建筑结构抗震设计第4章建筑抗震概念设计

表1 有利、一般、不利和危险地段的划分
段 一般地段 不利地段
危险地段
稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土 等
不属于有利、不利和危险的地段
软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘， 陡坡，陡坎，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（含故河道、疏松的断层破 碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含水量的 可塑黄土，地表存在结构性裂缝等 地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及 发震断裂带上可能发生地表位错的部位
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。
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1表示了这种地理位置的放大作用。
图1 不同地形的震害
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2所示。
图2 房屋沉降
§4.2 把握建筑形体和结构的规则性
建筑结构的平面、立面规则与否，对建筑的抗震性能具有 重要的影响，建筑结构不规则，可能造成较大扭转，产生 严重应力集中，或形成抗震薄弱层。国内外多次震害表明，房屋形体 不规则、平面上凸出凹进、立面上高低错落，破坏程度比较严重，而 简单、对称的建筑的震害较轻。为此，《抗震规范》规定，建筑设计 应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的 影响，宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、 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突变。 建筑平、立面布置的基本原则：对称规则，质量与刚度变化均匀。
建筑结构抗震设计第4章建筑抗震概 念设计
第4章 建筑抗震概念设计
一般说来，建筑抗震设计包括三个层次内容与要求：概念设计、 抗震计算、构造措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则； 抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段；构造措施可以在保证结构整 体性，加强局部环节等意义上保证抗震计算结果的有效性。概念设计 是根据地震灾害和工程经验等所形成的总体设计原则和设计思想，即 根据对结构抗震性能（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。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 实际受力、变形情况，并确保结构安全可靠。
抗震有利地段包括稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中 硬土等。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。
建筑抗震概念设计可以概括为：选择建筑场地，把握建筑形体和 结构的规则性，选择合理的抗震结构体系，充分利用结构延性，重视 非结构因素等，其目的是为了在总体上消除建筑中的薄弱环节，正确 和全面地把握结构的整体性能，使所设计出的建筑具有良好的抗震性 能。
§4.1 选择建筑场地
从建筑概念设计角度考察, 首先应注意建筑场地的选择。 应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地 质的有关资料，对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。 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。对危 险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。（选择有 利、避开不利、不在危险地段）
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：
u建筑平面
建筑平面布置宜简单、规则，尽量减少突出、凹进等复杂 平面，尽可能使刚度中心与质量中心靠近，减少扭转。结构的简单性 可以保证地震力具有明确而直接的传递途径，使计算分析模型更易接 近实际的受力状态，所分析的结果具有更好的可靠性，据此设计的结 构的抗震性能更有安全可靠保证。地震区的建筑平面以方形、矩形、 圆形为好；正六边形、正八边形、椭圆形、扇形次之（图3）。三角形 虽也属简单形状，但是，由于它沿主轴方向不对称，在地震作用下容 易发生较强的扭转振动，对抗震不利。此外，带有较长翼缘的L形、T 形、十字形、Y形、U形和H形等平面也对抗震结构性能不利，主要是此 类具有较长翼缘平面的结构在地震动作用下容易发生图4所示的较大的 差异侧移而导致震害加重。
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%。
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。 近几十年以来，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。