1、第二部分 結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì),概念設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì) - 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是根據(jù)人們?cè)趯W(xué)習(xí)和實(shí)踐中所建立的正確概念，運(yùn)用人的思維和判斷力，正確和全面地把握結(jié)構(gòu)的整體性能。即根據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)品性（承載能力、變形能力、耗能能力等）的正確把握，合理地確定結(jié)構(gòu)總體與局部設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)自身具有好的品性。,結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)： 正確的場(chǎng)地選擇； 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 正確的構(gòu)造措施。,強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的必要性 - 地震作用的不確定性（隨機(jī)性、復(fù)雜性、間接性和耦連性） 結(jié)構(gòu)計(jì)算假定與實(shí)際情況的差異 其計(jì)算結(jié)果不能全面真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)的受力、變形情況，并確保結(jié)構(gòu)安全可靠。,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)存在的不確定因素： -

2、1地面運(yùn)動(dòng)的不確定性 三個(gè)平動(dòng)分量、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量,2結(jié)構(gòu)分析的影響 影響結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和動(dòng)力反應(yīng)的因素： 質(zhì)量分布的不確定性； 基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用； 節(jié)點(diǎn)的非剛性轉(zhuǎn)動(dòng)； 偏心、扭轉(zhuǎn)及P效應(yīng)； 柱軸向變形。 考慮或不考慮節(jié)點(diǎn)非剛性轉(zhuǎn)動(dòng)的影響程度可達(dá)5%10%；考慮柱軸向變形，自振周期可能加長(zhǎng)15%，加速度反應(yīng)可能降低8%；考慮P-效應(yīng)可能增加位移10%。,3材料的影響 材料性能的退化 混凝土彈性模量的降低 Ex:混凝土彈性模量隨著時(shí)間及應(yīng)變程度而改變。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，混凝土的彈性模量比施工完成后可能降低50%，在應(yīng)變?cè)龃蟮那闆r下還可能繼續(xù)降低，這意味著自振周期可能增長(zhǎng)25%，減小加速度反應(yīng)1

3、0%。,4阻尼的變化 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)阻尼比一般為5%，但當(dāng)受震松動(dòng)以后阻尼比可達(dá)20%30%，自振周期差異達(dá)50%左右。 5基礎(chǔ)差異沉降的影響 按一般荷載設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)卣鹣禂?shù)采用0.10，基礎(chǔ)差異沉降1cm可能造成設(shè)計(jì)彎矩72%的誤差，而這種誤差在設(shè)計(jì)中一般未予考慮。,6地基承載力 考慮地震的偶然性以及短期突然加載的影響，在計(jì)算地震對(duì)地基的影響時(shí)，地基承載力取值往往提高33%50%。 - 目前的抗震設(shè)計(jì)水平尚未達(dá)到真正的科學(xué)水平。 要使建筑物具有盡可能好的抗震性能，首先應(yīng)從大的方面入手，做好抗震概念設(shè)計(jì)。如果整體設(shè)計(jì)沒有做好，計(jì)算工作再細(xì)致，也難免在地震時(shí)建筑物不發(fā)生嚴(yán)重的破壞，乃至倒塌

4、?？茖W(xué)辨證觀：大處著眼、小處著手！正確處理整體與局部、宏觀與微觀的關(guān)系！ 20余年以來，世界上一些大城市先后發(fā)生了若干次大地震，通過震害分析對(duì)建筑物的破壞規(guī)律有了更多的認(rèn)識(shí)，從而取得了抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定了結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。,一、避開抗震危險(xiǎn)地段， 選擇抗震有利地段,選擇建筑場(chǎng)地時(shí)，宜或應(yīng)選擇對(duì)建筑抗震有利的地段，避開對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)不利的地段。 - 抗震危險(xiǎn)地段指地震時(shí)可能發(fā)生崩塌（如溶洞、陡峭的山區(qū)）、地陷（如地下煤礦的大面積采空區(qū)）、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(shí)可能發(fā)生錯(cuò)位的斷層。 就地形而言，一般指突出的山嘴、孤立的山包和山梁的頂部、非巖質(zhì)的陡坡、高

5、差較大的臺(tái)地邊緣、河岸和邊坡邊緣。 就場(chǎng)地土質(zhì)而言，一般指軟弱土、易液化土、斷層破碎帶以及成巖、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的地段等。,圖1表示通海地震烈度為10度區(qū)內(nèi)房屋震害指數(shù)與局部地形的關(guān)系。圖中實(shí)線A表示地基土為第三系風(fēng)化基巖，虛線B表示地基土為較堅(jiān)硬的粘土。同時(shí)，在海城地震時(shí)，從位于大石橋盤龍山高差58m的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)上所測(cè)得的強(qiáng)余震加速度峰值記錄表明，位于孤突地形上的比坡腳平地上的平均達(dá)1.84倍，這說明在孤立山頂?shù)卣鸩▽⒈环糯蟆?圖2表示了這種地理位置的放大作用。,圖1 房屋震害指數(shù)與局部地形的關(guān)系曲線,圖2 地理位置的放大作用,圖3：天津塘沽港地區(qū)，地表下35m為沖填土，其下為深厚的淤泥和

6、淤泥質(zhì)土，地下水位為1.6m。1974年興建的16幢3層住宅和7幢4層住宅，均采用片筏基礎(chǔ)。1976年唐山地震前，累計(jì)沉降分別為200mm和300mm，地震期間沉降量突然增大，分別增加了150mm和200mm。震后，房屋向一邊傾斜，房屋四周的外地坪地面隆起。,圖3 軟土地基上房屋的震害,二、減少能量輸入,1薄的場(chǎng)地覆蓋層。 我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范將場(chǎng)地覆蓋層厚度定義為地面至堅(jiān)硬場(chǎng)地頂面的距離。 堅(jiān)硬場(chǎng)地包括巖石或剪切波速大于500m/s的堅(jiān)硬土層，但硬夾層或孤石堆等不得作為基巖對(duì)待。 國(guó)內(nèi)外多次大地震表明，對(duì)于柔性建筑，厚土層上的震害重，薄土層上的震害輕，直接座落在基巖上的震害更輕。 1923年

7、日本關(guān)東大地震，東京都木結(jié)構(gòu)房屋的破壞率，明顯地隨沖擊層厚度的增加而上升。,圖4 房屋破壞率與覆蓋土層 厚度的關(guān)系,1967年委內(nèi)瑞拉加拉加斯6.4級(jí)地震時(shí)，同一地區(qū)不同覆蓋層厚度土層上的震害有明顯差異，特別是9至12層房屋在厚的沖積土層上房屋破壞率要高得多。圖4表示了1967年委內(nèi)瑞拉加拉加斯地震時(shí)房屋破壞率與覆蓋層厚度的關(guān)系。從圖中的震害調(diào)查的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)土層厚度超過160m時(shí)，10層以上房屋的破壞率顯著提高，1014層房屋的破壞率，約為薄土層上的3倍，而14層以上的破壞率則上升到8倍。,2堅(jiān)實(shí)的場(chǎng)地土。 場(chǎng)地土是指場(chǎng)地范圍內(nèi)的地基土，平面上大致相當(dāng)于一個(gè)廠區(qū)或自然村的大小，深度一般為

8、地面下15米。 震害表明，場(chǎng)地土剛度大的，房屋震害指數(shù)小，破壞輕；剛度小的，震害指數(shù)大，破壞重。 此外，對(duì)于具有較長(zhǎng)周期的高層建筑，位于軟土上時(shí)，地震輸入能量要比位于硬土上的大得多。 因此，就減少地震能量輸入這一點(diǎn)而言，有條件時(shí)，應(yīng)選擇具有較大平均剪切波速的堅(jiān)硬場(chǎng)地土。,表1 墨西哥市區(qū)不同場(chǎng)地土的地震動(dòng)參數(shù),注：震害最重地區(qū)，土的剪切波速Vs=2050m/s； Texcoco湖附近。,表1給出了1985年墨西哥8.1級(jí)地震時(shí)所記錄到的不同場(chǎng)地土的地震動(dòng)參數(shù)。 從表中實(shí)測(cè)的地震記錄結(jié)果表明，不同類別場(chǎng)地土的地震動(dòng)強(qiáng)度有較大的差別。 古湖床軟土上的地震動(dòng)參數(shù)，與硬土上的相比較，加速度峰值約增加4

