1.3 建筑结构抗震设计的核心：概念设计

二水准烈度。

地震发生的地点、时间和强度是随机的，地震区划所能提供的也只是一定区域、一定年限和一定概率水准基础上的地震参数。

具体设计时还有待商讨。

1.2.3建筑结构的抗震设防目标是小震不坏，中震可修，大震不倒
抗震设防的目标是减少地震灾害的损失，它是对于建筑结构应具有的抗震安全性的要求，且建筑结构的抗震设防是以现有的科学水平和经济条件为前提。

与三水准烈度对应的抗震设防目标是：
1.遭遇第一水准烈度（小震）时，一般情况（不是所有情况），建筑物处于正常使用状态，从结构抗震分析角度，可视结构为弹性体系，应用反应谱进行弹性地震反应分析；
2.遭遇第二水准烈度（中震）时，结构进入一定程度的非弹性工作阶段，但非弹性的变形或结构体系的损坏控制在可修复的范围；
3.遭遇第三水准烈度（大震）时，结构可以有较大的非弹性变形，但应控制在不倒塌的范围。

严重破坏而不倒塌的房屋，虽然没有修理价值，但可以避免人员和设备的严重损失。

1.2.4三水准的设防目标所对应的结构性能
要达到三水准的设防目标，建筑结构所对应的三种性能表现如下：
1.第一水准（小震不坏）时：建筑在其使用期间，当遭遇多遇地震（50年超越概率约63%，重现周期50年）时，建筑不损坏，不需要修理，结构应处于弹性状态。

建筑进行承载力极限状态验算及弹性变形不超过规定的弹性变形限值。

2.第二水准（中震可修）时：建筑在抗震设防烈度地震（50年超越概率10%，重现周期475年）作用时，允许结构达到或超过屈服极限，产生非弹性变形，但非弹性变形或结构体系的损坏控制在可修复的范围，不发生不可修复的破坏。

3.第三水准（大震不倒）时：遭遇罕遇地震（50年超越概率2%~3%，重现周期为1600
年~2400年）作用时，要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值，以免倒塌。

1.3建筑结构抗震设计的核心：概念设计
建筑结构抗震设计包含了两个设计范畴，即概念设计和参数设计。

建筑结构抗震概念设计主要针对地震的不确定性和有限元分析的近似性，从概念上，特别是从结构总体上考虑抗震的工程决策；建筑结构的参数设计主要是采用二阶段的抗震设计方法(地震作用计算、构件强度验算和结构变形验算等)实现三水准的抗震设防要求。

两者是相辅相成的。

作为一个正确的抗震设计，必须重视抗震概念设计，灵活而又合理地运用抗震设计思想，才能不致陷入盲目的计算工作。

1.3.1结构概念设计的主要内容
1.合理的建筑体型和结构形体：
1）使风荷载效应最小；
2）使地震作用效应最小。

2.合理的结构选型：
1）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。

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。

3）应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。

4）宜有多道抗震防线。

5）宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。

6）结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。

3.合理的结构布置：
1）结构平面布置宜规则对称：
（1）竖向构件沿周边对称布置；
（2）剪力墙带翼缘；
（3）承载力大的地方布置竖向构件。

2）结构侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变。

（1）刚度如太小，则地震时的侧移大，导致非结构构件和结构构件的破坏加重；刚度如太大，则地震力将增加。

（2）结构的抗剪、抗弯、抗压、抗拉、抗扭等强度均应满足抗震要求。

（3）四强四弱：①强柱弱梁；②强剪弱弯；③强节点弱构件；④强压弱拉。

3）整体为弯曲变形而非剪切变形，尽量避免扭转变形。

4.采用高强轻质的材料，充分发挥构件材料性能：延性（变形能力）要强。

结构在保持一定强度条件下，如具有稳定的塑性变形能力，则在地震中可消耗输入于结构的地震能量，减少地震力，防止结构发生严重脆性破坏或倒塌。

5.整体性要好。

整体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。

6.合理设置抗震缝、伸缩缝、沉降缝。

7.合理选择基础类型。

8.施工质量要精良。

9.造价要合理。

1.3.2场地与地基的概念设计
场地影响结构的地震反应，结构地震反应的大小决定了结构的震害。

一般来说，在深厚的软土层上，高层建筑的地震反应较为强烈；在浅薄的硬土层上，则自振周期较短的结构的地震反应较为强烈。

因此，在设计软土地基上的房屋时，要注意柔性结构的反应；反之，在设计硬土地基上的房屋时，要注意刚性结构的反应。

在地基和基础设计中，要注意同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上以及采用不同类型的基础，地基有软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚性。

