应高于本地区抗震设防烈度的要求课件

高层建筑结构设计广东工业大学建设学院 韦爱凤1高层建筑结构设计广东工业大学建设学院 韦爱凤1第一章 绪论l1.1 地球的构造及地震的成因l1.2 地震的破坏作用l1.3 地震波、震级和烈度l1.4 抗震设计的基本要求l1.5 隔震和消能减震设计的概念和设防目标l1.6 抗震结构的材料与施工2第一章 绪论1.1 地球的构造及地震的成因21.1 地球的构造及地震的成因l1 地球的构造l椭圆球体 平均半径 6400 kml第一层：地壳 厚 540 km 地震多发层l第二层：地幔 厚 2900 km 软流塑状态l 温度2000（700 km 处）l第三层：地核 厚 3500 km 外核 厚 2100 km 可能液态内核 厚 1400 km 可能固态31.1 地球的构造及地震的成因1 地球的构造32900km5-40km42 900 km 5-40 km41.1 地球的构造及地震的成因l2 地震的成因l构造地震 地球内部岩层构造产生错动产生的 90l火山地震 火山喷发l坍塌地震 岩层坍塌l抽水注水引发的地震l爆破、山崩引发的地震51.1 地球的构造及地震的成因2 地震的成因51.1 地球的构造及地震的成因l 构造地震的成因l l断层说 地球运动 地壳板块作用力 薄弱岩层褟皱和弯曲 地壳板块断裂破碎61.1 地球的构造及地震的成因 构造地震的成因l板块构造说 六大板块（美洲、太平洋、澳洲、南极、欧亚、非洲）地球运动 板块边界挤压、拉伸、剪切、插入 边界发生地震 世界两大地震活动带:环太平洋地震带欧亚地震带7构造地震的成因板块构造说 71.2 地震的破坏作用l地表和道路的破坏地陷 地裂（图1.4）山崩 滑坡（图1.3）地表隆起 喷砂冒水l桥梁结构的破坏基础的破坏（图1.5）桥墩的破坏（图1.6）桥梁的滑落（图1.7）桥梁支座的破坏（图1.8）（图1.9）81.2 地震的破坏作用地表和道路的破坏8l房屋结构的破坏结构部件强度不足（图1.10）丧失稳定性结构节点强度不足（图1.11）地基失效（图1.12）l次生灾害火灾（图1.13）水灾毒气污染山崩 泥石流 海啸9房屋结构的破坏91.3 地震波、震级和烈度l1.3.1地震波l地震时，地下积蓄的变形能量以波的形式释放、传播 l 体波 主要波l 压缩波（P波、纵波、疏密波）l 剪切波（S波、横波、等容波）l面波 次生波l 乐普波（L波）l 瑞利波（R波）101.3 地震波、震级和烈度1.3.1地震波10体波 压缩波（P波、纵波、疏密波）l质点的振动方向与波的前进方向一致l在固体和液体中传播l周期短 振幅小 速度快11体波 压缩波（P波、纵波、疏密波）11体波l剪切波（S波、横波、等容波）l质点的振动方向与波的前进方向垂直l在固体中传播l周期较长 振幅大 速度慢12体波剪切波（S波、横波、等容波）12面波 次生波l乐普波（L波）使地面产生水平的摆动，质点的振动方向与波的前进方向垂直l瑞利波（R波）使地面产生水平摆动和上下颠簸振动13面波 次生波乐普波（L波）13面波的振动形式14面波的振动形式14地震波曲线15地震波曲线15l利用P波与S波到达测量仪位置的时间差T可求得震源距AlV称为虚波波速 一般情况取8km/s16利用P波与S波到达测量仪位置的时间差T可求得震源距A161.3.2地震震级l地震震级表示地震本身强弱程度和大小的尺度l里氏震级 M=lgAA离震中100km处由Wood-Anderson式标准地震仪（摆的自振周期为0.8s，阻尼系数0.8，放大倍数为2800）所记录到的最大水平位移(10-3mm)l当震中距不是100km时，需修正：l M=lgA-lgA0A0被选为标准的某一特定地震的最大振幅171.3.2地震震级地震震级表示地震本身强弱程度和大小的尺度l地震震级M与地震释放能量E(单位：erg)的关系l lgE=1.5M+11.8l6级地震释放能量2万吨级的原子弹l地震震级M增加一级，释放能量E增加32倍l震源深度小于60km：浅源地震l震源深度 60300km：中源地震l震源深度大于300km：深源地震18地震震级M与地震释放能量E(单位：erg)的关系18图1.16 地震术语示意图19图1.16 地震术语示意图191.3.3 烈度l地震烈度某个地区、地面及房屋建筑结构遭受一次地震影响的强烈程度l与震中距的远近、地质情况、建筑物状况有关l按房屋建筑震害指数 地表破坏程度 地面运动加速度 地震烈度分12度（表1.2）l地震烈度I与震级、震中距R的关系l I=0.92+1.63M-3.49lgR201.3.3 烈度地震烈度某个地区、地面及房屋建筑结l2.基本烈度某地区在今后一定时间内，在一般场地条件下可能遭受到的最大地震烈度（统计意义）l我国取50年内超越概率为10的烈度212.