東南大學工程結(jié)構(gòu)抗震分析-二結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計ppt課件

1、工程結(jié)構(gòu)抗震分析第二部分第二部分 結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 概念設(shè)計 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計 結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計-結(jié)構(gòu)概念設(shè)計是根據(jù)人們在學習和實踐中所建立的正確概念，運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，使結(jié)構(gòu)自身具有好的品性。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計：正確的場地選擇；合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計；正確的構(gòu)造措施。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析強調(diào)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計的必要性 -地震作用的不確定性隨機性、復雜性、間接性和耦連性）結(jié)構(gòu)計算假定與實際情況的差異 其計算結(jié)果不能全面真實地反映結(jié)構(gòu)的受力

2、、變形情況，并確保結(jié)構(gòu)安全可靠。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計存在的不確定因素：- 1地面運動的不確定性三個平動分量、三個轉(zhuǎn)動分量 工程結(jié)構(gòu)抗震分析2結(jié)構(gòu)分析的影響結(jié)構(gòu)分析的影響影響結(jié)構(gòu)動力特性和動力反應的因素：影響結(jié)構(gòu)動力特性和動力反應的因素：質(zhì)量分布的不確定性；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；基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用；節(jié)點的非剛性轉(zhuǎn)動；節(jié)點的非剛性轉(zhuǎn)動；偏心、扭轉(zhuǎn)及偏心、扭轉(zhuǎn)及P效應；效應；柱軸向變形。柱軸向變形。 考慮或不考慮節(jié)點非剛性轉(zhuǎn)動的影響程度考慮或不考慮節(jié)點非剛性轉(zhuǎn)動的影響程度可達可達5%10%；考慮柱軸向變形，自振周；考慮柱軸向變形，自振周期可能加長期可能加長1

3、5%，加速度反應可能降低，加速度反應可能降低8%；考慮考慮P效應可能增加位移效應可能增加位移10%。工程結(jié)構(gòu)抗震分析3材料的影響材料的影響材料性能的退化材料性能的退化混凝土彈性模量的降低混凝土彈性模量的降低Ex:混凝土彈性模量隨著時間及應變程度混凝土彈性模量隨著時間及應變程度而改變。隨著時間的增長，混凝土的彈性而改變。隨著時間的增長，混凝土的彈性模量比施工完成后可能降低模量比施工完成后可能降低50%，在應變，在應變增大的情況下還可能繼續(xù)降低，這意味著增大的情況下還可能繼續(xù)降低，這意味著自振周期可能增長自振周期可能增長25%，減小加速度反應，減小加速度反應10%。工程結(jié)構(gòu)抗震分析 4阻尼的變化

4、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)阻尼比一般為5%，但當受震松動以后阻尼比可達20%30%，自振周期差異達50%左右。 5基礎(chǔ)差異沉降的影響按一般荷載設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)，當?shù)卣鹣禂?shù)采用0.10，基礎(chǔ)差異沉降1cm可能造成設(shè)計彎矩72%的誤差，而這種誤差在設(shè)計中一般未予考慮。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析6地基承載力地基承載力考慮地震的偶然性以及短期突然加載的影響，在計考慮地震的偶然性以及短期突然加載的影響，在計算地震對地基的影響時，地基承載力取值往往提高算地震對地基的影響時，地基承載力取值往往提高33%50%。 目前的抗震設(shè)計水平尚未達到真正的科學水平。目前的抗震設(shè)計水平尚未達到真正的科學水平。 要使建筑物具有盡可能好的抗震性能

5、，首先應從要使建筑物具有盡可能好的抗震性能，首先應從大的方面入手，做好抗震概念設(shè)計。如果整體設(shè)計大的方面入手，做好抗震概念設(shè)計。如果整體設(shè)計沒有做好，計算工作再細致，也難免在地震時建筑沒有做好，計算工作再細致，也難免在地震時建筑物不發(fā)生嚴重的破壞，乃至倒塌?？茖W辨證觀：大物不發(fā)生嚴重的破壞，乃至倒塌?？茖W辨證觀：大處著眼、小處著手！正確處理整體與局部、宏觀與處著眼、小處著手！正確處理整體與局部、宏觀與微觀的關(guān)系！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，通過震害分析對建筑物的破壞規(guī)律有了次大地震，通過震害分析對建筑物的破壞規(guī)律有

6、了更多的認識，從而取得了抗震設(shè)計經(jīng)驗，確定了結(jié)更多的認識，從而取得了抗震設(shè)計經(jīng)驗，確定了結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計的要點。構(gòu)抗震概念設(shè)計的要點。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析一、避開抗震危險地段，一、避開抗震危險地段，選擇抗震有利地段選擇抗震有利地段 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 選擇建筑場地時，宜或應選擇對建筑抗震有利的地段，避開對建筑抗震設(shè)計不利的地段。- 抗震危險地段指地震時可能發(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)震斷裂帶在地震時可能發(fā)生錯位的斷層。 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、高差較大的臺地邊緣、河岸和邊坡邊

7、緣。 就場地土質(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。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析圖圖1 1表示通海地震烈度為表示通海地震烈度為1010度區(qū)內(nèi)房屋震害指數(shù)與局部地形的關(guān)系。度區(qū)內(nèi)房屋震害指數(shù)與局部地形的關(guān)系。圖中實線圖中實線A A表示地基土為第三系風化基巖，虛線表示地基土為第三系風化基巖，虛線B B表示地基土為較堅硬表示地基土為較堅硬的粘土。同時，在海城地震時，從位于大石橋盤龍山高差的粘土。同時，在海城地震時，從位于大石橋盤龍山高差58m58m的兩個測的兩個測點上所測得的強余震加速度峰值記錄表明，位于孤突地形上的比坡腳點上所測得的強余震加速度峰值記錄表明，位于孤