9、倍， 速度峰值增加5倍，位移峰值增加1.3倍，而反應(yīng)譜最大反應(yīng)加速度則增加了9倍多。,圖5 湖泊基床（1-3）和基巖（4-6）加速度對(duì)比 - 圖5中將1985年墨西哥地震中巖層上和湖泊沉積層的相鄰點(diǎn)處記錄得到的加速度作了對(duì)比，可以看出，由于老湖泊基床沉積層使得這些峰值加速度增大了5倍。,3將建筑物的自振周期與地震動(dòng)的卓越周期錯(cuò)開，避免共振。 1977年羅馬尼亞弗蘭恰地震，地震動(dòng)卓越周期，東西向?yàn)?.0s，南北向?yàn)?.4s。布加勒斯市自振周期為0.8至1.2s的高層建筑破壞嚴(yán)重，其中有不少建筑倒塌，然而該市自振周期為2.0s的25層洲際大旅館幾乎無震害，且墻面裝修也未損壞。 在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)

10、首先估計(jì)建筑所在場(chǎng)地的地震動(dòng)卓越周期；然后，通過改變房屋類型和結(jié)構(gòu)層數(shù)，使建筑物的自振周期與地震動(dòng)的卓越周期相分離。,研究表明，利用場(chǎng)地周期可估計(jì)地震動(dòng)的卓越周期。 場(chǎng)地卓越周期由覆蓋土層厚度和場(chǎng)地平均剪切波速確定，其基本周期為0.24.0s。場(chǎng)地卓越周期T0按下式計(jì)算： 對(duì)于單一土層， 對(duì)于多層場(chǎng)地土， 式中，H、hi單一土層或多層土第i土層的厚度； Vs、Vsi單一土層或多層土第i土層的剪切波速。 根據(jù)抗震規(guī)范的規(guī)定，場(chǎng)地土的計(jì)算深度一般為15米，且不大于場(chǎng)地覆蓋層厚度，因此H15m（hi15m）。,建筑物自振周期的經(jīng)驗(yàn)公式： 1基于脈動(dòng)實(shí)測(cè)的統(tǒng)計(jì)公式 自振周期的經(jīng)驗(yàn)公式是根據(jù)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)，在

11、脈動(dòng)或激勵(lì)下，忽略填充墻布置，質(zhì)量分布差異等，在初步設(shè)計(jì)時(shí)，可按下列公式計(jì)算： （1）高度低于25m具有較多的填充墻框架辦公樓、旅館的基本周期 （2）高度低于50m的框架抗震墻結(jié)構(gòu)的基本周期 （3）高度低于50m的規(guī)則鋼筋混凝土抗震墻結(jié)構(gòu)的基本周期 （4）高度低于35m的化工煤炭工業(yè)系統(tǒng)框架廠房的基本周期 式中，H為房屋的總高度，當(dāng)房屋不等高時(shí)，取平均高度；B為所考慮方向房屋總寬度。這些公式均比脈動(dòng)實(shí)測(cè)平均值大1.21.5倍，以反映地震時(shí)與脈動(dòng)測(cè)量的差異。因?yàn)槊}動(dòng)法僅反應(yīng)了微小變形下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，一些非結(jié)構(gòu)部件也參與工作，使剛度增加，周期減小。,2近似的估算公式 在基于脈動(dòng)實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，再忽

12、略房屋高度和層高的影響，可給出下列更粗略的估算公式： （1）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，T1=（0.080.10）N； （2）鋼筋混凝土框架剪力墻或框架筒體結(jié)構(gòu)，T1=（0.060.08）N； （3）鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)或筒中筒結(jié)構(gòu)，T1=（0.040.05）N； （4）鋼鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)，T1=（0.060.08）N； （5）高層鋼結(jié)構(gòu)，T1=（0.080.12）N； 式中，N為地面以上房屋總層數(shù)。,4采取基礎(chǔ)隔震措施。 利用隔震技術(shù)改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，減少地震能量的輸入，減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，以達(dá)到防震的目的。 基礎(chǔ)隔震方案包括橡膠墊式隔震、滑移式、擺動(dòng)式隔震、懸吊式隔震等。,三、有利的房屋抗震體型

13、,1平面宜簡(jiǎn)單 結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性可以保證地震力具有明確而直接的傳遞途徑，使計(jì)算分析模型更易接近實(shí)際的受力狀態(tài)，所分析的結(jié)果具有更好的可靠性，據(jù)此設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的抗震性能更有安全可靠保證。,圖6 簡(jiǎn)單的建筑平面,圖7 L形建筑的差異位移,地震區(qū)的建筑平面以方形、矩形、圓形為好；正六邊形、正八邊形、 橢圓形、扇形次之（圖6）。 三角形雖也屬簡(jiǎn)單形狀，但是，由于它沿主軸方向不對(duì)稱，在地震作用 下容易發(fā)生較強(qiáng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，對(duì)抗震不利。 此外，帶有較長(zhǎng)翼緣的L形、T形、十字形、Y形、U形和H形等平面 也對(duì)抗震結(jié)構(gòu)性能不利，主要是此類具有較長(zhǎng)翼緣平面的結(jié)構(gòu)在地震動(dòng) 作用下容易發(fā)生圖7所示的較大的差異側(cè)移而導(dǎo)致震害加

14、重。,根據(jù)1985年墨西哥地震震害資料，墨西哥國(guó)家重建委員會(huì)首都地區(qū)規(guī)范與施工規(guī)程分會(huì)分析了房屋破壞原因，按房屋體型分類統(tǒng)計(jì)得出的地震破壞率列于表2。從表中可以看出，拐角形建筑的破壞率很高，高達(dá)42%。,表2 墨西哥地震房屋破壞原因,2立面變化要均勻 即建筑的質(zhì)量和剛度變化要均勻。 結(jié)構(gòu)布置不均勻產(chǎn)生剛度和強(qiáng)度的突變，引起豎向抗側(cè)力構(gòu)件的應(yīng)力集中或變形集中，將降低結(jié)構(gòu)抵抗地震的能力，地震時(shí)易發(fā)生損壞，甚至倒塌。例如，由于建筑的豎向收進(jìn)，地震時(shí)收進(jìn)處上下部分振動(dòng)特性不同，易于在收進(jìn)處的樓板產(chǎn)生應(yīng)力突變，使豎向收進(jìn)的凹角處產(chǎn)生應(yīng)力集中。 圖8和圖9表示了一組不利的豎向布置形式和受到推薦的豎向布置形

15、式。圖10表示了樓層剛度的變化給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。,圖8 豎向布置形式,圖9 剛度沿高度的變化,圖10 樓層剛度變化帶來的不利影響,1971年美國(guó)圣菲南多地震，Olive-View醫(yī)院位于9度區(qū)，主樓遭到嚴(yán)重破壞。它是一幢剛度和強(qiáng)度在底層突變的建筑的典型震例，其教訓(xùn)值得借鑒。該主樓是六層鋼筋混凝土房屋，其剖面如圖11所示。該幢建筑三層以上為框架剪力墻體系，底層和二層為框架體系，而二層有較多的磚隔墻。該結(jié)構(gòu)上、下層的側(cè)向?qū)娱g剛度相差約為10倍。地震后，上面幾層震害很輕，而底層嚴(yán)重偏斜，縱向側(cè)移達(dá)600mm，橫向側(cè)移約600mm，角柱出現(xiàn)嚴(yán)重的受壓酥碎現(xiàn)象。,圖11 OliveView醫(yī)院 主樓

