4.1建筑形体及结构布置的规则性(3)

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。 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。
对抗震有利的建筑平面应简单、规则、对称；平面不能过于狭 长、长宽比不能过大；平面突出部分的长度不能过大、宽度不 能过小；不宜采用角部重叠的平面图形和细腰形平面图形。
平面过于狭长的建筑，在地震、风作用下，有可能出现楼板在其平面内 弯曲变形；在地震下有可能由于地震地面运动的相位差而使结构两端的 振动不一致，产生震害。（表4-1书本p106）给出了不同抗震设防烈度 时平面长宽比（L/B）的限值以及突出部分长度（l/Bmax，l/b）的限值， 表中符号见图4-4（p105）
结构体型收进会造成竖向刚
上部结构的质量大，扭转
度的不连续，在收进结构的
惯性矩就大，而结构下部
层间位移会有突变，竖向构
的平面尺寸小，造成结构
件的内力明显增大，对抗震
整体的抗扭刚度相对较小，
不利。
扭转效比较显著。
立面收进结构特点
立面外扩（悬挑）结构特点
结构构件沿高度布置应连续、均匀，使结构的侧向 刚度和承载力上下相同，或分段下大上小，自下而上连 续、分段逐渐减小，避免出现刚度或承载力突然变小的 楼层。
造成该结构严重破坏主要原因：与上部各层相比，首层的承载能力低很多、侧向 刚度小，为薄弱层和软弱层，致使地震时首层柱屈服、严重破坏，且塑形变形集中 在首层。
奥尔弗医疗中心主楼剖面图
1）采用规则建筑，不应采用严重不规则的建筑。
建筑包括平面规则和竖向规则两个方面：建筑平面对称、简单，抗侧力结构构件平 面布置对称、均匀；建筑立面简单、体型自下而上不变或变化均匀，竖向抗侧力构件 的截面尺寸和混凝土材料强度自下而上分段逐渐减小，侧向刚度沿竖向变化均匀，避 免形成薄弱层（或薄弱部位）及软弱层，避免产生过大的应力集中及塑性变形集中。
角部重叠和细腰形的建筑平面（图4-5书本p105），在重叠部分和 细腰部位平面变窄，形成薄弱部位，地震中容易产生震害，凹角应力 集中，容易使楼板开裂破坏，宜避免采用。若采用，这些部位应采取 加强措施，如加大楼板厚度、增加板内配筋、设置集中配筋的边梁、 配置斜向钢筋等。
结构构件的平面布置与建筑平面有关。平面简单、 规则、对称的建筑，容易实现有利于抗震的结构 平面布置，即承载能力、刚度、质量分布对称均 匀，刚度中心和质量中心尽可能重合，以减小扭 转效应。
建筑形体是指建筑平面形状和立面、竖向 剖面的变化；
结构布置是指结构构件的平面布置和竖向 布置。
建筑形体及结构布置对结构的抗震性能有 决定性的作用。
4.1.1结构震害及抗震概念设计
马那瓜 中央银行大厦
结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系
包括4个L形的筒体，对称地由连梁连接起来，
美洲 银行
（轴压比大的柱子延性差，在地震作用破坏下构件直接呈脆性。）
框架-剪力墙结构：框架—剪力墙结构中的框架梁和剪力墙的连梁是第
一道防线；框架-剪力墙结构中的框架柱和墙肢是第二道防线
高层建筑的外形可以分为板式和塔式两大类。
板式建筑：板式建筑平面两个方向的尺寸相差较大，分为长边与短边；为了 增大一字形板式建筑短方向的侧向刚度，可以做成折线形或曲线 形建筑平面
楼层两端弹性水平位移或层间位移分别为δ1和δ2， δ2>1.2(δ1+δ2）/2,相当于δ2/δ1>1.5，即为扭转不规则， δ2>1.5(δ1+δ2)/2,相当于δ2/δ1>3，即为扭转严重不规则。
书本107页图4-7
楼板有较大凹入或开洞面积较大时，被凹口或洞口划分开的各 部分之间的链接比较薄弱，楼板可能产生较大的面内变形，地震 中比较容易破坏。因此，凹口或洞口超过一定值时，视为平面不 规则。楼板在任一方向的最小净宽度不宜小于5m，且开洞后每一 边的楼板净宽度不应小于2m。
高层建筑结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化 宜均匀、连续,不应突变。竖向布置应符合下列要求：
竖向宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收；侧向刚 度宜下大上小，逐渐均匀变化；不应采用竖向布置严重不 规则的结构。
当结构上部楼层相对于下部楼层有收进、或外挑时，应满足： （1）当上部楼层有收进，且 H1/H之比大于 0.2 时，B1宜小于B 的 0.75 倍； （2）当上部楼层有外挑时，B不宜小于上部楼 层水平尺寸B1的 0.9 倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。
2）具有明确的计算简图、合理的地震作用传递路径和不间断的传力路线。 3）具有足够大的承载能力和弹性刚度。