8、突地形上的比坡腳平地上的平均達平地上的平均達1.841.84倍，這說明在孤立山頂?shù)卣鸩▽⒈环糯蟆１叮@說明在孤立山頂?shù)卣鸩▽⒈环糯?。圖圖2 2表示了這種地理位置的放大作用。表示了這種地理位置的放大作用。 圖圖1 房屋震害指數(shù)與局部地形的關(guān)系曲線房屋震害指數(shù)與局部地形的關(guān)系曲線圖圖2 地理位置的放大作用地理位置的放大作用工程結(jié)構(gòu)抗震分析 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2

9、00mm。震后，房屋向一邊傾斜，房屋四周的外地坪地面隆起。 圖圖3 軟土地基上房屋的震害軟土地基上房屋的震害工程結(jié)構(gòu)抗震分析二、減少能量輸入二、減少能量輸入 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 1薄的場地覆蓋層。我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范將場地覆蓋層厚度定義為地面至堅硬場地頂面的距離。堅硬場地包括巖石或剪切波速大于500m/s的堅硬土層，但硬夾層或孤石堆等不得作為基巖對待。國內(nèi)外多次大地震表明，對于柔性建筑，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。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析圖圖4 房屋破壞率與覆蓋土層房屋破壞率與覆蓋土

10、層厚度的關(guān)系厚度的關(guān)系1967年委內(nèi)瑞拉加拉加斯年委內(nèi)瑞拉加拉加斯6.4級地震時，同一地區(qū)不同覆蓋層厚度土層級地震時，同一地區(qū)不同覆蓋層厚度土層上的震害有明顯差異，特別是上的震害有明顯差異，特別是9至至12層房屋在厚的沖積土層上房屋破壞層房屋在厚的沖積土層上房屋破壞率要高得多。圖率要高得多。圖4表示了表示了1967年委內(nèi)瑞拉加拉加斯地震時房屋破壞率與年委內(nèi)瑞拉加拉加斯地震時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)計數(shù)據(jù)表明，當土層厚度覆蓋層厚度的關(guān)系。從圖中的震害調(diào)查的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，當土層厚度超過超過160m時，時，10層以上房屋的破壞率顯著提高，層以上房屋的破壞率顯著提高，1014

11、層房屋的破壞層房屋的破壞率，約為薄土層上的率，約為薄土層上的3倍，而倍，而14層以上的破壞率則上升到層以上的破壞率則上升到8倍。倍。工程結(jié)構(gòu)抗震分析 2堅實的場地土。堅實的場地土。場地土是指場地范圍內(nèi)的地基土，平面上大致相當于一個廠區(qū)或自場地土是指場地范圍內(nèi)的地基土，平面上大致相當于一個廠區(qū)或自然村的大小，深度一般為地面下然村的大小，深度一般為地面下15米。米。震害表明，場地土剛度大的，房屋震害指數(shù)小，破壞輕；剛度小的，震害表明，場地土剛度大的，房屋震害指數(shù)小，破壞輕；剛度小的，震害指數(shù)大，破壞重。震害指數(shù)大，破壞重。此外，對于具有較長周期的高層建筑，位于軟土上時，地震輸入能此外，對于具有較長

12、周期的高層建筑，位于軟土上時，地震輸入能量要比位于硬土上的大得多。量要比位于硬土上的大得多。因而，就減少地震能量輸入這一點而言，有條件時，應選擇具有較因而，就減少地震能量輸入這一點而言，有條件時，應選擇具有較大平均剪切波速的堅硬場地土。大平均剪切波速的堅硬場地土。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析場地土場地土類別類別地震動地震動卓越周卓越周期期s）水平地震動參數(shù)水平地震動參數(shù)構(gòu)造構(gòu)造（5%阻尼比）阻尼比）最大反應加速最大反應加速度度g）加速度加速度g）速度速度cm/s）位移位移cm）巖石巖石0.50.03960.12硬土硬土1.00.041090.10軟硬土過軟硬土過渡區(qū)渡區(qū)1.00.111270.16軟土軟

13、土（古湖床）（古湖床）2.00.2061211.02軟土軟土（古湖床）（古湖床）3.04.00.1440220.43表表1 1 墨西哥市區(qū)不同場地土的地震動參數(shù)墨西哥市區(qū)不同場地土的地震動參數(shù) 注：震害最重地區(qū)，土的剪切波速Vs=2050m/s； Texcoco湖附近。 表表1給出了給出了1985年墨西哥年墨西哥8.1級地震時所記錄到的不同場地土的地震動參數(shù)。級地震時所記錄到的不同場地土的地震動參數(shù)。從表中實測的地震記錄結(jié)果表明，不同類別場地土的地震動強度有較大的差別。從表中實測的地震記錄結(jié)果表明，不同類別場地土的地震動強度有較大的差別。古湖床軟土上的地震動參數(shù)，與硬土上的相比較，加速度峰值約

