第四章 建筑抗震概念设计

四川大学建环学院2017.2傅昶彬课件系列—建筑抗震和抗风第四章建筑抗震概念设计◆概念设计与计算设计的关系◆概念设计的主要内容和原则主要内容4.1概念设计与数值设计的关系1.概念设计（ConceptualDesign）根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。2.计算设计（NumericalDesign）依据一定的结构简化模型而进行的抗震数值分析。3.概念设计与计算设计的关系概念设计决定结构抗震的主要性能。计算设计以概念设计为前提，是对概念设计的补充和完善，但计算设计又能反作用于概念设计。4.2概念设计的主要内容1.场地选择①选择有利场地②避免不利场地③不得在危险场地2.地基基础①同一结构单元不宜采用不同的持力层和不同的基础形式②基础形式与埋深对抗震性能的影响③基础整体性要求4.2概念设计的主要内容3.结构高度及高宽比限值一般而言，房屋越高所受到的地震作用和倾覆力矩越大，虽说“房屋越高越危险”过于绝对，但从技术经济方面考虑，各种结构体系应有最佳的适用高度。高宽比宏观反映了结构抗侧移和抗倾覆稳定的能力，其限值比高度限值对结构的抗震性能影响更大。目前，《高规》将高层的高度和高宽比限值分为A、B两级，A级为常用，规定较严，B级要求采取更严的计算和构造措施。◆混凝土结构高度限值4.2概念设计的主要内容3.结构高度及高宽比限值A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m)4.2概念设计的主要内容3.结构高度及高宽比限值B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m)◆混凝土结构高度限值4.2概念设计的主要内容3.结构高度及高宽比限值◆混凝土结构高宽比限值A级高层建筑的最大适用高宽比4.2概念设计的主要内容3.结构高度及高宽比限值◆混凝土结构高宽比限值B级高层建筑的最大适用高宽比4.2概念设计的主要内容3.结构高度及高宽比限值◆钢结构高度限值钢结构房屋适用的最大高度（m）◆钢结构高宽比限值钢结构房屋适用的最大高宽比4.2概念设计的主要内容3.结构高度及高宽比限值◆砌体类结构高度限值房屋的层数和总高度限值（m）4.2概念设计的主要内容3.结构高度及高宽比限值◆砌体类结构高宽比限值房屋最大高宽比4.2概念设计的主要内容3.结构高度及高宽比限值◆超限审查建设部文件超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点建质【2010】109号第十条专项审查的内容主要包括：(一)建筑抗震设防依据；(二)场地勘察成果；(三)地基和基础的设计方案；(四)建筑结构的抗震概念设计和性能目标；(五)总体计算和关键部位计算的工程判断；(六)薄弱部位的抗震措施；(七)可能存在的其他问题。某300m超限高层结构抗震专项审查报告目录4.建筑平立面◆建筑平面宜规则、对称，质量和刚度变化均匀，尽量避免错层，不应采用严重不规则的平面。非常规则或规则的平面4.2概念设计的主要内容比较规则平面A级高层平面形状尺寸限值◆建筑平面4.建筑平立面4.2概念设计的主要内容平面不规则的类型◆建筑立面4.建筑平立面4.2概念设计的主要内容结构竖向收进和外挑示意maBBBBHH49.075.02.0111，且当外挑时，要求时，要求收进当◆建筑立面4.建筑平立面4.2概念设计的主要内容竖向不规则的类型4.2概念设计的主要内容◆平面和立面不规则《抗规》定义共6项◆不规则程度判断●不规则：超过1项或多项。●特别不规则：多项超过或一项超过较多，具有明显抗震薄弱部位，将会引起不良后果。●严重不规则：体型复杂，多项超过或一项大大超过，具有严重抗震薄弱部位，将会导致严重后果。4.建筑平立面4.2概念设计的主要内容4.建筑平立面◆《抗规》（强条）：严重不规则不应采用。◆工程观点：在现代技术条件下，没有什么结构不能实现，关键是有无必要为此付出代价。◆结论：不规则结构、尤其是严重不规则结构的弹塑性地震反应比规则结构的弹塑性地震反应复杂得多，计算结果的可靠程度也远比规则结构计算结果的可靠程度低。◆办法：消除严重薄弱部位及薄弱构件。一般采用弹塑性分析，发现薄弱部分或薄弱构件对症下药，对重要的结构或构件还应进行试验研究。