1、 结构概念设计是根据人们在学习和实践中所建立的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。构造措施等。强调抗
2、震概念设计是由于地震作用的不确定性（随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：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动的各个分
3、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。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：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、扭转及转动；偏心、扭转及P效应；柱轴向变形。考虑或不考虑节点非效应；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刚性转动的影响程度
4、可达5%10%；考虑柱轴向变形，自振周期可；考虑柱轴向变形，自振周期可能加长能加长15%，加速度反应可能降低，加速度反应可能降低8%；考虑；考虑P效应可能增加位效应可能增加位移移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。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，减小加速度反应10%。4阻尼的变化。钢筋混凝土结构阻
5、尼比一般为阻尼的变化。钢筋混凝土结构阻尼比一般为5%，但当受震，但当受震松动以后阻尼比可达松动以后阻尼比可达20%30%，自振周期差异达，自振周期差异达50%左右。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，当地震系数采用系数采用0.10，基础差异沉降，基础差异沉降1cm可能造成设计弯矩可能造成设计弯矩72%的误差，而的误差，而这种误差在设计中一般未予考虑。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，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
6、高在计算地震对地基的影响时，地耐力取值往往提高33%50%，这，这些数值都是人为估计，从而也带来设计上的差异。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。建筑物不发生严重的破坏，乃至倒塌。20余年以来，世界上一些大余年以来，世
7、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。设计的要点。（空间作用、非线性性质、材料时效、（空间作用、非线性性质、材料时效、阻尼变化等不确定的因素阻尼变化等不确定的因素)刚度分布刚度分布构件延性构件延性 能量输入能量输入房屋体形房屋体形结构体系结构体系4.1 场地选择2.选择有利抗震的场地选择有利抗震的场地4.2 建筑的平立面布置 根据根据1985年墨西哥地震震害资料，墨西哥国家重建委员
8、会年墨西哥地震震害资料，墨西哥国家重建委员会首都地区规范与施工规程分会分析了房屋破坏原因，按房屋体首都地区规范与施工规程分会分析了房屋破坏原因，按房屋体型分类统计得出的地震破坏率列于表型分类统计得出的地震破坏率列于表2。从表中可以看出，拐角。从表中可以看出，拐角形建筑的破坏率很高，高达形建筑的破坏率很高，高达42%。表表2 2 墨西哥地震房屋破坏原因墨西哥地震房屋破坏原因建筑特征建筑特征破坏率（破坏率（%）拐角形建筑拐角形建筑42刚度明显不对称刚度明显不对称15低层柔弱低层柔弱8碰碰 撞撞15 1971年美国圣菲南多地震，年美国圣菲南多地震，OliveView医院位于医院位于9度区，主度区，主