14、增加古湖床軟土上的地震動參數(shù)，與硬土上的相比較，加速度峰值約增加4倍，倍，速度峰值增加速度峰值增加5倍，位移峰值增加倍，位移峰值增加1.3倍，而反應譜最大反應加速度則增加了倍，而反應譜最大反應加速度則增加了9倍多。倍多。工程結(jié)構(gòu)抗震分析圖5 湖泊基床1-3和基巖4-6加速度對比-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處記錄得到的加速度作了對比，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。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 3將建筑物的自振周期與地震動的卓越周期錯開，避免共振。1977年羅馬尼亞弗蘭恰地震，地震動卓越周期，東西向為1.0s，南北向為1.4s。布加勒斯市自振周期為

15、0.8至1.2s的高層建筑破壞嚴重，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。在進行建筑設(shè)計時，應首先估計建筑所在場地的地震動卓越周期；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的卓越周期相分離。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 研究表明，利用場地周期可估計地震動的卓越周期。場地卓越周期由覆蓋土層厚度和場地平均剪切波速確定，其基本周期為0.24.0s。場地卓越周期T0按下式計算： 對于單一土層， 對于多層場地土， 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)的規(guī)定，場地土的計算

16、深度一般為15米，且不大于場地覆蓋層厚度，因此H15m（hi15m）。 svHT40siivhT40工程結(jié)構(gòu)抗震分析建筑物自振周期的經(jīng)驗公式：1基于脈動實測的統(tǒng)計公式自振周期的經(jīng)驗公式是根據(jù)實測統(tǒng)計，在脈動或激勵下，忽略填充墻布置，質(zhì)量分布差異等，在初步設(shè)計時，可按下列公式計算：（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，當房屋不等高時，取平均高度；B為所考慮方向房屋總寬度。這些公式均比脈動實測平均值

17、大1.21.5倍，以反映地震時與脈動測量的差異。因為脈動法僅反應了微小變形下的結(jié)構(gòu)動力特性，一些非結(jié)構(gòu)部件也參與工作，使剛度增加，周期減小。 3135. 022. 0BHT32100069. 033. 0BHT31038. 004. 0BHT35 . 210015. 029. 0BHT工程結(jié)構(gòu)抗震分析 2近似的估算公式在基于脈動實測的基礎(chǔ)上，再忽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=（0.080.10N；（2鋼筋混凝土框架剪力墻或框架筒體結(jié)構(gòu)，T1=（0.060.08N；（3鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)或筒中筒結(jié)構(gòu)，T1=（0.040.05N；（4鋼鋼筋混凝

18、土混合結(jié)構(gòu)，T1=（0.060.08N；（5高層鋼結(jié)構(gòu)，T1=（0.080.12N； 式中，N為地面以上房屋總層數(shù)。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 4采取基礎(chǔ)隔震措施。利用隔震技術(shù)改變結(jié)構(gòu)的動力特性，減少地震能量的輸入，減小結(jié)構(gòu)地震反應，以達到防震的目的。基礎(chǔ)隔震方案包括橡膠墊式隔震、滑移式、擺動式隔震、懸吊式隔震等。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析三、有利的房屋抗震體型三、有利的房屋抗震體型 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 1平面宜簡單結(jié)構(gòu)的簡單性可以保證地震力具有明確而直接的傳遞途徑，使計算分析模型更易接近實際的受力狀態(tài)，所分析的結(jié)果具有更好的可靠性，據(jù)此設(shè)計的結(jié)構(gòu)的抗震性能更有安全可靠保證。工程結(jié)構(gòu)抗震分析圖圖6 簡單的建筑平

19、面簡單的建筑平面圖圖7 L形建筑的差異位移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、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、扇形次之圖橢圓形、扇形次之圖6）。）。三角形雖也屬簡單形狀，但是，由于它沿主軸方向不對稱，在地震作用三角形雖也屬簡單形狀，但是，由于它沿主軸方向不對稱，在地震作用下容易發(fā)生較強的扭轉(zhuǎn)振動，對抗震不利。下容易發(fā)生較強的扭轉(zhuǎn)振動，對抗震不利。此外，帶有較長翼緣的此外，帶有較長翼緣的L形、形、T形、十字形、形、十字形、Y形、形、U形和形和H形等平面形等平面也對抗震結(jié)構(gòu)性能不利，主要是此類具有較長翼緣平面的結(jié)構(gòu)在地震動

20、也對抗震結(jié)構(gòu)性能不利，主要是此類具有較長翼緣平面的結(jié)構(gòu)在地震動作用下容易發(fā)生圖作用下容易發(fā)生圖7所示的較大的差異側(cè)移而導致震害加重。所示的較大的差異側(cè)移而導致震害加重。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 根據(jù)1985年墨西哥地震震害資料，墨西哥國家重建委員會首都地區(qū)規(guī)范與施工規(guī)程分會分析了房屋破壞原因，按房屋體型分類統(tǒng)計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42%。 建筑特征破壞率（%）拐角形建筑42剛度明顯不對稱15低層柔弱8碰 撞15表表2 墨西哥地震房屋破壞原因墨西哥地震房屋破壞原因工程結(jié)構(gòu)抗震分析 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

21、度的突變，引起豎向抗側(cè)力構(gòu)件的應力集中或變形集中，將降低結(jié)構(gòu)抵抗地震的能力，地震時易發(fā)生損壞，甚至倒塌。例如，由于建筑的豎向收進，地震時收進處上下部分振動特性不同，易于在收進處的樓板產(chǎn)生應力突變，使豎向收進的凹角處產(chǎn)生應力集中。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。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析圖圖8 豎向布置形式豎向布置形式圖圖9 剛度沿高度的變化剛度沿高度的變化圖圖10 樓層剛度變化帶來的不利影響樓層剛度變化帶來的不利影響工程結(jié)構(gòu)抗震分析 1971年美國圣菲南多地震，Olive-View醫(yī)院位于9度區(qū)，主樓遭到嚴重破壞。它是一幢

