地震工程學(xué)11（建筑抗震概念設(shè)計(jì)1）

同濟(jì)大學(xué)Tongji

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第十一章建筑抗震概念設(shè)計(jì)翟

永

梅同

濟(jì)

大

學(xué)土木工程學(xué)院上

海

防

災(zāi)

救

災(zāi)

研

究

所地

震

工

程

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第十一章

建筑抗震概念設(shè)計(jì)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)。意義（1）“計(jì)算設(shè)計(jì)”很難有效控制結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，不能完全解決問題

——地震作用的不確定性

——

結(jié)構(gòu)計(jì)算假定與實(shí)際情況的差異（計(jì)算模型、非結(jié)構(gòu)墻體對(duì)

結(jié)構(gòu)剛度的影響、阻尼變化等）（2）經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、定性判斷同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention第11章

建筑抗震概念設(shè)計(jì)11.1

場(chǎng)地選擇11.2

建筑的平立面布置11.3

結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置11.4

多道抗震防線11.5

剛度、承載力和延性的匹配11.6

確保結(jié)構(gòu)的整體性11.7

非結(jié)構(gòu)部件處理上海防災(zāi)救災(zāi)研究所Shanghai

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University基本概念??

1、計(jì)算設(shè)計(jì)（Numerical

design）：按荷載計(jì)算、內(nèi)力分析及組合、強(qiáng)度計(jì)算

、構(gòu)造措施等稱為計(jì)算設(shè)計(jì)。

“計(jì)算設(shè)計(jì)”——不能完全依賴！?

地震方面——地震是一種隨機(jī)振動(dòng)，具有復(fù)雜

性、不確

定性，因此很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù)

。地震在時(shí)間和空間上都具有很大的隨機(jī)性。?

結(jié)構(gòu)分析——未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)

、材料時(shí)效、阻尼變化等多種因素，也存在不確定性。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention基本概念——續(xù)

?

2、概念設(shè)計(jì)（Conceptual

design）

：立足于工程抗震基

本理論及長(zhǎng)期工程抗震經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的工程抗震基本概念的抗

震設(shè)計(jì)。

在著手進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，著眼于結(jié)構(gòu)的總體地震反應(yīng)

，靈活運(yùn)用抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，既注意總體布置上的大原則，

又考慮關(guān)鍵部分的細(xì)節(jié)，從而全面、合理地解決結(jié)構(gòu)抗震

設(shè)計(jì)中的基本問題。

有助于掌握明確的設(shè)計(jì)思想，靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用抗震設(shè)計(jì)

原則，是設(shè)計(jì)人員不致陷入盲目的計(jì)算工作，從而做到比

較合理的抗震設(shè)計(jì)。

抗震概念設(shè)計(jì)是目前工程設(shè)計(jì)高度自動(dòng)化的背景下唯一具

有能動(dòng)性和創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)過程。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention基本概念——續(xù)

抗震概念設(shè)計(jì)的思路：

在工程設(shè)計(jì)一開始，把握好能量輸入、房屋體型、結(jié)構(gòu)

體系、剛度分布、構(gòu)件延性等幾個(gè)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(jì)算和構(gòu)造措施，有可能使房屋建筑具有良

好的抗震性能和足夠的抗震可靠度。

由于對(duì)地震作用及結(jié)構(gòu)性能的了解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在某種

意義上，概念設(shè)計(jì)比計(jì)算設(shè)計(jì)更重要。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.1

場(chǎng)地選擇不同的場(chǎng)地上的建筑震害不同,在建筑選址時(shí)，要盡量選擇對(duì)建筑抗震有利的地段，避開不利和危險(xiǎn)地段。?

場(chǎng)地選擇選擇有利地段（穩(wěn)定基巖、堅(jiān)硬土等）避開不利地段，無法避免時(shí)應(yīng)采取有效措施（軟弱土、液化土、條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘等）不應(yīng)在危險(xiǎn)地段建造甲、乙、丙類建筑（可能發(fā)生滑坡、崩塌、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶等）?

