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1、第3章 建筑抗震概念设计 场地、地基和基础 建筑的平立面布置 结构布置 结构材料和施工 非结构构件,由于地震作用的不确定性以及结构自身的一些复杂因素，使得结构计算难以完全反映真实的地震运动和结构在地震中的反应。因此除了通过科学计算一定程度上把握结构的抗震性能外，更重要的是从大的方面、从整体的方面做好有利于结构抗震性能的安排。 抗震概念设计就是根据实际的震害和工程经验、科学和试验研究等形成的基本设计原则和设计思想，做好建筑和结构的总体布置和细部构造，避免不利于结构抗震的做法。建筑结构抗震概念设计涉及勘察、设计、施工等环节，包括场地选择、建筑平立面造型、结构体系的选择、非结构构件的处理以及材料的选
2、用等。,3.1 场地、地基与基础 在建筑选址时，应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，尽量选择对建筑抗震有利的地段，避开不利和危险地段。 主要的考虑方面：断裂带、滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流、孤突地形、非岩质陡坡、河岸和边坡边缘、软弱土、液化土、延性及均匀性等。 对山区建筑，场地勘察应有边坡稳定性评价和防治建议，边坡设计应符合建筑边坡工程技术规范（GB 50330）的要求。边坡附近的建筑基础应进行抗震稳定性设计，建筑基础与土质边坡、强风化岩质边坡的边缘应留有足够的距离。,3.1 场地、地基与基础 为减少地面运动传给上部结构的地震能量，应选择具有较大平均剪切波速的坚实场地
3、，较薄的场地土覆盖层可以减轻柔性建筑的震害。尽量将建筑物的自振周期与地震的卓越周期错开，避免共振的情况出现。同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上，也不宜部分采用桩基础部分采用天然基础，充分考虑到地基不均匀沉降可能带来的影响。,3.2 建筑的平立面布置 建筑设计应根据抗震概念设计的要求，明确建筑形体（建筑平面、立面和竖向剖面）的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施，特别不规则的建筑应进行专门研究和论证并采取特别的加强措施。不应采取严重不规则的建筑。 规则性评价需综合考虑几何布局、结构设计以及使用等因素，总的要求是平面布置、质量和抗侧力构件的平面布局宜规则、对称，立面变化和侧向刚度
4、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的突变。,3.2 建筑的平立面布置 建筑设计应根据抗震概念设计的要求，明确建筑形体（建筑平面、立面和竖向剖面）的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施，特别不规则的建筑应进行专门研究和论证并采取特别的加强措施。不应采取严重不规则的建筑。 规则性评价需综合考虑几何布局、结构设计以及使用等因素，总的要求是平面布置、质量和抗侧力构件的平面布局宜规则、对称，立面变化和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的突变。,建筑物的平面布置宜规则、对称，平面
5、不规则包括扭转不规则、凹凸不规则和楼板局部不连续。,在规定的水平力作用下，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位移或层间位移平均值的1.2倍，可视作扭转不规则。 水平位移的最大值不应超过平均值的1.5倍。,平面的凹凸不规则,平面凹进尺寸大于相应方向投影尺寸的30定义为凹凸不规则。,平面的局部不连续（大开洞、错层）,有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50，或者楼板开洞面积大于该层楼板面积的30等引起的楼板尺寸和平面刚度急剧变化的情况定义为楼板局部不连续。 当局部房间的标高与其它房间相差较大，需将楼板看成开洞对待。当错层面积超过该层楼板总面积的30时，也属于楼板局部不连续导致的平面不