22、剛度和強度在底層突變的建筑的典型震例，其教訓值得借鑒。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，而底層嚴重偏斜，縱向側(cè)移達600mm，橫向側(cè)移約600mm，角柱出現(xiàn)嚴重的受壓酥碎現(xiàn)象。 圖圖11 OliveView醫(yī)院醫(yī)院主樓剖面主樓剖面工程結(jié)構(gòu)抗震分析 根據(jù)均勻性原則，建筑的立面也應采用矩形、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，因為立面形狀突變，必然帶來質(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

23、應或大的彈塑性變形，可能導致嚴重破壞，應在突變部位采取相應的加強措施。 圖圖12 良好的建筑立面良好的建筑立面 圖13 不利的建筑立面（a大底盤建筑b階梯形建筑工程結(jié)構(gòu)抗震分析 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)濟和使用合理、地基條件、震害經(jīng)驗以及抗震設(shè)計經(jīng)驗等因素。表3給出了我國抗震設(shè)計規(guī)范中對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最大建筑高度的范圍。對于建造在、類場地的房屋、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)應適當降低高度。表4給出了鋼結(jié)構(gòu)的最

24、大建筑高度。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析結(jié)構(gòu)類型烈 度6789框 架60554525框架抗震震墻全部落分框支12010080筒 體框架核心中柱抗震墻403530表表3 3 鋼筋混凝土房屋適用的最大高度鋼筋混凝土房屋適用的最大高度m m） 注：注：1房屋高度指室外地面到檐口或屋面板頂?shù)母叨炔豢紤]局部房屋高度指室外地面到檐口或屋面板頂?shù)母叨炔豢紤]局部突出屋頂部分）；突出屋頂部分）； 2框架框架核心筒結(jié)構(gòu)指周邊稀疏柱框架與核心筒組成的結(jié)構(gòu)；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)

25、指首層或底部兩層框支抗震墻結(jié)構(gòu)；部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)指首層或底部兩層框支抗震墻結(jié)構(gòu)； 4超過表內(nèi)高度的房屋，應進行專門研究，采取必要的措施。超過表內(nèi)高度的房屋，應進行專門研究，采取必要的措施。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析結(jié) 構(gòu) 類 型6、7度8度9度框架1109050框架支撐剪力墻板）220200140筒體框筒、筒中筒、桁架筒、束筒和巨型框架300260180表表4 4 鋼結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高度鋼結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高度m 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，應根據(jù)專門研究，采取必要的措施。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 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

26、起的傾覆作用愈嚴重。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，應對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。另一震害實例是1985年墨西哥地震時，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房屋傾倒，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。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析

27、我國對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分別給出了我國抗震設(shè)計規(guī)范中對鋼筋混凝土結(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 結(jié)構(gòu)類型6度7度8度9度框架、板柱抗震墻4432框架抗震墻5543抗震墻6654筒體6654注：1當有大底盤時，計算高寬比的高度從大底盤頂部算起； 2超過表內(nèi)高寬比和體型復雜的房屋，應進行專門研究。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析烈度6、789最大高寬比6.56.05.5表表6 6 鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大高寬比鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大高寬比 注：1當有大底盤時，計算高寬比的高度應從大底盤頂部算起； 2高寬比超過表內(nèi)數(shù)值時，應根據(jù)專門研究，

28、采取必要的措施。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 5足夠的基礎(chǔ)埋深基礎(chǔ)應有足夠的埋深，有利于上部結(jié)構(gòu)在地震動下的整體穩(wěn)定性，防止傾覆和滑移，并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，一直存在爭議，國際上大多數(shù)抗震設(shè)計規(guī)范都未對此作出明確規(guī)定。只有日本建設(shè)省1982年批準的中，規(guī)定建筑埋置深度約取地上高度1/10，并不應小于4m。我國中規(guī)定：對于采用天然基礎(chǔ)的建筑物，基礎(chǔ)埋置深度可不小于建筑高度的1/15，并不應小于3m；對于采用樁基的建筑物，則可不小于建筑高度的1/20，樁的長度不計入基礎(chǔ)埋置深度內(nèi)；當基礎(chǔ)落在基巖上時，埋置深度可根據(jù)工程具體情況確定，可不設(shè)地下室，

29、但應采用地錨等措施。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 6防震縫的合理設(shè)置防震縫的設(shè)置，應根據(jù)建筑類型、結(jié)構(gòu)體系和建筑體型等具體情況區(qū)別對待。高層建筑設(shè)置防震縫后，給建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備設(shè)計帶來一定困難，基礎(chǔ)防水也不容易處理。因而，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）。工程結(jié)構(gòu)抗震分析但下列情況應設(shè)置防震縫，將整個建筑劃分為若干個簡單的獨立但下列情況應設(shè)置防震縫，將整個建筑劃分為若干個簡單的獨立單元：單元：（1平面或立面不規(guī)則，又未在計算和構(gòu)造上采取相應措施；平面或立面不規(guī)則，又未在計算和構(gòu)造上采取相應措施；（2房屋長度超過規(guī)定的伸縮縫最大間距，又無條件采