16、剖面,根據(jù)均勻性原則，建筑的立面也應(yīng)采用矩形、梯形和三角形等非突變的幾何形狀（圖12）。突變性的階梯形立面（圖13）盡量不采用，因?yàn)榱⒚嫘螤钔蛔儯厝粠碣|(zhì)量和側(cè)向剛度的突變，在突變部位產(chǎn)生過高的地震反應(yīng)或大的彈塑性變形，可能導(dǎo)致嚴(yán)重破壞，應(yīng)在突變部位采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。,圖12 良好的建筑立面,圖13 不利的建筑立面 （a）大底盤建筑（b）階梯形建筑,3合適的房屋高度 一般而言，房屋愈高，所受到的地震力和傾覆力矩愈大，破壞的可能性也就愈大，各種結(jié)構(gòu)體系都有它最佳的適用高度。不同結(jié)構(gòu)體系的最大建筑高度的規(guī)定綜合考慮了結(jié)構(gòu)的抗震性能、經(jīng)濟(jì)和使用合理、地基條件、震害經(jīng)驗(yàn)以及抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等因素。 表

17、3給出了我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最大建筑高度的范圍。對(duì)于建造在、類場(chǎng)地的房屋、裝配整體式房屋、具有框支層的剪力墻結(jié)構(gòu)以及非常不規(guī)則的結(jié)構(gòu)應(yīng)適當(dāng)降低高度。 表4給出了鋼結(jié)構(gòu)的最大建筑高度。,表3 鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m）,注：1房屋高度指室外地面到檐口或屋面板頂?shù)母叨龋ú豢紤]局部突出屋頂部分）； 2框架核心筒結(jié)構(gòu)指周邊稀疏柱框架與核心筒組成的結(jié)構(gòu)； 3部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)指首層或底部?jī)蓪涌蛑Э拐饓Y(jié)構(gòu)； 4超過表內(nèi)高度的房屋，應(yīng)進(jìn)行專門研究，采取必要的措施。,表4 鋼結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高度（m）,注：1房屋高度指室外地面至檐口的高度； 2超過表內(nèi)高度時(shí)，應(yīng)根據(jù)專門研究，采取必要

18、的措施。,4不大的房屋高寬比 建筑物的高寬比愈大，地震作用的側(cè)移愈大，水平地震力引起的傾覆作用愈嚴(yán)重。由于巨大的傾覆力矩在底層柱和基礎(chǔ)中所產(chǎn)生的拉力和壓力比較難于處理，為有效地防止在地震作用下建筑的傾覆，保證有足夠的地震穩(wěn)定性，應(yīng)對(duì)建筑的高寬比有所限制。 1967年委內(nèi)瑞拉加拉加斯地震曾發(fā)生明顯由于過大傾覆力矩引起破壞的震害實(shí)例。該市一幢18層的公寓，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上各層均有磚填充墻，地下室空曠。在地震中，由于傾覆力矩在地下室柱中引起很大的軸力，造成地下室很多柱子被壓碎，鋼筋壓彎呈燈籠狀。另一震害實(shí)例是1985年墨西哥地震時(shí)，該市一幢9層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于水平地震作用使整個(gè)房屋傾倒，

19、埋深2.5m的箱形基礎(chǔ)翻轉(zhuǎn)了45o，并連同基礎(chǔ)底面的摩擦樁拔出。,我國(guó)對(duì)房屋高寬比的要求是根據(jù)結(jié)構(gòu)體系和地震烈度區(qū)分的。表5和表6分別給出了我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑高寬比限值和鋼結(jié)構(gòu)的建筑高寬比限值。 表5 鋼筋混凝土房屋的最大高寬比,注：1當(dāng)有大底盤時(shí)，計(jì)算高寬比的高度從大底盤頂部算起； 2超過表內(nèi)高寬比和體型復(fù)雜的房屋，應(yīng)進(jìn)行專門研究。,表6 鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大高寬比,注：1當(dāng)有大底盤時(shí)，計(jì)算高寬比的高度應(yīng)從大底盤頂部算起； 2高寬比超過表內(nèi)數(shù)值時(shí)，應(yīng)根據(jù)專門研究，采取必要的措施。,5足夠的基礎(chǔ)埋深 基礎(chǔ)應(yīng)有足夠的埋深，有利于上部結(jié)構(gòu)在地震動(dòng)下的整體穩(wěn)定性，防止傾覆和滑移，并

20、能減小建筑物的整體傾斜。 但是，地震區(qū)高層建筑物的基礎(chǔ)埋深是否須要有最小限制的規(guī)定，一直存在爭(zhēng)議，國(guó)際上大多數(shù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范都未對(duì)此作出明確規(guī)定。只有日本建設(shè)省1982年批準(zhǔn)的高層建筑抗震設(shè)計(jì)指南中，規(guī)定建筑埋置深度約取地上高度1/10，并不應(yīng)小于4m。 我國(guó)鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程中規(guī)定：對(duì)于采用天然基礎(chǔ)的建筑物，基礎(chǔ)埋置深度可不小于建筑高度的1/15，并不應(yīng)小于3m；對(duì)于采用樁基的建筑物，則可不小于建筑高度的1/20，樁的長(zhǎng)度不計(jì)入基礎(chǔ)埋置深度內(nèi)；當(dāng)基礎(chǔ)落在基巖上時(shí)，埋置深度可根據(jù)工程具體情況確定，可不設(shè)地下室，但應(yīng)采用地錨等措施。,6防震縫的合理設(shè)置 防震縫的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)建筑類

21、型、結(jié)構(gòu)體系和建筑體型等具體情況區(qū)別對(duì)待。高層建筑設(shè)置防震縫后，給建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備設(shè)計(jì)帶來一定困難，基礎(chǔ)防水也不容易處理。因此，高層建筑通過調(diào)整平面形狀和尺寸，在構(gòu)造上和施工上采取措施，盡可能不設(shè)縫（伸縮縫、沉降縫和防震縫）。,但下列情況應(yīng)設(shè)置防震縫，將整個(gè)建筑劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單的獨(dú)立單元： （1）平面或立面不規(guī)則，又未在計(jì)算和構(gòu)造上采取相應(yīng)措施； （2）房屋長(zhǎng)度超過規(guī)定的伸縮縫最大間距，又無條件采取特殊措施而必需設(shè)伸縮縫時(shí)； （3）地基土質(zhì)不均勻，房屋各部分的預(yù)計(jì)沉降量（包括地震時(shí)的沉陷）相差過大，必需設(shè)置沉降縫時(shí)； （4）房屋各部分的質(zhì)量或結(jié)構(gòu)的抗推剛度懸殊過大。,四、合理的抗震結(jié)構(gòu)布置,1

22、結(jié)構(gòu)力求對(duì)稱，以避免扭轉(zhuǎn)。 對(duì)稱結(jié)構(gòu)在單向水平地震動(dòng)下，僅發(fā)生平移振動(dòng)，各層構(gòu)件的側(cè)移量相等，水平地震力則按剛度分配，受力比較均勻。 非對(duì)稱結(jié)構(gòu)由于質(zhì)量中心與剛度中心不重合，即使在單向水平地震動(dòng)下也會(huì)激起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，產(chǎn)生平移扭轉(zhuǎn)耦連振動(dòng)。 由于扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的影響，遠(yuǎn)離剛度中心的構(gòu)件側(cè)移量明顯增大，從而所產(chǎn)生的水平地震剪力則隨之增大，較易引起破壞，甚至嚴(yán)重破壞。 為了把扭轉(zhuǎn)效應(yīng)降低到最低程度，可以減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心的距離，圖14給出了由抗震墻和框架組成的主抗側(cè)力構(gòu)件的不利布置的實(shí)例和受推薦的實(shí)例。,圖14樓層平面內(nèi)質(zhì)量和側(cè)向剛度的關(guān)系 （平面上承受重力的框架未畫出）,在國(guó)內(nèi)外地震調(diào)查資料中，不

23、難發(fā)現(xiàn)角柱的震害一般較重，這主要由于角柱受扭轉(zhuǎn)反應(yīng)最為顯著。 1972年尼加拉瓜的馬那瓜地震，位于市中心15層的中央銀行，有一層地下室，采用框架體系，設(shè)置兩個(gè)鋼筋混凝土電梯井和兩個(gè)樓梯間，都集中布置在主樓兩端一側(cè)，兩端山墻還砌有填充墻，如圖15所示。這種結(jié)構(gòu)布置造成質(zhì)量中心與剛度中心明顯不重合，偏心很大，顯然對(duì)抗震不利。1972年發(fā)生地震時(shí)，該幢大廈遭到嚴(yán)重破壞，五層周圍柱子嚴(yán)重開裂，鋼筋壓屈，電梯井墻開裂，混凝土剝落。圍護(hù)墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞嚴(yán)重，有的倒塌。 因此，需要合理布置抗側(cè)力構(gòu)件。例如，在結(jié)構(gòu)布置時(shí)，應(yīng)特別注意具有很大抗推剛度的鋼筋混凝土墻體和鋼筋混凝土的芯筒位置，力求在平面上要居中和