9、楼遭到严重破坏。它是一幢刚度和强度在底层突变的建筑的典楼遭到严重破坏。它是一幢刚度和强度在底层突变的建筑的典型震例，其教训值得借鉴。该主楼是六层钢筋混凝土房屋，其型震例，其教训值得借鉴。该主楼是六层钢筋混凝土房屋，其剖面如图剖面如图11所示。该幢建筑三层以上为框架所示。该幢建筑三层以上为框架剪力墙体系，底剪力墙体系，底层和二层为框架体系，而二层有较多的砖隔墙。该结构上、下层和二层为框架体系，而二层有较多的砖隔墙。该结构上、下层的侧向层间刚度相差约为层的侧向层间刚度相差约为10倍。地震后，上面几层震害很轻，倍。地震后，上面几层震害很轻，而底层严重偏斜，纵向侧移达而底层严重偏斜，纵向侧移达600m
10、m，横向侧移约，横向侧移约600mm，角，角柱出现严重的受压酥碎现象。柱出现严重的受压酥碎现象。OliveView医院医院主楼剖面主楼剖面不利不利对抗震不利的结构布置形式结构类型结构类型烈烈 度度678(0.2g)9框框 架架60504024框架框架抗震墙抗震墙13012010050抗震墙抗震墙全部落地全部落地14012010060部分框支部分框支12010080筒筒 体体框架框架核核心筒心筒15013010070筒中筒筒中筒18015012080板柱板柱抗震墙抗震墙807055注：1房屋高度指室外地面到檐口或屋面板顶的高度（不考虑局部突出屋顶部分）；结构类型结构类型框架框架、板柱、板柱剪力墙
11、剪力墙 5 4 3 2框架框架剪力墙剪力墙 5 5 4 3剪剪 力力 墙墙 6 6 5 4筒中筒、框架筒中筒、框架核心筒核心筒 6 6 5 4 非抗震设计非抗震设计抗震设防烈度抗震设防烈度6、7度度8度度9度度建筑物的高宽比是一个需要慎重考虑的问题，建筑物的高宽比愈大，建筑物的高宽比是一个需要慎重考虑的问题，建筑物的高宽比愈大，地震作用的侧移愈大，水平地震力引起的倾覆作用愈严重。由于巨大的地震作用的侧移愈大，水平地震力引起的倾覆作用愈严重。由于巨大的倾覆力矩在底层柱和基础中所产生的拉力和压力比较难于处理，为有效倾覆力矩在底层柱和基础中所产生的拉力和压力比较难于处理，为有效地防止在地震作用下建筑
12、的倾覆，保证有足够的地震稳定性，应对建筑地防止在地震作用下建筑的倾覆，保证有足够的地震稳定性，应对建筑的高宽比有所限制。的高宽比有所限制。1967年委内瑞拉加拉加斯地震曾发生明显由于过大倾覆力矩引起破坏年委内瑞拉加拉加斯地震曾发生明显由于过大倾覆力矩引起破坏的震害实例。该市一幢的震害实例。该市一幢18层的公寓，为钢筋混凝土框架结构，地上各层层的公寓，为钢筋混凝土框架结构，地上各层均有砖填充墙，地下室空旷。在地震中，由于倾覆力矩在地下室柱中引均有砖填充墙，地下室空旷。在地震中，由于倾覆力矩在地下室柱中引起很大的轴力，造成地下室很多柱子被压碎，钢筋压弯呈灯笼状。另一起很大的轴力，造成地下室很多柱子
13、被压碎，钢筋压弯呈灯笼状。另一震害实例是震害实例是1985年墨西哥地震时，该市一幢年墨西哥地震时，该市一幢9层钢筋混凝土结构由于水平层钢筋混凝土结构由于水平地震作用使整个房屋倾倒，埋深地震作用使整个房屋倾倒，埋深2.5m的箱形基础翻转了的箱形基础翻转了45o，并连同基础，并连同基础底面的摩擦桩拔出。底面的摩擦桩拔出。防震缝的设置，应根据建筑类型、结构体系和建筑体型等具体情防震缝的设置，应根据建筑类型、结构体系和建筑体型等具体情况区别对待。高层建筑设置防震缝后，给建筑、结构和设备设计带来况区别对待。高层建筑设置防震缝后，给建筑、结构和设备设计带来一定困难，基础防水也不容易处理。因此，高层建筑通过
14、调整平面形一定困难，基础防水也不容易处理。因此，高层建筑通过调整平面形状和尺寸，在构造上和施工上采取措施，尽可能不设缝（伸缩缝、沉状和尺寸，在构造上和施工上采取措施，尽可能不设缝（伸缩缝、沉降缝和防震缝）。但下列情况应设置防震缝，将整个建筑划分为若干降缝和防震缝）。但下列情况应设置防震缝，将整个建筑划分为若干个简单的独立单元：个简单的独立单元：（1）平面或立面不规则，又未在计算和构造上采取相应措施；）平面或立面不规则，又未在计算和构造上采取相应措施；（2）房屋长度超过规定的伸缩缝最大间距，又无条件采取特殊措）房屋长度超过规定的伸缩缝最大间距，又无条件采取特殊措施而必需设伸缩缝时；施而必需设伸缩