增大构件的抗震承载力．可以推迟中震、大震时构件屈服，降低对构件弹塑性变形 能力的要求；在合理的范围内增大结构弹性刚度，可以减小在大震作用下结构的变形、 减轻构件与结构的破坏的程度。原因：在同一地震作用下，弹性刚度小的结构变形大，
2.2 结构总体布置
立面收进时，收进后的第一 层往往为薄弱层，如果收进 较大，该层性质将类似于规
上部楼层刚度和质量大于 下部楼层，下部楼层可能 形成薄弱层。设计中，应 加强下部结构的侧向刚度
则结构的底层，在大底盘多
和构件承载力，满足规范
塔结构中，塔楼的底层是内
对结构竖向规则性的要求。
力突变的部位，应特别加强。 扭转效应显著。外挑结构
尤其是剪力墙 ，自下而上要连续布置，在底层或 中部某一层中断都会导致沿高度刚度和承载力突变，造 成薄弱层或软弱层，地震时容易破坏。抗震设计时，结 构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。
鞭梢效应
指当建筑物受地震作用时，它顶部的小突出部分由于 质量和刚度比较小，在每一个来回的转折瞬间，形成 较大的速度，产生较大的位移，就和鞭子的尖一样， 这种现象称为鞭梢效应。
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。
1971年美国圣菲南多地震，奥尔弗医院位于9度区，主楼遭到严重破坏。它是一幢 刚度和强度在底层突变的建筑的典型震例。该主楼是六层钢筋混凝土房屋，其剖面 如图11所示。该幢建筑三层以上为框架-—剪力墙体系，底层和二层为框架体系，而 二层有较多的砖隔墙。该结构上、下层的侧向层间刚度相差约为10倍。地震后，上 面几层震害很轻，而底层严重偏斜，纵向侧移达600mm，横向侧移约600mm，角柱 出现严重的受压酥碎现象。
如果顶部收进较多，或顶部侧向刚度小，会由于 振动的鞭梢效应而使结构顶部变形过大而导致破 坏。
平面不规则类型
平面不规则 竖向不规则
定义
扭转不规则
在规定的水平力的作用下，楼层两端抗侧力构件弹性 水平位移δ1（或层间位移δ2）的最大值与平均值的比 值（称为扭转位移比）大于1.2时，即为扭转不规则
偏心不规则
承载力突变的楼层，称为薄弱层。层间受剪承载力不 应小于其相邻上一层的65%(B级高度钢筋混凝土结构 为75%），小于时为严重不规则，应对结构进行调整。
楼层抗侧力结构的层间受剪承载力， 又称层间受剪承载力，是指在所考虑的 水平地震作用方向上，该层全部柱、剪 力墙、斜撑的受剪承载力之和。
高层建筑的不规则程度可分为不规则、特别不规则和严重不规 则。若有不多于两项达到或略超于上述不规则类型的指标，则此结 构为不规则结构。若有较明显的抗震薄弱部位，可能引起不良后果 者，此结构为特别不规则结构，其参考界限可为：不论高度是否超 限，同时具有上述6个主要不规则类型的3个或3个以上（表4-2a)， 或同时具有2项超过不规则指标（表4-2b)或同时具有1项超过不规 则指标（表4-2a)的不规则类型，或者1项不规则（表4-2c) 。严重 不规则是指建筑形体复杂，多项不规则指标超过上限值或某一项超 过规定值很多，具有现有技术和经济条件下不能克服的严重的抗震 薄弱环节，可能导致严重的地震破坏。书本110-111页
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。
任一层的偏心率大于0.15或相邻层质心相差大于相应 边长的15%即为偏心不规则
凹凸不规则
结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸 的30%，称为凹凸不规则
楼板局部不连续
楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽 度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该 层楼面面积的30%，或楼层错层超过梁高时按楼板开 洞对待，当错层面积大于该层总面积30％，称为楼板 局部不连续
塔式建筑：塔式建筑平面的两个方向的尺寸接近或相差不大，其平面形状有 : 圆形、方形、长宽比小的矩形、Y形、井形、切角的三角形等
抗风建筑宜选用风作用效应较小的的平面形状：即简单规则 的凸平面，如圆形、正方形、椭圆形等平面
不宜选用的平面形状，对抗风不利：有较多凹凸的复杂形状 平面，如V形、Y形、H形平面等
6）构件与构件之间、结构与结构之间，或是牢固连接，或是彻底分离， 避免似连接非连接、似分离非分离的不确定状态。
7）设置多道抗震防线。
具有多道抗震防线的结构体系一般有两个或两个以上的结构分体系组成，各分 体系具有足够大的刚度、承载力和延性，分体系之间协同工作。第一道防线是地 震时首先屈服、耗能的结构分体系或构件，应是弹塑性变形能力大、耗能能力强 的结构分体系或水平构件；第二道防线的结构分体系或构件也有足够大的抗震能 力。一般情况下，不宜采用轴压比大的框架柱作为第一道防线的抗侧力构件。