24、對(duì)稱。此外，抗震墻沿房屋周邊布置，可以使結(jié)構(gòu)具有較大的抗扭剛度和較大的抗傾覆能力。,圖15 馬那瓜中央銀行結(jié)構(gòu)平面 （a）低層平面；（b）剖面,2結(jié)構(gòu)沿豎向要等強(qiáng)。 結(jié)構(gòu)抗震性能的好壞，除取決于總的承載能力、變形和耗能能力外，避免局部的抗震薄弱部位是十分重要的。 1976年羅馬尼亞地震，普魯耶什有一幢四層框架體系房屋，底層為咖啡館，無隔墻。上面幾層為住宅，磚隔墻較多。受震后，底層因柱子折斷而倒塌，上面幾層整體坐落。布加勒斯特市的一幢9層框架體系大樓，上部為住宅，底層為商店，同一次地震后，底層嚴(yán)重破壞，瀕臨倒塌。“薄弱層”的存在是地震中建筑物破壞的常見原因之一。,結(jié)構(gòu)薄弱部位的形成，往往是由于剛

25、度突變和屈服承載力系數(shù)突變所造成的。 剛度突變一般是由于建筑體型復(fù)雜或抗震結(jié)構(gòu)體系在豎向布置上不連續(xù)和不均勻性所造成的。由于建筑功能上的需要，往往在某些樓層處豎向抗側(cè)力構(gòu)件被截?cái)?，造成豎向抗側(cè)力構(gòu)件的不連續(xù)，導(dǎo)致傳力路線不明確，從而產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，并過早屈服，形成結(jié)構(gòu)薄弱部位，最終可能導(dǎo)致嚴(yán)重破壞甚至倒塌。豎向抗側(cè)力構(gòu)件截面的突變也會(huì)造成剛度和承載力的劇烈變化，帶來局部區(qū)域的應(yīng)力劇增和塑性變形集中的不利影響。,樓層屈服承載力系數(shù)是影響彈塑性地震反應(yīng)的重要參數(shù)。如果各樓層的屈服承載力系數(shù)大致相等，地震作用下各樓層的側(cè)移將是均勻變化的，整個(gè)建筑將因各樓層抗震可靠度大致相等而具有較好的抗震性能。如

26、果某樓層的屈服承載力系數(shù)遠(yuǎn)低于其他各層，出現(xiàn)抗震薄弱部位，則在地震作用下，將會(huì)過早屈服而產(chǎn)生較大的彈塑性變形，需要有較高的延性要求。因此，盡可能從建筑體型和結(jié)構(gòu)布置上使剛度和屈服強(qiáng)度變化均勻，盡量減少形成抗震薄弱部位的可能性，力求降低彈塑性變形集中的程度，并采取相應(yīng)的措施來提高結(jié)構(gòu)的延性和變形能力。 樓層屈服承載力系數(shù)的定義是按構(gòu)件實(shí)際截面、配筋和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的樓層受剪承載力與罕遇地震下樓層彈性地震剪力的比值。,五、恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料,1選擇結(jié)構(gòu)材料的原則 從抗震角度來考慮，一種好的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具備下列性能： 1）延性系數(shù)高； 2）“強(qiáng)度/重力”比值大； 3）勻質(zhì)性好； 4）正交各向同性； 5

27、）構(gòu)件的連接具有整體性、連接性和較好的延性，并能充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度。 按照上述標(biāo)準(zhǔn)來衡量，高層建筑使用不同材料的結(jié)構(gòu)類型，依其抗震性能優(yōu)劣而排序?yàn)椋轰摻Y(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土鋼混合結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、配筋砌體結(jié)構(gòu)。,2對(duì)材料的質(zhì)量要求 （1）鋼筋 鋼筋混凝土構(gòu)件的延性以及低周反復(fù)荷載下的后期強(qiáng)度，在很大程度上取決于鋼筋的材性，所使用的鋼筋應(yīng)符合下列要求： i）不希望在抗震結(jié)構(gòu)中使用高強(qiáng)鋼筋，一般用中強(qiáng)鋼筋，即HPB235級(jí)、HRB335級(jí)、HRB400級(jí)鋼筋。不希望超過HRB400級(jí)。延伸率4%6%。 ii）鋼筋的實(shí)際屈服強(qiáng)度不能太高，要求實(shí)際

28、值與標(biāo)準(zhǔn)值比值1.3。 iii）鋼筋的實(shí)際極限強(qiáng)度與實(shí)際屈服強(qiáng)度之比值不能太小，以保證有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備，一般為1.25。 iv）不能使用冷加工鋼筋。 v）應(yīng)檢測(cè)鋼筋的應(yīng)變老化脆裂（重復(fù)彎曲試驗(yàn)）、可焊性（檢查化學(xué)成分）、低溫抗脆裂（采用V形槽口的韌性試驗(yàn)）。,（2）混凝土：強(qiáng)度不能太低，否則錨固不好。 （3）型鋼 為了建造具有良好延件的鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的桿件和連接都應(yīng)該具有良好的延性，這就要求型鋼的材質(zhì)符合下列要求： i）足夠的延性。一般的結(jié)構(gòu)鋼均能滿足這項(xiàng)要求。 ii）力學(xué)性能的一致性。為了保證“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)原則的實(shí)現(xiàn)，鋼材強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)盡可能小，即用于各構(gòu)件的最大和最小強(qiáng)度應(yīng)接近相等。 ii

29、i）好的切口延性。此項(xiàng)指標(biāo)是鋼材對(duì)脆性破壞的抵抗能力的量度。 iv）無分層現(xiàn)象。此項(xiàng)要求可以在構(gòu)件加工之前利用超聲波探查。 v）對(duì)片狀撕裂的抵抗能力。通常的檢查方法是在對(duì)板的橫截面進(jìn)行拉伸試驗(yàn)中量測(cè)其延性進(jìn)行衡量。 vi）良好的可焊性。一般而言，鋼材的抗拉強(qiáng)度越高，其可焊性越低。,六、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施,（一）設(shè)置多道抗震防線 單一結(jié)構(gòu)體系只有一道防線，一旦破壞就會(huì)造成建筑物倒塌。特別是當(dāng)建筑物的自振周期與地震動(dòng)卓越周期相近時(shí)，建筑物由此而發(fā)生的共振，更加速其倒塌進(jìn)程。 如果建筑物采用的是多重抗側(cè)力體系，第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)件在強(qiáng)烈地震作用下遭到破壞后，后備的第二道乃至第三道防線的抗側(cè)力構(gòu)

30、件立即接替，抵擋住后續(xù)的地震動(dòng)的沖擊，可保證建筑物最低限度的安全，免于倒塌。 在遇到建筑物基本周期與地震動(dòng)卓越周期相同或接近的情況時(shí)，多道防線就更顯示出其優(yōu)越性。當(dāng)?shù)谝坏揽箓?cè)力防線因共振而破壞，第二道防線接替工作，建筑物自振周期將出現(xiàn)較大幅度的變動(dòng)，與地震動(dòng)卓越周期錯(cuò)開，使建筑物的共振現(xiàn)象得以緩解，避免再度嚴(yán)重破壞。,1第一道防線的構(gòu)件選擇 第一道防線一般應(yīng)優(yōu)先選擇不負(fù)擔(dān)或少負(fù)擔(dān)重力荷載的豎向支撐或填充墻，或選擇軸壓比值較小的抗震墻、實(shí)墻筒體之類的構(gòu)件作為第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)件。 不宜選擇軸壓比很大的框架柱作為第一道防線。 在純框架結(jié)構(gòu)中，宜采用“強(qiáng)柱弱梁”的延性框架。,2結(jié)構(gòu)體系的多道設(shè)防