基本烈度某地区在今后一定时间内，在一般场地条件下可l3.抗震设防烈度按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度l一般情况下取基本烈度l还需根据建筑物所在城市的大小、建筑物的类别、高度、当地的抗震设防小区规划进行确定223.抗震设防烈度按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依l广州地区：l 抗震设防烈度：7度l 设计基本地震加速度值：0.10gl 设计地震分组：第一组23广州地区：231.4 抗震设计的基本要求l1.4.1 建筑抗震设防分类和设防标准l 建建筑筑应应根根据据其其使使用用功功能能的的重重要要性性分分为为甲甲类类、乙乙类、丙类、丁类四个类、丙类、丁类四个抗震设防类别抗震设防类别l甲类建筑甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑发生严重次生灾害的建筑l乙类建筑乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑需尽快恢复的建筑l丙类建筑丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑建筑l丁类建筑丁类建筑应属于抗震次要建筑。应属于抗震次要建筑。241.4 抗震设计的基本要求1.4.1 建筑抗震设防分类和设防各震设防类别建抗筑的抗震设防标准各震设防类别建抗筑的抗震设防标准l1甲类建筑甲类建筑l地震作用地震作用（水平（水平竖向）竖向）应应高高于于本本地地区区抗抗震震设设防防烈烈度度的的要要求求，其其值值应应按批准的地震安全性评价结果确定按批准的地震安全性评价结果确定l抗震措施（内力调整抗震措施（内力调整抗震构造措施）抗震构造措施）当当抗抗震震设设防防烈烈度度为为68度度时时，应应符符合合本本地地区区抗震设防烈度抗震设防烈度提高一度提高一度的要求的要求当当为为9度度时时，应应符符合合比比9度度抗抗震震设设防防更更高高的的要要求。求。25各震设防类别建抗筑的抗震设防标准1 甲类建筑25各震设防类别建抗筑的抗震设防标准各震设防类别建抗筑的抗震设防标准l2乙类建筑乙类建筑l地震作用地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求应符合本地区抗震设防烈度的要求l抗震措施抗震措施一一般般情情况况下下，当当抗抗震震设设防防烈烈度度为为68度度时时，应应符合本地区抗震设防烈度符合本地区抗震设防烈度提高一度提高一度的要求的要求当当为为9度度时时，应应符符合合比比9度度抗抗震震设设防防更更高高的的要要求求；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。地基基础的抗震措施，应符合有关规定。l对对较较小小的的乙乙类类建建筑筑，当当其其结结构构改改用用抗抗震震性性能能较较好好的的结结构构类类型型时时，应应允允许许仍仍按按本本地地区区抗震设防烈度的要求采取抗震措施抗震设防烈度的要求采取抗震措施26各震设防类别建抗筑的抗震设防标准 2 乙类建筑26各震设防类别建抗筑的抗震设防标准各震设防类别建抗筑的抗震设防标准l3丙类建筑丙类建筑l地地震震作作用用和和抗抗震震措措施施均均应应符符合合本本地地区区抗抗震震设设防防烈度的要求烈度的要求l4丁类建筑丁类建筑地震作用地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求应符合本地区抗震设防烈度的要求抗震措施抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度的要求应允许比本地区抗震设防烈度的要求适适当降低当降低，但抗震设防烈度为，但抗震设防烈度为6度时不应降低度时不应降低27各震设防类别建抗筑的抗震设防标准3 丙类建筑271.4.2 抗震设防的基本思想l地震烈度的概率分布281.4.2 抗震设防的基本思想地震烈度的概率分布28三水准抗震设防目标l“小震不坏，中震可修，大震不倒小震不坏，中震可修，大震不倒”l当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇多遇地震地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用l当遭受相当于本地区抗震设防烈度抗震设防烈度（基本烈度）的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用l当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏29三水准抗震设防目标“小震不坏，中震可修，大震不倒”29二阶段设计l 