◆防震缝设置4.2概念设计的主要内容4.建筑平立面◆防震缝设置ⅰ原则简单规则平面结构不设防震缝，复杂不规则平面结构宜采用防震缝将上部结构分成两个或两个以上的简单规则结构单元。ⅱ最小缝宽■混凝土结构框架—高度不超过15m的部分，可取70mm；超过15m的部分，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。4.2概念设计的主要内容4.建筑平立面框架-剪力墙—可按框架的70％采用,并不宜小于70mm。剪力墙—可按框架的50％采用，并不宜小于70mm。◆防震缝设置4.2概念设计的主要内容4.建筑平立面ⅱ最小缝宽■混凝土结构■钢结构不小于相应砼结构的1.5倍。■砌体类结构砌体及底框房屋—缝宽50～100mm配筋砌块砌体—当H≤20m时,70mm；当H20m时，6、7、8度相应每增加6m、5m、4m，宜加宽20mm。◆防震缝设置4.2概念设计的主要内容3.建筑平立面ⅱ最小缝宽5.结构方案设计◆合理选型隔震及耗能减震结构抗震结构常规体系正确处理抗震性能与经济性的关系。◆合理设计平立面ⅰ.主体结构要尽量规则和体系明确，质心与刚心尽量重合，质量与刚度分布尽量均匀合理不突变；ⅱ.尽量作到受力明确、传力直接和有良好的空间工作性能；ⅲ.强调整体性和连续性。4.2概念设计的主要内容5.结构方案设计4.2概念设计的主要内容◆抗地震倒塌能力概念设计ⅰ.鲁棒性ⅱ.整体稳定性ⅲ.整体牢固性简易振动台对比试验未加强结构显露破坏痕迹未加强结构坍塌5.结构方案设计4.2概念设计的主要内容◆延性设计ⅰ.混凝土结构尽量避免剪切破坏先于弯曲破坏；ⅱ.对变形集中的薄弱部位应增大延性；ⅲ.要按合理的机制来获得延性。◆正确匹配结构刚度、承载力和延性◆多道抗震防线的必要性■抗震结构应由若干个延性较好的分体系并通过延性构件连接而成；■结构应有尽可能多的超静定次数，并分批预设若干屈服区，起到吸收和耗散地震能的作用；■当预设的屈服区或分体系退出工作后，应依次有后序分体系继续耗散地震能，直至地震停止，结构不倒塌。ⅰ.多道抗震防线5.结构方案设计4.2概念设计的主要内容◆非结构构件与主体结构的连结ⅰ.填充墙与主体结构的连接ⅱ.外墙板与主体结构的连接■适于承受持续地震冲击；■可克服类共振；■耗能减震防倒塌。ⅱ.目的意义或必要性◆多道抗震防线的必要性5.结构方案设计4.2概念设计的主要内容填充墙使柱脆性破坏填充墙使梁脆性破坏2008年汶川大地震完好的框架间隔墙蒸压加气混凝土墙板外墙蒸压加气混凝土墙板外墙连接构造蒸压加气混凝土墙板内墙连接构造4.3概念设计案例建于1974年,高442m,地上110层,地下3层,SOM-坎恩设计，高宽比6.44，束筒结构。芝加哥西尔斯大厦芝加哥西尔斯大厦4.3概念设计案例4.3概念设计案例马那瓜美洲银行大楼林同炎设计于1963年，高61m，地上18层，地下2层。1972年12月23日6.5级强烈地震后所摄。46002400226804.3概念设计案例马那瓜美洲银行大楼第一道防线一般连梁变形图一般连梁裂缝图4.3概念设计案例V.Bertero震后动力分析马那瓜美洲银行大楼4.3概念设计案例李祖原建筑师事务所设计，巨型框架-核心筒体系，1998年动工，2005年竣工，主体高448m，总高508m，高宽比7.2地下5、主体91层、屋顶10层，8度设防，T=7.02s。台北101大厦4.3概念设计案例上海中心大夏由美国Gensler公司与同济大学建筑设计研究院联合设计,地上124层，地下5层，结构高度565.6米，底部外圈直径83m,高宽比6.81，巨型框架-核心筒-伸臂桁架抗侧力结构体系,为钢-混凝土混合结构。2014年竣工。540037004.3概念设计案例阿联酋迪拜塔2010年竣工，混合结构，高828m，地上162层，地下2层。4.3概念设计案例作业1.思考题4.1～4.92.应用概念设计的知识，以小论文形式（1500字左右，题目自拟字数不超过22字，摘要300字左右，关键词3～5个，论文由前言、正文和结语三部分构成，最后列出参考文献）对“新型框-剪结构在地震作用下的性能研究”一文写出评述。助教对论文质量除给出分数外，还需写出简短评语。教学要求1.理解“概念设计”、“计算设计”及相互关系2.进一步理解场地选择、建筑平立面设计、结构体系与布置对抗震性能的重大影响3.理解多道抗震防线的必要性