(xiàn)梁鉸破壞機制，即塑性鉸應首先在梁上構成，盡能夠防止在破壞后危害更大的柱上出現(xiàn)塑性鉸，實現(xiàn)“強柱弱梁〞延性框架的抗震設計，利用梁的變形、破壞來耗費地震能量。4.4.3利用贅余構件增多抗震防線贅余構件的作用利用構造中增設的贅余桿件的屈服和變形，來耗散輸入的地震能量；利用贅余桿件的破壞和退出任務，使整個構造從一種穩(wěn)定體系過渡到另一種穩(wěn)定體系，實現(xiàn)構造周期的變化，避開地震動杰出周期長時間繼續(xù)作用所引起的共振效應；——對構造動力特性的適當控制，來減輕建筑物的破壞程度，經濟。但要留意：太被動、而且不一定有效。4.5剛度、承載力和延性的匹配根本概念1、剛度——構造剛度是影響構造在設計地震作用下非構造構件性能、構造強度需求、以及彈塑性變形需求的一個關鍵設計參數(shù)。設計過程中的早期任務將是確定一個合理的剛度值，檢查典型樓層的層間位移和合理的構造周期。構造剛度的分布關系到構造的內力分配，某些部位剛度過大會導致該處的內力〔或應力〕集中。參數(shù)——K值、D值與EI、GA、EA、L有關。剛度大——自振周期T小，構造地震剪力大?！卜错懽V〕剛度小——構造彈性變形大、超越彈性變形限值。4.5剛度、承載力和延性的匹配——續(xù)2、強度——構造的強度應該以設防目的相符。適宜的強度應該可以防止構造在小震下產生破壞和在大震下出現(xiàn)超出構造變形才干的過大非線性變形。在大地震下構造不存在強度的貯藏，設計者要作的是保證構造的強度分布均勻，即構造實踐強度的分布與地震作用的分布相一致，否那么就會出現(xiàn)薄弱層。參數(shù)——R：Mu、Vu、Nu。承載才干驗算。3、延性——所謂延性，即構造、構件或資料承載才干無明顯降低前提下〔不低于其極限承載力的85%〕構造發(fā)生非彈性變形的才干，即屈服后可以根本維持其屈服強度的非線性變形才干。延性是抗震設計中的一個無比重要的參數(shù)。參數(shù)——Δu/Δy。彈塑性變形驗算。4.5剛度、承載力和延性的匹配——續(xù)抗震設計中沒有哪一個單一的設計參數(shù)可以控制不同部件抗震性能目的的要求。為了滿足不同部件的性能目的，甚至會產生不同設計參數(shù)之間的沖突。如構造的強度需求〔地震產生的慣性力〕和器物的加速度反響主要受構造構件的剛度所影響，為了滿足對應的性能要求往往希望構造具備較小的剛度，而為了控制非構造的破壞又往往希望有較大的剛度。為滿足某一性能程度下建筑中的不同部件〔構造、非構造和器物〕對不同設計控制參數(shù)的需求，抗震設計往往是一個不斷迭代、相互妥協(xié)的過程，以尋覓為滿足不同性能程度下不同建筑部件的性能目的對強度、剛度、延性需求的合理一致。必要的承載才干和良好的變形才干的結合便使構造在地震作用下具有的耗能才干。4.5.1剛度與承載力提高構造剛度：優(yōu)點——可以減小構造側移、減輕地震災禍損失；缺陷——構造剛度大、自振周期小、地震反響大、要求較高程度抵抗力、提高工程造價、降低構造延性。例如：短柱——抗側移剛度大，但是受剪承載才干較小、剛度和強度不匹配經常呵斥嚴重的剪切破壞〔斜裂痕〕。框架構造抗側移剛度小、構造側移大，假設抗側移剛度缺乏〔小震作用下層間側移角到達1/600以上、根本烈度下的層間側移角超越1/200時〕，P-Δ效應將使梁柱等桿件截面產生較大的次彎矩，進一步加大桿件截面的內力偏心距和部分壓應力，應在承載才干驗算和構造措施上充分考慮。