31、我國(guó)采用的最為廣泛的是框架剪力墻雙重結(jié)構(gòu)體系，主要抗側(cè)力構(gòu)件是剪力墻，它是第一道防線。在彈性地震反應(yīng)階段，大部分側(cè)向地震力由剪力墻承擔(dān)，但是一旦剪力墻開裂或屈服，剪力墻剛度相應(yīng)降低。此時(shí)框架承擔(dān)地震力的份額將增加，框架部分起到第二道防線的作用，并且在地震動(dòng)過程中框架起著支撐豎向荷載的重要作用，它承受主要的豎向荷載。 框架填充墻結(jié)構(gòu)體系實(shí)際上也是等效雙重體系。如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，填充墻可以增加結(jié)構(gòu)體系的承載力和剛度。在地震作用下，填充墻產(chǎn)生裂縫，可以大量吸收和消耗地震能量，填充墻實(shí)際上起到了耗能元件的作用。填充墻在地震后是較易修復(fù)的，但須采取有效措施防止平面外倒塌和框架柱剪切破壞。 單層廠房縱向體系中

32、，可以認(rèn)為也存在等效雙重體系。柱間支撐是第一道防線，柱是第二道防線。通過柱間支撐的屈服來吸收和消耗地震能量，從而保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。,3結(jié)構(gòu)構(gòu)件的多道防線 聯(lián)肢抗震墻中，連系梁先屈服，然后墻肢彎曲破壞喪失承載力。當(dāng)連系梁鋼筋屈服并具有延性時(shí)，它既可以吸收大量地震能量，又能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力，對(duì)墻肢有一定的約束作用，使抗震墻保持足夠的剛度和承載力，延性較好。如果連系梁出現(xiàn)剪切破壞，按照抗震結(jié)構(gòu)多道設(shè)防的原則，只要保證墻肢安全，整個(gè)結(jié)構(gòu)就不至于發(fā)生嚴(yán)重破壞或倒塌。 “強(qiáng)柱弱梁”型的延性框架，在地震作用下，梁處于第一道防線，其屈服先于柱的屈服，首先用梁的變形去消耗輸入的地震能量，使柱處于第二道防線。

33、 在超靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，贅余構(gòu)件為第一道防線，由于主體結(jié)構(gòu)已是靜定或超靜定結(jié)構(gòu)，這些贅余構(gòu)件的先期破壞并不影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。,4工程實(shí)例：尼加拉瓜的馬拉瓜市美洲銀行大廈 尼加拉瓜的馬拉瓜市美洲銀行大廈，地面以上18層，高61米，就是一個(gè)應(yīng)用多道抗震防線概念的成功實(shí)例（圖17所示）。因?yàn)檫@幢大樓位于地震區(qū)，設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想是：在風(fēng)荷載和規(guī)范規(guī)定的等效靜力地震荷載的作用下，結(jié)構(gòu)具有較大的抗推剛度，以滿足變形方面的要求；但在大震作用下，建筑物受到的地震力很大時(shí)，通過某些構(gòu)件的屈服，過渡到另一個(gè)具有較高變形能力的結(jié)構(gòu)體系，繼續(xù)有效地工作。 根據(jù)這一指導(dǎo)思想，該大樓采用11.6m11.6m的鋼筋混凝土芯筒作

34、為主要的抗震和抗風(fēng)構(gòu)件。但是，該芯筒又有四個(gè)小芯筒組成，每個(gè)L形小筒的外邊尺寸為4.6 m4.6m。在每層樓板處，采用較大截面的鋼筋混凝土連系梁，將四個(gè)小筒連成一個(gè)具有較強(qiáng)整體性的大筒。,圖17 馬拉瓜市美洲銀行大廈 （a）平面；（b）剖面,表7 美洲銀行大樓對(duì)馬那瓜地震的反應(yīng),該大廈在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，既考慮四個(gè)小筒作為大筒的組成部分發(fā)揮整體作用時(shí)的受力情況，又考慮連系梁損壞后四個(gè)小筒各自作為獨(dú)立構(gòu)件的受力狀態(tài)，且小筒間的連系梁完全破壞時(shí)整體結(jié)構(gòu)仍具有良好的抗震性能。1972年12月馬拉瓜發(fā)生地震時(shí)，該大廈經(jīng)受了考驗(yàn)。在大震作用下，小筒之間的連梁破壞后，動(dòng)力特性和地震反應(yīng)顯著改變：基本周期T1

35、加長(zhǎng)1.5倍，結(jié)構(gòu)底部水平地震剪力減小一半，地震傾覆力矩減少1/5，但是結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移加大一倍，分析結(jié)果列于表7。,（二）采用減震方法 1提高結(jié)構(gòu)阻尼 結(jié)構(gòu)的彈性地震反應(yīng)，是結(jié)構(gòu)和周期的函數(shù)。它隨結(jié)構(gòu)阻尼比的增大而減小。提高結(jié)構(gòu)阻尼能削減地震反應(yīng)的峰值。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)具體情況采用具有較大阻尼的結(jié)構(gòu)體系。不同結(jié)構(gòu)的阻尼比標(biāo)準(zhǔn)值列于表8。 增設(shè)耗尼裝置或增加耗能措施能夠增加結(jié)構(gòu)吸收地震輸入能量的能力，減小結(jié)構(gòu)變形，常用的有框架設(shè)耗能交叉支撐、低剪力墻開縫、剪力墻墻肢開縫等。,表8 幾類結(jié)構(gòu)的阻尼比標(biāo)準(zhǔn)值,2采用高延性構(gòu)件 （1）延性的作用 彈性地震反應(yīng)分析的著眼點(diǎn)是承載力，用加大承載力來提高

36、結(jié)構(gòu)的抗震能力；彈塑性地震反應(yīng)分的著眼點(diǎn)是變形能力，利用結(jié)構(gòu)的塑性變形的發(fā)展來抗御地震，吸收地震能量。因此提高結(jié)構(gòu)的屈服抗力只能推遲結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段，而增加結(jié)構(gòu)的延性，不僅能削弱地震反應(yīng)，而且提高了結(jié)構(gòu)抗御強(qiáng)烈地震的能力。,（2）延性與地震作用的關(guān)系 對(duì)大量單自由度體系的分析結(jié)果表明，彈塑性結(jié)構(gòu)與對(duì)應(yīng)的彈性結(jié)構(gòu)（剛度、阻尼相同，但無屈服點(diǎn)）的地震反應(yīng)之間，存在著如下關(guān)系： 1長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu) 地震作用下，彈塑性結(jié)構(gòu)的最大側(cè)移近似等于對(duì)應(yīng)彈性結(jié)構(gòu)的最大側(cè)移（圖18）。假想的彈性結(jié)構(gòu)沒有屈服點(diǎn)，所承受的最大地震力為Fe。實(shí)際的彈塑性結(jié)構(gòu)地震作用增長(zhǎng)到Fy時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生屈服，荷載不再上升。,由于A點(diǎn)的位移等

37、于C點(diǎn)的位移，故有 令 ，則有 為結(jié)構(gòu)的延性系數(shù)。C稱為結(jié)構(gòu)影響系數(shù)，其實(shí)際含義是彈塑性結(jié)構(gòu)的等效彈性地震作用的折減系數(shù)。,圖18 長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)地震反應(yīng),2中等周期結(jié)構(gòu) 地震作作用下，彈塑性結(jié)構(gòu)吸收的能量近似等于對(duì)應(yīng)彈性結(jié)構(gòu)吸收的能量。從圖19所示的荷載與變形關(guān)系曲線可以看出，彈性結(jié)構(gòu)達(dá)到最大位移時(shí)所吸收的地震能量，可由三角形面積OAE來代表；彈塑性結(jié)構(gòu)達(dá)到最大位移時(shí)所吸收的地震能量，等于梯形面積OBCD。故有： 等式兩邊同乘以 ， 并引入 ，故有,圖19 中等周期結(jié)構(gòu)地震反應(yīng),因 ，代入上式，得：,上式給出具有長(zhǎng)周期和中等周期彈塑性結(jié)構(gòu)地震作用的折減系數(shù)C。C值隨結(jié)構(gòu)延性值增大而迅速減小的衰減

