1、建筑抗震概念设计(seismic conceptdesign of building),一、定义与基本内容,根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程称为概念设计。,基本内容有：,1.建筑场地的选择； 2.建筑的体型； 3.结构体系； 4.结构材料； 5.结构构件设计； 6.非结构构件设计。,三、建筑结构的规则性,建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。,最为典型的例子是1972年2月23日南美洲的马那瓜地震。,马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五层高的中央银行大厦，另一幢为18层高的美洲银行大厦。当
2、地地震烈度估计为8度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。,马那瓜中央银行大厦,试问： 那一幢破坏严重呢？,马那瓜美洲银行大厦,马那瓜中央银行大厦,1）平面不规则 4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。 4层以上的楼板仅为5cm厚，搁置在高45cm长14m小梁上。 2）竖向不规则 塔楼上部（4层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m 1.55m的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严重不均匀，不连续。,主要破坏： 第4层与第5层之间(竖向刚度和承载力突变),周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈； 横
3、向裂缝贯穿3层以上的所有楼板(有的宽达1cm),直至电梯井东侧；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均严重破坏或倒塌。震后计算分析结果: 1.结构存在十分严重扭转效应; 2.塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足,率先破坏； 3.水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。,美洲银行,分析表明： 1.对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应； 2.避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏； 3.当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。1,结构是均匀对称
4、的，基本的抗侧力体系包括4个L形的筒体，对称的由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。,建筑结构的规则性对结构抗震的重要性！,扭转位移比计算时，楼层的位移不采用各振型位移的CQC组合计算，按国外的规定明确改为取“给定水平力”计算，可避免有时CQC计算的最大位移出现在楼盖边缘的中部而不在角部，而且对无限刚楼盖、分块无限刚楼盖和弹性楼盖均可采用相同的计算方法处理；该水平力一般采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力，并考虑偶然偏心；结构楼层位移和层间位移控制值验算时，仍采用CQC的效应组合。,建筑平面的局部不连续示例：,沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层）,三
5、种不规则程度的主要划分方法如下：,1、不规则，指的是超过表3.4.3-1和表3.4.3-2中一项及以上的不规则指标；,2、特别不规则，指具有较明显的抗震薄弱部位，可能引起不良后果者，通常有三类：其一，同时具有本规范表3.4.3所列六个主要不规则类型的三个或三个以上；其二，具有表1所列的一项不规则；其三，具有本规范表3.4.3所列两个方面的基本不规则且其中有一项接近表1的不规则指标。,3、严重不规则，指的是形体复杂，多项不规则指标超过本规范3.4.4条上限值或某一项大大超过规定值，具有现有技术和经济条件不能克服的严重的抗震薄弱环节，可能导致地震破坏的严重后果者。,对于特别不规则的建筑方案，只要不
6、属于严重不规则，结构设计应采取比本规范第3.4.4条等的要求更加有效的措施。,注意： 1、规范343条1款的规定，主要针对钢筋混凝土和钢结构的多层和高层建筑所作的不规则性的限制。2、表343所列的不规则类型是主要的而不是全部不规则，所列的指标是概念设计的参考性数值而不是严格的数值，使用时需要综合判断。明确规定按不规则类型的数量和程度，采取不同的抗震措施。 不规则的程度和设计的上限控制，可根据设防烈度的高低适当调整。对于特别不规则的建筑结构要求专门研究和论证。,3、 对于扭转不规则计算，需注意以下几点： 1)按国外的有关规定，楼盖周边两端位移不超过平均位移2倍的情况称为刚性楼盖，超过2倍则属于柔
7、性楼盖。因此，这种“刚性楼盖”，并不是刚度无限大。计算扭转位移比时，楼盖刚度可按实际情况确定而不限于刚度无限大假定。2)扭转位移比计算时，楼层的位移不采用各振型位移的CQC组合计算，一般采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力，并考虑偶然偏心；结构楼层位移和层间位移控制值验算时，仍采用CQC的效应组合。,Pkpm计算时，验算结构的扭转位移比时，楼板不一定要强制采用刚性楼板假定。,四、结构体系的合理选择,抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。,规范规定：结构体系应符合下列各项要求,1.结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径
8、。,受力明确、传力合理、传力路线不间断、抗震分析与实际表现相符合。,2.应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。,由于柱子的数量较少或承载能力较弱，部分柱子退出工作后，整个结构系统丧失了对竖向荷载的承载能力。,抗震设计的一个重要原则是结构应有必要的赘余度和内力重分配的功能。,3.结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。,足够的承载力和变形能力是需要同时满足的。,有较大的变形能力而缺少较高的抗侧向力的能力。如钢或钢筋混凝土纯框架，由于在不大的地震作用下会产生较大的变形，导致非结构构件的破坏或结构本身的失稳。,有较高的承载能力而缺少较大
9、变形能力。如不加约束的砌体结构，很容易引起脆性破坏而 倒塌。,必要的承载能力和良好的变形能力的结合便是结构在地震作用下具有的耗能能力。,足够的承载力和变形能力是需要同时满足的。,4、对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。,抗震薄弱层(部位)的概念，也是抗震设计中的重要概念，包括： 1)结构在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载力分析(而不是承载力设计值的分析)是判断薄弱层(部位)的基础； 2)要使楼层(部位)的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层(或部位)的这个比例有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中； 3)要防止在局部上加强
10、而忽视整个结构各部位刚度、强度的协调； 4)在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。,结构体系还宜符合下列要求：,规范规定：,设置多道抗震防线,不同防线的自振周期应有明显的区别，以避免结构发生共振的可能。 第一道防线的破坏不能对结构的竖向承载力有很大的影响，最后一道防线要能提供一定的强度和大变形的可能。,所谓多道防线的概念，通常指的是： 第一，整个抗震结构体系由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。如框架-抗震墙体系是由延性框架和抗震墙二个系统组成；双肢或多肢抗震墙体系由若干个单
11、肢墙分系统组成；框架-支撑框架体系由延性框架和支撑框架二个系统组成；框架-筒体体系由延性框架和筒体二个系统组成。 第二，抗震结构体系具有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立起一系列分布的塑性屈服区，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。设计计算时，需考虑部分构件出现塑性变形后的内力重分布，使各个分体系所承担的地震作用的总和大于不考虑塑性内力重分布时的数值。,5、防震缝的合理设置,体型复杂的建筑并不一概提倡设置防震缝。由于是否设置防震缝各有利弊，历来有不同的观点，总体倾向是： 1 可设缝、可不设缝时，不设缝。设置防震缝可使结构抗震分析模型较为简单，容易估计其地震作用和采
12、取抗震措施，但需考虑扭转地震效应，并按规范各章的规定确定缝宽，使防震缝两侧在预期的地震(如中震)下不发生碰撞或减轻碰撞引起的局部损坏。 2 当不设置防震缝时，结构分析模型复杂，连接处局部应力集中需要加强，而且需仔细估计地震扭转效应等可能导致的不利影响。,六、结构构件的延性,结构的变形能力取决于组成结构的构件及其连接的延性水平。,规范对各类结构采取的抗震措施，基本上是提高各类结构构件的延性水平。,七、提高结构抗震性能的措施,八、非结构构件的抗震设计,非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。,附着于楼、屋面结构上的非结构构件，应与主体结构有可靠的连接或锚固，避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备。,围护墙和隔墙应考虑对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。,3. 幕墙、装饰贴面与主体结构应有可靠连接，避免地震时脱落伤人。,安装在建筑上的附属机械、电气设备系统的支座和连接，应符合地震时使用功能的要求，且不应导致相关部件的损坏。,