15、缝时；（3）地基土质不均匀，房屋各部分的预计沉降量（包括地震时的）地基土质不均匀，房屋各部分的预计沉降量（包括地震时的沉陷）相差过大，必需设置沉降缝时；沉陷）相差过大，必需设置沉降缝时；（4）房屋各部分的质量或结构的抗推刚度悬殊过大；）房屋各部分的质量或结构的抗推刚度悬殊过大；对于体型复杂、平立面特别不规则的建筑结对于体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝，形成构，可按实际需要在适当部位设置防震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元。下列情况须设抗多个较规则的抗侧力结构单元。下列情况须设抗震缝：震缝：1、平面长度和突出部分尺寸超过限值，而又、平面长度和突出部分尺寸超
16、过限值，而又没有采取加强措施。没有采取加强措施。2、各部分结构刚度相差悬殊，而又没有采取、各部分结构刚度相差悬殊，而又没有采取有效措施。有效措施。3、各部分结构质量相差很大时。、各部分结构质量相差很大时。4、房屋有较大错层时。、房屋有较大错层时。钢砼结构的防震缝最小宽度应符合以下要求：钢砼结构的防震缝最小宽度应符合以下要求：1、框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过过15m时可采用时可采用70mm；超过超过15m时，时，6度、度、7度、度、8度和度和9度相应每增加高度度相应每增加高度5m、4m、3m和和2m，宜，宜加宽加宽20mm。2、框架框架抗震墙结构房屋
17、的防震缝宽度可采用抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用1.项规定数值的项规定数值的70%，抗震墙结构房屋的防震缝，抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用宽度可采用1.项规定数值的项规定数值的50%；且均不宜小于；且均不宜小于70mm。3、防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。钢砼结构的优点：钢砼结构的优点：1、通过现场浇筑，可形成具有整体式节点的通过现场浇筑，可形成具有整体式节点的连续结构连续结构 2、就地取材就地取材 3、造价较低造价较低 4、有较大的抗侧移刚度，从而减小结构侧移，有较
18、大的抗侧移刚度，从而减小结构侧移，保护非结构构件遭破坏。保护非结构构件遭破坏。5、良好的设计可以保证结构具有足够的延性。良好的设计可以保证结构具有足够的延性。钢砼结构的缺点：钢砼结构的缺点：1、周期性往复水平荷载作用下，构件刚度因周期性往复水平荷载作用下，构件刚度因裂缝开展而递减。裂缝开展而递减。2、构件开裂处钢筋的塑形拉伸，使裂缝不能构件开裂处钢筋的塑形拉伸，使裂缝不能闭合闭合 3、低周往复荷载下，杆件塑性铰区反向斜裂低周往复荷载下，杆件塑性铰区反向斜裂缝的出现，将混凝土挤碎，产生永久性的缝的出现，将混凝土挤碎，产生永久性的“剪切剪切滑移滑移”1结构力求对称，以避免扭转结构力求对称，以避免扭
19、转。对称结构在单。对称结构在单向水平地震动下，仅发生平移振动，各层构件的侧移量相等，水平地向水平地震动下，仅发生平移振动，各层构件的侧移量相等，水平地震力则按刚度分配，受力比较均匀。非对称结构由于质量中心与刚度震力则按刚度分配，受力比较均匀。非对称结构由于质量中心与刚度中心不重合，即使在单向水平地震动下也会激起扭转振动，产生平中心不重合，即使在单向水平地震动下也会激起扭转振动，产生平移移扭转耦连振动。由于扭转振动的影响，远离刚度中心的构件侧移扭转耦连振动。由于扭转振动的影响，远离刚度中心的构件侧移量明显增大，从而所产生的水平地震剪力则随之增大，较易引起破坏，量明显增大，从而所产生的水平地震剪力
20、则随之增大，较易引起破坏，甚至严重破坏。为了把扭转效应降低到最低程度，可以减小结构质量甚至严重破坏。为了把扭转效应降低到最低程度，可以减小结构质量中心与刚度中心的距离，图中心与刚度中心的距离，图14给出了由抗震墙和框架组成的主抗侧力给出了由抗震墙和框架组成的主抗侧力构件的不利布置的实例和受推荐的实例。构件的不利布置的实例和受推荐的实例。图14楼层平面内质量和侧向刚度的关系（平面上承受重力的框架未画出）在国内外地震调查资料中，不难发现角柱的震害一般较重，这在国内外地震调查资料中，不难发现角柱的震害一般较重，这主要由于角柱受扭转反应最为显著。主要由于角柱受扭转反应最为显著。1972年尼加拉瓜的马那