6、规则。,强度、刚度和质量沿竖向的分布宜均匀、连续。以尺寸衡量刚度的角度看，建筑立面不宜急剧的收进或外凸,结构沿竖向的不规则还表现在抗侧力体系的侧向刚度和承载能力。当某层的侧向刚度小于相邻上一层的70，或小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80时，为侧向刚度不连续。,结构某层的层间受剪承载力小于相邻上一层的80时为楼层承载力突变型的竖向不规则。另外，竖向抗侧力构件的内力由水平转换构件向下传递为竖向抗侧力构件不连续导致的竖向不规则。对抗侧力构件上下错位、与主轴斜交以及相邻楼层质量悬殊等情况，应视具体在判断结构规则性时予以考虑。,一般而言，房屋愈高，所受到的地震力和倾覆力矩愈大，破坏的可能性也越大。由于
7、不同的结构体系抵抗地震作用的能力不同，因此有各自的适用高度。,钢结构房屋适用的最大高度,房屋的高宽比越大，地震作用下结构的侧移和基底倾覆力矩也越大，为有效防止建筑物的倾覆，保证足够的抗震稳定性，应限制建筑物的高宽比。房屋高宽比根据结构体系和地震烈度确定。 钢筋混凝土结构房屋适用的最大高宽比,当建筑的类型、体系、体型较复杂时，可通过设置防震缝将结构分为若干规则的部分。 防震缝的设置往往给建筑、结构、设备等的设计带来困难，因此经常结合伸缩缝、沉降缝的要求，尽可能减少设缝。特别是对于高层建筑，往往通过调整平面形状和尺寸，在构造和施工上采取措施，尽可能不设缝。是否设置防震缝应根据建筑体形、平立面的不规
8、则程度、地基基础条件和技术经济等因素综合确定。,防震缝的设置要求： 1）当不设防震缝时，应采用符合实际的计算模型，分析判明应力集中、变形集中或地震扭转效应等导致的易损部位，采取相应的加强措施； 2）当在适当部位设置防震缝时，宜形成多个较规则的抗侧力结构单元。防震缝应根据设防烈度、结构材料种类、结构类型、结构单元的高度和高差以及可能的地震扭转效应情况，留有足够的宽度，其两侧的上部结构应完全断开； 3）当防震缝兼作伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要求。,钢筋混凝土结构房屋的防震缝宽度应符合下列要求： 1）框架结构（含设少量抗震墙的框架结构）房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时不应小于100
9、mm，高度超过15m时，6度、7度、8度和9度分别增加5m、4m、3m和2m时，宜增加20mm； 2）框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度不小于上述宽度的70，抗震墙结构房屋不小于上述值的50。均不可小于100mm； 3）防震缝两侧结构类型不同时，宜按较宽者和较低的房屋高度确定。 根据需要可在防震缝两侧沿房屋全高设置不少于两道抗撞墙，抗撞墙垂直于防震缝设置，长度可不大于1/2层高，但宜避免加大扭转效应。,3.3 结构布置 一、结构布置的一般原则 良好的抗震体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径，应避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力，应具备必要的抗震承载力
10、、良好的变形能力和消耗地震能量的能力，宜具有多道抗震防线； 在两个主轴方向的动力特性宜相近，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，对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。,在进行结构方案平面布置时，应尽可能使得抗侧力体系对称分布，减轻房屋重量且保持重量分布较为均匀，以减小地震的扭转影响； 结构布置应有利于加大抗扭刚度和提高抗倾覆能力。因此，应特别注意抗侧刚度大的抗震墙、芯筒的位置，力求居中或对称，在结构外围布置一些抗震墙，可以提高结构的抗扭刚度和抗倾覆能力； 在进行结构的竖向布置时，应尽可能使其竖向刚度、强度变化均匀，避免出现
11、薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。,二、多道抗震防线 指结构具有大量的内部、外部赘余度，通过适当的安排，使结构具有不同延性水平的屈服区，以尽可能多地吸收和耗散地震能量，使结构具有在一定的位移水平下抵抗外部作用的承载能力而免于倒塌。 在地震中，第一道防线先行屈服或破坏，因此要求构成第一道防线的部分应当是不负担或少负担竖向荷载的构件，如填充墙、轴压比小的抗震墙、柱或筒体等。 在纯框架结构中，梁应先于柱屈服，即“强柱弱梁”型框架。 框架-抗震墙结构体系 双肢或多肢抗震墙体系,竖向荷载：主要由框架承担,水平地震荷载：主要由抗震墙承担，保护框架承担竖向荷载,第一道防线：大筒,第二道防线：小筒,第三道防线
