1、大家好大家好吴晓春武汉科技大学城建学院土木系结构教研室2014.2混凝土结构设计混凝土结构设计砌体结构设计砌体结构设计 介绍房屋建筑工程中混凝土结构的设计方法介绍房屋建筑工程中混凝土结构的设计方法 混凝土结构设计一般原则混凝土结构设计一般原则 楼盖和楼梯楼盖和楼梯 单层工业厂房单层工业厂房 框架结构设计框架结构设计课程内容侧重于结构整体设计：课程内容侧重于结构整体设计：结构方案和结构体系的选择，进行结构布置结构方案和结构体系的选择，进行结构布置 确定计算简图确定计算简图 选择合适的结构分析方法选择合适的结构分析方法 计算作用、作用效应，进行作用效应组合计算作用、作用效应，进行作用效应组合 构件
2、截面设计及构件间的连接构造设计构件截面设计及构件间的连接构造设计10.110.1一般原则一般原则10.210.2建筑结构荷载建筑结构荷载10.310.3结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态10.410.4按近似概率的极限状态设计法按近似概率的极限状态设计法10.510.5实用设计表达式实用设计表达式10.110.1一般原则一般原则10.1.110.1.1结构组成和类型结构组成和类型10.1.210.1.2结构设计的阶段和内容结构设计的阶段和内容10.1.310.1.3结构设计的一般原则结构设计的一般原则10.1.110.1.1结构组成和类型结构组成和类型是在建筑物或构筑物中起骨架(
3、承受和传递荷载)作用的主要物体。2.组成建筑结构的基本部件称为(Structural elements)。10.1.210.1.2结构设计的阶段和内容结构设计的阶段和内容介入质监和监理工作介入质监和监理工作设计任务书设计任务书技术设计阶段技术设计阶段投资控制投资控制选址选址项目立项建议书项目立项建议书竣工验收竣工验收付诸施工过程付诸施工过程施工图审查阶段施工图审查阶段施工图设计阶段施工图设计阶段初步设计阶段初步设计阶段方案设计阶段方案设计阶段可行性研究报告可行性研究报告交付使用交付使用确定设计计划确定设计计划决算决算编制施工图预算编制施工图预算修正概算修正概算编制概算编制概算造价估算造价估算基
4、本建设工作程序和内容基本建设工作程序和内容2 2 房屋建筑工程的设计阶段房屋建筑工程的设计阶段（1）方案设计阶（）方案设计阶（scheme design）（2）初步设计阶段（）初步设计阶段（preliminary design）（3）技术设计阶段（）技术设计阶段（technical design）（4）施工图设计阶段（）施工图设计阶段（working drawing design）结构方案的确定：确定结构形式结构方案的确定：确定结构形式 确定结构体系确定结构体系 是结构设计中是结构设计中最重要最重要的一项工作，关系着结构的一项工作，关系着结构设计成败的关键。设计成败的关键。结构分析是指采用结构
5、分析是指采用力学力学和和数学数学方法对结构在各种方法对结构在各种作用下的内力、变形等作用下的内力、变形等作用效应作用效应进行计算，是结构设进行计算，是结构设计的重要内容。计的重要内容。1.1.分析模型分析模型 2.2.边界条件边界条件 3.3.初始条件初始条件 4.4.分析方法分析方法 合理地确定合理地确定力学模型力学模型和选择和选择分析方法分析方法是提高设计是提高设计质量、确保结构安全可靠的重要环节。质量、确保结构安全可靠的重要环节。结构分析1.分析模型分析模型2.边界条件4.分析方法10.1.310.1.3结构设计的一般原则结构设计的一般原则安安 全全适适 用用耐耐 久久经经 济济10.2
6、10.2建筑结构荷载建筑结构荷载10.2.110.2.1作用与荷载作用与荷载10.2.210.2.2荷载分类荷载分类10.2.310.2.3荷载代表值荷载代表值10.2.410.2.4竖向荷载竖向荷载10.2.510.2.5风荷载风荷载10.2.110.2.1作用与荷载作用与荷载施加在结构上的集中力或分布力，施加在结构上的集中力或分布力，引起结构外加变形或约束变形的原因，引起结构外加变形或约束变形的原因，如如地震地震、基础差异沉降基础差异沉降、温度变化温度变化、混凝土收缩混凝土收缩等。等。上述各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结上述各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结构内产生的内力和变
7、形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、构内产生的内力和变形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）转角和裂缝等）10.2.210.2.2荷载分类荷载分类（1 1）按随时间的变异：）按随时间的变异：永久作用、可变作用、偶然作用。永久作用、可变作用、偶然作用。（2 2）按随空间位置的变异：）按随空间位置的变异：固定作用、自由作用固定作用、自由作用（3 3）按结构的反应特点：）按结构的反应特点：静态作用、动态作用静态作用、动态作用10.2.310.2.3荷载代表值荷载代表值kGkQfQqQ10.2.410.2.4竖向荷载竖向荷载1.1.楼、屋面荷载：竖向恒荷载、竖向活荷载楼、屋面荷载：竖向恒荷载、竖向
