结构概念设计
地震是一种随机振动，有着难于
把握的复杂性和不确定性。要准确
把握预测建筑物能遭受地震的特性
及参数一时尚难做到。
计算设计
弹性计算
时程分析
弹性时程分析
弹塑性时程分析
概念设计：
（空间作用、非线性性质、材料时效、
阻尼变化等不确定的因素 )
? ?刚度分布 结构延伸
?能量输入 房屋体形 结构体系?
? 避免地面变形的直接危害
<1>断层：发震断层
非活动断层
<2>三崩
<3>滑坡
<4>地陷
? 选择抗震有利地段
<1>避开不利地形（孤立上顶的顶部）
<2>远离河岸
<3>不跨两类土层
<4>不采用震陷土作为天然地基
?避免出现柔弱底层
框托墙体系
?承力竖向构件的突变
柱、墙的面积均匀减少，与混凝土强度等级
相互错开。
? 屋顶小塔楼的合理设计
? 鞭梢效应 （高阶振型）
? 设计措施
<1>设计适当放大地震力
<2>提高延性（构造）
? 合理的结构设置
<1>结构力求对称（扭转效应）
①抗推构件的合理布置（核心筒体居中）
②抗震墙（剪力墙）沿房屋周边布置
<2>结构竖向要等强
? 减少地震输入
<1>薄的场地覆盖层
<2>坚实的场地土
地震剪切波（横波）的传播（ p,s）
土的综合横量 Gs或剪切波速 Vs ――― 评价
<3>错开地震动卓越周期
卓越周期：地震动主导周期，它相当于根据地震时
某一地区地面运动记录计算出的反应谱的主峰位置
的对应的周期。
（震源机制、传播介质、场地土条件）
地震动卓越周期的估计：
a.脉动量测 （微幅振动） 环境振动
b.计算公式：
单一土层时,； 多层土时，
式中,单一土层或多层土中的土厚度，
剪切波速 （计算深度一般为 15m以下）
sV
HT 4
0 ? ?
?
i
i
sV
hT 4
0
ihH,
iss VV,
场地确定后，结构越柔，自振周期愈长,越小，
结构的地震力越小。
? 刚、柔之争
在美国，旧金山主张柔，洛杉机主张刚；在日本，多数
人主张刚一些
? 刚性、柔性学说
结论,①双向地震作用对柔性框架不利
②高层建筑刚一些好
超静定次数的作用 进入倒塌的过程长
?
?
? 削减地震反应
<1>提高结构阻尼
增设阻尼装置
<2>采用高延性构件（结构）
? 提高承载力只能推迟结构进入塑性阶段；
? 提高延性，不仅能削减地震反应，而且提高了结
构抵御地震的能力。
延性,
最大允许变形,屈服变形
决定了结构的抗震能力
变形能力
承载力 ? ??
?
?
?
.2
.1
y
p
?
?
? ?
p? y?
?对于实测荷载－变形曲线，如何
确定其 屈服变形 和 最大允许变形,
国内外尚无统一标准。
?一般倾向于：对应取理想弹塑性结构
开始屈服时的变形,作为 屈服变形,
取实际结构极限荷载下降 10％时的变
形（ 或 ）作为 最大允许变形 。
y?
p? p??
? 有利的房屋体形
<1>平面
? 方形、圆形、矩形、正六边形、正八边形、椭圆形
? L形,T形、十字形,U形,H形,Y形
<2>立面变化要均匀
<3>合适的房屋高度 与结构体系有关
<4>房屋高宽比限制 与设防烈度、结构体系有关
<5>足够的基础埋深
a., （桩） （地下室）
b,抗倾覆稳定性
－－抗震倾覆力矩
―― 底部剪力法确定的第 i层处水平地震作用
―― 由基础底面至第 i层楼盖处的高度
―― 建筑总层数
12?BH 15?
B
H
?
?
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n
i iif
HFM
1
75.0
fM
iF
iH
n
<6>防震缝的合理设置 防震缝的宽度
? 控制结构变形
高层建筑地震侧移曲线
? 楼层屈服强度系数
定义：楼层屈服强度是指按楼层各构件的
截面实际配筋和材料标准强度计算得出的
抗力标准值；楼层屈服强度系数 则是楼
层受剪承载力标准值（屈服剪力）与结构
弹性地震反应楼层剪力的比值。
若 （ i＝ 1,2,…, N）大致相等，则地震
作用下各楼层的侧移将是均匀变化的。
y?
yi?