38、曲線示于圖20。從中可以看出，增大結(jié)構(gòu)延性可以顯著減小所需承擔(dān)的地震作用。,圖20 地震作用折減系數(shù)與延性的關(guān)系,（3）延性與耗能： 一個(gè)結(jié)構(gòu)耐震性能，主要取決于這個(gè)結(jié)構(gòu)的“能量吸收與耗散”能力的大小，而它又取決于結(jié)構(gòu)延性的大小。延性好，則結(jié)構(gòu)通過彈塑性變形耗散大量能量，使結(jié)構(gòu)免于倒塌。,3附設(shè)耗能裝置 在結(jié)構(gòu)一定部位上設(shè)置專門的耗能元件，例如摩擦耗能或利用材料塑性耗能的元件，地震時(shí)，有相當(dāng)一部分的地震輸入能量消耗于這種耗能元件，以減小主體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，達(dá)到減輕主體結(jié)構(gòu)損壞的目的。,4結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制 結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制即在工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設(shè)某種裝置（如隔震墊、消能支撐、消能剪力墻、消能節(jié)點(diǎn)、消能

39、器等）、或某種子結(jié)構(gòu)（如調(diào)頻質(zhì)量等）、或施加外力（外部能量輸入），使工程結(jié)構(gòu)在地震作用下，其結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)（如加速度、速度、位移）得到合理的控制，從而確保結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)中的人、儀器設(shè)備、裝修等的安全和處于正常的使用狀態(tài)，使其在外界的干擾作用下的各項(xiàng)反應(yīng)值控制在允許范圍內(nèi)。 依據(jù)是否需要外界能源，結(jié)構(gòu)控制分為：被動(dòng)、主動(dòng)、半主動(dòng)、混合和智能控制。,（三）優(yōu)選耗能桿件 1在結(jié)構(gòu)中選擇主要耗能構(gòu)件或桿件的原則： （1）它不是承受豎向荷載的主要構(gòu)件，其軸壓比值較低。 （2）它屈服后的變形與穩(wěn)定受到其他仍具有良好工作性能桿件的約束。 （3）它能提供飽滿穩(wěn)定的滯回環(huán)。 因此，選擇構(gòu)件中軸力較小的水平桿件為

40、主要耗能構(gòu)件，使整個(gè)結(jié)構(gòu)具有較大的延性和耗能能力。,2耗能形式的選擇 （1）彎曲耗能優(yōu)于剪切耗能：震害調(diào)查表明，剪切斜裂縫隨著持續(xù)地震動(dòng)而加長(zhǎng)加寬，震后基本不閉合；彎曲橫向裂縫震后基本閉合。試驗(yàn)表明，桿件的彎曲耗能比剪切耗能大得多。因此盡可能將剪切變形為主的構(gòu)件轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢冃螢橹鞯臉?gòu)件，如開通縫連梁，雙功能連梁，低剪力墻開豎縫，梁端開水平縫。,（2）彎曲耗能優(yōu)于軸變耗能：軸力桿件受拉屈服伸長(zhǎng)后，再受壓不能恢復(fù)原長(zhǎng)度，而是發(fā)生側(cè)向屈曲，其吸收的地震能量十分有限。用彎曲桿件的變形來替代軸力桿件的變形，將取得良好的抗震效果。普通的軸交支撐體系（圖21-a），在水平地震作用下，主要靠各桿件特別是斜桿的

41、軸向拉伸或壓縮來耗能，耗能能力小。如果用偏交支撐（圖21-b）取代軸交支撐是提高其耗能能力的簡(jiǎn)易措施。 偏交支撐的特點(diǎn)：（1）斜桿軸線與梁軸交點(diǎn)偏離節(jié)點(diǎn)中心一段距離；（2）斜桿的軸向抗拉或抗壓強(qiáng)度，大于水平桿件的抗彎承載力。因此斜桿不論受拉或受壓始終保持平直，從而利用水平桿件的彎曲來耗能，這就大大改善豎向構(gòu)件的抗震性能。偏交支撐已用于美國(guó)西部地震區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)高層中，美國(guó)東部的里海大學(xué)及日本的建筑公司也在研究推廣。,圖21 豎向斜撐的變形耗能機(jī)制 （a）軸交支撐；（b）偏交支撐,（四）剛度、承載力和延性的匹配 1剛度與承載力 （1）地震力與剛度 一般來說，建筑物的抗推剛度大，自振周期就短，水平地震

42、力大；反之，建筑物的抗推剛度小，自振周期就長(zhǎng)，水平地震力小。因此，應(yīng)該使結(jié)構(gòu)具有與其剛度相適應(yīng)的水平屈服抗力。結(jié)構(gòu)剛度不可過大，從而從根本上減小作用于構(gòu)件上的水平地震作用。 結(jié)構(gòu)也不能過柔，因?yàn)榻ㄖ目雇苿偠冗^小，雖然地震力減小了，但結(jié)構(gòu)的變形增大，其后果是：（1）要求構(gòu)件有很高的延性，導(dǎo)致鋼筋過密。（2）過大的側(cè)移會(huì)加重非結(jié)構(gòu)部件的破壞。（3）P效應(yīng)使構(gòu)件內(nèi)力增值。美國(guó)加州側(cè)力規(guī)范（1988）和美國(guó)統(tǒng)一建筑規(guī)范（1988）均規(guī)定，當(dāng)層間側(cè)移角超過1/400時(shí)，在抗震分析中就要考慮P效應(yīng)引起的側(cè)移增值、構(gòu)件內(nèi)力增值及對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的不利影響。,（2）承載力與剛度的匹配 全墻體系： （1）現(xiàn)澆鋼

43、筋混凝土墻 現(xiàn)澆鋼筋混凝土全墻體系抗推剛度大，自振周期小，地震力很大。 為避免震害采取以下措施： （i）在保證墻體壓曲穩(wěn)定的前提下，加大墻體間距，以降低剛度，減小墻體的水平彎矩和剪力； （i i）通過適當(dāng)配筋，提高墻體抗拉應(yīng)力的強(qiáng)度。在水平施工縫、墻根部配置鋼筋，提高抗剪能力。,（2）裝配鋼筋混凝土墻 裝配鋼筋混凝土全墻體系抗推剛度大，地震力大，強(qiáng)度小。其薄弱環(huán)節(jié)是墻板的水平接縫，地震時(shí)易出現(xiàn)水平裂縫和剪切滑移，1988年前蘇聯(lián)亞美尼亞地震證實(shí)了這一點(diǎn)。 因此，一方面要加強(qiáng)內(nèi)外墻板接縫內(nèi)的豎向鋼筋，減小房屋整體彎曲時(shí)水平接縫受剪承載力的不利影響；另一方面，在水平縫設(shè)暗槽，必要時(shí)可在縫內(nèi)設(shè)斜筋。

44、,（3）配筋磚墻： 磚墻建筑剛度大，承載力低，延性差。設(shè)構(gòu)造柱可提高延性，但對(duì)磚墻的抗剪能力提高十分有限。為使磚墻剪切抗力與其剛度增大引起的地震力相匹配，可在墻內(nèi)設(shè)豎向網(wǎng)狀配筋或設(shè)配筋砂漿帶，且水平鋼筋多于豎向鋼筋，這對(duì)提高磚墻的受剪承載力有利。,框墻體系： （1）按側(cè)移限值確定抗震墻的數(shù)量。側(cè)移值由建筑物重要性、裝修等級(jí)和設(shè)防烈度來確定?？拐饓穸葢?yīng)使建筑物具有盡可能長(zhǎng)的自振周期及最小的水平地震作用。 （2）抗震墻厚度太厚不利于抗震。 理由： 1厚墻使建筑周期減小，水平地震力加大； 2厚墻如過大，如600mm厚，除非沿墻厚設(shè)置三層豎向鋼筋網(wǎng)片，否則很難使其墻體的延性達(dá)到應(yīng)有的要求； 3延性較

