1、建筑抗震概念設(shè)計(jì) (seismic conceptdesign of building),一、定義與基本內(nèi)容,根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程稱為概念設(shè)計(jì)。,基本內(nèi)容有：,1.建筑場(chǎng)地的選擇； 2.建筑的體型； 3.結(jié)構(gòu)體系； 4.結(jié)構(gòu)材料； 5.結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)； 6.非結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)。,三、建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性,建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性對(duì)抗震能力的重要影響的認(rèn)識(shí)始自若干現(xiàn)代建筑在地震中的表現(xiàn)。,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(yuǎn)的兩幢高層建筑，一幢為十五層高的中央銀行大廈，另一幢為18層高的美洲銀行大廈。

2、當(dāng)?shù)氐卣鹆叶裙烙?jì)為8度。一幢破壞嚴(yán)重，震后拆除；另一幢輕微損壞，稍加修理便恢復(fù)使用。,馬那瓜中央銀行大廈,試問： 那一幢破壞嚴(yán)重呢？,馬那瓜美洲銀行大廈,馬那瓜中央銀行大廈,1）平面不規(guī)則 4個(gè)樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻。 4層以上的樓板僅為5cm厚，擱置在高45cm長14m小梁上。 2）豎向不規(guī)則 塔樓上部（4層樓面以上），北、東、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4層樓板水平處的過渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m 1.55m的柱子上（間距9.4m）。上下兩部分嚴(yán)重不均勻，不連續(xù)。,主要破壞： 第4層與第5層之間(豎向剛度和承載力突變),周圍柱子嚴(yán)重開裂，柱鋼筋壓屈；

3、橫向裂縫貫穿3層以上的所有樓板(有的寬達(dá)1cm),直至電梯井東側(cè)；塔樓西立面、其他立面窗下和電梯井處的空心磚填充墻及其它非結(jié)構(gòu)構(gòu)件均嚴(yán)重破壞或倒塌。 震后計(jì)算分析結(jié)果: 1.結(jié)構(gòu)存在十分嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)效應(yīng); 2.塔樓3層以上北面和南面大多數(shù)柱子抗剪能力大大不足,率先破壞； 3.水平地震作用下,柔而長的樓板產(chǎn)生可觀的豎向運(yùn)動(dòng)等。,美洲銀行,分析表明： 1.對(duì)稱的結(jié)構(gòu)布置及相對(duì)剛強(qiáng)的聯(lián)肢墻，有效地限制了側(cè)向位移，并防止了明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)； 2.避免了長跨度樓板和砌體填充墻的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞； 3.當(dāng)連梁剪切破壞后，結(jié)構(gòu)體系的位移雖有明顯增加，但由于抗震墻提供了較大的側(cè)向剛度，位移量得到控制。1,結(jié)構(gòu)是均勻

4、對(duì)稱的，基本的抗側(cè)力體系包括4個(gè)L形的筒體，對(duì)稱的由連梁連接起來，這些連梁在地震時(shí)遭到剪切破壞，是整個(gè)結(jié)構(gòu)能觀察到的主要破壞。,建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的重要性！,扭轉(zhuǎn)位移比計(jì)算時(shí)，樓層的位移不采用各振型位移的CQC組合計(jì)算，按國外的規(guī)定明確改為取“給定水平力”計(jì)算，可避免有時(shí)CQC計(jì)算的最大位移出現(xiàn)在樓蓋邊緣的中部而不在角部，而且對(duì)無限剛樓蓋、分塊無限剛樓蓋和彈性樓蓋均可采用相同的計(jì)算方法處理；該水平力一般采用振型組合后的樓層地震剪力換算的水平作用力，并考慮偶然偏心；結(jié)構(gòu)樓層位移和層間位移控制值驗(yàn)算時(shí)，仍采用CQC的效應(yīng)組合。,建筑平面的局部不連續(xù)示例：,沿豎向的側(cè)向剛度不規(guī)則（有柔軟層）