?塑性变形集中：
1
11
?
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i
i
ii
ii
h
h
AG
AG?
2?? 1?? cEG 43.0? cE（ 为受压弹性模量）
cw AAA 12.0??
wA cA
为墙有效面积,为框架柱截面积）
对高层建筑而言，要尽量做到 各楼层
的屈服强度系数大致相等 等强度
设计
?
? 结构的屈服机制
? 结构最佳破坏机制的特征：
结构在其杆件出现塑性铰之后，在承载力基本保持稳定的
条件下，可以持续地变形而不倒塌，最大限度地吸收和
耗散地震能量。
? 结构最大破坏机制的判别条件：
<1>结构的塑性发展从次要结构开始，或从主要构件的次要
杆件上出现塑性铰，从而形成多道抗震防线；
<2>结构中能形成的塑性铰的数目多，塑性变形发展的过程
长；
<3>构件中塑性铰的塑性转动量大，结构的塑性变形量大。
? 屈服机制的类型：
<1>楼层屈服机制（剪切型屈服机制、柱铰机制）
<2>总体屈服机制（弯曲型屈服机制、梁铰机制）
? 构件的耐震设计准则（四强四弱）
①强节弱杆
②强柱弱梁
③强剪弱弯
④强压弱拉
? 耗能构件的优化
原则,<1>它不是承受竖向荷载的主要构件，在整个地震过
程中，它的轴压比始终处于较低值；
<2>它在结构总刚度中能占的份额较小；
<3>它屈服后的变形和稳定，受到依然处于弹性阶段
的其他构件的约束；
<4>它能提供饱满稳定的滞回环。
①选取水平杆为主要耗能杆件（连梁等轴力心）
②耗能形式
a．弯曲耗能优于剪切耗能
b．弯曲耗能优于轴变耗能
?多道抗震防线
纯框架 ―― 单一抗侧力体系（倒塌率较高）
框－墙、框－撑体系、筒－框、筒中筒
?第一道防线的构件选择
1,双重体系
优先选择不负担或梢负担重力荷载的竖向支撑或
填充墙，或选择轴压比较小的框架柱兼作第一道
防线。
2,单一体系
强柱弱梁的延性设计
?利用赘余杆件增多抗震防线
1,连系梁的作用 （赘余杆件的屈服及变形）
2,新的抗震概念
一方面利用赘余杆件的屈服和变形，来耗散地震能量；
另一方面利用赘余杆件的破坏和退出，使整个结构从一种
稳定体系过渡到另一种稳定体系，实现周期的变化，以避
免地震动卓越周期长时间持续作用一起的共振效应。
实例,
1972年 12月马那瓜地震一万幢房屋严重破坏或倒塌
尼加拉瓜的美洲银行大厦
（ 18层,61m； 1963年设计；
6倍于设计地震力 ）
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
?
?
?
?
?
50
5.1
606.0~35.0 ?gg
地震是一种随机振动，有着难于
把握的复杂性和不确定性。要准确
把握预测建筑物能遭受地震的特性
及参数一时尚难做到。
计算设计
弹性计算
时程分析
弹性时程分析
弹塑性时程分析
概念设计：
（空间作用、非线性性质、材料时效、
阻尼变化等不确定的因素 )
? ?刚度分布 结构延伸
?能量输入 房屋体形 结构体系?