I類場(chǎng)地時(shí)，抗震構(gòu)造措施（新規(guī)范）甲、乙類建筑按設(shè)防烈度采?。?、乙、丙）類建筑可按設(shè)防烈度降低一度采?。?度不降）同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.1場(chǎng)地選擇2）關(guān)于地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，抗震規(guī)范有如下規(guī)定：1、避開危險(xiǎn)地帶（如斷裂帶等）；2、同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基上；無法避開時(shí)，除考慮不同土層差異運(yùn)動(dòng)的影響外，還應(yīng)采用局部深基礎(chǔ)，使整個(gè)建筑物的基礎(chǔ)落在同一土層上（圖）3、同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基部分采用樁基；

（可設(shè)沉降縫，成為兩個(gè)單元）4、地基為軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴(yán)重不均勻

時(shí)，應(yīng)估計(jì)地震時(shí)地基不均勻沉降或其他不利影響，并

采取相應(yīng)措施，基礎(chǔ)應(yīng)加強(qiáng)其整體性和剛性。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.2建筑的平立面布置一幢房屋的動(dòng)力性能基本上取決于它的建筑布局和結(jié)構(gòu)布

置。建筑布局簡(jiǎn)單合理，結(jié)構(gòu)布置符合抗震原則，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(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)

計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。

3.4.2條規(guī)定：建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、

對(duì)稱，并應(yīng)具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜

規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截

面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減少，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)

的側(cè)向剛度和承載力突變。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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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。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。同濟(jì)大學(xué)Tongji

University馬那瓜中央銀行大廈上海防災(zāi)救災(zāi)研究所Shanghai

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試問：

那一幢破壞嚴(yán)

重呢？馬那瓜美洲銀行大廈Shanghai

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Prevention4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(zhǎng)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；

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(zhǎng)的樓板產(chǎn)生可觀的豎向運(yùn)動(dòng)等。

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馬那瓜

中央銀行大廈1）平面不規(guī)則

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結(jié)構(gòu)是均勻?qū)ΨQ的，基本的抗側(cè)力體

系包括4個(gè)L形的桶體，對(duì)稱地由連梁連接起美洲

來，這些連梁在地震時(shí)遭到剪切破壞，是整銀行

個(gè)結(jié)構(gòu)能觀察到的主要破壞。

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(zhǎng)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。不規(guī)則類型定義扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%,或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯(cuò)層同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention平面不規(guī)則的類型δ1δ22δ2

+δ1δ2

+δ1

2δ2

>1.2×扭轉(zhuǎn)不規(guī)則B

>

0.3BmaxBmaxB

>

0.3BmaxBmaxBmaxB

>

0.3BmaxBmaxB

>

0.3Bmax凹凸角不規(guī)則不規(guī)則類型定義扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%,或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯(cuò)層同濟(jì)大學(xué)Tongji

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PreventionBBA

=

BlA0

>

0.3Al局部不連續(xù)b

<

0.5B

大開洞錯(cuò)層平面不規(guī)則的類型不規(guī)則類型定義側(cè)向剛度不規(guī)則該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進(jìn)的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架等向下傳遞樓層承載力突變抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention豎向不規(guī)則的類型Ki

<

0.7Ki+1KiKi+2Ki+1Ki+3)Ki+1

+

Ki+2

+

Ki+3

3Ki

<

0.8(沿豎向的側(cè)向剛度不規(guī)則（有柔軟層）

豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)不規(guī)則類型定義側(cè)向剛度不規(guī)則該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進(jìn)的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架等向下傳遞樓層承載力突變抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)屈服抗剪強(qiáng)度不均勻

（有薄弱層）Qy,i+1Qy,iQy,i

<

0.8Qy,i+1

嚴(yán)重不規(guī)則是指體型復(fù)雜，多項(xiàng)不規(guī)則指標(biāo)超過表中指標(biāo)或某一項(xiàng)大大超過規(guī)定值，具有嚴(yán)重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，將會(huì)導(dǎo)致地震破壞的嚴(yán)重后果者。

注：以上規(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。豎向不規(guī)則的類型同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention建筑結(jié)構(gòu)類型，依其抗震性能優(yōu)劣而排列的順序是：①鋼結(jié)構(gòu)；②型鋼混凝土結(jié)構(gòu)；③混凝土—鋼混合結(jié)構(gòu)；④現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；⑤預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；⑥裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；⑦配筋砌體結(jié)構(gòu)；⑧砌體結(jié)構(gòu)等。11.3