5、,三種不規(guī)則程度的主要?jiǎng)澐址椒ㄈ缦拢?1、不規(guī)則，指的是超過表3.4.3-1和表3.4.3-2中一項(xiàng)及以上的不規(guī)則指標(biāo)；,2、特別不規(guī)則，指具有較明顯的抗震薄弱部位，可能引起不良后果者，通常有三類：其一，同時(shí)具有本規(guī)范表3.4.3所列六個(gè)主要不規(guī)則類型的三個(gè)或三個(gè)以上；其二，具有表1所列的一項(xiàng)不規(guī)則；其三，具有本規(guī)范表3.4.3所列兩個(gè)方面的基本不規(guī)則且其中有一項(xiàng)接近表1的不規(guī)則指標(biāo)。,3、嚴(yán)重不規(guī)則，指的是形體復(fù)雜，多項(xiàng)不規(guī)則指標(biāo)超過本規(guī)范3.4.4條上限值或某一項(xiàng)大大超過規(guī)定值，具有現(xiàn)有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件不能克服的嚴(yán)重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，可能導(dǎo)致地震破壞的嚴(yán)重后果者。,對(duì)于特別不規(guī)則的建筑方案，只

6、要不屬于嚴(yán)重不規(guī)則，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)采取比本規(guī)范第3.4.4條等的要求更加有效的措施。,注意： 1、規(guī)范343條1款的規(guī)定，主要針對(duì)鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的多層和高層建筑所作的不規(guī)則性的限制。 2、表343所列的不規(guī)則類型是主要的而不是全部不規(guī)則，所列的指標(biāo)是概念設(shè)計(jì)的參考性數(shù)值而不是嚴(yán)格的數(shù)值，使用時(shí)需要綜合判斷。明確規(guī)定按不規(guī)則類型的數(shù)量和程度，采取不同的抗震措施。不規(guī)則的程度和設(shè)計(jì)的上限控制，可根據(jù)設(shè)防烈度的高低適當(dāng)調(diào)整。對(duì)于特別不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)要求專門研究和論證。,3、 對(duì)于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則計(jì)算，需注意以下幾點(diǎn)：1)按國外的有關(guān)規(guī)定，樓蓋周邊兩端位移不超過平均位移2倍的情況稱為剛性樓蓋，超過2倍則屬于

7、柔性樓蓋。因此，這種“剛性樓蓋”，并不是剛度無限大。計(jì)算扭轉(zhuǎn)位移比時(shí)，樓蓋剛度可按實(shí)際情況確定而不限于剛度無限大假定。 2)扭轉(zhuǎn)位移比計(jì)算時(shí)，樓層的位移不采用各振型位移的CQC組合計(jì)算，一般采用振型組合后的樓層地震剪力換算的水平作用力，并考慮偶然偏心；結(jié)構(gòu)樓層位移和層間位移控制值驗(yàn)算時(shí)，仍采用CQC的效應(yīng)組合。,Pkpm計(jì)算時(shí)，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)位移比時(shí)，樓板不一定要強(qiáng)制采用剛性樓板假定。,四、結(jié)構(gòu)體系的合理選擇,抗震結(jié)構(gòu)體系是抗震設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問題，結(jié)構(gòu)方案的選取是否合理，對(duì)安全性和經(jīng)濟(jì)性起決定性作用。,規(guī)范規(guī)定：結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合下列各項(xiàng)要求,1.結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞

8、途徑。,受力明確、傳力合理、傳力路線不間斷、抗震分析與實(shí)際表現(xiàn)相符合。,2.應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。,由于柱子的數(shù)量較少或承載能力較弱，部分柱子退出工作后，整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)喪失了對(duì)豎向荷載的承載能力。,抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則是結(jié)構(gòu)應(yīng)有必要的贅余度和內(nèi)力重分配的功能。,3.結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具備必要的承載能力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。,足夠的承載力和變形能力是需要同時(shí)滿足的。,有較大的變形能力而缺少較高的抗側(cè)向力的能力。如鋼或鋼筋混凝土純框架，由于在不大的地震作用下會(huì)產(chǎn)生較大的變形，導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞或結(jié)構(gòu)本身的失穩(wěn)。,有較高的承載能力而缺少

