专题抗震概念设计.pptx
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1、工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾什么是概念设计?什么是概念设计?1 1、计算设计计算设计(Numerical design):按荷载计算、内力: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。分析及组合、强度计算、构造措施等称为计算设计。“计算设计计算设计”不能完全依赖!不能完全依赖!地震的不确定性地震的不确定性计算的简化计算的简化工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾2 2、概念设计概念设计(Conceptual design):立足于工程抗震基:立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震本理论及长期工程抗震经验总结经验总结的工程抗震基本概念的的工程抗震基本概念的抗震设计。抗震设计
2、。即根据地震灾害和工程经验等所形成的即根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则基本设计原则和和设计思想正确地解决建筑和结构的总体方案、结构布置、设计思想正确地解决建筑和结构的总体方案、结构布置、材料使用和细部构造等,以便达到合理抗震设计的目的。材料使用和细部构造等,以便达到合理抗震设计的目的。有助于掌握明确的设计思想,灵活、恰当地运用抗震设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,使设计人员不致陷入盲目的计算工作,从而做计原则,使设计人员不致陷入盲目的计算工作,从而做到比较合理的抗震设计。到比较合理的抗震设计。工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾抗震概念设计的思路:抗震概念设
3、计的思路:在工程设计一开始,把握好能量输入、房屋体型、结在工程设计一开始,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,构体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面,从根从根本上本上消除建筑中的抗震薄弱环节;消除建筑中的抗震薄弱环节;辅以辅以必要的计算和构造措施必要的计算和构造措施,有可能使房屋建筑具有,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。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,某种意义上,概念设计比计算设计更重要概念设计比计算设计更重要。工程结构抗震与减灾工程结
4、构抗震与减灾建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计1 1 场地选择场地选择2 2 建筑的平立面布置建筑的平立面布置3 3 结构选型与结构布置结构选型与结构布置4 4 多道抗震防线多道抗震防线5 5 刚度、承载力和延性的匹配刚度、承载力和延性的匹配6 6 确保结构的整体性确保结构的整体性7 7 非结构部件处理非结构部件处理工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾1 1 场地选择场地选择 不同的场地上的建筑震害不同,在建筑选址时,要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。尽量选择对建筑抗震有利的地段,避开不利和危险地段。地段类别地段类别 地质、地形、地貌
5、地质、地形、地貌有利地段有利地段稳定基岩,坚硬土,开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等稳定基岩,坚硬土,开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等不利地段不利地段软弱土,液化土,条状突出的山嘴,高耸孤立的山丘,非岩质的软弱土,液化土,条状突出的山嘴,高耸孤立的山丘,非岩质的陡坡,河岸和边坡的边缘,平面分布上成因、岩性、状态明显不陡坡,河岸和边坡的边缘,平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层(如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半均匀的土层(如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基)等填半挖地基)等危险地段危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂地震时可能发生滑
6、坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位带上可能发生地表错位的部位工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾1 1 场地选择场地选择关于地基基础设计,抗震规范有如下规定:关于地基基础设计,抗震规范有如下规定:1 1、避开危险地带(如断裂带等);避开危险地带(如断裂带等);2 2、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上;上;无法避开时,除考虑不同土层差异运动的影响外,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还应采用局部深基础,使整个建筑物的基础落在同一土层上;土层上;3
