建筑结构抗震概念设计

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4.1 场地选择——续
2、选择有利于抗震的场地
1)概念
• 对建筑抗震有利的地段:指位于开阔平坦地的坚硬场地 上或密实均匀中硬场地土。 • 对建筑抗震不利的地段:就地形而言,一般是指条状突 出的山嘴,孤立的山包和山梁的顶部,高差较大的台地 边缘,非岩质的陡坡, 河岸和边坡的边缘;就场地土质 而言,一般是指软弱土、易液化土,故河道、断层破碎 带、暗埋塘滨沟谷或半挖半填地基等,以及在平面分布 上成因、岩性、状态明显不均匀的地段。
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基本概念——续
抗震概念设计的思路: 在工程设计一开始,把握好能量输入、房屋体型、 结构 体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面, 从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节。
辅以必要的计算和构造措施,有可能使房屋建筑 具有良好的抗震性能和足够的抗震可靠度。
由于对地震作用及结构性能的了解还远远不够,在 某种意义上,概念设计比计算设计更重要。
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基本概念——续
• 2、概念设计(Conceptual design) :立足于工程抗震 基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念的 抗震设计。 在着手进行结构抗震设计时,着眼于结构的总体地震反应, 灵活运用抗震设计准则,既注意总体布置上的大原则,又 考虑关键部分的细节,从而全面、合理地解决结构抗震设 计中的基本问题。 有助于掌握明确的设计思想,灵活、恰当地运用抗震设计 原则,是设计人员不知陷入盲目的计算工作,从而做到比 较合理的抗震设计。 抗震概念设计是目前工程设计高度自动化的背景下唯一具 有能动性和创造性的设计过程。
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4.1 场地选择——续
2)关于地基基础设计,抗震规范有如下规定: 1、避开危险地带(如断裂带等); 2、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然 不同的地基上;无法避开时,除考虑不同土 层差异运动的影响外,还应采用局部深基础, 使整个建筑物的基础落在同一上层上(图) 3、同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基;(可 设沉降缝,成为两个单元) 4、地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀时, 应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响,并采取相 应措施,基础应加强其整体性和刚性。
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4.2.5 防震缝的合理设置 变形缝包括:伸缩缝、沉降缝、防震缝,对于抗 震设防烈度为6度以上的房屋,伸缩缝、沉降缝均 应符合防震缝的要求,即在抗震区,三种缝统称 为防震缝。
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4.2.5 防震缝的合理设置
遇到下列情况,应设置防震缝: ① 平面形状、局部尺寸或者立面形状不符合规范的有关 规定,而又未在计算和构造上采取相应措施时; ② 房屋长度超过规范规定的伸缩缝最大间距,又无条件 采取特殊措施而必需设置伸缩缝时; ③ 地基土质不均匀,房屋各部分的预计沉降(包括地震 时的沉陷)相差过大,必须设置沉降缝时; ④ 房屋各部分的质量或结构抗侧移刚度大小悬殊时。
≤0.35 ≤0.30
l /b
≤2.0 ≤1.5
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平面不规则的类型
不规则类型 定义
楼层的最大弹性水平位移(或层间位移),大于该楼层两端弹性水平位 移(或层间位移)平均值的1.2倍 结构平面凹进的一侧尺寸,大于相应投影方向总尺寸的30% 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%,或较大的楼层错层
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4.2 建筑的平立面布置
一幢房屋的动力性能基本上取决于它的建筑布局 和结构布置。 4.2.1 建筑平面布置 建筑的平、立面布置宜规则、对称,质量和刚度 变化均匀,避免楼层错层。 对称的结构容易估计其地震时的反应,容易采取 构造措施和进行细部处理。 “规则”包含了对建筑的平、立面外形尺寸,抗 侧力构件布置、质量分布,直至强度分布等诸多 因素的综合要求。 规则对高层建筑尤为重要。
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4.2.4
房屋的高宽比
建筑物的高宽比例,比起其绝对高度来说更为重要。 因为建筑物的高宽比值愈大,即建筑愈瘦高,地震作 用下的侧移愈大,地震引起的倾覆作用愈严重。巨大 的倾覆力矩在柱(墙)和基础中所引起的压力和拉力比 较难于处理。 我国对房屋高宽比的要求是按结构体系和地震烈度区 分的。
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4.2.5 防震缝的合理设置
1、防震缝设置原因 由于建筑平面和体型的多样化、结构的不规则性有时难以 避免,为将不规则结构变为若干规则结构,合理地设置防 震缝进行结构分段,从而降低抗震设计的难度及提高抗震 设计的可靠度。 在国内外历次地震中,曾一再发生相邻建筑物或同幢建筑 物相邻单元之间相撞的震例,究其原因,主要是防震缝宽 度偏小或构造不当所致。 2、防震缝设置原则 彻底分离或者牢固连接:忌连又连不牢、分又分不清。 “三缝合一”的设置原则:伸缩缝、沉降缝、防震缝三缝 合一,对于抗震设防烈度为6度以上的房屋,所有伸缩缝、 沉降缝均应符合防震缝的宽度要求。 2014-10-27 23
结构抗震概念设计
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第4章
建筑抗震概念设计
4.1 场地选择及地基与基础的设 计
4.2 建筑形体选择及平立面布置
4.3
4.4
结构选型与结构布置
确保结构的整体性
4.5
多道抗震防线
4.6 减轻房屋自重和妥善处理非 结构部件
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基本概念
• 1、计算设计(Numerical design):按荷载 计算、内力分析及组合、强度计算 、构造措施 等称为计算设计。 • “计算设计”——不能完全依赖! • 地震方面——地震是一种随机振动,具有复杂 性、不确定性,因此很难准确预测建筑物所遭 遇地震的特性和参数。地震在时间和空间上都 具有很大的随机性。 • 结构分析——未能充分考虑结构的空间作用、 非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素, 也存在不准确性。
