结构抗震设计的基本概念及抗震结构的概念设计
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结构抗震设计的基本概念 及抗震结构的概念设计
台州学院建筑工程学院 王小岗 2013.09
第2部分 抗震结构的概念设计
1、 场地选择 2、 建筑的平立面布置 3、 结构选型与结构布置 4、 多道抗震防线 5、 刚度、承载力和延性的匹配 6、 确保结构的整体性 7、 非结构部件处理
5结构抗震设计
——对地震区的工程结构进行的专业设计， 包括抗震概念设计、结构抗震计算、抗震构造措施 三个方面。
处理方法并尽可能保证其延性。 6、封闭边界原则，用竖向和水平的框架和构件构成封闭的边界 7、减少振动原则，采用一定的设计概念和措施使建筑物受到的
振动影响最小。
1 场地选择
1.1 避开地震危险地段
危险地段：指地震时可能发生崩塌、滑坡、地陷、 地裂、泥石流等地段，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。
建筑抗震概念设计基本内容
1.建筑设计应重视建筑结构的规则性； 2.合理的建筑结构体系选择； 3.抗侧力结构和构件的延性设计。
结构设计的7条基本原则
1、质量与刚度对称原则 2、比例协调原则 3、减轻自重原则，使建筑物自重减轻，重心降低， 4、弹性原则，采用均质材料 5、下部结构的可靠性原则，采用密实且具有足够刚度的
《规范》3.3.1 对不利地段，应提出避开要 求；当无法避开时，应采取有效措施；不应在危 险地段建造甲、乙、丙类建筑。
1 场地选择
——选定建设地点，要综合考虑地形、岩土、地震等影 响因素；
——重视地震灾害与岩土间的关系，如滑坡、断层、地 裂、砂土液化、地形改变等。
——区域规划和城市规划是绝对必要的。但应结合地震 分区、生产活动、特殊的危险性评定。并不是所有区域、 地块、土质都适宜发展城市。
地裂
1.2 选择有利于抗震的场地 《规范》3.3.4 地基和基础设计应符合下列要求： 1、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同
的地基上；
2、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）
3、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。
(1) 悬臂、倾斜体系，水平地震作用会导致较大的竖向位移。
特别是对于悬臂段，可能产生较大的竖向位移和振动，进而影 响建筑的正常使用; (2)倾斜、悬臂体系，使得结构在竖向地震作用下，存在较大 的水平和竖向动力响应; (3)地震作用下，结构基础承受较大的倾覆弯矩;（蹲马步） (4) 结构严重竖向不规则，结构各层的位移和内力响应沿高度 有很大变化，特别是在9 层(裙房顶层)和37层(悬臂底层) ，应 力高度集中，层间位移大; (5)结构倾斜和受力构件的不对称分布，使得结构对不同方向 水平地震作用的响应有一定差异; (6)地震作用下，结构会有较大的扭转变形; (7)薄弱部位的构件，在地震作用下应力水平较高，可能较早
山坡地在地震时会 产生土壤滑动
冲积地的土质松 软，地震时容易塌 陷，如果此处有地 下水层，还容易发 生液化。
用另外的土石來填 补地基，常有土壤 密实度不足情形， 导致建筑物在地震 时产生倾斜、沉陷。
临近 悬崖 容易 滑落
谷地或低地，这里的 建筑物容易在地震发生 时，受土石崩塌破坏。
萨尔瓦多地震引发了一巨大的 泥石流，数百户人家被埋在泥 石里，估计有1200多人遇难
严重不规则结构
Hale Waihona Puke 建筑方案设计—— 荷兰大都会建筑事务所(OMA) 雷姆·库哈斯（荷兰Rem Koolhaas，1944.11.17－ ） “力与美的雕塑”
结构初步设计——英国奥雅纳工程顾问有限公司(ARUP) 施工图设计——华东建筑设计研究院( ECAD I)施工图设计
2002年12月通过建筑方案竞标确定实施方案, 2004年1月通过结构抗震设防超限审查, 2005年4月基础开始施工,2007年12月12日悬臂结构合拢, 2008年3月28日上部钢结构封顶,2009年投入使用。 • “双向倾斜”、“空中连接”、“大体量悬臂” • “高、难、精、尖”的特大型项目， “挑战地球引力” 抗震烈度从7度上升到9度，造价从50亿人民币提高到100亿
CCTV主楼结构属于严重不规则、严重超限结构：
(1) 2～9层建筑平面为L型，凸出长度占该方向宽度的 2 /3，大大超过0.30的凹凸不规则限值; (2) 2层平面内楼板缺失宽度超过50%的楼板局部不连 续限值; (3) 10层起裙房收进为两个独立塔楼，收进宽度占该向 总宽度的2 /3，超过竖向不规则限值; (4)塔楼双向倾斜,部分柱子不落地，属于竖向抗侧力构 件不连续; (5) 37层起塔楼悬挑凸出超过1.5 倍塔楼宽度，超过悬 挑凸出规则限值; (6) 37层以上悬挑部分的柱子落在转换桁架上，出现高 位转换层; (7)结构为连体结构,属于复杂结构。