21、瓜地震，年尼加拉瓜的马那瓜地震，位于市中心位于市中心15层的中央银行，有一层地下室，采用框架体系，设置两层的中央银行，有一层地下室，采用框架体系，设置两个钢筋混凝土电梯井和两个楼梯间，都集中布置在主楼两端一侧，两个钢筋混凝土电梯井和两个楼梯间，都集中布置在主楼两端一侧，两端山墙还砌有填充墙，如图端山墙还砌有填充墙，如图15所示。这种结构布置造成质量中心与刚所示。这种结构布置造成质量中心与刚度中心明显不重合，偏心很大，显然对抗震不利。度中心明显不重合，偏心很大，显然对抗震不利。1972年发生地震时，年发生地震时，该幢大厦遭到严重破坏，五层周围柱子严重开裂，钢筋压屈，电梯井该幢大厦遭到严重破坏，五
22、层周围柱子严重开裂，钢筋压屈，电梯井墙开裂，混凝土剥落。围护墙等非结构构件破坏严重，有的倒塌。墙开裂，混凝土剥落。围护墙等非结构构件破坏严重，有的倒塌。因此，需要合理布置抗侧力构件。例如，在结构布置时，应特因此，需要合理布置抗侧力构件。例如，在结构布置时，应特别注意具有很大抗推刚度的钢筋混凝土墙体和钢筋混凝土的芯筒位置，别注意具有很大抗推刚度的钢筋混凝土墙体和钢筋混凝土的芯筒位置，力求在平面上要居中和对称。此外，抗震墙沿房屋周边布置，可以使力求在平面上要居中和对称。此外，抗震墙沿房屋周边布置，可以使结构具有较大的抗扭刚度和较大的抗倾覆能力。结构具有较大的抗扭刚度和较大的抗倾覆能力。图15 马那
23、瓜中央银行结构平面 （a）低层平面；（b）剖面 2竖向布置力求均匀竖向布置力求均匀。结构抗震性能的好坏，除取。结构抗震性能的好坏，除取决于总的承载能力、变形和耗能能力外，避免局部的抗震薄弱部位是决于总的承载能力、变形和耗能能力外，避免局部的抗震薄弱部位是十分重要的。十分重要的。1976年罗马尼亚地震，普鲁耶什有一幢四层框架体系房年罗马尼亚地震，普鲁耶什有一幢四层框架体系房屋，底层为咖啡馆，无隔墙。上面几层为住宅，砖隔墙较多。受震后，屋，底层为咖啡馆，无隔墙。上面几层为住宅，砖隔墙较多。受震后，底层因柱子折断而倒塌，上面几层整体坐落。布加勒斯特市的一幢底层因柱子折断而倒塌，上面几层整体坐落。布加
24、勒斯特市的一幢9层框架体系大楼，上部为住宅，底层为商店，同一次地震后，底层严层框架体系大楼，上部为住宅，底层为商店，同一次地震后，底层严重破坏，濒临倒塌。图重破坏，濒临倒塌。图16所示所示“薄弱层薄弱层”机构的存在是地震中建筑物机构的存在是地震中建筑物破坏的常见原因之一。破坏的常见原因之一。图16 薄弱层导致的破坏 结构薄弱部位的形成，往往是由于刚度突变和屈服承载力系数结构薄弱部位的形成，往往是由于刚度突变和屈服承载力系数突变所造成的。刚度突变一般是由于建筑体型复杂或抗震结构体系在突变所造成的。刚度突变一般是由于建筑体型复杂或抗震结构体系在竖向布置上不连续和不均匀性所造成的。由于建筑功能上的需
25、要，往竖向布置上不连续和不均匀性所造成的。由于建筑功能上的需要，往往在某些楼层处竖向抗侧力构件被截断，造成竖向抗侧力构件的不连往在某些楼层处竖向抗侧力构件被截断，造成竖向抗侧力构件的不连续，导致传力路线不明确，从而产生局部应力集中，并过早屈服，形续，导致传力路线不明确，从而产生局部应力集中，并过早屈服，形成结构薄弱部位，最终可能导致严重破坏甚至倒塌。竖向抗侧力构件成结构薄弱部位，最终可能导致严重破坏甚至倒塌。竖向抗侧力构件截面的突变也会造成刚度和承载力的剧烈变化，带截面的突变也会造成刚度和承载力的剧烈变化，带来局部区域的应力来局部区域的应力剧增和塑性变形集中的不利影响。剧增和塑性变形集中的不利
26、影响。屈服承载力系数的定义是按构件实际截面、配筋和材料强度标屈服承载力系数的定义是按构件实际截面、配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力与罕遇地震下楼层弹性地震剪力的比值。准值计算的楼层受剪承载力与罕遇地震下楼层弹性地震剪力的比值。这个比值是影响弹塑性地震反应的重要参数。如果各楼层的屈服承载这个比值是影响弹塑性地震反应的重要参数。如果各楼层的屈服承载力系数大致相等，地震作用下各楼层的侧移将是均匀变化的，整个建力系数大致相等，地震作用下各楼层的侧移将是均匀变化的，整个建筑将因各楼层抗震可靠度大致相等而具有较好的抗震性能。如果某楼筑将因各楼层抗震可靠度大致相等而具有较好的抗震性能。如果某楼层的屈