8、活荷载（1）民用建筑楼面均布活荷载 (2)工业建筑楼面活荷载 (3)屋面活荷载：不应与雪荷载同时组合10.2.410.2.4竖向荷载竖向荷载2.2.雪荷载：屋面水平投影面上的雪荷载标准值雪荷载：屋面水平投影面上的雪荷载标准值 s sk k r rs so o (10.1)(10.1)式中式中 S Sk k雪荷载标准值雪荷载标准值(kN/m(kN/m2 2)；r r屋面积雪分布系数；根据不同类别的屋面形屋面积雪分布系数；根据不同类别的屋面形式，按表式，按表10.310.3采用。采用。S So o基本雪压基本雪压(kN(kNmm2 2)。基本雪压应按荷载规范。基本雪压应按荷载规范附录附录D.4D.
9、4中附表中附表n4n4给出的给出的5050年一遇的雪压采用。对雪荷年一遇的雪压采用。对雪荷载敏感的结构，基本雪压应适当提高，并应由有关的结构载敏感的结构，基本雪压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。设计规范具体规定。设计建筑结构及屋面的承重构件时，应按下列规定采用设计建筑结构及屋面的承重构件时，应按下列规定采用积雪的分布情况：积雪的分布情况：（1）屋面板和擦条按积雪不均匀分布的最不利情况采用）屋面板和擦条按积雪不均匀分布的最不利情况采用;（2）屋架和拱壳应分别按全跨积雪的均匀分布、不均匀屋架和拱壳应分别按全跨积雪的均匀分布、不均匀分布和半跨积雪的均匀分布按最不利情况采用分布和半跨积雪
10、的均匀分布按最不利情况采用;（3）框架和柱可按全跨积雪的均匀分布情况采用。框架和柱可按全跨积雪的均匀分布情况采用。2.2.雪荷载雪荷载10.2.510.2.5风荷载风荷载 风荷载是空气流动对工程结构所产生的压力。风荷载与基本风压、地形、地面粗糙度、距离地面高度，及建筑体型等诸因素有关ks0 zzww顺风向的平均风引起的静力风荷载；顺风向的平均风引起的静力风荷载；与平均风向一致的顺风脉动风荷载；与平均风向一致的顺风脉动风荷载；与平均风向垂直的横风向脉动风荷与平均风向垂直的横风向脉动风荷载；载；10.2.510.2.5风荷载风荷载4w0 -基本风压基本风压(kNm2)，以当地空旷平坦地面上，以当地
11、空旷平坦地面上离地离地10 m高统计所得的高统计所得的50年一遇年一遇10 s平均最大风平均最大风速确定的风压值。取值按速确定的风压值。取值按荷载规范荷载规范中全国基中全国基本风压分布图的规定采用，本风压分布图的规定采用，W00.3 kNm2；ks0 zzww10.2.510.2.5风荷载风荷载4s-风荷载体型系数风荷载体型系数指作用在建筑物表面实际压指作用在建筑物表面实际压力力(或吸力或吸力)与基本风压的比值，它表示建筑物表与基本风压的比值，它表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型、尺度、表面位置、表面状况有与建筑物的体
12、型、尺度、表面位置、表面状况有关关.ks0 zzww风载体型系数风载体型系数风流经建筑平面时的风压分布系数风流经建筑平面时的风压分布系数(表面风压表面风压/基本风压基本风压)s驻涡区0.80.40.4-0.4-0.4-0.4-0.2-0.4边界层尾涡区 迎风面迎风面 背风面背风面风流经建筑立面时的风压分布系数风流经建筑立面时的风压分布系数0.80.60.40.4-0.18-0.41 -0.41-0.2-0.1310.2.510.2.5风荷载风荷载4z-风压高度变化系数风压高度变化系数，在，在10 m高度以上，风压、风速随高度以上，风压、风速随高度增加，建筑物在离地面高度增加，建筑物在离地面30
13、0一一500 m以内时，风速随高以内时，风速随高度增加的规律与地面粗糙度有关，度增加的规律与地面粗糙度有关，荷载规范荷载规范规定，地规定，地面租糙度可分为面租糙度可分为A、B、C、D类，类，ks0 zzwwA类指近海海面、海岛、海岸、湖类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，岸及沙漠地区，B类指田野、乡村、丛林、丘陵及类指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的中、小城镇和房屋比较稀疏的中、小城镇和大城市郊区，大城市郊区，C类指有密集建筑群的大城市市区，类指有密集建筑群的大城市市区，D密集建筑群较高的大城市市区从密集建筑群较高的大城市市区从可查可查荷载规范荷载规范表表621确确定定4.4.风振
14、系数（顺风向）风振系数（顺风向）T10.25s的各种高耸结构,以及H30m且H/B1.5的房屋均应构产生顺风向风振的影响。顺风向风振响应计算应按结构随机振动理论进行。对于符合本规范第8.4.3 条规定的结构，可采用风振系数法计算其顺风向风荷载。注:1 结构的自振周期应按结构动力学计算;近似的基本自振周期T1 可按附录F 计算;2 高层建筑顺风向风振加速度可按本规范附录J 计算。zks0 zzww4.4.风振系数（顺风向）风振系数（顺风向）对于一般竖向悬臂型结构，例如高层建筑和构架、塔架、烟囱等高耸结构，均可仅考虑结构第一振型的影响，结构的顺风向风荷载可按公式(8.1.1-1)计算。z 高度处的
15、风振系数 可按 下式计算:zz4.4.风振系数（顺风向）风振系数（顺风向）z4.4.风振系数（顺风向）风振系数（顺风向）z4.4.风振系数（顺风向）风振系数（顺风向）10.310.3结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态1.1.结构的安全等级结构的安全等级(safety class)(safety class)结构的安全等级结构的安全等级根据结构破坏可能产生的后果，即危及人的生根据结构破坏可能产生的后果，即危及人的生命、造成的经济损失、产生社会影响等的严重程度确定。命、造成的经济损失、产生社会影响等的严重程度确定。安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑物类型建筑物类型一级一级很严重很严