30、取特殊措房屋長度超過規(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；施而必需設(shè)伸縮縫時；（3地基土質(zhì)不均勻，房屋各部分的預計沉降量包括地震時的地基土質(zhì)不均勻，房屋各部分的預計沉降量包括地震時的沉陷相差過大，必需設(shè)置沉降縫時；沉陷相差過大，必需設(shè)置沉降縫時；（4房屋各部分的質(zhì)量或結(jié)構(gòu)的抗推剛度懸殊過大。房屋各部分的質(zhì)量或結(jié)構(gòu)的抗推剛度懸殊過大。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析四、合理的抗震結(jié)構(gòu)布置四、合理的抗震結(jié)構(gòu)布置工程結(jié)構(gòu)抗震分析 1結(jié)構(gòu)力求對稱，以避免扭轉(zhuǎn)。對稱結(jié)構(gòu)在單向水平地震動下，僅發(fā)生平移振動，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。非對稱結(jié)構(gòu)由于質(zhì)量中心與剛度中心

31、不重合，即使在單向水平地震動下也會激起扭轉(zhuǎn)振動，產(chǎn)生平移扭轉(zhuǎn)耦連振動。由于扭轉(zhuǎn)振動的影響，遠離剛度中心的構(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，甚至嚴重破壞。為了把扭轉(zhuǎn)效應降低到最低程度，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)件的不利布置的實例和受推薦的實例。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析圖圖14樓層平面內(nèi)質(zhì)量和側(cè)向剛度的關(guān)系樓層平面內(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）（平面上承受重力的框架未畫出）工程結(jié)構(gòu)抗震分析 在國內(nèi)外地震調(diào)查資料中，不難發(fā)現(xiàn)角柱的震害一般較重，這在國內(nèi)外地震調(diào)查資料中，不難發(fā)現(xiàn)角柱的震害一般較重

32、，這主要由于角柱受扭轉(zhuǎn)反應最為顯著。主要由于角柱受扭轉(zhuǎn)反應最為顯著。 1972 1972年尼加拉瓜的馬那瓜地震，位于市中心年尼加拉瓜的馬那瓜地震，位于市中心1515層的中央銀行，層的中央銀行，有一層地下室，采用框架體系，設(shè)置兩個鋼筋混凝土電梯井和兩個樓有一層地下室，采用框架體系，設(shè)置兩個鋼筋混凝土電梯井和兩個樓梯間，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1515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，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，顯然對抗震不利。顯然對抗震不利。1972

33、1972年發(fā)生地震時，該幢大廈遭到嚴重破壞，五層年發(fā)生地震時，該幢大廈遭到嚴重破壞，五層周圍柱子嚴重開裂，鋼筋壓屈，電梯井墻開裂，混凝土剝落。圍護墻周圍柱子嚴重開裂，鋼筋壓屈，電梯井墻開裂，混凝土剝落。圍護墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞嚴重，有的倒塌。等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞嚴重，有的倒塌。 因而，需要合理布置抗側(cè)力構(gòu)件。例如，在結(jié)構(gòu)布置時，應特因而，需要合理布置抗側(cè)力構(gòu)件。例如，在結(jié)構(gòu)布置時，應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，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對稱。此外，抗震墻沿房屋周邊布置，可以使力求在平面上要居中和對稱。此外，抗

34、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。結(jié)構(gòu)具有較大的抗扭剛度和較大的抗傾覆能力。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析圖15 馬那瓜中央銀行結(jié)構(gòu)平面 （a低層平面；（b剖面工程結(jié)構(gòu)抗震分析 2結(jié)構(gòu)沿豎向要等強。結(jié)構(gòu)沿豎向要等強。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。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

35、因為咖啡館，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，底層嚴重破壞，體系大樓，上部為住宅，底層為商店，同一次地震后，底層嚴重破壞，瀕臨倒塌。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。薄弱層的存在是地震中建筑物破壞的常見原因之一。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 結(jié)構(gòu)薄弱部位的形成，往往是由于剛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

36、能上的需要，往往在某些樓層處豎向抗側(cè)力構(gòu)件被截斷，造成豎向抗側(cè)力構(gòu)件的不連續(xù)，導致傳力路線不明確，從而產(chǎn)生局部應力集中，并過早屈服，形成結(jié)構(gòu)薄弱部位，最終可能導致嚴重破壞甚至倒塌。豎向抗側(cè)力構(gòu)件截面的突變也會造成剛度和承載力的劇烈變化，帶來局部區(qū)域的應力劇增和塑性變形集中的不利影響。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 樓層屈服承載力系數(shù)是影響彈塑性地震反應的重要參數(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。如果某樓層的屈服承載力系數(shù)遠低于其他各層，出現(xiàn)抗震薄弱部位，則在地震作用下，將會過早屈服而產(chǎn)生較大的彈塑性變形，需

37、要有較高的延性要求。因而，盡可能從建筑體型和結(jié)構(gòu)布置上使剛度和屈服強度變化均勻，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)件實際截面、配筋和材料強度標準值計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。工程結(jié)構(gòu)抗震分析五、恰當?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料五、恰當?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 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)材料應具備下列性能：1延性系數(shù)高；2）“強度/重力比值大；3勻質(zhì)性好；4正交各向同性；5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)揮材料的強度。 按照上述標準來