1.3.3结构布置的概念设计
地震后的震害调查和理论分析证明，结构体型简单，刚度中心和质量中心一致，沿平面、竖向的质量分布及刚度分布均匀的建筑物，有更好的抗震能力，震害小。

因此，在概念设计中，对结构的布置要注意以下几点：
1.建筑物平面布置宜简单、对称、质量中心与刚度中心重合。

从抗震观点看，方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面最有利。

平面伸出的翼部较长，有凹角，而且在某一方向上不对称，属于不规则平面，地震时，扭转效应将使远离刚度中心的翼肢端产生较大的位移而开裂、倒塌，或使凹角处产生应力集中而开裂。

这里要注意，即使平面规则、对称的建筑，仍要求质量和刚度的平面分布使刚度中心与质量中心一致，否则扭转效应仍会发生，使远离
刚度中心的构件产生较大的震害。

2.建筑物竖向的刚度分布应均匀和连续，不宜有刚度突然消弱的层次，否则地震时易造成塑性变形集中的薄弱层；也不宜使最上面几层的刚度减去太多，否则地震时易形成鞭梢效应，加重震害。

3.建筑物平、立面布置很复杂时，可以考虑用防震缝将结构分离成若干个独立的单体，但要注意两点：
1）设置防震缝的目的是把复杂平、立面的建筑，分割成简单体型的建筑物。

由于设缝后也改变了结构的自振周期（一般情况下周期变长），反而有可能和地基土的固有周期接近；而且分隔后的各单体的抗震构件要安排得当，刚度均匀对称，否则也会增加震害。

由此可见，防震缝的设置与否应根据地震反应大小和结构布置以及地基土的特性，从概念上加以决策，必要时还要作地震反应分析的比较。

2）如决定设置防震缝，则结构要自上而下（基础以上）断开，缝两侧设双柱或双墙，并有足够的缝宽，注意不能被建筑垃圾堵塞而不起作用，也不能因硬质封盖材料卡缝而失效。

防震缝的相关条文详见《抗规》-3.4.5条和《高规》-3.4.9条。

1.3.4构件及结构的大变形利用
在抗震概念设计中，人们应不仅着眼于小震不坏，还要考虑大震不倒。

长期实践使人们认识到，仅利用材料的弹性阶段去抗御罕遇的大地震是不明智的，应该利用材料的弹塑性性能通过构件以至结构的塑性变形性能来消耗地震时输入结构的能量。

钢、钢筋混凝土的适筋受弯构件，因其都有明显的屈服点，可以通过大变形来消耗输入的地震能量，而钢筋混凝土受剪构件、轴压比高的柱子、短柱、节点以及砌体等却不太具备这些特点。

因此，在概念设计中要扬长避短，或加以改造使之改性：
1.在钢筋混凝土框架结构中，梁、柱、节点三者的关系是：任何一部分进入屈服，另外两个部分可得到一定的保护。

因此，考虑到梁、柱、节点的塑性性能的差异，在设计中，要考虑强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的关系，促使梁以受弯屈服的形式产生大变形来消耗地震时输入的能量，从而避免修复困难的柱、节点的破坏和尽可能的防止倒塌。

2.砌体是一种脆性材料，但在达到极限承载能力后还有一定的变形能力。

为了利用这些变形能力，可以用内配筋，即在水平灰缝和竖缝中配筋；或外配筋，即在墙的双面用钢筋网水泥砂浆面层以充分利用砌体大变形，使砌体在大变形时仍具有一定的强度。

此外，在砌体内设置构造柱，形成约束砌体，从而可以充分利用砌体原有的变形能力。

1.3.5平面刚度分布不均匀、不对称产生的震害
建筑平面复杂，结构刚度不对称，地震时容易引起扭转和局部应力集中（尤其在凹角处），若未采取相应的加强措施，则将会造成严重震害。

例如，天津市一栋六层的现浇钢筋混凝土框架结构，高27m，平面呈L形。

由于设计时没有充分估计扭转的影响，唐山地震时其处于8度区，震后调查发现，二、三层角柱严重破坏，边柱在窗台处有水平裂缝，外墙和内填充墙产生不少裂缝。

又如天津市754厂11号厂房，平面为矩形，中间为五层现浇钢筋混凝土框架，两端均与刚度很大的砖砌楼电梯间相连，总平面布置对称。

但由于房屋长度达110m，在中央处设置了一道伸缩缝，把整个房屋分成了两个刚度分布不均匀、不对称的独立单元，唐山地震时，该厂房产生了显著的扭转，致使框架柱严重扭裂，楼梯间墙体产生严重开裂和错位。

1.3.6竖向刚度突变产生的震害
结构刚度沿竖向分布局部消弱或突然变化时，在地震中往往形成薄弱部位，产生较大的。