b 0.5B
B
大开洞
错层
B
A0 0.3 A A Bl
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局部不连续
l
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4.2.2 建筑立面布置
地震区高层建筑的立面应采用矩形、梯形、三角 形等均匀变化的几何形状,尽量避免带有突然变 化的阶梯形立面。
《高层规程》规定:建筑的竖向体形宜规则、均 匀,避免有过大的外挑和内收。 • 上部收进时,当H1/H>0.2时,B1/B≥0.75; • 当上部外挑时,B/B1≥0.9且a≤4m。 2014-10-27 13
B 0.3Bmax
扭转不规则
凹凸不规则 楼板局部不连续
2 1
2
1
2
Bmax
B 0.3Bmax Bmax B 0.3Bmax
2 1.2
2 1
2
源自文库
Bmax
B 0.3Bmax Bmax
扭转不规则
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凹凸角不规则
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平面不规则的类型
不规则类型 定义
严重不规则是指体型复杂,
Q y ,i 1 Q y ,i
Qy ,i 0.8Qy ,i 1
多项不规则指标超过表中指标或某 一项大大超过规定值,具有严重的 抗震薄弱环节,将会导致地震破坏 的严重后果者。 注:以上规定主要针对钢筋混凝 土和钢结构的多层和高层建筑。
竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀 2014-10-27 (有薄弱层)
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4.2.3
房屋的高度
一般而言,房屋愈高,所受到的地震力和倾覆力矩 愈大,破坏的可能性也愈大。 但“房屋愈高愈危 险”的概念不是绝对的,是有条件的。于1956年建 造的高181m的42层拉丁美洲大厦,经受住了3次大 地震的考验,几乎无损坏。 《抗震规范》和《高层规程》,根据我国当前科研 成果和工程实际情况,对各种结构体系适用范围内 建筑物的最大高度均作出了规定。超出该规定的, 要进行专门研究。《抗震规范》尚规定:对不规则 结构、有框支层抗震墙结构或Ⅳ类场地上的结构, 适用的最大高度应适当降低。
抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%
K i 3 Ki2 K i 1 Ki
Ki 0.7 Ki 1
K i 0.8( K i 1 K i 2 K i 3 ) 3
沿竖向的侧向刚度不规则(有柔软层) 2014-10-27
竖向抗侧力构件不连续
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竖向不规则的类型
不规则类型
竖向不规则的类型
不规则类型
侧向刚度不规则
定义
该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%,或小于其上相邻三个 楼层侧向刚度平均值的80%;除顶层外,局部收进的水平向尺 寸大于相邻下一层的25%
竖向抗侧力构件不连续
楼层承载力突变
竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换 构件(梁、桁架等)向下传递
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形的桶体,对称地由连梁连接起来, 美洲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。 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。
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地震区的高层建筑,平面以方 形、矩形、圆形为好;正六边 形、正八边形、椭圆形、扇形 也可以。 不宜采用有较长翼缘的L形、T形、U形、H形、Y 形等平面形状。 高层规程的规定:
设防烈度 6、7度 8、9度
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L/ B
≤6.0 ≤5.0
l / Bmax
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。
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马那瓜美洲银行大厦
马那瓜中央银行大厦
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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 2014-10-27 16 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。
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4.1 场地选择及地基与基础的设计
不同的场地上的建筑震害不同,在建筑选址时,要尽量 选择对建筑抗震有利的地段,避开不利和危险地段。
1、避开地震危险地段 1)概念
• 建筑抗震危险的地段:指地震时可能发生崩塌、滑坡、 地陷、地裂、泥石流等地段以及震中烈度为8度以上的 发震断裂带在地震时可能发生地表错位的地段。 非发震断层:与当地的地震活动性没有成因上联系的 一般断层,在地震作用下一般不会发生新的错动。 发震断层:具有潜在地震活动的断层,在过去三万五 千年以内曾活动过一次,或者在五万年内活动过两次 的断层。
楼层的最大弹性水平位移(或层间位移),大于该楼层两端弹性水平位 移(或层间位移)平均值的1.2倍 结构平面凹进的一侧尺寸,大于相应投影方向总尺寸的30%
扭转不规则
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%,或较大的楼层错层
侧向刚度不规则
定义
该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%,或小于其上相邻三个 楼层侧向刚度平均值的80%;除顶层外,局部收进的水平向尺 寸大于相邻下一层的25%
竖向抗侧力构件不连续
楼层承载力突变
竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换 构件(梁、桁架等向下传递)
抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%
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