16、重重要的房屋重要的房屋二级二级严严 重重一般的房屋一般的房屋三级三级不严重不严重次要的房屋次要的房屋建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级建筑物中各类建筑物中各类结构构件的安全等级结构构件的安全等级宜与宜与整个结构的安全等级整个结构的安全等级相相同，但同，但允许允许对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的当的调整。调整。10.310.3结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态2 2 设计使用年限设计使用年限(design working life)(design working life)和设计基准期和设计基准期（design refe
17、rence period)design reference period)设计使用年限设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。按其预定目的使用的时期，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。设计使用年限设计使用年限的概念不同于的概念不同于实际寿命实际寿命、耐久年限耐久年限或或设计基准期设计基准期。建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准规定了各类建筑结构的设计使用年限。规定了各类建筑结构的设计使用年限。设计基准期设计基准期指为确定可变作用及与时间有关的材料性能
18、等取值而选指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。用的时间参数。统一标准统一标准规定设计基准期为规定设计基准期为5050年。年。类别类别设计使用年限（年）设计使用年限（年）示例示例1 15 5临时性建筑结构临时性建筑结构0.90.92 22525易于替换结构构件易于替换结构构件-3 35050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物1.01.04 4100100标志性建筑和特别重要建筑结构标志性建筑和特别重要建筑结构1.11.1LL房屋建筑结构设计使用年限分类及荷载调整系数房屋建筑结构设计使用年限分类及荷载调整系数10.310.3结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态3
19、.3.结构的功能要求结构的功能要求 （1 1）安全性）安全性SafetySafety；（2 2）适用性）适用性ServiceabilityServiceability；（3 3）耐久性）耐久性DurabilityDurability （4 4）经济经济EcnonomyEcnonomy。10.310.3结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态1.1.结构的功能函数结构的功能函数 按极限状态方法设计建筑结构时，要求所设计的结构具有一定的预定功按极限状态方法设计建筑结构时，要求所设计的结构具有一定的预定功能，这可用包括各有关变量在内的结构功能函数来表达，即能，这可用包括各有关变量在内的结构功
20、能函数来表达，即12(,)nZg XXX12(,)0nZg XXX2.2.极限状态方程极限状态方程 当功能函数中仅包括作用效应当功能函数中仅包括作用效应 和结构抗和结构抗力力 两个基本变量时，可得两个基本变量时，可得(,)Zg R SRSRS0Z 结构处于结构处于可靠可靠状态状态结构处于结构处于失效失效状态状态功能函数功能函数0Z 0Z 10.310.3结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状
21、态极限状态。极限状态极限状态实质实质上是上是区分结构可靠与失效区分结构可靠与失效的界限。的界限。极限状态分为两类：极限状态分为两类：通常对结构构件先按承载能力极限状态进行承载能力计算，通常对结构构件先按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据使用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或然后根据使用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。抗裂等验算。10.410.4按近似概率的极限状态设计法按近似概率的极限状态设计法1.结构可靠度结构可靠度就是结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。10.410.4按近似概率的极限状态设计法按
