建筑结构震害特点

第四章建筑抗震概念设计西安建筑科技大学土木工程学院杨勇2009-12-25§4.1抗震概念设计的基本概念;（掌握）§4.2场地和地基的抗震设计原则；（熟悉）§4.3建筑体型（平面和立面设计）设计原则；（熟悉）§4.4建筑结构类型与结构体系选择原则；（熟悉）§4.5建筑结构平面布置和竖向布置基本原则；（掌握）§4.6建筑结构的多道抗震防线设计原则；（掌握）§4.7建筑结构的刚度、强度和延性匹配设计原则；（掌握）§4.8建筑结构其他设计原则；（熟悉）①加强结构整体性设计原则；②正确考虑非结构构件设计原则；③减小地震能量输入设计原则。§课外参考资料——方鄂华.《高层建筑钢筋混凝土结构概念设计》.北京：机械工业出版社，2005郁彦..《高层建筑概念设计》.北京：中国铁道出版社，1999林同炎.《结构概念和体系》第二版.北京：中国建筑工业出版社，1999刘大海.《高层建筑抗震设计》.北京：中国建筑工业出版社，1993第四章主要内容缘起-结构平面和竖向布置直接确定结构刚度分布！§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则建筑结构平面和竖向布置主要包括以下内容：1.平面布置——跨度、进深、剪力墙位置、形式与数量；2.竖向布置——层高、竖向构件截面变化、剪力墙中断；3.构件截面尺寸——梁、柱截面尺寸；剪力墙厚度。结构平面和竖向布置直接确定结构的刚度分布1.构件刚度——EI、EA、GA；2.结构整体刚度和刚度分布——K、D值及分布；结构刚度分布是影响结构地震作用与地震反应的重要因素。①刚度分布直接影响结构动力特性（结构频率、振型）；②刚度分布是结构中影响地震作用与地震反应的最重要因素。结构动力方程jin1jjjjin1jjiX)t(X)t(q)t(xijijjjiGXF0][][2mk结构频率方程结构位移反应结构地震作用tx1[m]tx[k]tx[c]tx[m]0结构平面和竖向布置是结构体系最重要的内在因素，是结构设计中最具能动性和创造性的环节，是反应结构设计师真正水平的重要标准。§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则ijiX震害分析——从震害中研究结构布置与结构抗震性能关系结构平面刚度不均匀引起的震害实例①案例一：1972，尼加拉瓜马拉瓜地震两个银行；②案例二：1978，日本宫成冲地震3层RC房屋；③案例三：1976，唐山地震754厂房。结构双向刚度相差较大引起的震害实例①案例一：1999，台湾地震-台湾民居“透天厝”震害；②案例二：1999，台湾地震-学校建筑，纵墙开大窗；③案例三：2008，汶川地震-学校建筑，纵墙开大窗。结构竖向刚度不均匀引起的震害实例①案例一：1972，美国圣菲南多地震，Olive-View医院（橄榄景医院）②案例二：1976，罗马尼亚地震，普鲁斯蒂咖啡馆③案例三：1995，阪神地震中间层薄弱层结构顶部刚度突然减小引起的震害实例①案例一：1976，唐山地震南开大学主楼；②案例二：2009年，意大利中部发生6.3级地震，一教堂的顶部遭到地震破坏。§4.5.1结构布置与结构抗震性能相互关系§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例一：1972，尼加拉瓜马拉瓜地震（一）结构平面刚度不均匀引起的扭转§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则中央银行——修复费用达造价80%砌体填充墙质心刚心§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则美洲银行只有轻微损坏§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例二：1978，日本宫成冲地震结构特点：3层RC结构，楼梯间在建筑物一侧，用实心剪力墙围成筒，刚度很大，另一端只有柱子，刚度很小。震害：没有剪力墙一端柱子塌落，楼板塌下。§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例三：1976，唐山地震结构特点：天津754厂厂房，两个温度单元，端部设置多层砖砌体生活间，而且与厂房刚性连接，造成每个独立单元两端质量和刚度相差悬殊；震害——地震时厂房很大扭转，震后全部拆除。§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例一：1999，9.21地震-台湾民居“透天厝”震害结构特点：连户住宅组成，开间4~5m，底部多为店面。A类：平面布置中，横墙为砖砌体实墙，内含RC柱。纵向没有砖墙，刚度极差，地震时如骨牌倒下。B类：楼梯间纵向布置，砌纵向砖墙，提供刚度，情况较好。§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则（二）结构双向刚度不均匀引起的破坏A类“透天厝”§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则A类“透天厝”震害§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例二：1999，台湾地震-学校建筑；§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则一般中小学校建筑平面设计，为保证教室有良好自然采光和通风，在南北朝向（或说纵向）需要布置设计大量的采光窗（大的窗口洞口）并为满足消防疏散安全的需要，考虑密集人员疏散的要求，纵向布置疏散走廊。由此造成的结构设计布置上，横向设置剪力墙或抗震墙分割教室，刚度较大；纵向则开设大量洞口和走廊，刚度较小，纵向薄弱导致在地震破坏作用下纵向倒塌。§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例三：2008，汶川5.12特大地震；§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则（三）结构竖向刚度不均匀引起薄弱层破坏案例一：1971，美国圣菲南多地震，Olive-View医院8个建筑，严重破坏3幢（主楼、精神病院和停车棚）主楼6层RC框支剪力墙结构。每层柱子断面和配筋形式不同。§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则剪力墙框架主楼概况：位于9度区，主楼六层，RC结构。3层以上为框架-抗震墙体系，底层和2层为框架体系——形成框支剪力墙体系。另外，3层有较多砖墙，上、下层抗侧移刚度相差约10倍。震害——上面几层震害较轻，2层严重偏斜，纵向和横向侧移均达到600mm，角柱酥碎。——底层柔弱典型震例。§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例二：1976，罗马尼亚地震普鲁亚士第，4层RC框架结构严重破坏；底层咖啡馆、无隔墙，上层住宅，砖砌体隔墙，上下刚度相差加大，上刚下柔，底层是软弱；震害——底层柱子折断，上部几层整体塌落至一层柱根。§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则其他底部薄弱层案例：§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则北川一中教学楼：五层变三层其他底部薄弱层案例：§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例三：1995，阪神地震中间层薄弱层§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则背景：竖向混合结构。主要原因：多数破坏是在两种不同材料构件变化的楼层处。RC-SRC、SRC-S，有较大刚度和强度突变。总结——竖向避免出现薄弱层。§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则（四）结构顶部刚度陡然减小引起的鞭梢效应案例一：1976，唐山地震南开大学主楼：主体7层，高27m，上部塔顶高度50m。与主体相比，体形尺寸很小，柱子断面为240*240mm，刚度和承载力均较小，发生突变；震害——唐山地震，塔楼倾斜，3个月后宁河地震，塔楼完全破坏。§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则案例二：2009年，意大利中部发生6.3级地震，一教堂的顶部遭到地震破坏§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则§结构布置（刚度分布）与结构震害关系小结①结构平面刚度要均匀——刚心与质心靠近，减小扭转；②结构双向刚度要接近——避免出现弱向破坏；③结构竖向抗侧刚度沿高度均匀，或沿高度逐渐减小；④重点关注——框支剪力墙、底框砖房等待薄弱层结构；⑤注意顶部放大——鞭梢效应；⑥不能忽视——非结构构件：填充墙、楼梯、出屋面房间；⑦思考——结构、人生、和谐社会（木桶效应）。§4.5结构平面布置与竖向布置基本原则敬请各位老师批评指正！思想有多远，就能走多远……