27、服承载力系数远低于其他各层，出现抗震薄弱部位，则在地震层的屈服承载力系数远低于其他各层，出现抗震薄弱部位，则在地震作用下，将会过早屈服而产生较大的弹塑性变形，需要有较高的延性作用下，将会过早屈服而产生较大的弹塑性变形，需要有较高的延性要求。因此，尽可能从建筑体型和结构布置上使刚度和屈服强度变化要求。因此，尽可能从建筑体型和结构布置上使刚度和屈服强度变化均匀，尽量减少形成抗震薄弱部位的可能性，力求降低弹塑性变形集均匀，尽量减少形成抗震薄弱部位的可能性，力求降低弹塑性变形集中的程度，并采取相应的措施来提高结构的延性和变形能力。中的程度，并采取相应的措施来提高结构的延性和变形能力。（一）设置多道抗震
28、防线（一）设置多道抗震防线 单一结构体系只有一道防线，一旦破坏就会造成建筑物倒塌。单一结构体系只有一道防线，一旦破坏就会造成建筑物倒塌。特别是当建筑物的自振周期与地震动卓越周期相近时，建筑物由此而特别是当建筑物的自振周期与地震动卓越周期相近时，建筑物由此而发生的共振，更加速其倒塌进程。如果建筑物采用的是多重抗侧力体发生的共振，更加速其倒塌进程。如果建筑物采用的是多重抗侧力体系，第一道防线的抗侧力构件在强烈地震作用下遭到破坏后，后备的系，第一道防线的抗侧力构件在强烈地震作用下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立即接替，抵挡住后续的地震动第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立即接替，抵
29、挡住后续的地震动的冲击，可保证建筑物最低限度的安全，免于倒塌。在遇到建筑物基的冲击，可保证建筑物最低限度的安全，免于倒塌。在遇到建筑物基本周期与地震动卓越周期相同或接近的情况时，多道防线就更显示出本周期与地震动卓越周期相同或接近的情况时，多道防线就更显示出其优越性。当第一道抗侧力防线因共振而破坏，第二道防线接替工作，其优越性。当第一道抗侧力防线因共振而破坏，第二道防线接替工作，建筑物自振周期将出现较大幅度的变动，与地震动卓越周期错开，使建筑物自振周期将出现较大幅度的变动，与地震动卓越周期错开，使建筑物的共振现象得以缓解，避免再度严重破坏。建筑物的共振现象得以缓解，避免再度严重破坏。1第一道防线
30、的构件选择第一道防线的构件选择 第一道防线一般应优先选择不负担或少负担重力第一道防线一般应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或选择轴压比值较小的抗荷载的竖向支撑或填充墙，或选择轴压比值较小的抗震墙、实墙筒体之类的构件作为第一道防线的抗侧力震墙、实墙筒体之类的构件作为第一道防线的抗侧力构件。不宜选择轴压比很大的框架柱作为第一道防线。构件。不宜选择轴压比很大的框架柱作为第一道防线。在纯框架结构中，宜采用在纯框架结构中，宜采用“强柱弱梁强柱弱梁”的延性框架。的延性框架。2结构体系的多道设防结构体系的多道设防 我国采用的最为广泛的是框架我国采用的最为广泛的是框架剪力墙双重结构体系，主要
31、抗侧力剪力墙双重结构体系，主要抗侧力构件是剪力墙，它是第一道防线。在弹性地震反应阶段，大部分侧向地构件是剪力墙，它是第一道防线。在弹性地震反应阶段，大部分侧向地震力由剪力墙承担，但是一旦剪力墙开裂或屈服，剪力墙刚度相应降低。震力由剪力墙承担，但是一旦剪力墙开裂或屈服，剪力墙刚度相应降低。此时框架承担地震力的份额将增加，框架部分起到第二道防线的作用，此时框架承担地震力的份额将增加，框架部分起到第二道防线的作用，并且在地震动过程中框架起着支撑竖向荷载的重要作用，它承受主要的并且在地震动过程中框架起着支撑竖向荷载的重要作用，它承受主要的竖向荷载。竖向荷载。框架框架填充墙结构体系实际上也是等效双重体系
32、。如果设计得当，填充墙结构体系实际上也是等效双重体系。如果设计得当，填充墙可以增加结构体系的承载力和刚度。在地震作用下，填充墙产生填充墙可以增加结构体系的承载力和刚度。在地震作用下，填充墙产生裂缝，可以大量吸收和消耗地震能量，填充墙实际上起到了耗能元件的裂缝，可以大量吸收和消耗地震能量，填充墙实际上起到了耗能元件的作用。填充墙在地震后是较易修复的，但须采取有效措施防止平面外倒作用。填充墙在地震后是较易修复的，但须采取有效措施防止平面外倒塌和框架柱剪切破坏。塌和框架柱剪切破坏。单层厂房纵向体系中，可以认为也存在等效双重体系。柱间支撑是单层厂房纵向体系中，可以认为也存在等效双重体系。柱间支撑是第一