22、近似概率的极限状态设计法可直接通过 的概率（图中阴影面积）来表达，即0f(0)()ZZpP Zf Z dZ0Z 10.410.4按近似概率的极限状态设计法按近似概率的极限状态设计法3结构构件的可靠指标结构构件的可靠指标22RSZZRS1.01.52.02.52.73.01.59 10-16.68 10-22.28 10-26.21 10-33.50 10-31.35 10-33.23.53.74.04.26.40 10-42.33 10-41.10 10-43.17 10-51.30 10-5fPfPfP10.410.4按近似概率的极限状态设计法按近似概率的极限状态设计法结构构件承载能力极限状
23、态的目标可靠指标结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标破坏类型破坏类型安安 全全 等等 级级一一 级级二二 级级三三 级级延性破坏延性破坏3.73.22.7脆性破坏脆性破坏4.23.73.210.510.5实用设计表达式实用设计表达式结构设计时为保证所设计的结构安全可靠，如果事先给定一个SR的设计表达式和给定的目标可靠指标(即给定了失效概率Pf)，通过调整设计计算时荷载和材料强度的取值，就可以在当SR时，其相应的可靠指标(或失效概率)也满足要求。于是分项系数是按照目标可靠指标值，并考虑工程经验优选原则进行确定，通过分项系数即可将可靠指标隐含在设计表达式中。所以，分项系数已起着考虑目标指标的等价
24、作用。例如，永久荷载和可变荷载组合下的设计表达式可为RRGGQQ 10.510.5实用设计表达式实用设计表达式1.1.承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式ckskcskkcs(,),dddffRRff aRa0结构重要性系数；结构重要性系数；dR结构构件的承载力设计值；结构构件的承载力设计值；()R 结构构件的承载力函数；结构构件的承载力函数；cs,ff混凝土、钢筋的强度设计值；混凝土、钢筋的强度设计值；混凝土、钢筋的强度标准值；混凝土、钢筋的强度标准值；结构构件的承载力设计值；结构构件的承载力设计值；几何参数的标准值；几何参数的标准值；ka荷载效应组合的设计值。荷载效应组合的
25、设计值。cksk,ffcs,dS0SdRd 1.1.承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式荷载效应组合分为基本组合基本组合和偶然组合偶然组合。（1）基本组合：荷载效应组合的设计值应从下列组合中取最不利值确）基本组合：荷载效应组合的设计值应从下列组合中取最不利值确定：定：可变荷载效应控制组合：可变荷载效应控制组合：永久荷载效应控制组合：永久荷载效应控制组合：11GG kQ1Q kQcQ k12jjiiiimndLLjiSSSS GG kQcQ k11jjiiiimndLjiSSS Gj第第j个永久荷载的分项系数，当永久荷载效应对结构构件承载力不个永久荷载的分项系数，当永久荷载效应对
26、结构构件承载力不利时，由可变荷载控制的组合，取值利时，由可变荷载控制的组合，取值1.2，由永久荷载控制的组合，取，由永久荷载控制的组合，取值值1.35；当永久荷载效应对结构构件承载力有利时，一般情况下取值；当永久荷载效应对结构构件承载力有利时，一般情况下取值1.0，对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，取值，对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，取值0.9;1.1.承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式荷载效应组合分为基本组合基本组合和偶然组合偶然组合。（1）基本组合：荷载效应组合的设计值应从下列组合中取最不利值确）基本组合：荷载效应组合的设计值应从下列组合中取最不利值确定：定：可变荷载效应控制
27、组合：可变荷载效应控制组合：永久荷载效应控制组合：永久荷载效应控制组合：11GG kQ1Q kQcQ k12jjiiiimndLLjiSSSS GG kQcQ k11jjiiiimndLjiSSS 1QQiiL第第1个和第个和第i个可变荷载分项系数，当可变荷载效应对结构构件承载力不利个可变荷载分项系数，当可变荷载效应对结构构件承载力不利时，一般情况下限值时，一般情况下限值1.4，对标准值大于，对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活载取的工业房屋楼面结构的活载取值值1.3；一第一第i 个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，其中为主导可变荷个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，其中为主导可
28、变荷载载Ql 考虑设计使用年限的调整系数；考虑设计使用年限的调整系数；1.1.承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式 取消原第3.2.4条关于一般排架、框架结构基本组合的简化规则。主要考虑到简化规则缺乏理论依据，现在结构分析及荷载组合基本由计算机软件完成，简化规则已经用得很少。（1）基本组合：荷载效应组合的设计值应从下列组合中取最不利值确）基本组合：荷载效应组合的设计值应从下列组合中取最不利值确定：定：可变荷载效应控制组合：可变荷载效应控制组合：永久荷载效应控制组合：永久荷载效应控制组合：11GG kQ1Q kQcQ k12jjiiiimndLLjiSSSS GG kQcQ k1