結(jié)構(gòu)體系的合理選擇同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.3

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：

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。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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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。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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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)。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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有較高的承載能力而缺少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需要同時(shí)滿足。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention4、對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.4

多道抗震防線

11.4.1

多道抗震防線的必要性

1、多道抗震防線的定義

①一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)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，即分體

系間的連接部件應(yīng)有適當(dāng)強(qiáng)度、較好延性和穩(wěn)定的滯回

性能。

框架－抗震墻體系：由延性框架

和抗震墻兩個(gè)系統(tǒng)組成；

雙肢或多肢抗震墻體系：由若干

個(gè)單肢墻分系統(tǒng)組成；

框架體系：框架梁和框架柱；同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.4.1多道抗震防線的必要性——續(xù)②

抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度（相

當(dāng)于超靜定次數(shù)，利用塑性變形的前提），有意識(shí)地建立

起一系列分布的屈服區(qū)（塑性鉸區(qū)），以使結(jié)構(gòu)能夠吸收

和耗散大量的地震能量，一旦破壞也易于修復(fù)。

帶贅余桿件的耗能結(jié)構(gòu)(a)雙肢墻；(b)墻和框架；(c)并列斜撐；(d)芯筒和框架柱同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.4.1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(duì)抗震結(jié)構(gòu)是必要的。強(qiáng)烈地震往往有一

定的持續(xù)時(shí)間（幾秒～幾十秒），并且往往伴隨多次余

震，結(jié)構(gòu)在首次破壞后再遭余震，將會(huì)引起損傷累積，

當(dāng)?shù)谝坏婪谰€的抗側(cè)力構(gòu)件在強(qiáng)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(cè)力構(gòu)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。

適當(dāng)處理構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，將使其在強(qiáng)震作用下形成多

道防線、是提高結(jié)構(gòu)抗震性能、避免倒塌的有效措施。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.4.2第一道防線的構(gòu)件選擇原則

地震的往復(fù)水平作用使結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞、但結(jié)構(gòu)的

最后倒塌是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)喪失了承受豎向荷載的能力，即倒塌

主要取決于豎向荷載。因此，1、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

，或選用軸壓比值較小的抗震墻、實(shí)體筒體之類構(gòu)件，作

為第一道抗震防線的抗側(cè)力構(gòu)件；一般情況，不宜采用軸

壓比很大的框架柱兼作第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)件。——不

會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)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(gè)體系中唯一的抗側(cè)力構(gòu)件，此時(shí)應(yīng)采用“強(qiáng)柱弱梁”型

延性框架（即梁為第一道，柱為第二道）。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.4.2第一道防線的構(gòu)件選擇原則—續(xù)框架破壞機(jī)制

強(qiáng)柱型框架如下圖左，在水平地震作用下，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(jī)制。

弱柱型框架如下圖右，在水平地震作用下，柱端首先出現(xiàn)

塑性鉸，柱的屈服先于梁的屈服，形成柱鉸破壞機(jī)制。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention“強(qiáng)柱弱梁”延性框架

由于梁只承受一層或局部重力荷載，柱承受其上多層的

總重力荷載；鋼筋端部錨固使梁具有懸索作用，只要鋼

筋端部錨固未失效，懸索作用能維持樓面不立即坍塌。

故在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生較大側(cè)移進(jìn)入非彈性階

段時(shí)，為使框架保持足夠的豎向承載能力而免于倒塌，

要求實(shí)現(xiàn)梁鉸破壞機(jī)制，即塑性鉸應(yīng)首先在梁上形成，

盡可能避免在破壞后危害更大的柱上出現(xiàn)塑性鉸，實(shí)現(xiàn)

“強(qiáng)柱弱梁”延性框架的抗震設(shè)計(jì)，利用梁的變形、破

壞來消耗地震能量。11.4.2第一道防線的構(gòu)件選擇原則—續(xù)同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.4.3利用贅余構(gòu)件增多抗震防線贅余構(gòu)件的作用