33、道防线，柱是第二道防线。通过柱间支撑的屈服来吸收和消耗地震第一道防线，柱是第二道防线。通过柱间支撑的屈服来吸收和消耗地震能量，从而保证整个结构的安全。能量，从而保证整个结构的安全。3结构构件的多道防线结构构件的多道防线 联肢抗震墙中，连系梁先屈服，然后墙肢弯曲破坏丧失承载力。联肢抗震墙中，连系梁先屈服，然后墙肢弯曲破坏丧失承载力。当连系梁钢筋屈服并具有延性时，它既可以吸收大量地震能量，又当连系梁钢筋屈服并具有延性时，它既可以吸收大量地震能量，又能继续传递弯矩和剪力，对墙肢有一定的约束作用，使抗震墙保持能继续传递弯矩和剪力，对墙肢有一定的约束作用，使抗震墙保持足够的刚度和承载力，延性较好。如果连
34、系梁出现剪切破坏，按照足够的刚度和承载力，延性较好。如果连系梁出现剪切破坏，按照抗震结构多道设防的原则，只要保证墙肢安全，整个结构就不至于抗震结构多道设防的原则，只要保证墙肢安全，整个结构就不至于发生严重破坏或倒塌。发生严重破坏或倒塌。“强柱弱梁强柱弱梁”型的延性框架，在地震作用下，梁处于第一道防型的延性框架，在地震作用下，梁处于第一道防线，其屈服先于柱的屈服，首先用梁的变形去消耗输入的地震能量，线，其屈服先于柱的屈服，首先用梁的变形去消耗输入的地震能量，使柱处于第二道防线。使柱处于第二道防线。在超静定结构构件中，赘余构件为第一道防线，由于主体结构在超静定结构构件中，赘余构件为第一道防线，由于
35、主体结构已是静定或超静定结构，这些赘余构件的先期破坏并不影响整个结已是静定或超静定结构，这些赘余构件的先期破坏并不影响整个结构的稳定。构的稳定。4工程实例：尼加拉瓜的马拉瓜市美洲银行大厦工程实例：尼加拉瓜的马拉瓜市美洲银行大厦 尼加拉瓜的马拉瓜市美洲银行大厦，地面以上尼加拉瓜的马拉瓜市美洲银行大厦，地面以上18层，高层，高61米，米，就是一个应用多道抗震防线概念的成功实例（图就是一个应用多道抗震防线概念的成功实例（图17所示）。因为这所示）。因为这幢大楼位于地震区，设计指导思想是：在风荷载和规范规定的等效幢大楼位于地震区，设计指导思想是：在风荷载和规范规定的等效静力地震荷载的作用下，结构具有较
36、大的抗推刚度，以满足变形方静力地震荷载的作用下，结构具有较大的抗推刚度，以满足变形方面的要面的要求；但在大震作用下，建筑物受到的地震力很大时，通过某求；但在大震作用下，建筑物受到的地震力很大时，通过某些构件的屈服，过渡到另一个具有较高变形能力的结构体系，继续些构件的屈服，过渡到另一个具有较高变形能力的结构体系，继续有效地工作。根据这一指导思想，该大楼采用有效地工作。根据这一指导思想，该大楼采用11.6m11.6m的钢筋的钢筋混凝土芯筒作为主要的抗震和抗风构件。但是，该芯筒又有四个小混凝土芯筒作为主要的抗震和抗风构件。但是，该芯筒又有四个小芯筒组成，芯筒组成，每个每个L形小筒的外边尺寸为形小筒的
37、外边尺寸为4.6 m4.6m。在每层楼板处，采用。在每层楼板处，采用较大截面的钢筋混凝土连系梁，将四个小筒连成一个具有较强整体较大截面的钢筋混凝土连系梁，将四个小筒连成一个具有较强整体性的大筒。性的大筒。图17 马拉瓜市美洲银行大厦（a）平面；（b）剖面 该大厦在进行抗震设计时，既考虑四个小筒作为大筒的组成部该大厦在进行抗震设计时，既考虑四个小筒作为大筒的组成部分发挥整体作用时的受力情况，又考虑连系梁损坏后四个小筒各自分发挥整体作用时的受力情况，又考虑连系梁损坏后四个小筒各自作为独立构件的受力状态，且小筒间的连系梁完全破坏时整体结构作为独立构件的受力状态，且小筒间的连系梁完全破坏时整体结构仍具
38、有良好的抗震性能。仍具有良好的抗震性能。1972年年12月马拉瓜发生地震时，该大厦经月马拉瓜发生地震时，该大厦经受了考验。在大震作用下，小筒之间的连梁破坏后，动力特性和地受了考验。在大震作用下，小筒之间的连梁破坏后，动力特性和地震反应显著改变：基本周期震反应显著改变：基本周期T1加长加长1.5倍，结构底部水平地震剪力减倍，结构底部水平地震剪力减小一半，地震倾覆力矩减少小一半，地震倾覆力矩减少3/5，但是结构顶点侧移加大一倍，分析，但是结构顶点侧移加大一倍，分析结果列于表结果列于表7。结 构 动 力 反 应结 构 工 作 状 态4个小筒整体工作时4个小筒单独工作时基本周期（s）1.33.3结构底