29、1jjiiiimndLjiSSS 按永久荷载标准值按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值；计算的荷载效应值；按可变荷载标准值按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值，其中为诸可变荷载效应中起控制计算的荷载效应值，其中为诸可变荷载效应中起控制作用者；作用者；可变荷载可变荷载Q的组合值系数，其值不应大于的组合值系数，其值不应大于1.0，按建筑结构荷载规范，按建筑结构荷载规范GB 50009有关规定取用；有关规定取用；m参与组合的永久荷载数。参与组合的永久荷载数。n参与组合的可变荷载数。参与组合的可变荷载数。1.1.承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式荷载效应组合分为基本组合基本组合和偶
30、然组合偶然组合。（1）基本组合：荷载效应组合的设计值应从下列组合中取最不利值确）基本组合：荷载效应组合的设计值应从下列组合中取最不利值确定：定：可变荷载效应控制组合：可变荷载效应控制组合：永久荷载效应控制组合：永久荷载效应控制组合：11GG kQ1Q kQcQ k12jjiiiimndLLjiSSSS GG kQcQ k11jjiiiimndLjiSSS G kjSQkiSci1.1.承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式（2）偶然组合：偶然组合荷载效应组合的设计值宜按下列规定确定。用于承载能力极限状态计算的效应设计值，应按下式进行计算：按偶然荷载标准值Ad计算的荷载效应值；第1
31、个可变荷载的频遇值系数；第i个可变荷载的准永久值系数。12jdiiiimndG kAfQ kqQ kjiSSSSSdASifiq1.1.承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式（2）偶然组合：偶然组合荷载效应组合的设计值宜按下列规定确定。用于偶然事件发生后受损结构整体稳固性验算的效应设计值，应按下式进行计算偶然事件的发生是一个强不确定性事件，偶然荷载的大小也是不确定的，所以实际情况下偶然荷载值超过规定设计值的可能性是存在的，按规定设计值设计的结构仍然存在破坏的可能性;但为保证人的生命安全，设计还要保证偶然事件发生后受损的结构能够承担对应于偶然设计状况的永久荷载和可变荷载。所以，表达
32、式分别给出了偶然事件发生时承载能力计算和发生后整体稳固性验算两种不同的情况。设计人员和业主首先要控制偶然荷载发生的概率或减小偶然荷载的强度，其次才是进行抗连续倒塌设计。12jiiiimndG kfQ kqQ kjiSSSS10.510.5实用设计表达式实用设计表达式2.2.正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式C结构构件达到正常使用要求所规定限值，如变形、裂缝宽度、应力等的限值；Sd正常使用极限状态的荷载效应组合值。标准组合标准组合频遇组合频遇组合 可变荷载Q1的频遇值系数准永久组合准永久组合 可变荷载Qi的准永久值系数dSC1G kQ kcQ k12jiimndjiSSSS11
33、G kQ kQ k12jiimndfqjiSSSS1fiqG kqiQik11jmndjiSSS 10.510.5实用设计表达式实用设计表达式是钢筋混凝土结构按极限状态设计时采用的材料强度基本代表值。材料强度标准值应根据符合规定质量的材料强度的概率分布的某一分位值确定。10.510.5实用设计表达式实用设计表达式 ：考虑材料的离散性和施工中不可避免的偏差带来的不利影响：材料强度标准值乘以材料分项系数。fc=fck/c ,c-1.4 fs=fsk/s ,s-1.11.5 确定钢筋和混凝土材料分项系数时，对于具有统计资料的材料，按设计可靠指标、通过可靠度分析确定；对统计资料不足的情况，则以工程经验
34、为主要依据，通过按规范结构构件的校准计算确定。建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。始自若干现代建筑在地震中的表现。最为典型的例子是最为典型的例子是19721972年年2 2月月2323日南美洲的马那日南美洲的马那瓜地震。瓜地震。马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五层高的中央银行大厦，另一幢为层高的中央银行大厦，另一幢为1818层高的美洲银行大层高的美洲银行大厦。当地地震烈度估计为厦。当地地震烈度估计为8 8度。一幢破坏严重，震后拆度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微
35、损坏，稍加修理便恢复使用。除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。建筑结构规则性建筑结构规则性马那瓜中央银行大厦试问：那一幢破坏严重呢？马那瓜美洲银行大厦 1）平面不规则）平面不规则4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。4层以上的楼板仅为层以上的楼板仅为5cm厚，搁置在高厚，搁置在高45cm长长14m小梁上。小梁上。2）竖向不规则）竖向不规则塔楼上部（塔楼上部（4层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在根，支承在4层楼板水平层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的处的过渡大梁上，