38、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)劣而排序為：鋼結(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)、預應力混凝土結(jié)構(gòu)、裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、配筋砌體結(jié)構(gòu)。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析2對材料的質(zhì)量要求對材料的質(zhì)量要求（1鋼筋鋼筋鋼筋混凝土構(gòu)件的延性以及低周反復荷載下的后期強度，在很大鋼筋混凝土構(gòu)件的延性以及低周反復荷載下的后期強度，在很大程度上取決于鋼筋的材性，所使用的鋼筋應符合下列要求：程度上取決于鋼筋的材性，所使用的鋼筋應符合下列要求：i不希望在抗震結(jié)構(gòu)中使用高強鋼筋，一般用中強鋼筋，即不希望在抗震結(jié)構(gòu)中使用高強鋼筋，一般用中強鋼筋，即HPB235級、級、HRB335級、級

39、、HRB400級鋼筋。不希望超過級鋼筋。不希望超過HRB400級。級。延伸率延伸率 4%6%。ii鋼筋的實際屈服強度不能太高，要求實際值與標準值比值鋼筋的實際屈服強度不能太高，要求實際值與標準值比值 1.3。iii鋼筋的實際極限強度與實際屈服強度之比值不能太小，以保證鋼筋的實際極限強度與實際屈服強度之比值不能太小，以保證有足夠的強度儲備，一般為有足夠的強度儲備，一般為1.25。iv不能使用冷加工鋼筋。不能使用冷加工鋼筋。v應檢測鋼筋的應變老化脆裂重復彎曲試驗）、可焊性檢查應檢測鋼筋的應變老化脆裂重復彎曲試驗）、可焊性檢查化學成分）、低溫抗脆裂采用化學成分）、低溫抗脆裂采用V形槽口的韌性試驗）。

40、形槽口的韌性試驗）。工程結(jié)構(gòu)抗震分析（2混凝土：強度不能太低，否則錨固不好?；炷粒簭姸炔荒芴?，否則錨固不好。（3型鋼型鋼為了建造具有良好延件的鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的桿件和連接都應該具有為了建造具有良好延件的鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的桿件和連接都應該具有良好的延性，這就要求型鋼的材質(zhì)符合下列要求：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)鋼均能滿足這項要求。足夠的延性。一般的結(jié)構(gòu)鋼均能滿足這項要求。ii力學性能的一致性。為了保證力學性能的一致性。為了保證“強柱弱梁設(shè)計原則的實現(xiàn)，強柱弱梁設(shè)計原則的實現(xiàn)，鋼材強度的標準差應盡可能小，即用于各構(gòu)件的最大和最小強度應接鋼材強度的標準差應盡可能

41、小，即用于各構(gòu)件的最大和最小強度應接近相等。近相等。iii好的切口延性。此項指標是鋼材對脆性破壞的抵抗能力的量度。好的切口延性。此項指標是鋼材對脆性破壞的抵抗能力的量度。iv無分層現(xiàn)象。此項要求可以在構(gòu)件加工之前利用超聲波探查。無分層現(xiàn)象。此項要求可以在構(gòu)件加工之前利用超聲波探查。v對片狀撕裂的抵抗能力。通常的檢查方法是在對板的橫截面進對片狀撕裂的抵抗能力。通常的檢查方法是在對板的橫截面進行拉伸試驗中量測其延性進行衡量。行拉伸試驗中量測其延性進行衡量。vi良好的可焊性。一般而言，鋼材的抗拉強度越高，其可焊性越良好的可焊性。一般而言，鋼材的抗拉強度越高，其可焊性越低。低。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析六、提

42、高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施六、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施 工程結(jié)構(gòu)抗震分析（一設(shè)置多道抗震防線（一設(shè)置多道抗震防線 單一結(jié)構(gòu)體系只有一道防線，一旦破壞就會造成建筑物倒塌。特單一結(jié)構(gòu)體系只有一道防線，一旦破壞就會造成建筑物倒塌。特別是當建筑物的自振周期與地震動卓越周期相近時，建筑物由此而發(fā)別是當建筑物的自振周期與地震動卓越周期相近時，建筑物由此而發(fā)生的共振，更加速其倒塌進程。生的共振，更加速其倒塌進程。 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)在強烈地震作用下遭到破壞后，后備

43、的第二道乃至第三道防線的抗側(cè)力構(gòu)件立即接替，抵擋住后續(xù)的地震動的沖擊，可保證建筑物最低限力構(gòu)件立即接替，抵擋住后續(xù)的地震動的沖擊，可保證建筑物最低限度的安全，免于倒塌。度的安全，免于倒塌。 在遇到建筑物基本周期與地震動卓越周期相同或接近的情況時，在遇到建筑物基本周期與地震動卓越周期相同或接近的情況時，多道防線就更顯示出其優(yōu)越性。當?shù)谝坏揽箓?cè)力防線因共振而破壞，多道防線就更顯示出其優(yōu)越性。當?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，與地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，與地震動卓越周期錯開，使建筑物的共振現(xiàn)象得以緩解，避免再度嚴重

44、破震動卓越周期錯開，使建筑物的共振現(xiàn)象得以緩解，避免再度嚴重破壞。壞。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 1第一道防線的構(gòu)件選擇 第一道防線一般應優(yōu)先選擇不負擔或少負擔重力荷載的豎向支撐或填充墻，或選擇軸壓比值較小的抗震墻、實墻筒體之類的構(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“強柱弱梁的延性框架。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 2結(jié)構(gòu)體系的多道設(shè)防結(jié)構(gòu)體系的多道設(shè)防 我國采用的最為廣泛的是框架我國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。在彈性地震反應階段，大部分側(cè)向地構(gòu)件是剪力墻，它是第一道防