45、低的鋼筋混凝土墻體在地震作用下發(fā)生剪切破壞的可能性以及斜裂縫的開展寬度均加大； 4厚墻開裂后的剛度退化幅度加大，由此引起的框架剪力值也加大。因此抗震墻的厚度要適當(dāng)而不能過厚。,框架體系： 純框架體系剛度小，周期長(zhǎng)，地震作用小，變形大?？蚣艿母郊觽?cè)移與P效應(yīng)引起相互促進(jìn)的惡性循環(huán)，以至側(cè)向失穩(wěn)而倒塌。當(dāng)鋼筋混凝土框架體系中存在剛度懸殊的長(zhǎng)柱和短柱時(shí)，短柱柱身發(fā)生很寬的斜裂縫，這表明其較小的受剪承載力與較大的剛度不匹配。因此在短柱柱身內(nèi)配斜向鋼筋或足夠多的水平鋼筋，以提供較大的剪切抗力。 框筒體系： 框筒體系剛度大，周期短，地震作用大，水平地震剪力大。但是在抵抗水平地震剪力方面，框筒體系和框架體系

46、一樣都是靠柱。因此需要注意柱的受剪承載力是否與框筒較大的延性相匹配。在高烈度區(qū)，高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)宜采用“內(nèi)墻筒外框筒”體系代替單一框筒體系。,2剛度與延性 框架剛度較小，配筋恰當(dāng)時(shí)延性較好；墻體剛度較大，除彎曲變形外，剪切變形占有相當(dāng)?shù)谋戎兀有暂^差；豎向支撐屬軸力桿系，剛度大，壓桿易側(cè)向撓曲，延性較差。 對(duì)于框架墻體、框架支撐雙重體系，在地震動(dòng)持續(xù)作用下，墻體或支撐剛度大，受力大，則墻體易先出現(xiàn)裂縫，支撐發(fā)生桿件屈曲，水平抗力減小。而此時(shí)框架的側(cè)移遠(yuǎn)小于其限值，框架尚未發(fā)揮其自身的水平抗力，即剛度與延性不匹配，各構(gòu)件不能同步協(xié)調(diào)工作，出現(xiàn)先后破壞的各個(gè)擊破情況，大大降低了結(jié)構(gòu)的可靠度。 為

47、使雙重體系的抗震墻或豎向支撐能夠與框架同步工作，可采用帶豎縫剪力墻。它可使與框架共同承擔(dān)水平地震作用的同步工作程度大為改善，已實(shí)際應(yīng)用于日本的多幢高層，如47層京王廣場(chǎng)飯店，55層的新宿三井大廈，60層的池袋辦公大樓。豎向支撐改進(jìn)為偏交支撐。,3延性要求 “結(jié)構(gòu)延性”的四層含義： 1結(jié)構(gòu)總體延性，一般用結(jié)構(gòu)的“頂點(diǎn)側(cè)移比”或結(jié)構(gòu)的“平均層間側(cè)移比”來表達(dá)； 2結(jié)構(gòu)樓層延性，以一個(gè)樓層的層間側(cè)移比來表達(dá)； 3構(gòu)件延性，是指整個(gè)結(jié)構(gòu)中某一構(gòu)件（一榀框架或一片墻體）的延性； 4桿件延性，是指一個(gè)構(gòu)件中某一桿件（框架中的梁、柱，墻片中的連梁、墻肢）的延性。 一般而言，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，對(duì)結(jié)構(gòu)中重要構(gòu)件

48、的延性要求，高于對(duì)結(jié)構(gòu)總體的延性要求；對(duì)構(gòu)件中關(guān)鍵桿件或部位的延性要求，又高于對(duì)整個(gè)構(gòu)件的延性要求。因此，要求提高重要構(gòu)件及某些構(gòu)件中關(guān)鍵桿件或關(guān)鍵部位的延性，其原則是：,（1）在結(jié)構(gòu)的豎向，應(yīng)重點(diǎn)提高樓房中可能出現(xiàn)塑性變形集中的相對(duì)柔性樓層的構(gòu)件延性。例如，對(duì)于剛度沿高度均布的簡(jiǎn)單體型高層，應(yīng)著重提高底層構(gòu)件的延性；對(duì)于帶大底盤的高層，應(yīng)著重提高主樓與裙房頂面相銜接的樓層中構(gòu)件的延性（圖22-a）；對(duì)于框托墻體系，應(yīng)著重提高底層或底部幾層的框架的延性（圖22-b）。,圖22 提高延性的重點(diǎn)樓層 （a）大底盤建筑；（b）框托墻結(jié)構(gòu)體系,（2）在平面上，應(yīng)著重提高房屋周邊轉(zhuǎn)角處，平面突變處以及復(fù)

49、雜平面各翼相接處的構(gòu)件延性。對(duì)于偏心結(jié)構(gòu)，應(yīng)加大房屋周邊特別是剛度較弱一端構(gòu)件的延性（圖23）。 （3）對(duì)于具有多道抗震防線的抗側(cè)力體系，應(yīng)著重提高第一道防線中構(gòu)件的延性。如框墻體系，重點(diǎn)提高抗震墻的延性；筒中筒體系，重點(diǎn)提高內(nèi)筒的延性。 （4）在同一構(gòu)件中，應(yīng)著重提高關(guān)鍵桿件的延性。對(duì)于框架、框架筒體應(yīng)優(yōu)先提高柱的延性；對(duì)于多肢墻，應(yīng)重點(diǎn)提高連梁的延性（圖24a）；對(duì)于壁式框架，應(yīng)著重提高窗間墻的延性（圖24-b）。 （5）在同一桿件中，重點(diǎn)提高延性的部位應(yīng)是預(yù)期該構(gòu)件地震時(shí)首先屈服的部位，如梁的兩端、柱上下端、抗震墻肢的根部等。,圖23 提高延性的重點(diǎn)部位,圖24 提高延性的重點(diǎn)部位（立面

50、） （a）多肢墻；（b）壁式框架,4改善構(gòu)件延性的途徑 （1）控制構(gòu)件的破壞形態(tài)。進(jìn)行工程抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在計(jì)算和構(gòu)造上采取措施，力爭(zhēng)避免構(gòu)件的剪切破壞，爭(zhēng)取更多的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)彎曲破壞。 （2）減小桿件軸壓比。試驗(yàn)表明，隨著軸壓比增大，柱的側(cè)移延性急劇減??；而且在高軸壓比下，增加箍筋對(duì)柱的延性將不再發(fā)揮作用。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，確定柱、墻肢等軸壓和壓彎構(gòu)件的截面尺寸時(shí)，應(yīng)該控制其軸壓比值。 （3）高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用可降低軸壓比，但此時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低剪壓比控制值。試驗(yàn)表明，與C40混凝土相比較，對(duì)C70混凝土，要獲得同等的延性，其剪壓比控制值應(yīng)降低20%。 （4）采用鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土具有較高的抗拉

51、、抗裂和抗剪強(qiáng)度，良好的抗沖擊韌性和抗震延性。,5提高構(gòu)件延性的措施 （1）配置斜向鋼筋。在多肢墻的連梁、短柱和窗間墻中設(shè)置交叉斜筋，可以提高延性，防止過早發(fā)生脆性的剪切破壞。 （2）分割成較細(xì)桿件。將粗短桿件分割成幾根并列的細(xì)長(zhǎng)桿件，可以改變桿件的剪切破壞為彎曲破壞，顯著提高桿件的延性，如短柱分割成長(zhǎng)柱、開通縫連梁、墻肢開豎縫等。 （3）單肢墻變?yōu)殡p肢墻，增加寬墻的延性。,（五）提高結(jié)構(gòu)抗倒塌性能 1概念控制法 （1）結(jié)構(gòu)整體倒塌失效模式分析 （2）增加結(jié)構(gòu)冗余度 （3）設(shè)置整體型加強(qiáng)構(gòu)件 （4）加強(qiáng)連接構(gòu)造措施 （5）加強(qiáng)結(jié)構(gòu)延性構(gòu)造措施,（五）提高結(jié)構(gòu)抗倒塌性能 2拆除構(gòu)件法 3拉結(jié)強(qiáng)度