39、部地震剪力（KN）2700013000结构底部地震倾覆力矩（KNm）37000030000结构顶点位移（mm）120240表7 美洲银行大楼对马那瓜地震的反应 时程分析顶点位移加大一倍底部水平剪力减少倍周期加长505.1606.035.0gg决定了结构的抗震能力变形能力承载力.2.1yppy2采用高延性构件采用高延性构件（1）延性的作用）延性的作用弹性地震反应分析的着眼点是承载力，用加大承载弹性地震反应分析的着眼点是承载力，用加大承载力来提高结构的抗震能力；弹塑性地震反应分的着眼力来提高结构的抗震能力；弹塑性地震反应分的着眼点是变形能力，利用结构的塑性变形的发展来抗御地点是变形能力，利用结构的
40、塑性变形的发展来抗御地震，吸收地震能量。因此提高结构的屈服抗力只能推震，吸收地震能量。因此提高结构的屈服抗力只能推迟结构进入塑性阶段，而增加结构的延性，不仅能削迟结构进入塑性阶段，而增加结构的延性，不仅能削弱地震反应，而且提高了结构抗御强烈地震的能力。弱地震反应，而且提高了结构抗御强烈地震的能力。（2）延性与地震作用的关系）延性与地震作用的关系 对大量单自由度体系的分析结果表明，弹塑性结构与对应对大量单自由度体系的分析结果表明，弹塑性结构与对应的弹性结构（刚度、阻尼相同，但无屈服点）的地震反应之间，的弹性结构（刚度、阻尼相同，但无屈服点）的地震反应之间，存在着如下关系：存在着如下关系：1长周期
41、结构长周期结构 地震作用下，弹塑性结构的最大侧移近似等于对应弹性结地震作用下，弹塑性结构的最大侧移近似等于对应弹性结构的最大侧移（图构的最大侧移（图18）。假想的弹性结构没有屈服点，所承受）。假想的弹性结构没有屈服点，所承受的最大地震力为的最大地震力为F。实际的弹塑性结构地震作用增长到。实际的弹塑性结构地震作用增长到Fy时，结时，结构发生屈服，荷载不再上升。构发生屈服，荷载不再上升。由于由于A点的位移等于点的位移等于C点的位移，故有点的位移，故有令令 ，则有，则有为结构的延性系数。为结构的延性系数。C称为结构影响系数，其实际含义是弹称为结构影响系数，其实际含义是弹塑性结构的等效弹性地震作用的折
42、减系数。塑性结构的等效弹性地震作用的折减系数。1pyeyFFeyFF1eyFFC/1C图18 长周期结构地震反应 2中等周期结构中等周期结构 地震作作用下，弹塑性结构吸收的能量近似等于对应弹性地震作作用下，弹塑性结构吸收的能量近似等于对应弹性结构吸收的能量。从图结构吸收的能量。从图19所示的荷载与变形关系曲线可以看出，所示的荷载与变形关系曲线可以看出，弹性结构达到最大位移时所吸收的地震能量，可由三角形面积弹性结构达到最大位移时所吸收的地震能量，可由三角形面积OAE来代表；弹塑性结构达到最大位移时所吸收的地震能量，来代表；弹塑性结构达到最大位移时所吸收的地震能量，等于梯形面积等于梯形面积OBCD
43、。故有：。故有：等式两边同乘以等式两边同乘以 ，并引入并引入 ，故有，故有eeypyFF21)21(y/2yp/yeeyFF)12(121eyeyFF图19 中等周期结构地震反应因 ，代入上式，得：eyeyFFeyeyFF121C 上式给出具有长周期和中等周期弹塑性结构地震作用的折上式给出具有长周期和中等周期弹塑性结构地震作用的折剪系数剪系数C。C值随结构延性值随结构延性值增大而迅速减小的衰减曲线示于值增大而迅速减小的衰减曲线示于图图20。从中可以看出，增大结构延性可以显著减小所需承担的。从中可以看出，增大结构延性可以显著减小所需承担的地震作用。地震作用。图20 地震作用折减系数与延性的关系（
44、3）延性与耗能：一个结构耐震性能，主要）延性与耗能：一个结构耐震性能，主要取决于这个结构的取决于这个结构的“能量吸收与耗散能量吸收与耗散”能力的大能力的大小，而它又取决于结构延性的大小。延性好，则小，而它又取决于结构延性的大小。延性好，则结构通过弹塑性变形耗散大量能量，使结构免于结构通过弹塑性变形耗散大量能量，使结构免于倒塌倒塌。消耗地震能量减少地震作用.2.1（四）刚度、承载力和延性的匹配（四）刚度、承载力和延性的匹配 1刚度与承载力刚度与承载力（1）地震力与刚度）地震力与刚度 一般来说，建筑物的抗推刚度大，自振周期就短，水平地震力大；一般来说，建筑物的抗推刚度大，自振周期就短，水平地震力大