12、：框架,三、刚度、承载力和延性的匹配 结构抗震性能是结构整体的承载能力和变形能力的体现，应保证结构的节点具有足够的强度，应使构件的强度充分发挥前不致先行发生连接、锚固的破坏。 结构整体的承载能力、变形能力取决于构件的承载能力和变形能力的发挥，因此应保证关键构件、关键部位具有适当的强度和足够的延性水平。,延性反映了在承载能力无明显降低的前提下发生非弹性变形的能力。 在结构抗震设计中，延性有以下5层含义： 1）结构总体延性，一般用结构的“顶点侧移比”或结构的“平均层间侧移比”来表达； 2）结构楼层延性，以一个楼层的层间侧移比来表达； 3）构件延性，指整个结构中某一构件（一榀框架或一片墙体）的延性；
13、 4）杆件延性，指一个构件中某一杆件（框架中的梁或柱，墙片中的连梁或墙肢）的延性； 5）杆件截面的延性。,一般而言，对结构中重要构件的延性要求，高于对结构总体的延性要求； 对构件中关键杆件或部位的延性要求，又高于对整个构件的延性要求。 比较经济有效的办法是有选择地重点提高结构中的重要构件以及某些构件中关键杆件或关键部位的延性。在结构的竖向，应该重点提高可能出现塑性变形集中的相对柔弱楼层的构件延性。 在平面上，应该着重提高房屋周边转角处、平面突变处以及复杂平面各翼相接处的构件延性。,对于偏心结构，应加大房屋周边特别是刚度较弱一端构件的延性。 对于具有多道抗震防线的抗侧力体系，应着重提高第一道防线
14、中构件的延性。 在同一构件中，应着重提高关键杆件的延性。 可以从多个方面考虑改善构件及结构的延性：如控制构件的破坏形态、控制框架结构的破坏机制、使构件的破坏先于节点的破坏、避免构件的锚固破坏、减小杆件的轴压比、限制高强混凝土的应用范围、采用钢纤维混凝土或型钢混凝土结构等。,3.4 结构材料和施工工艺 抗震结构的材料应符合延性好、强度-重力比值大、匀质性好、各向同性的要求。结构材料性能指标应满足下列最低要求： 1）普通砖和多孔砖的强度等级不应低于MU10，其砌筑砂浆强度等级不应低于M5； 2）混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于MU7.5，其砌筑砂浆强度等级不应低于Mb7.5； 3）框支梁、框支
15、柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区的混凝土不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其它各类构件不应低于C20；,4）抗震等级为一、二、三级的框架和斜撑构件（含楼梯），其纵向钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3，且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9； 5）钢结构中钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；钢材应具有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20；钢材应具有良好的焊接性和合格的冲击韧性。,另外，普通钢筋宜优先采用延性、韧性和焊接性较好的钢筋，普通钢筋的强度等级，纵
16、向受力钢筋宜选用符合抗震性能指标的不低于HRB400级的热轧钢筋，也可采用符合抗震性能指标的HRB335级热轧钢筋，箍筋宜选用符合抗震性能指标的不低于HRB335级热轧钢筋，也可选用HPB300级热轧钢筋。 混凝土结构的混凝土强度等级，抗震墙不宜超过C60，其它构件，9度时不宜超过C60，8度时不宜超过C70。 钢结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D的堂速碳素结构钢及Q345等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢，有可靠依据时可以采用其它钢种和钢号。 在施工中，当需要以强度等级较高的钢筋替代原设计中的纵向受力钢筋时，应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则换算，并应满足最小配筋率的要求。,3.5 非结构构件 非结构构件一般是指在结构分析中不考虑承受重力荷载以及地震、风等侧向荷载的构件，如框架填充墙、内隔墙、建筑外围墙板、广告牌、建筑附属机电设备等，非结构构件自身及其与结构主体的连接应进行抗震设计，并应由相关专业人员分别负责进行。 应估计填充墙设置对结构抗震的不利影响，避免不合理设置导致主体结构破坏。附着于楼、屋面结构上的非结构构件，以及楼梯间的非承重墙