52、法 驗(yàn)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拉結(jié)強(qiáng)度 4. 有關(guān)抗倒塌的措施 1)梁底連續(xù)貫通縱筋; 2)樓板內(nèi)鋼筋貫通; 3)增強(qiáng)抗側(cè)力構(gòu)件; 4)增設(shè)抗倒塌支撐。,七、控制結(jié)構(gòu)變形,1結(jié)構(gòu)體系的變形性質(zhì) 抗側(cè)力構(gòu)件有如下幾種類型：（1）由線形桿件組成的框架、豎向支撐等桿件系統(tǒng)；（2）由片狀桿件直接構(gòu)成的單肢或多肢抗震墻；（3）由片狀桿件圍成的方形或圓形筒體。 抗震墻和筒體均為簡(jiǎn)單構(gòu)件，具有固定的變形特性，在側(cè)力作用下是以整體彎曲變形為主，故屬彎曲型構(gòu)件。 由線形桿件組成的框架和豎向支撐，因?yàn)閮烧叩臈U件組合方式不同，側(cè)力作用下的變形屬性也不相同（圖25）。彎曲體系如框架在側(cè)力作用下，各桿件均能產(chǎn)生較大的彎曲變形，其整

53、體變形曲線與懸臂梁剪切桿的變形曲線相似，稱為剪切型。軸力桿系如支撐其抗推剛度比彎曲桿系大數(shù)倍，其整體變形與伸臂彎曲桿相似，稱為彎曲型。,圖25 線性桿件系統(tǒng)的變形特點(diǎn) （a）彎曲桿系；（b）軸力桿系,2結(jié)構(gòu)變形的限值 （1）抗震規(guī)范的規(guī)定 抗震規(guī)范對(duì)各類結(jié)構(gòu)小震時(shí)的彈性層間位移e和大震時(shí)的彈塑性層間位移p規(guī)定的限值列于表9和表10。沒有對(duì)中震時(shí)的結(jié)構(gòu)變形限值做出規(guī)定的原因是規(guī)范對(duì)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，保證了結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形和塑性性能，使得結(jié)構(gòu)只要符合小震時(shí)的變形要求，就自然滿足了中震時(shí)的變形要求。 （2）高層規(guī)程的規(guī)定 高層規(guī)程（JGJ3-91）對(duì)小震時(shí)結(jié)構(gòu)的彈性變形驗(yàn)算既對(duì)按彈性方法計(jì)

54、算出的層間側(cè)移角e提出要求，又對(duì)按彈性方法計(jì)算出的頂點(diǎn)側(cè)移角e作出規(guī)定，詳見表11。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移角是各樓層層間位移角的平均值，所以其限值比層間位移角要小些。,表9 彈性層間位移角限值,表10 彈塑性層間位移角限值,表11 小震時(shí)高層建筑的結(jié)構(gòu)彈性變形限值,3減小結(jié)構(gòu)側(cè)移的途徑 地震時(shí)結(jié)構(gòu)的側(cè)移特別是層間側(cè)移的大小，是關(guān)系到建筑物破壞程度的決定性因素。因此，在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中，控制結(jié)構(gòu)的側(cè)移已成為關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，能否將側(cè)移控制在允許限度之內(nèi)，是檢驗(yàn)抗側(cè)力體系有效性的重要指標(biāo)。 （1）減小框架的柱距和梁距?？蚣苡闪汉椭鶆傂赃B接組成，其抗推剛度決定于梁和柱的截面和數(shù)量。因此，減小框架的柱距和梁距能

55、減小框架的側(cè)移。比較圖26與圖27可以看出，對(duì)于減小框架側(cè)移增加梁比增加柱有效。,圖26 柱的數(shù)量對(duì)框架側(cè)移的影響 （a）雙柱框架；（b）六柱框架,圖27 梁對(duì)框架側(cè)移的影響 （a）單層框架；（b）4層框架,（2）采用彎剪雙重體系 彎剪雙重抗側(cè)力體系，是指采用彎曲型和剪切型兩種不同變形屬性構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)體系。兩種構(gòu)件通過各層樓板的聯(lián)系進(jìn)行協(xié)同工作，將顯著減小結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)側(cè)移和下部各樓層的最大層間側(cè)移。 1）框墻體系 在水平力作用下，單獨(dú)框架的整體變形屬剪切變形，上部的層間側(cè)移小，下部的層間位移大（圖28a）；單獨(dú)抗震墻則為彎曲型變形，上部的層間側(cè)移大，下部的層間位移?。▓D28b）。采用框墻雙重

56、體系，通過各層樓板的聯(lián)系，框架和抗震墻共同工作（圖29a），使框架和剪力墻的變形趨于一致，即成為彎剪型。兩者之間產(chǎn)生的相互作用力，上部為拉力，下部為壓力（圖29b），從而減小結(jié)構(gòu)的頂部側(cè)移和下部最大層間側(cè)移（圖29c）。,圖28 單獨(dú)構(gòu)件的變形 （a）框架；（b）抗震墻,圖29 框墻體系的側(cè)移 （a）框墻并聯(lián)體；（b）框墻相互作用；（c）側(cè)移曲線,2）框撐體系 豎向支撐是彎曲型構(gòu)件。因此，采用框架支撐體系，同樣能收到框墻體系的良好效果，即減小結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)側(cè)移及最大層間側(cè)移。 3）筒中筒體系 筒中筒體系中鋼筋混凝土墻體組成內(nèi)筒，具有較大的抵抗剪切變形的剛度，在水平力作用下的側(cè)移主要為彎曲變形。而由

57、密排柱框架組成的外框筒，在水平力作用下的側(cè)移為剪彎型（圖30a）。兩者通過各層樓板實(shí)現(xiàn)并聯(lián)后，外框筒與內(nèi)墻筒之間的相互作用力，上部為拉力，下部為推力（圖30b）。其結(jié)果同樣可以減小結(jié)構(gòu)的頂部側(cè)移和下部最大層間側(cè)移。,圖30 側(cè)力作用下的筒中筒體系 （a）單一構(gòu)件的變形；（b）內(nèi)外筒的變形協(xié)調(diào),3設(shè)置加勁桁架。 采用芯筒框架體系時(shí)，水平作用力大部分由芯筒承擔(dān)，由于芯筒以彎曲變形為主（圖31a），高寬比較大，因此芯筒的側(cè)移也比較大。為了減小結(jié)構(gòu)側(cè)移，可以利用高層建筑中每隔十多層布置的設(shè)備樓層，設(shè)置帽桁架和腰桁架，用加勁桁架將芯筒與外圍框架柱連為一體，讓外柱也參與整體彎曲，從而抑制芯筒各水平截面特別

58、是頂部截面的轉(zhuǎn)動(dòng)（圖31b）。芯筒框架體系的側(cè)移曲線示于圖32，圖中的虛線表示未設(shè)置加勁桁架時(shí)的結(jié)構(gòu)側(cè)移；實(shí)線表示設(shè)置加勁桁架后的結(jié)構(gòu)側(cè)移。可以看出，頂點(diǎn)側(cè)移約減小25%。,圖31 芯筒框架體系的變形狀態(tài) （a）無加勁桁架； （b）有加勁桁架,圖32 風(fēng)荷載下芯筒框架體系的側(cè)移曲線,4設(shè)置豎向支撐（可交錯(cuò)布置）。布置豎向支撐交錯(cuò)可以使支撐的總寬度增加，減小支撐整體彎曲變形在總變形中的比重，提高支撐在結(jié)構(gòu)頂部的效用，從而改善了結(jié)構(gòu)的變形形態(tài)，減小結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)側(cè)移。 5變平面結(jié)構(gòu)為立體結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)因柱距較大，梁的線剛度較小，屬于平面結(jié)構(gòu)。如果減小柱距，提高梁的線剛度，框架就可以形成一個(gè)立體結(jié)構(gòu)框架筒體。在水平力作用下翼緣框架和腹板框架共同工作，大大提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗推剛度，有效地減小了結(jié)構(gòu)的位移。,6抗剪墻板的斜向布置。高層建筑中的外框筒因剪力滯后效應(yīng)不能有效地發(fā)揮立體結(jié)構(gòu)的空間作用，將產(chǎn)生較大的頂點(diǎn)側(cè)移和層間側(cè)移。如果沿周圈框架平面布置一定數(shù)量的鋼筋混凝土抗剪墻板，可以有效地克服框筒的剪力滯后效應(yīng)，顯著提高框筒的