《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010对地段类别划分
本次修订与 2001 版相比的变化：考虑到高含水量的可塑黄土在地 震作用下会产生震陷，历次地震的震害也比较重，此外当地表存在 结构性裂缝时对建筑物抗震也时不利的，因此将其列入不利地段。
水边地的地下水位较 高，土质松软，容易 在地震时产生土壤滑 动或地层液化。
根据结构的上述特点,结构审查专家对 结构可能的薄弱部位进行了判断:
(1)裙房和两塔楼在第9层的交接位置; (裙房顶层) (2)两塔楼和悬臂在第37层的交接位置;(悬臂底层) (3)裙房L型夹角位置; (4)悬臂L型夹角位置; (5)两个塔楼的中部,即26～29层。
严重不规则、严重超限结构动力响应和抗震性能特点:
5抗震概念设计
——基于震害经验建立的抗震基本原则和思想。 包括工程结构的总体布置和细部构造。
由于地震的随机性，结构抗震不能完全依赖 “计算设计”，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，是构造良 好结构性能的决定因素，即“概念设计”。
概念设计强调，在工程设计一开始，就应把握 好能量输入、房屋体形、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，再辅以必要的计算和构造措 施，就有可能具有良好的抗震性能和足够的抗震 可靠度的建筑。
2 建筑的平立面布置
《抗震规范》 3.4.1 建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不
应采用严重不规则的设计方案。
3.4.2 建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、 对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向 剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，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 少，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。
台州学院建筑工程学院 王小岗 2013.09
第2部分 抗震结构的概念设计
1、 场地选择 2、 建筑的平立面布置 3、 结构选型与结构布置 4、 多道抗震防线 5、 刚度、承载力和延性的匹配 6、 确保结构的整体性 7、 非结构部件处理
5结构抗震设计
——对地震区的工程结构进行的专业设计， 包括抗震概念设计、结构抗震计算、抗震构造措施 三个方面。
处理方法并尽可能保证其延性。 6、封闭边界原则，用竖向和水平的框架和构件构成封闭的边界 7、减少振动原则，采用一定的设计概念和措施使建筑物受到的
振动影响最小。
1 场地选择
1.1 避开地震危险地段
危险地段：指地震时可能发生崩塌、滑坡、地陷、 地裂、泥石流等地段，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。
建筑抗震概念设计基本内容
1.建筑设计应重视建筑结构的规则性； 2.合理的建筑结构体系选择； 3.抗侧力结构和构件的延性设计。
结构设计的7条基本原则
1、质量与刚度对称原则 2、比例协调原则 3、减轻自重原则，使建筑物自重减轻，重心降低， 4、弹性原则，采用均质材料 5、下部结构的可靠性原则，采用密实且具有足够刚度的
《规范》3.3.1 对不利地段，应提出避开要 求；当无法避开时，应采取有效措施；不应在危 险地段建造甲、乙、丙类建筑。
1 场地选择
——选定建设地点，要综合考虑地形、岩土、地震等影 响因素；
——重视地震灾害与岩土间的关系，如滑坡、断层、地 裂、砂土液化、地形改变等。
——区域规划和城市规划是绝对必要的。但应结合地震 分区、生产活动、特殊的危险性评定。并不是所有区域、 地块、土质都适宜发展城市。
地裂
1.2 选择有利于抗震的场地 《规范》3.3.4 地基和基础设计应符合下列要求： 1、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同
的地基上；
2、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）
3、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。
(1) 悬臂、倾斜体系，水平地震作用会导致较大的竖向位移。