? 避免地面变形的直接危害
<1>断层：发震断层
非活动断层
<2>三崩
<3>滑坡
<4>地陷
? 选择抗震有利地段
<1>避开不利地形（孤立上顶的顶部）
<2>远离河岸
<3>不跨两类土层
<4>不采用震陷土作为天然地基
?避免出现柔弱底层
框托墙体系
?承力竖向构件的突变
柱、墙的面积均匀减少，与混凝土强度等级
相互错开。
? 屋顶小塔楼的合理设计
? 鞭梢效应 （高阶振型）
? 设计措施
<1>设计适当放大地震力
<2>提高延性（构造）
? 合理的结构设置
<1>结构力求对称（扭转效应）
①抗推构件的合理布置（核心筒体居中）
②抗震墙（剪力墙）沿房屋周边布置
<2>结构竖向要等强
? 减少地震输入
<1>薄的场地覆盖层
<2>坚实的场地土
地震剪切波（横波）的传播（ p,s）
土的综合横量 Gs或剪切波速 Vs ――― 评价
<3>错开地震动卓越周期
卓越周期：地震动主导周期，它相当于根据地震时
某一地区地面运动记录计算出的反应谱的主峰位置
的对应的周期。
（震源机制、传播介质、场地土条件）
地震动卓越周期的估计：
a.脉动量测 （微幅振动） 环境振动
b.计算公式：
单一土层时,； 多层土时，
式中,单一土层或多层土中的土厚度，
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在美国，旧金山主张柔，洛杉机主张刚；在日本，多数
人主张刚一些
? 刚性、柔性学说
结论,①双向地震作用对柔性框架不利
②高层建筑刚一些好
超静定次数的作用 进入倒塌的过程长
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?
? 削减地震反应
<1>提高结构阻尼
增设阻尼装置
<2>采用高延性构件（结构）
? 提高承载力只能推迟结构进入塑性阶段；
? 提高延性，不仅能削减地震反应，而且提高了结
构抵御地震的能力。
延性,
最大允许变形,屈服变形
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确定其 屈服变形 和 最大允许变形,
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<2>立面变化要均匀
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<5>足够的基础埋深
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b,抗倾覆稳定性
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? 控制结构变形
高层建筑地震侧移曲线
? 楼层屈服强度系数
定义：楼层屈服强度是指按楼层各构件的
截面实际配筋和材料标准强度计算得出的
抗力标准值；楼层屈服强度系数 则是楼
层受剪承载力标准值（屈服剪力）与结构
弹性地震反应楼层剪力的比值。
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为墙有效面积,为框架柱截面积）
对高层建筑而言，要尽量做到 各楼层
的屈服强度系数大致相等 等强度
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? 结构的屈服机制
? 结构最佳破坏机制的特征：
结构在其杆件出现塑性铰之后，在承载力基本保持稳定的
条件下，可以持续地变形而不倒塌，最大限度地吸收和
耗散地震能量。
? 结构最大破坏机制的判别条件：
<1>结构的塑性发展从次要结构开始，或从主要构件的次要
杆件上出现塑性铰，从而形成多道抗震防线；
<2>结构中能形成的塑性铰的数目多，塑性变形发展的过程
长；
<3>构件中塑性铰的塑性转动量大，结构的塑性变形量大。
? 屈服机制的类型：
<1>楼层屈服机制（剪切型屈服机制、柱铰机制）
<2>总体屈服机制（弯曲型屈服机制、梁铰机制）
? 构件的耐震设计准则（四强四弱）
①强节弱杆
②强柱弱梁
③强剪弱弯
④强压弱拉
? 耗能构件的优化
原则,<1>它不是承受竖向荷载的主要构件，在整个地震过
程中，它的轴压比始终处于较低值；
<2>它在结构总刚度中能占的份额较小；
<3>它屈服后的变形和稳定，受到依然处于弹性阶段
的其他构件的约束；
<4>它能提供饱满稳定的滞回环。
①选取水平杆为主要耗能杆件（连梁等轴力心）
②耗能形式
a．弯曲耗能优于剪切耗能
b．弯曲耗能优于轴变耗能
?多道抗震防线
纯框架 ―― 单一抗侧力体系（倒塌率较高）
框－墙、框－撑体系、筒－框、筒中筒
?第一道防线的构件选择
1,双重体系
优先选择不负担或梢负担重力荷载的竖向支撑或
填充墙，或选择轴压比较小的框架柱兼作第一道
防线。
2,单一体系
强柱弱梁的延性设计
?利用赘余杆件增多抗震防线
1,连系梁的作用 （赘余杆件的屈服及变形）
2,新的抗震概念
一方面利用赘余杆件的屈服和变形，来耗散地震能量；
另一方面利用赘余杆件的破坏和退出，使整个结构从一种
稳定体系过渡到另一种稳定体系，实现周期的变化，以避
免地震动卓越周期长时间持续作用一起的共振效应。
实例,
1972年 12月马那瓜地震一万幢房屋严重破坏或倒塌
尼加拉瓜的美洲银行大厦
（ 18层,61m； 1963年设计；
6倍于设计地震力 ）
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
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