7、 3、同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基;、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)(可设沉降缝,成为两个单元)4 4、地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀、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,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,并采取相应措施,基础应加强其整体性和刚性。基础应加强其整体性和刚性。工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计1 1 场地选择场地选择2 2 建筑的平立面布置建筑的平立面布置3 3 结构选型与结构布置结构选型
8、与结构布置4 4 多道抗震防线多道抗震防线5 5 刚度、承载力和延性的匹配刚度、承载力和延性的匹配6 6 确保结构的整体性确保结构的整体性7 7 非结构部件处理非结构部件处理工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾2 2 建筑的平立面布置建筑的平立面布置 一幢房屋的动力性能基本上取决于它的一幢房屋的动力性能基本上取决于它的建筑布局建筑布局和和结构布置结构布置。建筑布局简单合理,结构布置符合抗震原。建筑布局简单合理,结构布置符合抗震原则,就能从根本上保证房屋具有良好的耐震性能。则,就能从根本上保证房屋具有良好的耐震性能。抗震规范抗震规范3.4.13.4.1条规定:建筑设计应符合抗震概念条规定:建筑设
9、计应符合抗震概念设计的要求,设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案不应采用严重不规则的设计方案。3.4.23.4.2条规定:建筑及其抗侧力结构的平面布置宜条规定:建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、规则、对称对称,并应具有良好的,并应具有良好的整体性整体性;建筑的立面和竖向剖面;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的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减少自下而上逐渐减少,避免抗侧,避免抗侧力结构的力结构的侧向刚度侧向刚度和和承载力承载力突变。突变。工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾较好的抗震
10、构造较好的抗震构造 1.较低的较低的长宽比长宽比、高宽比高宽比 (降低倾覆的风险降低倾覆的风险)2.均匀的均匀的层高层高 (墙或柱的刚度较均匀墙或柱的刚度较均匀)3.平面平面对称对称 (减小扭转减小扭转)4.强弱轴强弱轴差异较小差异较小 (各方向承载能力一致各方向承载能力一致)工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 5.截面均匀截面均匀 (减小应力集中减小应力集中)6.抗震构件位于四周布置抗震构件位于四周布置 (提高抗扭能力提高抗扭能力)7.多道防线多道防线 (防倒塌防倒塌)8.传力路径明确传力路径明确 (荷载分配合理荷载分配合理)工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾几何尺寸突变几何尺寸突变;荷
11、载传递路径不连续;荷载传递路径不连续;强度与刚度的不匹配强度与刚度的不匹配;局部开洞局部开洞;构件截面不合理构件截面不合理;缺乏冗余构件缺乏冗余构件2.1 2.1 不规则性(不规则性(IrregularitiesIrregularities)工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾T形平面形平面L形平面形平面U形平面形平面十字形平面十字形平面组合形平面组合形平面工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾并立建筑并立建筑 多塔建筑多塔建筑 竖向突变竖向突变工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾 局部过高局部过高 局部过低局部过低质量分布严重不均匀质量分布严重不均匀底层过柔弱底层过柔弱工程结构抗震与减灾工程结
12、构抗震与减灾剪力墙开洞过大剪力墙开洞过大 柱子不连续柱子不连续 梁不连续梁不连续 楼板开洞楼板开洞 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾剪力墙与框架不在相同楼层剪力墙与框架不在相同楼层构件截面突变构件截面突变 山坡建筑山坡建筑 错列桁架错列桁架 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾Check the irregularity of CCTV new tower?平面平面立面立面质量质量工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾2.2 2.2 建筑平面布置建筑平面布置1 1、建筑平面形状、建筑平面形状1 1)建筑物的平、立面布置宜)建筑物的平、立面布置宜规则、对称规则、对称,质量和刚度变,质量和刚度变
