4抗震概念設計1.ppt

1、建筑抗震概念設計 (seismic conceptdesign of building),一、定義與基本內(nèi)容,根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設計原則和設計思想進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程稱為概念設計。,基本內(nèi)容有：,1.建筑場地的選擇； 2.建筑的體型； 3.結構體系； 4.結構材料； 5.結構構件設計； 6.非結構構件設計。,三、建筑結構的規(guī)則性,建筑結構的規(guī)則性對抗震能力的重要影響的認識始自若干現(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?shù)氐卣鹆叶裙烙嫗?度。一幢破壞嚴重，震后拆除；另一幢輕微損壞，稍加修理便恢復使用。,馬那瓜中央銀行大廈,試問： 那一幢破壞嚴重呢？,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1cm),直至電梯井東側；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構構件均嚴重破壞或倒塌。 震后計算分析結果: 1.結構存在十分嚴重扭轉效應; 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)生可觀的豎向運動等。,美洲銀行,分析表明： 1.對稱的結構布置及相對剛強的聯(lián)肢墻，有效地限制了側向位移，并防止了明顯的扭轉效應； 2.避免了長跨度樓板和砌體填充墻的非結構構件的損壞； 3.當連梁剪切破壞后，結構體系的位移雖有明顯增加，但由于抗震墻提供了較大的側向剛度，位移量得到控制。1,結構是均勻

4、對稱的，基本的抗側力體系包括4個L形的筒體，對稱的由連梁連接起來，這些連梁在地震時遭到剪切破壞，是整個結構能觀察到的主要破壞。,建筑結構的規(guī)則性對結構抗震的重要性！,扭轉位移比計算時，樓層的位移不采用各振型位移的CQC組合計算，按國外的規(guī)定明確改為取“給定水平力”計算，可避免有時CQC計算的最大位移出現(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；結構樓層位移和層間位移控制值驗算時，仍采用CQC的效應組合。,建筑平面的局部不連續(xù)示例：,沿豎向的側向剛度不規(guī)則（有柔軟層）

5、,三種不規(guī)則程度的主要劃分方法如下：,1、不規(guī)則，指的是超過表3.4.3-1和表3.4.3-2中一項及以上的不規(guī)則指標；,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，同時具有本規(guī)范表3.4.3所列六個主要不規(guī)則類型的三個或三個以上；其二，具有表1所列的一項不規(guī)則；其三，具有本規(guī)范表3.4.3所列兩個方面的基本不規(guī)則且其中有一項接近表1的不規(guī)則指標。,3、嚴重不規(guī)則，指的是形體復雜，多項不規(guī)則指標超過本規(guī)范3.4.4條上限值或某一項大大超過規(guī)定值，具有現(xiàn)有技術和經(jīng)濟條件不能克服的嚴重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，可能導致地震破壞的嚴重后果者。,對于特別不規(guī)則的建筑方案，只

6、要不屬于嚴重不規(guī)則，結構設計應采取比本規(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，主要針對鋼筋混凝土和鋼結構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，所列的指標是概念設計的參考性數(shù)值而不是嚴格的數(shù)值，使用時需要綜合判斷。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)則的程度和設計的上限控制，可根據(jù)設防烈度的高低適當調(diào)整。對于特別不規(guī)則的建筑結構要求專門研究和論證。,3、 對于扭轉不規(guī)則計算，需注意以下幾點：1)按國外的有關規(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。計算扭轉位移比時，樓蓋剛度可按實際情況確定而不限于剛度無限大假定。 2)扭轉位移比計算時，樓層的位移不采用各振型位移的CQC組合計算，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；結構樓層位移和層間位移控制值驗算時，仍采用CQC的效應組合。,Pkpm計算時，驗算結構的扭轉位移比時，樓板不一定要強制采用剛性樓板假定。,四、結構體系的合理選擇,抗震結構體系是抗震設計應考慮的關鍵問題，結構方案的選取是否合理，對安全性和經(jīng)濟性起決定性作用。,規(guī)范規(guī)定：結構體系應符合下列各項要求,1.結構體系應具有明確的計算簡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、抗震分析與實際表現(xiàn)相符合。,2.應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。,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，整個結構系統(tǒng)喪失了對豎向荷載的承載能力。,抗震設計的一個重要原則是結構應有必要的贅余度和內(nèi)力重分配的功能。,3.結構體系應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滿足的。,有較大的變形能力而缺少較高的抗側向力的能力。如鋼或鋼筋混凝土純框架，由于在不大的地震作用下會產(chǎn)生較大的變形，導致非結構構件的破壞或結構本身的失穩(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構，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合便是結構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滿足的。,4、對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力。,抗震薄弱層(部位)的概念，也是抗震設計中的重要概念，包括：1)結構在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載力分析(而不是承載力設計值的分析)是判斷薄弱層(部位)的基礎； 2)要使樓層(部位)的實際承載力和設計計算的彈性受力之比在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層(或部位)的這個比例有突變時，會由于塑性內(nèi)力重分布導致塑性變形的集中； 3)要防止在局部上加

10、強而忽視整個結構各部位剛度、強度的協(xié)調(diào)； 4)在抗震設計中有意識、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)生轉移，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。,結構體系還宜符合下列要求：,規(guī)范規(guī)定：,設置多道抗震防線,不同防線的自振周期應有明顯的區(qū)別，以避免結構發(fā)生共振的可能。 第一道防線的破壞不能對結構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，整個抗震結構體系由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接起來協(xié)同工作。如框架-抗震墻體系是由延性框架和抗震墻二個系統(tǒng)組成；雙肢或多肢抗震墻體系由若干個

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系統(tǒng)組成；框架-筒體體系由延性框架和筒體二個系統(tǒng)組成。 第二，抗震結構體系具有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度，有意識地建立起一系列分布的塑性屈服區(qū)，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，一旦破壞也易于修復。設計計算時，需考慮部分構件出現(xiàn)塑性變形后的內(nèi)力重分布，使各個分體系所承擔的地震作用的總和大于不考慮塑性內(nèi)力重分布時的數(shù)值。,5、防震縫的合理設置,體型復雜的建筑并不一概提倡設置防震縫。由于是否設置防震縫各有利弊，歷來有不同的觀點，總體傾向是： 1 可設縫、可不設縫時，不設縫。設置防震縫可使結構抗震分析模型較為簡單，容易估計其地震作用和采取抗震措施，但需考慮扭轉地震效應，并按規(guī)范各章的規(guī)定確定縫寬，使防震縫兩側在預期的地震(如中震)下不發(fā)生碰撞或減輕碰撞引起的局部損壞。2 當不設置防震縫時，結構分析模型復雜，連接處局部應力集中需要加強，而且需仔細估計地震扭轉效應等可能導致的不利影響。,六、結構構件的延性,結構的變形能力取決于組成結構的構件及其連接的延性水平。,規(guī)范對各類結構采取的抗震措施，基本上是提高各類結構構件的延性水平。,七、提高結構抗震性能的措施,八、非結構構件的抗震設計,非結構構件，包括建筑非結構構件和建筑附屬機電設備，自身及其與結構主體的連