利用結(jié)構(gòu)中增設(shè)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工作，使整個(gè)結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)定

體系過渡到另一種穩(wěn)定體系，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)周期的變化，避開

地震動(dòng)卓越周期長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)作用所引起的共振效應(yīng)；——

對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的適當(dāng)控制，來減輕建筑物的破壞程度，

經(jīng)濟(jì)。但要注意：太被動(dòng)、而且不一定有效。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.5剛度、承載力和延性的匹配基本概念1、剛度——結(jié)構(gòu)剛度是影響結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)地震作用下非結(jié)構(gòu)

構(gòu)件性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求、以及彈塑性變形需求的一個(gè)

關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。設(shè)計(jì)過程中的早期工作將是確定一個(gè)合

理的剛度值，檢查典型樓層的層間位移和合理的結(jié)構(gòu)周

期。?

結(jié)構(gòu)剛度的分布關(guān)系到結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分配，某些部位剛度

過大會(huì)導(dǎo)致該處的內(nèi)力（或應(yīng)力）集中。?

參數(shù)——K值、D值與EI、GA

、EA、L有關(guān)。?

剛度大——自振周期T小，結(jié)構(gòu)地震剪力大。?

剛度小——結(jié)構(gòu)彈性變形大、超過彈性變形限值。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.5剛度、承載力和延性的匹配——續(xù)2、強(qiáng)度——

結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度應(yīng)該與設(shè)防目標(biāo)相符。合適的強(qiáng)

度應(yīng)該能夠避免結(jié)構(gòu)在小震下產(chǎn)生破壞和在大震下出現(xiàn)

超出結(jié)構(gòu)變形能力的過大非線性變形。

在大地震下結(jié)構(gòu)不存在強(qiáng)度的儲(chǔ)備，設(shè)計(jì)者要做的是保

證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分布均勻，即結(jié)構(gòu)實(shí)際強(qiáng)度的分布與地震

作用的分布相一致，否則就會(huì)出現(xiàn)薄弱層。

參數(shù)——R：Mu、Vu、Nu。承載能力驗(yàn)算。3、延性——所謂延性，即結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或材料承載能力無

明顯降低前提下（不低于其極限承載力的85%）結(jié)構(gòu)發(fā)

生非彈性變形的能力，即屈服后能夠基本維持其屈服強(qiáng)

度的非線性變形能力。延性是抗震設(shè)計(jì)中的一個(gè)無比重

要的參數(shù)。

參數(shù)——Δu/

Δy。彈塑性變形驗(yàn)算。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.5剛度、承載力和延性的匹配——續(xù)抗震設(shè)計(jì)中沒有哪一個(gè)單一的設(shè)計(jì)參數(shù)可以控制不同部件抗震性能目標(biāo)的要求。為了滿足不同部件的性能目標(biāo)，甚至?xí)a(chǎn)生不同設(shè)計(jì)參數(shù)之間的沖突。如結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度需求（地震產(chǎn)生的慣性力）和器物的加速度反應(yīng)主要受結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度所影響，為了滿足對(duì)應(yīng)的性能要求往往希望結(jié)構(gòu)具備較小的剛度，而為了控制非結(jié)構(gòu)的破壞又往往希望有較大的剛度。為滿足某一性能水平下建筑中的不同部件（結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)和器物）對(duì)不同設(shè)計(jì)控制參數(shù)的需求，抗震設(shè)計(jì)往往是一個(gè)不斷迭代、相互妥協(xié)的過程，以尋找為滿足不同性能水平下不同建筑部件的性能目標(biāo)對(duì)強(qiáng)度、剛度、延性需求的合理統(tǒng)一。必要的承載能力和良好的變形能力的結(jié)合便使結(jié)構(gòu)在地震作用下具有較好的耗能能力。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.5.1剛度與承載力提高結(jié)構(gòu)剛度：