13、化均匀,避免楼层错层;化均匀,避免楼层错层;2 2)地震区的高层建筑,平面以方形、矩形、圆形为好;)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。正六边形、正八边形、椭圆形、扇形也可以。3 3)有)有较长翼缘较长翼缘的的L L形、形、T T形、十字形、形、十字形、U U形、形、H H形、形、Y Y形平形平面也不宜采用。这些平面的较长翼缘,地震时容易因面也不宜采用。这些平面的较长翼缘,地震时容易因发生差异侧移而加重震害。发生差异侧移而加重震害。工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾Seismic desirable simple plan 工程结构抗震与减灾
14、工程结构抗震与减灾2 2、平面不规则的类型:、平面不规则的类型:1 1)扭转不规则扭转不规则(Torsional irregularity):楼层的最大弹: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)平均值的位移(或层间位移)平均值的1.21.2倍;倍;2 2)凹凸不规则凹凸不规则(Reentrant corners):结构平面凹进的一:结构平面凹进的一侧尺寸,大于相应投影方向总尺寸的侧尺寸,大于相应投影方向总尺寸的30%30%;3 3)楼板局部不连续楼板局部不连续(Diaphragm discontinuity):
15、楼板的尺:楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。例如:开洞面积大于该楼层寸和平面刚度急剧变化。例如:开洞面积大于该楼层面积的面积的30%30%,或较大的楼层错层,或有效楼板宽度小于,或较大的楼层错层,或有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的该层楼板典型宽度的50%50%。工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾Seismic forceC扭转不规则扭转不规则 楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)大于该楼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)平均值的两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的1.21.2倍;倍;工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾凹凸不规则凹凸不规则 结构平面
16、凹进的一侧尺寸,大于相应投影方向总尺寸的结构平面凹进的一侧尺寸,大于相应投影方向总尺寸的30%30%;工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾楼板局部不连续楼板局部不连续 开洞面积大于该楼层面积的开洞面积大于该楼层面积的30%30%有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%50%较大的楼层错层较大的楼层错层工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾2.3 2.3 建筑立面布置建筑立面布置1 1、建筑立面形状、建筑立面形状 地震区高层建筑的立面应采用矩形、梯形、三角形等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均匀变化的几何形状
17、,尽量避免带有突然变化的阶梯阶梯形形立面。立面。因为立面形状的突然变化,会引起因为立面形状的突然变化,会引起质量质量和和抗侧移刚度抗侧移刚度突变,地震时容易因剧烈振动或塑性变形集中(薄弱突变,地震时容易因剧烈振动或塑性变形集中(薄弱层)而加重破坏。层)而加重破坏。工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾2 2、竖向不规则的类型、竖向不规则的类型 1 1)侧向刚度不规则侧向刚度不规则(Lateral stiffness):该层的侧向刚:该层的侧向刚度小于相邻上一层的度小于相邻上一层的70%70%,或小于其上相邻三个楼层侧,或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的向刚度平均值的80%80%;除顶层外,局
18、部收进的水平向尺;除顶层外,局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的寸大于相邻下一层的25%25%。2 2)竖向)竖向抗侧力构件不连续抗侧力构件不连续(Discontinuity):竖向抗侧:竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件(梁、桁架)向下传递。构件(梁、桁架)向下传递。3 3)楼层)楼层承载力突变承载力突变(Abrupt change):抗侧力结构的层:抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%80%。工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾inter-story drift of the
19、ith storyshear force of the ith story侧向刚度不规则侧向刚度不规则(薄弱层薄弱层)工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾竖向受力构件不连续竖向受力构件不连续 工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾侧向承载力突变侧向承载力突变(薄弱层薄弱层)工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾建筑的竖向体形宜规则、均匀,建筑的竖向体形宜规则、均匀,避免有过大的外挑和避免有过大的外挑和内收;内收;结构的侧向刚度宜结构的侧向刚度宜下大上小下大上小,逐渐,逐渐均匀变化均匀变化,不应采,不应采用竖向布置严重不规则的结构;用竖向布置严重不规则的结构;抗震设计的高层建筑结构,其抗震设计的高层
20、建筑结构,其楼层侧向刚度楼层侧向刚度不宜小于不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的相邻上部楼层侧向刚度的7070或其上相邻三层侧向刚或其上相邻三层侧向刚度平均值的度平均值的8080;按按高层规程高层规程,高层建筑的,高层建筑的高度限值分高度限值分A A、B B两级两级,A A级规定较严,是目前应用最广泛的高层建筑高度,级规定较严,是目前应用最广泛的高层建筑高度,B B级级规定较宽,但应采取更严格的计算和构造措施。规定较宽,但应采取更严格的计算和构造措施。楼层层间抗侧力结构的楼层层间抗侧力结构的受剪承载能力:受剪承载能力:A A级高度:级高度:宜宜上一层的上一层的80%80%,应应上一层的上一层的65%
21、65%;B B级高度:级高度:应应上一层的上一层的75%75%。3 3、高层建筑立面尺寸限值、高层建筑立面尺寸限值工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾3 3、高层建筑立面尺寸限值、高层建筑立面尺寸限值收进和外挑尺寸要求(收进和外挑尺寸要求(宜宜):):当结构上部楼层收进部位到当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度室外地面的高度H H1 1与房屋高与房屋高度度H H之比大于之比大于0.20.2时,上部楼时,上部楼层收进后的水平尺寸层收进后的水平尺寸B B1 1不宜不宜小于下部楼层水平尺寸小于下部楼层水平尺寸B B的的0.750.75倍;倍;当上部结构楼层相对于下部当上部结构楼层相对于下部楼层外挑
22、时,下部楼层的水楼层外挑时,下部楼层的水平尺寸平尺寸B B不宜不宜小于上部楼层水小于上部楼层水平尺寸平尺寸B B1 1的的0.90.9倍,且水平外倍,且水平外挑尺寸挑尺寸a a不宜不宜大于大于4m4m。工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾2.4 2.4 房屋的高度房屋的高度(Height)(Height)一般而言,房屋愈高,所受到的地震力和倾覆力矩愈大,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。破坏的可能性也愈大。抗震规范抗震规范和和高层规程高层规程,根据我国当前科研成果,根据我国当前科研成果和工程实际情况,对各种和工程实际情况,对各种结构体系结构体系适用范围内建筑
23、物的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,要进行专门研最大高度均作出了规定。超出该规定的,要进行专门研究。究。抗震规范抗震规范尚规定:对不规则结构、有框支层抗尚规定:对不规则结构、有框支层抗震墙结构或震墙结构或类场地上的结构,适用的最大高度应适当类场地上的结构,适用的最大高度应适当降低。降低。工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾房屋类别房屋类别最小最小墙厚墙厚度度(mm)烈烈 度度6789高度高度层数层数高度高度层数层数高度高度层数层数高度高度层数层数多多层层砌砌体体普通砖普通砖多孔砖多孔砖多孔砖多孔砖小砌块小砌块24024019019024
24、2121218777212118217767181815186656121244底部框架底部框架-抗抗震墙震墙多排柱内框多排柱内框架架240240221675221675191364砌体结构层数及最大高度限值砌体结构层数及最大高度限值工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾2.5 2.5 房屋的高宽比房屋的高宽比(Height-width ratio)(Height-width ratio)建筑物的高宽比例,比起其绝对高度来说更为重要。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,即建筑愈因为建筑物的高宽比值愈大,即建筑愈瘦高瘦高,地震作,地震作用下的用下的侧移侧移愈大,
25、地震引起的愈大,地震引起的倾覆作用倾覆作用愈严重。巨大愈严重。巨大的倾覆力矩在柱的倾覆力矩在柱(墙墙)和基础中所引起的压力和拉力比和基础中所引起的压力和拉力比较难于处理。较难于处理。我国对房屋高宽比的要求是按我国对房屋高宽比的要求是按结构体系结构体系和和地震烈度地震烈度区区分的。分的。工程结构抗震与减灾工程结构抗震与减灾烈度烈度6 6、7 7度度8 8度度9 9度度最大高宽比最大高宽比6.56.56.06.05.55.5钢结构民用建筑最大高宽比的限制钢结构民用建筑最大高宽比的限制 钢筋混凝土结构最大高宽比的限制钢筋混凝土结构最大高宽比的限制 结构类型结构类型6 6度度7 7度度8 8度度9 9
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