工程结构抗震分析之结构抗震概念设计.ppt

结构抗震概念设计一、避开抗震危险地段，选择有利抗震地段二、减少地震能量输入三、有利的房屋抗震体型四、合理的结构布置五、恰当的结构材料六、提高结构抗震性能的措施七、控制结构的变形八、确保结构整体性九、减轻房屋自重十、妥善处理非结构构件结构概念设计是根据人们在学习和实践中所建立的正确概念，运用人的思维和判断力，正确和全面地把握结构的整体性能。即根据对结构品性（承载能力、变形能力、耗能能力等）的正确把握，合理地确定结构总体与局部设计，使结构自身具有好的品性。抗震概念设计包括正确的场地选择，合理的结构选型和布置、正确的构造措施等。强调抗震概念设计是由于地震作用的不确定性（随机性、复杂性、间接性和耦连性）和结构计算假定与实际情况的差异。这使得其计算结果不能全面真实地反映结构的受力、变形情况，并确保结构安全可靠。结构抗震设计存在的不确定因素主要有：1．地面运动的不确定性。地震时的地面运动是多维的，地震动的各个分量对建筑物都起破坏作用。历次地震中强震仪已经多次记录到地面运动的三个正交平动分量，即一个竖向分量和两个水平分量，此外还有地面运动的转动分量。2．结构分析的影响。影响结构动力特性和动力反应的因素：质量分布的不确定性；基础与上部结构的协同作用；节点的非刚性转动；偏心、扭转及P­—Δ效应；柱轴向变形。考虑或不考虑节点非刚性转动的影响程度可达5%—10%；考虑柱轴向变形，自振周期可能加长15%，加速度反应可能降低8%；考虑P­—Δ效应可能增加位移10%。3．材料的影响。混凝土的弹性模量随着时间及应变程度而改变。随着时间的增长，混凝土的弹性模量比施工完成后可能降低50%，在应变增大的情况下还可能继续降低，这意味着自振周期可能增长25%，减小加速度反应10%。4．阻尼的变化。钢筋混凝土结构阻尼比一般为5%，但当受震松动以后阻尼比可达20%—30%，自振周期差异达50%左右。5．基础差异沉降的影响。按一般荷载设计的框架结构，当地震系数采用0.10，基础差异沉降1cm可能造成设计弯矩72%的误差，而这种误差在设计中一般未予考虑。6．地基承载力。考虑地震的偶然性以及短期突然加载的影响，在计算地震对地基的影响时，地耐力取值往往提高33%—50%，这些数值都是人为估计，从而也带来设计上的差异。因此目前抗震设计水平远未达到科学的严密程度。要使建筑物具有尽可能好的抗震性能，首先应从大的方面入手，做好抗震概念设计。如果整体设计没有做好，计算工作再细致，也难免在地震时建筑物不发生严重的破坏，乃至倒塌。20余年以来，世界上一些大城市先后发生了若干次大地震，通过震害分析对建筑物的破坏规律有了更多的认识，从而取得了抗震设计经验，确定了结构抗震概念设计的要点。一、避开抗震危险地段，选择抗震有利地段选择建筑场地时，宜选择对建筑抗震有利的地段，避开对建筑抗震设计不利的地段。抗震危险地段指地震时可能发生崩塌（如溶洞、陡峭的山区）、地陷（如地下煤矿的大面积采空区）、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错位的断层。就地形而言，一般指突出的山嘴、孤立的山包和山梁的顶部、非岩质的陡坡、高差较大的台地边缘、河岸和边坡边缘。就场地土质而言，一般指软弱土、易液化土、断层破碎带以及成岩、岩性、状态明显不均匀的地段等。图1表示通海地震烈度为10度区内房屋震害指数与局部地形的关系。图中实线A表示地基土为第三系风化基岩，虚线B表示地基土为较坚硬的粘土。同时，在海城地震时，从位于大石桥盘龙山高差58m的两个测点上所测得的强余震加速度峰值记录表明，位于孤突地形上的比坡脚平地上的平均达1.84倍，这说明在孤立山顶地震波将被放大。图2表示了这种地理位置的放大作用。天津塘沽港地区，地表下3—5m为冲填土，其下为深厚的淤泥和淤泥质土，地下水位为－1.6m。1974年兴建的16幢3层住宅和7幢4层住宅，均采用片筏基础。1976年唐山地震前，累计沉降分别为200mm和300mm，地震期间沉降量突然增大，分别增加了150mm和200mm。震后，房屋向一边倾斜，房屋四周的外地坪地面隆起，如图3所示。二、减少能量输入1．薄的场地覆盖层。我国建筑抗震设计规范将场地覆盖层厚度定义为地面至坚硬场地顶面的距离，坚硬场地包括岩石或剪切波速大于500m/s的坚硬土层，但硬夹层或孤石堆等不得作为基岩对待。国内外多次大地震表明，对于柔性建筑，厚土层上的震害重，薄土层上的震害轻，直接座落在基岩上的震害更轻。1923年日本关东大地震，东京都木结构房屋的破坏率，明显地随冲击层厚度的增加而上升。1967年委内瑞拉加拉加斯6.4级地震时，同一地区不同覆盖层厚度土层上的震害有明显差异，特别是9至12层房屋在厚的冲积土层上房屋破坏率要高得多。图4表示了1967年委内瑞拉加拉加斯地震时房屋破坏率与覆盖层厚度的关系。从