優(yōu)點(diǎn)——可以減小結(jié)構(gòu)側(cè)移、減輕地震災(zāi)害損失；

缺點(diǎn)——結(jié)構(gòu)剛度大、自振周期小、地震反應(yīng)大、要求較高

水平抵抗力、提高工程造價(jià)、降低結(jié)構(gòu)延性。

例如：短柱——抗側(cè)移剛度大，但是受剪承載能力較小、剛

度和強(qiáng)度不匹配經(jīng)常造成嚴(yán)重的剪切破壞（斜裂縫）?？蚣芙Y(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度小、結(jié)構(gòu)側(cè)移大，如果抗側(cè)移剛度不足（小震作用

下層間側(cè)移角達(dá)到1/600以上、基本烈度下的層間側(cè)

移角超

過1/200時(shí)），P-Δ效應(yīng)將使梁柱等桿件截面產(chǎn)生較

大的次

彎矩，進(jìn)一步加大桿件截面的內(nèi)力偏心距和局部壓應(yīng)力，應(yīng)

在承載能力驗(yàn)算和構(gòu)造措施上充分考慮。此外，

框架側(cè)移很

大時(shí)還可能發(fā)生附加側(cè)移與P-Δ效應(yīng)相互促進(jìn)

的惡性循環(huán)。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.5.1剛度與承載力——續(xù)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

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(zhǎng)、地震作用小。

設(shè)計(jì)——根據(jù)建筑物重要性、建筑裝修等級(jí)和設(shè)防烈度高

低所確定的

結(jié)構(gòu)側(cè)移限值，來確定抗震墻的數(shù)量和厚度，

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。通過試算確定。

剪力墻厚度要適度，不能過厚，因?yàn)椋?/p>

厚墻使建筑自振周期變短，水平地震作用增大；

很難使600mm厚的RC剪力墻的延性達(dá)到一般結(jié)構(gòu)所需要

的延性指標(biāo)；

而延性較低的RC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。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.5.1剛度與承載力——續(xù)剪力墻結(jié)構(gòu)

在保證結(jié)構(gòu)變形小于限值、墻體壓曲穩(wěn)定的前提下、應(yīng)

盡量減薄縱、橫墻體的厚度，或采用“主次結(jié)構(gòu)”，加

大

墻體的間距，減小墻體的數(shù)量，以降低結(jié)構(gòu)抗側(cè)移

剛

度，減小墻體的水平地震剪力和彎矩。

應(yīng)通過恰當(dāng)?shù)呐浣?，提高墻體抗主拉應(yīng)力的強(qiáng)度。

對(duì)于層數(shù)較多的房屋，為防止墻體的水平施工縫在巨大

地震剪力作用下發(fā)生水平錯(cuò)動(dòng)，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(dāng)軸向壓應(yīng)力較小，而

剪應(yīng)力較大時(shí)，也應(yīng)配置交叉斜筋，以提高其抗剪承載

能力，避免地震時(shí)出現(xiàn)剪切滑移。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.5.2剛度與延性框架——由線形桿件組成并以其桿件抗彎能力來抵抗側(cè)力的構(gòu)件，抗側(cè)移剛度小，通過合理配筋，可以具有較好的延性；

墻體——一種片狀構(gòu)件，靠平面內(nèi)的抗剪、抗彎能力來抵

抗側(cè)力，由于高寬比較小，抗側(cè)移剛度較大，除彎曲變形外，剪切變形占有相當(dāng)大的比重，因而延性較差。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，因而具有較大的抗側(cè)移剛度，但由于其中的受壓桿件容易發(fā)生側(cè)向撓曲，延性較差。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.5.2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，承擔(dān)的地震力小，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，承擔(dān)的地震力大，而彈性變形值和延性系數(shù)卻較小。整個(gè)結(jié)構(gòu)在往復(fù)地震動(dòng)的持續(xù)作用下，墻體或豎向支撐很快就超過自身的較小彈性極限變形值，墻體出現(xiàn)裂縫，支撐發(fā)生桿件屈曲，水平抗力逐步降低；而此刻的結(jié)構(gòu)層間側(cè)移角還遠(yuǎn)小于框架的彈性極限變形值，框架尚未充分發(fā)揮其自身的水平抗力，這種由于體系中各抗側(cè)力構(gòu)件的剛度與延性不匹配，造成各構(gòu)件不能同步協(xié)調(diào)的發(fā)揮水平抗力，出現(xiàn)先后破壞的各個(gè)擊破情況。所以，協(xié)調(diào)抗側(cè)力體系中各構(gòu)件的剛度與延性，使其相互匹配，是工程設(shè)計(jì)中的一條重要設(shè)計(jì)原則。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.5.3結(jié)構(gòu)不同部位的延性要求1、結(jié)構(gòu)的延性