36、大梁又支承在其下面的10根根1m 1.55m的柱子上（间距的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严）。上下两部分严重不均匀，不连续。重不均匀，不连续。主要破坏：第主要破坏：第4层与第层与第5层之间层之间(竖向刚度和承载力突变竖向刚度和承载力突变),周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；横向裂缝贯穿横向裂缝贯穿3层以上的所有楼板层以上的所有楼板(有的宽达有的宽达1cm),直至电梯井东侧；直至电梯井东侧；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均 严重破坏或倒塌。严重破坏或倒塌。震后计算分
37、析结果震后计算分析结果:1.结构存在十分严重扭转效应结构存在十分严重扭转效应;2.塔楼塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足力大大不足,率先破坏；率先破坏；3.水平地震作用下水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。马那瓜马那瓜中央银行大厦中央银行大厦 结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括4个L形的桶体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌体填充墙
38、的非结构构件的损坏；3.当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。美洲美洲银行银行不规则类型 定义扭转不规则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水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层平面不规则的类型平面不规则的类型1221222.1122扭转不规则扭转不规则max3.0 BB maxBmax3.0 BB maxBma
39、xBmax3.0 BB maxBmax3.0 BB 凹凸角不规则凹凸角不规则不规则类型 定义扭转不规则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水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层BBb5.0BBlAAA3.00l局部不连续局部不连续大开洞大开洞错层错层平面不规则的类型平面不规则的类型1 平面宜简单、规则、对称，减少偏心；2 平面长度不宜过长，突出部分长度l不宜过大（图4.
40、3.3）；L、l等值宜满足表4.3.3的要求3 不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。美国加州奥立弗医疗中心的主楼，6层钢筋混凝土结构，上部四层为框架剪力墙，下部两层为框架，第二层有较多的砖墙，二层以上结构的侧向刚度比首层的刚度大约10倍，其剖面如图2-30所示。1971 年圣费南多地震中，该建筑首层柱严重破坏，螺旋配箍柱的混凝土保护层完全脱落，普通配箍柱的混凝土压碎、纵筋压屈，首层非弹性残余位移达600mm。地震后该建筑拆除。造成该结构严重破坏的主要原因是：首层的刚度小、承载力低，成为薄弱层，地震时变形集中，而钢筋混凝土柱不能提供如此大的变形能力，致使结构严重破坏。抗震设计时，当结构上
41、部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍（图4.4.5a、b）；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m（图4.4.5c、d）。结构体系的合理选择结构体系的合理选择 抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。规范规定：规范规定：1.1.结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用
42、结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。传递途径。受力明确、传力合理、传力路线不间断、抗震分析与受力明确、传力合理、传力路线不间断、抗震分析与实际表现相符合。实际表现相符合。2.2.应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失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的承载能力。抗震能力或对重力荷载的承载能力。由于柱子的数量较少或承载能力较由于柱子的数量较少或承载能力较弱，部分柱子退出工作后，整个结构系弱，部分柱子退出工作后，整个结构系统丧失了对竖向荷载的承载能力。统丧失了对竖向荷载的承载能力。抗震设计的一个重要原则是结构应抗震设计的一个重要原则是结构应有必要的赘余度和内力重分配的功能。有必要的赘余度和内力重分配的功能。