第一阶段设计是第一阶段设计是：承载力验算承载力验算l按小震计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应，采用分项系数设计表达式进行结构的截面承载力验算l既满足了在第一水准下的承载力可靠度，又满足了第二水准的损坏可修的目标l对大多数结构，可只进行第一阶段设计，而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设计要求30二阶段设计 第一阶段设计是：承载力验算3二阶段设计l第二阶段设计是：第二阶段设计是：弹塑性变形验算弹塑性变形验算l对有特殊要求的建筑、地震时易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构l还要进行薄弱层的弹塑性层间变形验算，并采取相应的抗震构造措施来满足第三水准的设计要求31二阶段设计第二阶段设计是：弹塑性变形验算311.4.3 地震影响l 建筑所在地区遭受的地震影响，采用相应于抗震设防烈度的设计基本地震加速设计基本地震加速度度和设计特征周期设计特征周期来表征 l建筑的设计特征周期应根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定。抗震设防烈抗震设防烈度度6789设计基本地设计基本地震加速度值震加速度值0.05g0.10(0.15)g0.20(0.30)g0.40g注：注：g为重力加速度。为重力加速度。321.4.3 地震影响 建筑所在地区遭受的地震影响，采用相1.4.4 结构抗震概念设计l概念设计根据地震灾害和工作经验等形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程l 结构抗震设计概念设计抗震计算331.4.4 结构抗震概念设计概念设计根据地震灾害和工l“概念设计”比“抗震计算”起更为决定性的作用：l（1）地震及地面运动的不确定性，作为“抗震计算”依据的“设防烈度”、“设计基本地震加速度”的划分，还难以十分确切l（2）地震时地面运动的复杂性及对结构的复杂影响尚未被掌握l（3）结构抗震计算理论目前尚未能充分反映地震时结构的反应及破坏的复杂过程34“概念设计”比“抗震计算”起更为决定性的作用：341.4.5 抗震概念设计的基本原则l（1）结构体系应具有明确的计算简图和应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径合理的地震作用传递途径l（2 2）应避免因部分结构或构件破坏而导）应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力的承载能力 l（3 3）应具备必要的抗震承载力（如抗剪、应具备必要的抗震承载力（如抗剪、弯、压、扭能力），良好的变形能力弯、压、扭能力），良好的变形能力（如延性）和消耗地震能量的能力（具（如延性）和消耗地震能量的能力（具有良好的延性和阻尼）有良好的延性和阻尼）l （4 4）对可能出现的薄弱部位，应采取对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力措施提高抗震能力 351.4.5 抗震概念设计的基本原则（1）结构体系 应具有明1.4.5 抗震概念设计的基本原则l（5）宜有多道抗震防线l（6）结构在两个主轴方向的动力特性（周期）宜相近l（7）结构构件的抗震设计应考虑：做到“强剪弱弯”避免混凝土的压溃先于钢筋的屈服做到“强节点强锚固”做到“强柱弱梁”避免构件的失稳破坏先于构件的强度破坏361.4.5 抗震概念设计的基本原则（5）宜有多道抗震防线1.4.5 抗震概念设计的基本原则l（8）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；l 建筑的立面和竖向剖面宜规则l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小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变371.4.5 抗震概念设计的基本原则（8）建筑及其抗侧力结构表表1.2 平面不规则的类型平面不规则的类型 不规则类不规则类型型定定义义.扭转不扭转不规则规则楼楼层层的的最最大大弹弹性性水水平平位位移移或或(层层间间位位移移)，大大于于该该楼楼层层两两端端弹弹性性水水平平位位移移(或或层层间间位位移移)平均值的平均值的1.2倍倍凹凸不规凹凸不规则则结结构构平平面面凹凹进进的的一一侧侧尺尺寸寸，大大于于相相应应投投影影方向总尺寸的方向总尺寸的30%.