此外，框架側移很大時還能夠發(fā)生附加側移與P-Δ效應相互促進的惡性循環(huán)。4.5.1剛度與承載力——續(xù)框架-剪力墻構造剪力墻的數(shù)量及厚度——剪力墻數(shù)量多、厚度大，剛度〔GA〕大、自振周期短、地震作用大；剪力墻數(shù)量小、厚度小，剛度小、自振周期長、地震作用小。設計——根據建筑物重要性、建筑裝修等級和設防烈度高低所確定的構造側移限值，來確定抗震墻的數(shù)量和厚度，使建筑物具有盡能夠長的自振周期紀最小的程度地震作用。經過試算確定。剪力墻厚度厚度要適度，不能過厚，由于：厚墻使建筑自振周期變短，程度地震作用增大；很難使600mm后的RC剪力墻的延性到達普通構造所需求的延性目的；而延性較低的RC墻體，在地震作用下發(fā)生剪切破壞的能夠性以及斜裂痕的開展寬度均增大；厚墻開裂后的剛度退化幅度增大，由此引起的框架剪力增加值加大。4.5.1剛度與承載力——續(xù)剪力墻構造在保證構造變形小于限值、墻體壓曲穩(wěn)定的前提下、應盡量減薄縱、橫墻體的厚度，或采用“主次構造〞，加大墻體的間距，減小墻體的數(shù)量，以降低構造抗側移剛度，減小墻體的程度地震剪力和彎矩。應經過恰當?shù)呐浣睿岣邏w抗主拉應力的強度。對于層數(shù)較多的房屋，為防止墻體的程度施工縫在宏大地震剪力作用下發(fā)生程度錯動，可在房屋下部幾層的水平施工縫處配置一些斜向鋼筋；鋼筋混凝土剪力墻的根部截面，當軸向壓應力較小，而剪應力較大時，也應配置交叉斜筋，以提高其抗剪承載才干，防止地震時出現(xiàn)剪切滑移。4.5.2剛度與延性框架——由線形桿件組成并以其桿件抗彎才干來抵抗側力的構件，抗側移剛度小，經過合理配筋，可以具有較好的延性；墻體——一種片狀構件，靠平面內的抗剪、抗彎才干來抵抗側力，由于高寬比較小，抗側移剛度較大，除彎曲變形外，剪切變形占有相當大的比重，因此延性較差。豎向支撐——雖然也是由線形桿件所組成，但由于屬于軸力桿系，因此具有較大的抗側移剛度，但由于其中的受壓桿件容易發(fā)生側向撓曲，延性較差。4.5.2剛度與延性——續(xù)由框架和墻體或由框架和支撐所組成的雙重體系中，框架的剛度小，承當?shù)牡卣鹆π?，而彈性極限變形值和延性系數(shù)卻較大；墻體或豎向支撐剛度大，承當?shù)牡卣鹆Υ?，而彈性變形值和延性系?shù)卻較小。整個構造在往復地震動的繼續(xù)作用下，墻體或豎向支撐很快就超越本身的較小彈性極限變形值，墻體出現(xiàn)裂痕，支撐發(fā)生桿件屈曲，程度抗力逐漸降低；而此刻的構造層間側移角還遠小于框架的彈性極限變形值，框架尚未充分發(fā)揚其本身的程度抗力，這種由于體系中各抗側力構件的剛度與延性不匹配，呵斥各構件不能同步協(xié)調的發(fā)揚程度抗力，出現(xiàn)先后破壞的各個擊破情況。所以，協(xié)調抗側力體系中各構件的剛度與延性，使其相互匹配，是工程設計中的一條重要設計原那么。4.5.3構造不同部位的延性要求1、構造的延性構造延性含義①構造總體延性：普通用構造的“頂點側移比〞或構造的“平均層間側移比〞來表達；②構造樓層延性：以一個樓層的層間側移比來表達；③構件延性：指整個構造中某一構件〔一榀框架或一片墻體〕的延性；④桿件延性：指一個構件中某一桿件〔框架中的梁或柱，墻片中的連梁或墻肢〕的延性。