45、線。在彈性地震反應階段，大部分側(cè)向地震力由剪力墻承擔，但是一旦剪力墻開裂或屈服，剪力墻剛度相應降低。震力由剪力墻承擔，但是一旦剪力墻開裂或屈服，剪力墻剛度相應降低。此時框架承擔地震力的份額將增加，框架部分起到第二道防線的作用，此時框架承擔地震力的份額將增加，框架部分起到第二道防線的作用，并且在地震動過程中框架起著支撐豎向荷載的重要作用，它承受主要的并且在地震動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。豎向荷載。 框架框架填充墻結(jié)構(gòu)體系實際上也是等效雙重體系。如果設(shè)計得當，填充墻結(jié)構(gòu)體系實際上也是等效雙重體系。如果設(shè)計得當，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

46、充墻產(chǎn)生填充墻可以增加結(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，填充墻實際上起到了耗能元件的裂縫，可以大量吸收和消耗地震能量，填充墻實際上起到了耗能元件的作用。填充墻在地震后是較易修復的，但須采取有效措施防止平面外倒作用。填充墻在地震后是較易修復的，但須采取有效措施防止平面外倒塌和框架柱剪切破壞。塌和框架柱剪切破壞。 單層廠房縱向體系中，可以認為也存在等效雙重體系。柱間支撐是第單層廠房縱向體系中，可以認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

47、震能量，從而保證整個結(jié)構(gòu)的安全。量，從而保證整個結(jié)構(gòu)的安全。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 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。當連系梁鋼筋屈服并具有延性時，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，整個結(jié)構(gòu)就不至于發(fā)生嚴重破壞或倒塌。 “強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。 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)

48、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結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 4工程實例：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，就是一個應用多道抗震防線概念的成功實例圖17所示）。因為這幢大樓位于地震區(qū)，設(shè)計指導思想是：在風荷載和規(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，通過某些構(gòu)件的屈服，過渡到另一個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)這一指導思想，該大樓采用11.6m11.6m的鋼筋混凝土芯筒作為主要的抗震和抗風構(gòu)件。但是，該芯筒又有四

49、個小芯筒組成，每個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，將四個小筒連成一個具有較強整體性的大筒。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析圖圖17 馬拉瓜市美洲銀行大廈馬拉瓜市美洲銀行大廈（a平面；（平面；（b剖面剖面工程結(jié)構(gòu)抗震分析結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 動動 力力 反反 應應結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 工工 作作 狀狀 態(tài)態(tài)4個小筒整體個小筒整體工作時工作時4個小筒單獨工個小筒單獨工作時作時基本周期基本周期s）1.33.3結(jié)構(gòu)底部地震剪結(jié)構(gòu)底部地震剪力力KN）2700013000結(jié)構(gòu)底部地震傾結(jié)構(gòu)底部地震傾覆力矩覆力矩KNm）370000300000結(jié)構(gòu)頂點位移結(jié)構(gòu)頂點位移mm）120240表

50、表7 7 美洲銀行大樓對馬那瓜地震的反應美洲銀行大樓對馬那瓜地震的反應 該大廈在進行抗震設(shè)計時，既考慮四個小筒作為大筒的組成部分發(fā)揮整體作用時的受力情況，又考慮連系梁損壞后四個小筒各自作為獨立構(gòu)件的受力狀態(tài)，且小筒間的連系梁完全破壞時整體結(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，該大廈經(jīng)受了考驗。在大震作用下，小筒之間的連梁破壞后，動力特性和地震反應顯著改變：基本周期T1加長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)頂點側(cè)移加大一倍，分析結(jié)果列于表7。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析（二采用減震方法（二采用減震方法 1提高結(jié)構(gòu)阻尼提高結(jié)構(gòu)阻尼 結(jié)構(gòu)的彈性地震反

51、應，是結(jié)構(gòu)和周期的函數(shù)。它隨結(jié)構(gòu)阻尼比結(jié)構(gòu)的彈性地震反應，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的峰值。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)的增大而減小。提高結(jié)構(gòu)阻尼能削減地震反應的峰值。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時可以根據(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)的計時可以根據(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)的阻尼比標準值列于表阻尼比標準值列于表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

52、墻墻肢開縫等。開縫、剪力墻墻肢開縫等。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析結(jié)構(gòu)類型阻尼比（%）焊接鋼框架體系，內(nèi)外墻均為柔性連接2焊接或栓接鋼框架體系，（1剛性維護墻，柔性內(nèi)墻（2混凝土剪力墻57鋼筋混凝土框架體系， （1內(nèi)外墻均為柔性連接（2剛性圍護墻，柔性內(nèi)墻 （3混凝土剪力墻5710鋼筋混凝土全墻體系10表表8 8 幾類結(jié)構(gòu)的阻尼比標準值幾類結(jié)構(gòu)的阻尼比標準值 工程結(jié)構(gòu)抗震分析2采用高延性構(gòu)件采用高延性構(gòu)件（1延性的作用延性的作用彈性地震反應分析的著眼點是承載力，用加大承載力來提高彈性地震反應分析的著眼點是承載力，用加大承載力來提高結(jié)構(gòu)的抗震能力；彈塑性地震反應分的著眼點是變形能力，利結(jié)構(gòu)的抗震能力；彈塑