楼板局楼板局部不连续部不连续楼楼板板的的尺尺寸寸和和平平面面刚刚度度急急剧剧变变化化，例例如如，有有效效楼楼板板宽宽度度小小于于该该层层楼楼板板典典型型宽宽度度的的50%，或或开开洞洞面面积积大大于于该该层层楼楼面面面面积积的的30%，或较大的楼层错层，或较大的楼层错层38表1.2 平面不规则的类型 不规则类型定 义.扭转不规建筑结构平面扭转不规则示例建筑结构平面扭转不规则示例建筑结构平面扭转不规则示例建筑结构平面扭转不规则示例（返回）（返回）（返回）（返回）39建筑结构平面扭转不规则示例（返回）39建筑结构平面凹凸不规则示例建筑结构平面凹凸不规则示例建筑结构平面凹凸不规则示例建筑结构平面凹凸不规则示例（返回）（返回）（返回）（返回）40建筑结构平面凹凸不规则示例（返回）40建筑结构平面楼板局部不连续示例建筑结构平面楼板局部不连续示例建筑结构平面楼板局部不连续示例建筑结构平面楼板局部不连续示例（返回）（返回）（返回）（返回）41建筑结构平面楼板局部不连续示例（返回）41平面不规则的处理途径l 1.平面不规则而竖向规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，并应符合下列要求：l 扭转不规则时，应计及扭转影响l 楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5 倍；42平面不规则的处理途径 1.平面不规则而竖向规则的建筑结构平面不规则的处理途径l凹凸不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，l当楼板有错层且错层高度差超过梁高时，应按楼板开洞考虑l2.适当设置防震缝，不规则 规则l3.采用结构隔震方案 减小上部结构的地震反应43平面不规则的处理途径凹凸不规则或楼板局部不连续时，应采用符合表表表表1.61.61.61.6 竖向不规则的类型竖向不规则的类型竖向不规则的类型竖向不规则的类型 不规则类型不规则类型定定义义侧向刚度不侧向刚度不规则规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的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或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺；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竖向抗侧力竖向抗侧力构件不连续构件不连续竖向抗侧力构件竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件的内力由水平转换构件(梁、桁架等梁、桁架等)向下向下传递传递楼层承载力楼层承载力突变突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的一楼层的80%。44表1.6 竖向不规则的类型 不规则类型定 义沿竖向侧向刚度不规则沿竖向侧向刚度不规则沿竖向侧向刚度不规则沿竖向侧向刚度不规则（返回）（返回）（返回）（返回）45沿竖向侧向刚度不规则（返回）45沿竖向的抗侧力构件不连续沿竖向的抗侧力构件不连续沿竖向的抗侧力构件不连续沿竖向的抗侧力构件不连续（返回）（返回）（返回）（返回）46沿竖向的抗侧力构件不连续（返回）46竖向不规则的处理途径l1 应采用空间结构计算模型，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数，并应符合下列要求：l1)竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以1.251.5的增大系数；l2)楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的 65%。