4.5.3構造不同部位的延性要求——續(xù)2、延性設計的原那么在構造抗震設計中，對構造中重要構件的延性要求，高于對構造總體的延性要求；對構件中關鍵桿件或部的延性要求，又高于對整個構件的延性要求。實踐工程中比較經濟有效的方法是，有選擇地重點提高構造中的重要構件以及某些構件中關鍵桿件或關鍵部位的延性。其原那么是：①在構造的豎向，應該重點提高樓房中能夠出現(xiàn)塑性變形集中的相對懦弱樓層的構件延性。對于剛度沿高度均勻分布的簡單體型建筑，應著重提高底層構件延性；4.5.3構造不同部位的延性要求——續(xù)對于大底盤的高層建筑，應該著重提高主樓與裙房頂面向銜接的樓層中構件的延性；對于其他不規(guī)那么立面高層建筑，應著重加強體型突變處樓層構件延性；對于框托墻體系、框支墻體系，應著重提高底層或底部幾層框架延性。②在平面位置上，應該著重提高房屋周邊轉角處、平面突變處以及復雜平面各翼相接處的構件延性。對于偏心構造，應加大房屋周邊特別是剛度較弱一端構件的延性。③對于具有多道抗震防線的抗側力體系，應著重提高第一道防線中構件的延性。在框架-剪力墻體系中，應重點提高抗震墻的延性；4.5.3構造不同部位的延性要求——續(xù)在筒中筒體系中，應重點提高實墻內筒的延性。在框架-剪力墻體系中，應重點提高抗震墻的延性；在筒中筒體系中，應重點提高實墻內筒的延性。④在同一構件中，應著重提高關鍵桿件的延性。對于框架和框架筒體，應優(yōu)先提高柱的延性；對于聯(lián)肢墻，應特別留意加大各層連梁的延性；對于全墻體系中滿布窗洞的外墻〔壁式框架〕、應著重加強提高窗間墻的延性；⑤在同一桿件中，重點提高延性的部位應該是預期該構件地震時首先屈服的部位：例如梁的兩端、柱的上、下端、抗震墻墻肢的根部等。4.5.4改善構件延性的途徑〔1〕控制構件的破壞形狀：彎曲構件的延性遠大于剪切構件的延性，所以爭取更多的構件實現(xiàn)彎曲破壞——強剪弱彎設計原那么；控制框架構造的破壞機制，使梁的彎曲破壞先于柱的彎曲破壞，稱為：“強柱弱梁〞設計原那么?！?〕減小構件的軸壓比〔N/bchcfc〕：確定截面尺寸時應該控制軸壓比，柱的側移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降；在高軸壓比情況下，添加箍筋用量對提高柱延性比不再發(fā)揚作用。〔3〕高強混凝土的運用：當高層建筑超越40層時，為了保證框架柱具有良好的延性，降低軸壓比，宜采用高強混凝土。不過設計中應該留意，采用高強混凝土時，還應適當降低剪壓比。4.5.4改善構件延性的途徑——續(xù)〔4〕鋼纖維混凝土的運用：鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入少量〔體摻率為1％～2％〕亂向短鋼纖維構成的一種復合資料。鋼纖維混凝土具有較高的抗拉、抗裂和抗剪強度，良好的抗沖擊韌性和抗地震延性。〔5〕型鋼混凝土的運用：型鋼鋼筋混凝土〔SRC〕構造是把型鋼〔S〕置入鋼筋混凝土〔RC〕中，使型鋼、鋼筋〔縱筋和箍筋〕、混凝土三種資料元件協(xié)同任務以抵抗各種外部作用效應的一種構造。SRC構造具有較大的強度、剛度、延性和抗震性能。4.6確保構造的整體性地震作