53、性地震反應分的著眼點是變形能力，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)進入塑性階段，而增加結(jié)構(gòu)的高結(jié)構(gòu)的屈服抗力只能推遲結(jié)構(gòu)進入塑性階段，而增加結(jié)構(gòu)的延性，不僅能削弱地震反應，而且提高了結(jié)構(gòu)抗御強烈地震的延性，不僅能削弱地震反應，而且提高了結(jié)構(gòu)抗御強烈地震的能力。能力。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析（2延性與地震作用的關(guān)系延性與地震作用的關(guān)系 對大量單自由度體系的分析結(jié)果表明，彈塑性結(jié)構(gòu)與對應對大量單自由度體系的分析結(jié)果表明，彈塑性結(jié)構(gòu)與對應的彈性結(jié)構(gòu)剛度、阻尼相同，但無屈服點的地震反應之間，的彈性結(jié)構(gòu)剛度

54、、阻尼相同，但無屈服點的地震反應之間，存在著如下關(guān)系：存在著如下關(guān)系： 1長周期結(jié)構(gòu)長周期結(jié)構(gòu) 地震作用下，彈塑性結(jié)構(gòu)的最大側(cè)移近似等于對應彈性結(jié)構(gòu)地震作用下，彈塑性結(jié)構(gòu)的最大側(cè)移近似等于對應彈性結(jié)構(gòu)的最大側(cè)移圖的最大側(cè)移圖18）。假想的彈性結(jié)構(gòu)沒有屈服點，所承受的）。假想的彈性結(jié)構(gòu)沒有屈服點，所承受的最大地震力為最大地震力為Fe。實際的彈塑性結(jié)構(gòu)地震作用增長到。實際的彈塑性結(jié)構(gòu)地震作用增長到Fy時，結(jié)時，結(jié)構(gòu)發(fā)生屈服，荷載不再上升。構(gòu)發(fā)生屈服，荷載不再上升。工程結(jié)構(gòu)抗震分析由于由于A點的位移等于點的位移等于C點的位移，故有點的位移，故有令令 ，則有，則有為結(jié)構(gòu)的延性系數(shù)。為結(jié)構(gòu)的延性系數(shù)。C

55、稱為結(jié)構(gòu)影響系數(shù)，其實際含義是彈稱為結(jié)構(gòu)影響系數(shù)，其實際含義是彈塑性結(jié)構(gòu)的等效彈性地震作用的折減系數(shù)。塑性結(jié)構(gòu)的等效彈性地震作用的折減系數(shù)。 1pyeyFFeyFF1eyFFC/1C圖圖18 長周期結(jié)構(gòu)地震反應長周期結(jié)構(gòu)地震反應工程結(jié)構(gòu)抗震分析 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應彈性結(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)達到最大位移時所吸收的地震能量，可由三角形面積OAE來代表；彈塑性結(jié)構(gòu)達到最大位移時所吸收的地震能量，等于梯形面積OBCD。故有： 等式兩邊同乘以 ，并引入 ，故有eeypyFF21)21(y/2yp/yeeyFF ) 1

56、2(121eyeyFF工程結(jié)構(gòu)抗震分析圖19 中等周期結(jié)構(gòu)地震反應因 ，代入上式，得： eyeyFFeyeyFF121C工程結(jié)構(gòu)抗震分析 上式給出具有長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的地震作用。 圖圖20 地震作用折減系數(shù)與延性的關(guān)系地震作用折減系數(shù)與延性的關(guān)系工程結(jié)構(gòu)抗震分析 （3延性與耗能： 一個結(jié)構(gòu)耐震性能，主要取決于這個結(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。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 3附設(shè)耗能裝置在

57、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，有相當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，達到減輕主體結(jié)構(gòu)損壞的目的。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 4結(jié)構(gòu)振動控制 結(jié)構(gòu)振動控制即在工程結(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、消能器等）、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)的動力反應如加速度、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反應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)

58、控制分為：被動、主動、半主動、混合和智能控制。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 （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)。 因而，選擇構(gòu)件中軸力較小的水平桿件為主要耗能構(gòu)件，使整個結(jié)構(gòu)具有較大的延性和耗能能力。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 2耗能形式的選擇耗能形式的選擇（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)地震動而加長加寬，震后基本不閉合；彎曲橫向縫隨著持續(xù)地震動而加長加寬，震后基本不閉合；彎

59、曲橫向裂縫震后基本閉合。試驗表明，桿件的彎曲耗能比剪切耗能裂縫震后基本閉合。試驗表明，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冃未蟮枚唷Ｒ虼吮M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，為主的構(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。梁端開水平縫。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析 （2彎曲耗能優(yōu)于軸變耗能：軸力桿件受拉屈服伸長后，再受壓不能恢復原長度，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

60、靠各桿件特別是斜桿的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易措施。偏交支撐的特點：（1斜桿軸線與梁軸交點偏離節(jié)點中心一段距離；（2斜桿的軸向抗拉或抗壓強度，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西部地震區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)高層中，美國東部的里海大學及日本的建筑公司也在研究推廣。 工程結(jié)構(gòu)抗震分析圖圖21 豎向斜撐的變形耗能機制豎向斜撐的變形耗能機制（a軸交支撐；（軸交支撐；（b偏交支撐偏交支撐工程結(jié)構(gòu)抗震分析 （四剛度、承載力和延性的匹配 1剛度與承