結(jié)構(gòu)延性含義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：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：指一個(gè)構(gòu)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。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.5.3結(jié)構(gòu)不同部位的延性要求——續(xù)2、延性設(shè)計(jì)的原則

在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，對(duì)結(jié)構(gòu)中重要構(gòu)件的延性要求，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。

實(shí)際工程中比較經(jīng)濟(jì)有效的辦法是，有選擇地重點(diǎn)提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及某些構(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)該重點(diǎn)提高樓房中可能出現(xiàn)塑性變形集中的相對(duì)柔弱樓層的構(gòu)件延性。

對(duì)于剛度沿高度均勻分布的簡(jiǎn)單體型建筑，應(yīng)著重提高底層構(gòu)件延性；同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.5.3結(jié)構(gòu)不同部位的延性要求——續(xù)

對(duì)于大底盤的高層建筑，應(yīng)該著重提高主樓與裙房頂面

銜接的樓層中構(gòu)件的延性；

對(duì)于其他不規(guī)則立面高層建筑，應(yīng)著重加強(qiáng)體型突變處

樓層構(gòu)件延性；

對(duì)于框托墻體系、框支墻體系，應(yīng)著重提高底層或底部

幾層框架延性。②

在平面位置上，應(yīng)該著重提高房屋周邊轉(zhuǎn)角處、平面突

變處以及復(fù)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。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。在框架-剪力墻體系中，應(yīng)重點(diǎn)提

高抗震墻的延性；同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention?11.5.3結(jié)構(gòu)不同部位的延性要求——續(xù)

在筒中筒體系中，應(yīng)重點(diǎn)提高實(shí)墻內(nèi)筒的延性；

在框架-剪力墻體系中，應(yīng)重點(diǎn)提高抗震墻的延性；④

在同一構(gòu)件中，應(yīng)著重提高關(guān)鍵桿件的延性。

對(duì)于框架和框架筒體，應(yīng)優(yōu)先提高柱的延性；

對(duì)于聯(lián)肢墻，應(yīng)特別注意加大各層連梁的延性；

對(duì)于全墻體系中滿布窗洞的外墻（壁式框架）、應(yīng)著重

加強(qiáng)提高窗間墻的延性；⑤

在同一桿件中，重點(diǎn)提高延性的部位應(yīng)該是預(yù)期該構(gòu)

件地震時(shí)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。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention?11.5.4改善構(gòu)件延性的途徑（1）控制構(gòu)件的破壞形態(tài)：彎曲構(gòu)件的延性遠(yuǎn)大于剪切構(gòu)件

的延性，所以爭(zhēng)取更多的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)彎曲破壞——強(qiáng)剪弱彎

設(shè)計(jì)原則；控制框架結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制，使梁的彎曲破壞先

于柱的彎曲破壞，稱為：“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)原則。（2）減小構(gòu)件的軸壓比（N/bchcfc）

：確定截面尺寸時(shí)應(yīng)該

控制軸壓比，柱的側(cè)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，增加箍筋用量對(duì)提高柱延性不再

發(fā)揮作用。（3）高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用：當(dāng)高層建筑超過40層時(shí)，為了保證

框架柱具有良好的延性，降低軸壓比，宜采用高強(qiáng)混凝土

。不過設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意，采用高強(qiáng)混凝土?xí)r，還應(yīng)適當(dāng)降

低剪壓比。同濟(jì)大學(xué)Tongji

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Prevention11.5.4改善構(gòu)件延性的途徑——續(xù)（4）鋼纖維混凝土的應(yīng)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％）亂向短鋼纖維形成的一

種復(fù)合材料。鋼纖維混凝土具有較高的抗拉、抗裂、抗剪

強(qiáng)度，良好的抗沖擊韌性和抗