9、較大變形能力。如不加約束的砌體結(jié)構(gòu)，很容易引起脆性破壞而 倒塌。,必要的承載能力和良好的變形能力的結(jié)合便是結(jié)構(gòu)在地震作用下具有的耗能能力。,足夠的承載力和變形能力是需要同時(shí)滿足的。,4、對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力。,抗震薄弱層(部位)的概念，也是抗震設(shè)計(jì)中的重要概念，包括：1)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲(chǔ)備，構(gòu)件的實(shí)際承載力分析(而不是承載力設(shè)計(jì)值的分析)是判斷薄弱層(部位)的基礎(chǔ)； 2)要使樓層(部位)的實(shí)際承載力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力之比在總體上保持一個(gè)相對(duì)均勻的變化，一旦樓層(或部位)的這個(gè)比例有突變時(shí)，會(huì)由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中； 3)要防止在局部上加

10、強(qiáng)而忽視整個(gè)結(jié)構(gòu)各部位剛度、強(qiáng)度的協(xié)調(diào)； 4)在抗震設(shè)計(jì)中有意識(shí)、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。,結(jié)構(gòu)體系還宜符合下列要求：,規(guī)范規(guī)定：,設(shè)置多道抗震防線,不同防線的自振周期應(yīng)有明顯的區(qū)別，以避免結(jié)構(gòu)發(fā)生共振的可能。 第一道防線的破壞不能對(duì)結(jié)構(gòu)的豎向承載力有很大的影響，最后一道防線要能提供一定的強(qiáng)度和大變形的可能。,所謂多道防線的概念，通常指的是： 第一，整個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系由若干個(gè)延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作。如框架-抗震墻體系是由延性框架和抗震墻二個(gè)系統(tǒng)組成；雙肢或多肢抗震墻體系由若干個(gè)

11、單肢墻分系統(tǒng)組成；框架-支撐框架體系由延性框架和支撐框架二個(gè)系統(tǒng)組成；框架-筒體體系由延性框架和筒體二個(gè)系統(tǒng)組成。 第二，抗震結(jié)構(gòu)體系具有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度，有意識(shí)地建立起一系列分布的塑性屈服區(qū)，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，一旦破壞也易于修復(fù)。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，需考慮部分構(gòu)件出現(xiàn)塑性變形后的內(nèi)力重分布，使各個(gè)分體系所承擔(dān)的地震作用的總和大于不考慮塑性內(nèi)力重分布時(shí)的數(shù)值。,5、防震縫的合理設(shè)置,體型復(fù)雜的建筑并不一概提倡設(shè)置防震縫。由于是否設(shè)置防震縫各有利弊，歷來有不同的觀點(diǎn)，總體傾向是： 1 可設(shè)縫、可不設(shè)縫時(shí)，不設(shè)縫。設(shè)置防震縫可使結(jié)構(gòu)抗震分析模型較為簡(jiǎn)單，容易估計(jì)其地震作用和采取抗震措施，但需考慮扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)，并按規(guī)范各章的規(guī)定確定縫寬，使防震縫兩側(cè)在預(yù)期的地震(如中震)下不發(fā)生碰撞或減輕碰撞引起的局部損壞。2 當(dāng)不設(shè)置防震縫時(shí)，結(jié)構(gòu)分析模型復(fù)雜，連接處局部應(yīng)力集中需要加強(qiáng)，而且需仔細(xì)估計(jì)地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等可能導(dǎo)致的不利影響。,六、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性,結(jié)構(gòu)的變形能力取決于組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件及其連接的延性水平。,規(guī)范對(duì)各類結(jié)構(gòu)采取的抗震措施，基本上是提高各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性水平。,七、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施,八、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì),非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，包括建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑附屬機(jī)電設(shè)備，自身及其與結(jié)構(gòu)主體的連