47竖向不规则的处理途径1 应采用空间结构计算模型，其薄弱层的地竖向不规则的处理途径l2 在薄弱层或抗侧力构件不连续处，增设抗侧力消能构件（消能支撑、消能剪力墙）提高水平刚度 抗剪承载力增大结构阻尼l3 把薄弱层转变为隔震层48竖向不规则的处理途径2 在薄弱层或抗侧力构件不连续处，增设抗1.4.5 抗震概念设计的基本原则l（9）选择有利于地震的建筑场地，避开危险和不利地段l坚硬的场地土l（10）同结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；l 同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基；491.4.5 抗震概念设计的基本原则（9）选择有利于地震的建1.4.5 抗震概念设计的基本原则l（11）其他方面lA)预应力混凝土的抗侧力构件，应配有足够的非预应力钢筋；预应力混凝土构件的预应力钢筋，宜在节点核心区以外锚固 lB）砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱，或采用配筋砌体等lC）钢结构构件应合理控制尺寸，避免局部失稳或整个构件失稳lD)预应力混凝土构件的预应力钢筋，宜在节点核心区以外锚固 501.4.5 抗震概念设计的基本原则（11）其他方面501.5隔震和消能减震设计的概念和设防目标l某些建筑物需要更高的设防水准：l（1）使用功能有特殊要求的建筑l城市生命线工程 昂贵设备l（2）在地震中不容许损坏的建筑结构物l文物建筑 重要建筑l（3）经济较为发达地区的建筑物511.5隔震和消能减震设计的概念和设防目标某些建筑物需要更高的提高结构抗震安全性的措施l（1）采用结构隔震体系l（2）采用消能减震或其他结构控制体系l（3）采用钢结构或其他高强、轻质、高延性的结构材料l（4）采用其他有利于抗震的新结构体系52提高结构抗震安全性的措施（1）采用结构隔震体系5253535454图1.25 消能支撑结构55图1.25 消能支撑结构555656l隔震与消能减震设计隔震与消能减震设计l应主要应用于：应主要应用于：l l 使用功能有特殊要求的建筑使用功能有特殊要求的建筑l 抗震设防烈度为抗震设防烈度为8、9度的建筑度的建筑 57 隔震与消能减震设计571.6 1.6 抗震结构的材料与施工抗震结构的材料与施工 l对材料的要求：强度（适度）延性（大）l1混凝土结构材料：混凝土结构材料：l1)混凝土混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核芯区，不震等级为一级的框架梁、柱、节点核芯区，不应低于应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其它各类构造柱、芯柱、圈梁及其它各类构件不应低于构件不应低于C20；l2)抗抗震震等等级级为为一一、二二级级的的框框架架结结构构，其其纵纵向向受受力力钢钢筋筋采采用用普普通通钢钢筋筋时时，钢钢筋筋的的抗抗拉拉强强度度实实测测值值与与屈屈服服强强度度实实测测值值的的比比值值不不应应小小于于1.25；且且钢钢筋筋的的屈屈服服强强度度实实测测值值与与强强度度标标准准值值的的比比值值不不应大于应大于1.3。581.6 抗震结构的材料与施工 对材料的要求：强度（适度）1.6 1.6 抗震结构的材料与施工抗震结构的材料与施工l 2砌体结构材料：砌体结构材料：l1)烧烧结结普普通通粘粘土土砖砖和和烧烧结结多多孔孔粘粘土土砖砖的的强强度度等等级级不不应应低低于于MU10，其其砌砌筑筑砂砂浆浆强强度度等级不应低于等级不应低于M5；l2)混混凝凝土土小小型型空空心心砌砌块块的的强强度度等等级级不不应应低低于于MU7.5，其其砌砌筑筑砂砂浆浆强强度度等等级级不不应应低低于于M7.5。591.6 抗震结构的材料与施工 2 砌体结构材料：59l结构材料性能指标，尚宜符合下列要求：l1普通钢筋宜优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋；纵向受力钢筋宜选用HRB400级和HRB335级热轧钢筋，箍筋宜选用HRB335、HRB400和HPB235级热轧钢筋。l2混凝土结构的混凝土强度等级，9度时不宜超过C60，8度时不宜超过C70。60结构材料性能指标，尚宜符合下列要求：60l3钢结构的钢材l碳素结构钢 宜采用Q235等级B、C、Dl低合金高强度结构钢 宜采用Q345等级B、C、D、El钢钢材材的的抗抗拉拉强强度度实实测测值值与与屈屈服服强强度度实实测测值的比值不应小于值的比值不应小于1.21.2；l钢钢材材应应有有明明显显的的屈屈服服台台阶阶，且且伸伸长长率率应应大于大于20%20%；l钢钢材材应应有有良良好好的的可可焊焊性性和和合合格格的的冲冲击击韧韧性。性。613 钢结构的钢材61l3.9.4 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，并应满足正常使用极限状态和抗震构造措施的要求。l3.9.6钢筋混凝土构造柱、芯柱和底部框架-抗震墙砖房中砖抗震墙的施工，应先砌墙后浇构造柱、芯柱和框架梁柱。623.9.4 在施工中，当需要以强度等级较高的钢筋替代原设计l -END-63 -END-63