45、；反之，建筑物的抗推刚度小，自振周期就长，水平地震力小。因此，反之，建筑物的抗推刚度小，自振周期就长，水平地震力小。因此，应该使结构具有与其刚度相适应的水平屈服抗力。结构刚度不可过大，应该使结构具有与其刚度相适应的水平屈服抗力。结构刚度不可过大，从而从根本上减小作用于构件上的水平地震作用。结构也不能过柔，从而从根本上减小作用于构件上的水平地震作用。结构也不能过柔，因为建筑的抗推刚度过小，虽然地震力减小了，但结构的变形增大，因为建筑的抗推刚度过小，虽然地震力减小了，但结构的变形增大，其后果是：（其后果是：（1）要求构件有很高的延性，导致钢筋过密。（）要求构件有很高的延性，导致钢筋过密。（2）过大
46、）过大的侧移会加重非结构部件的破坏。（的侧移会加重非结构部件的破坏。（3）P效应使构件内力增值。效应使构件内力增值。美国加州侧力规范（美国加州侧力规范（1988）和美国统一建筑规范（）和美国统一建筑规范（1988）均）均规定，当层间侧移角超过规定，当层间侧移角超过1/400时，在抗震分析中就要考虑时，在抗震分析中就要考虑P效应效应引起的侧移增值、构件内力增值及对结构整体稳定的不利影响。引起的侧移增值、构件内力增值及对结构整体稳定的不利影响。（2）承载力与刚度的匹配）承载力与刚度的匹配 全墙体系：全墙体系：（1）现浇钢筋混凝土墙。现浇钢筋混凝土全墙体系抗推刚）现浇钢筋混凝土墙。现浇钢筋混凝土全墙
47、体系抗推刚度大，自振周期小，地震力很大。为避免震害采取以下措施：度大，自振周期小，地震力很大。为避免震害采取以下措施：（i）在保证墙体压曲稳定的前提下，加大墙体间距，以降低）在保证墙体压曲稳定的前提下，加大墙体间距，以降低刚度，减小墙体的水平弯矩和剪力。（刚度，减小墙体的水平弯矩和剪力。（i i）通过适当配筋，提）通过适当配筋，提高墙体抗拉应力的强度。在水平施工缝、墙根部配置钢筋，提高墙体抗拉应力的强度。在水平施工缝、墙根部配置钢筋，提高抗剪能力。高抗剪能力。（2）装配钢筋混凝土墙。装配钢筋混凝土全墙体系抗推刚）装配钢筋混凝土墙。装配钢筋混凝土全墙体系抗推刚度大，地震力大，强度小。其薄弱环节是
48、墙板的水平接缝，地度大，地震力大，强度小。其薄弱环节是墙板的水平接缝，地震时易出现水平裂缝和剪切滑移，震时易出现水平裂缝和剪切滑移，1988年前苏联亚美尼亚地震年前苏联亚美尼亚地震证实了这一点。因此，一方面要加强内外墙板接缝内的竖向钢证实了这一点。因此，一方面要加强内外墙板接缝内的竖向钢筋，减小房屋整体弯曲时水平接缝受剪承载力的不利影响；另筋，减小房屋整体弯曲时水平接缝受剪承载力的不利影响；另一方面，在水平缝设暗槽，必要时可在缝内设斜筋。一方面，在水平缝设暗槽，必要时可在缝内设斜筋。（3）配筋砖墙：砖墙建筑刚度大，承载力低，延性差。设）配筋砖墙：砖墙建筑刚度大，承载力低，延性差。设构造柱可提高
49、延性，但对砖墙的抗剪能力提高十分有限。为使构造柱可提高延性，但对砖墙的抗剪能力提高十分有限。为使砖墙剪切抗力与其刚度增大引起的地震力相匹配，可在墙内设砖墙剪切抗力与其刚度增大引起的地震力相匹配，可在墙内设竖向网状配筋或设配筋砂浆带，且水平钢筋多于竖向钢筋，这竖向网状配筋或设配筋砂浆带，且水平钢筋多于竖向钢筋，这对提高砖墙的受剪承载力有利。对提高砖墙的受剪承载力有利。框框墙体系：墙体系：（1）按侧移限值确定抗震墙的数量。侧移值由建筑物重要）按侧移限值确定抗震墙的数量。侧移值由建筑物重要性、装修等级和设防烈度来确定。抗震墙厚度应使建筑物具有性、装修等级和设防烈度来确定。抗震墙厚度应使建筑物具有尽可
50、能长的自振周期及最小的水平地震作用。尽可能长的自振周期及最小的水平地震作用。（2）抗震墙厚度太厚不利于抗震。这是因为：）抗震墙厚度太厚不利于抗震。这是因为：1厚墙使厚墙使建筑周期减小，水平地震力加大；建筑周期减小，水平地震力加大；2厚墙如过大，如厚墙如过大，如600mm厚，除非沿墙厚设置三层竖向钢筋网片，否则很难使其墙体的厚，除非沿墙厚设置三层竖向钢筋网片，否则很难使其墙体的延性达到应有的要求；延性达到应有的要求；3延性较低的钢筋混凝土墙体在地震延性较低的钢筋混凝土墙体在地震作用下发生剪切破坏的可能性以及斜裂缝的开展宽度均加大；作用下发生剪切破坏的可能性以及斜裂缝的开展宽度均加大；4厚墙开裂后