特别是对于悬臂段，可能产生较大的竖向位移和振动，进而影 响建筑的正常使用; (2)倾斜、悬臂体系，使得结构在竖向地震作用下，存在较大 的水平和竖向动力响应; (3)地震作用下，结构基础承受较大的倾覆弯矩;（蹲马步） (4) 结构严重竖向不规则，结构各层的位移和内力响应沿高度 有很大变化，特别是在9 层(裙房顶层)和37层(悬臂底层) ，应 力高度集中，层间位移大; (5)结构倾斜和受力构件的不对称分布，使得结构对不同方向 水平地震作用的响应有一定差异; (6)地震作用下，结构会有较大的扭转变形; (7)薄弱部位的构件，在地震作用下应力水平较高，可能较早
山坡地在地震时会 产生土壤滑动
冲积地的土质松 软，地震时容易塌 陷，如果此处有地 下水层，还容易发 生液化。
用另外的土石來填 补地基，常有土壤 密实度不足情形， 导致建筑物在地震 时产生倾斜、沉陷。
临近 悬崖 容易 滑落
谷地或低地，这里的 建筑物容易在地震发生 时，受土石崩塌破坏。
萨尔瓦多地震引发了一巨大的 泥石流，数百户人家被埋在泥 石里，估计有1200多人遇难
严重不规则结构
Hale Waihona Puke 建筑方案设计—— 荷兰大都会建筑事务所(OMA) 雷姆·库哈斯（荷兰Rem Koolhaas，1944.11.17－ ） “力与美的雕塑”
结构初步设计——英国奥雅纳工程顾问有限公司(ARUP) 施工图设计——华东建筑设计研究院( ECAD I)施工图设计
2002年12月通过建筑方案竞标确定实施方案, 2004年1月通过结构抗震设防超限审查, 2005年4月基础开始施工,2007年12月12日悬臂结构合拢, 2008年3月28日上部钢结构封顶,2009年投入使用。 • “双向倾斜”、“空中连接”、“大体量悬臂” • “高、难、精、尖”的特大型项目， “挑战地球引力” 抗震烈度从7度上升到9度，造价从50亿人民币提高到100亿
CCTV主楼结构属于严重不规则、严重超限结构：
(1) 2～9层建筑平面为L型，凸出长度占该方向宽度的 2 /3，大大超过0.30的凹凸不规则限值; (2) 2层平面内楼板缺失宽度超过50%的楼板局部不连 续限值; (3) 10层起裙房收进为两个独立塔楼，收进宽度占该向 总宽度的2 /3，超过竖向不规则限值; (4)塔楼双向倾斜,部分柱子不落地，属于竖向抗侧力构 件不连续; (5) 37层起塔楼悬挑凸出超过1.5 倍塔楼宽度，超过悬 挑凸出规则限值; (6) 37层以上悬挑部分的柱子落在转换桁架上，出现高 位转换层; (7)结构为连体结构,属于复杂结构。
《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010对地段类别划分
本次修订与 2001 版相比的变化：考虑到高含水量的可塑黄土在地 震作用下会产生震陷，历次地震的震害也比较重，此外当地表存在 结构性裂缝时对建筑物抗震也时不利的，因此将其列入不利地段。
水边地的地下水位较 高，土质松软，容易 在地震时产生土壤滑 动或地层液化。
根据结构的上述特点,结构审查专家对 结构可能的薄弱部位进行了判断:
(1)裙房和两塔楼在第9层的交接位置; (裙房顶层) (2)两塔楼和悬臂在第37层的交接位置;(悬臂底层) (3)裙房L型夹角位置; (4)悬臂L型夹角位置; (5)两个塔楼的中部,即26～29层。
严重不规则、严重超限结构动力响应和抗震性能特点:
5抗震概念设计
——基于震害经验建立的抗震基本原则和思想。 包括工程结构的总体布置和细部构造。
由于地震的随机性，结构抗震不能完全依赖 “计算设计”，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，是构造良 好结构性能的决定因素，即“概念设计”。
概念设计强调，在工程设计一开始，就应把握 好能量输入、房屋体形、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，再辅以必要的计算和构造措 施，就有可能具有良好的抗震性能和足够的抗震 可靠度的建筑。
2 建筑的平立面布置
《抗震规范》 3.4.1 建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不
应采用严重不规则的设计方案。
3.4.2 建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、 对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向 剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，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 少，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。