建筑物典型震害及抗震规范修编(上)
黄世敏中国建筑科学研究院
抗震设计规范修订进度控制
..依据：建设部建标[2006]77号文
..起始：20__年1月第一次全体工作会议
..进展：20__年4月初稿
20__年7月局部修订（2008版）
20__年5月征求意见稿
20__年10月完成试设计
20__年11月送审稿
20__年11月13-14日审查会
20__年底报批
抗震设计规范主要修订内容
..原有条文554条，修订97条，占17.5%
..主要修订原则和内容：延续2001规范，对2008版的改进和完善
（1）场地类别和液化判别方法调整
（2）地震作用和结构计算：调整了地震影响系数曲线的阻尼调整参数、钢结构的阻尼比和承载力抗震调整参数、隔震结构的水平向减震系数的计算、补充了大跨屋
盖建筑水平和竖向地震作用的计算、提出了钢结构房屋抗震等级并调整了抗震措施规定；明确了6度设防要求；补充了7度(0.15g)、8度(0.3g)设防的抗震措施规定
（3）概念设计和延性设计要求
（4）扩大隔震和消能减震房屋的适用范围
（5）新增：大跨屋盖建筑、地下建筑、框排架厂房、钢支撑-混凝土框架和钢框架-混凝土核心筒结构的抗震设计规定
（6）新增：建筑抗震性能化设计原则
（7）取消：内框架砖房相关内容
试设计及震害分析
试设计（一）大跨空间屋盖结构
..网壳
（二）砌体结构
..小开间多层普通砖和多孔砖砌体房屋
..横墙较少多层普通砖和多孔砖砌体房屋
（三）钢结构
..多层钢结构房屋..高层钢结构房屋..张..弦支穹顶
（四）RC框架结构楼梯间
（五）大地盘塔楼隔震
（六）结构时程分析输入地震波
抗震设计基本思想
众所周知，当我们设计一般的结构时，往往要求结构在规定荷载作用下处于或基本处于弹性工作阶段，结构计要有足够的强度，保证安全，又要有足够的刚度，保证结构的变形在使用许可范围之内。例如，我们设计楼板或大梁时，在竖向恒载及活载作用下，除了必须满足强度要求外，其挠度变形也必须控制在许可范围之内，从而使之在使用功能上和外观上均能满足要求。又如，在设计高耸结构时，设计者将会考虑在大风作用下结构依然保持弹性状态。总之，结构抗御一般的荷载作用时，设计者必须遵循的基本原则是使结构在预期荷载作用下保持在或基本保持在弹性工作状态，结构内力的分析与设计一般采用弹性分析方法。在实际工程中，按照这样原则设计出来的结构，如果没有遇到特别的情况，在预期的荷载作用下，极少出现严重破坏、过度变形等不正常状态。
而地震作用则不同，由于地震本身的随机性很
强，在某一地区，在某一基准期内，可能出现的最大地震动是一个随机变量，事先无法预知。相对于上述荷载，地震动的影响次数少，作用时间短，各次地震的强度差异很大。若要求在各种强度地震动下，结构仍然保持弹性状态是很不经济的，甚至是不可能的。因此，结构的抗震设计与结构抗御其他荷载作用的设计是不同的，对于结构工程师而言，在进行工程抗震
设计时，必须要清楚地震作用有别于其他荷载的特殊情况，进而准确理解与把握符合这一特殊情况的结构设计基本原则，即结构抗震设计思想。
我国的《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（20__年版）
第1.0.1条规定：“为贯彻执行《中华人民共和国建筑法》和《中华人民共和国防震减灾法》并实行以预防为主的方针，使建筑经抗震设防后，减轻建筑的地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失，制定本规范。按本规范进行抗震设计的建筑，其抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用，当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏”。作为抗震设计规范的第一条规定，其目的是为了明确建筑抗震设防的、方针及基本目的，同时，给出了现阶段抗震设计的基本思想，即抗震设防目标问题。我国现行抗震设计规范B50011沿用了规范的“三水准”的抗震设计思想，即通常所说的“小震不坏、中震可修、大震不倒”。
建筑抗震设计规范的三个水准设防目标是通过“两阶段设计”来实现，其方法和步骤是：
1．第一阶段设计：
第一步采用第一水准烈度的地震动参数，先计算出结构在
弹性状态下的地震作用效应，与风、重力等荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；
第二步是采用同一地震动参数计算出结构的弹性层间位移角，使其不超过规定的限值；同时采取相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能能力，从而自动满足第二水准的变形要求。
2．第二阶段设计：采用第三水准烈度的地震动参数，计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角，使之小于《抗震规范》限值；并结合采取必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。
房屋建筑地震破坏的直接原因
根据以往地震经验，概括起来，地震期间导致建筑破坏的直接原因可分为以下三种情况：
(一)地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂缝或错位等地面变形，对其上部建筑物的直接危害；
(二)地震引起的砂土液化、软土震陷等地基失效，对上面建筑物所造成的破坏；
(三)建筑物在地面运动激发下产生剧烈震动过程中，因结构强度不足、过大变形、连接破坏、构件失稳或整体倾覆等引起的破坏。
当今，抗震科学尚处于较低水平，试验手段和技术还不能确切模拟地震对建筑的破坏作用，因而，地震区建筑物的破坏状况便成为探索地震破坏作用和结构震害机理最直接和最全面的大型结构试验。因此，有必要在充分吸取历史地震经验和教训的基础上，结合现代技术，在基本理论、计算方法和构造措施等多方面，研究改进建筑的抗震设计技术，以进一步提高房屋建筑的抗震可靠度。
地震造成建筑物的破坏，情况是多种多样的。其一，是由于地震时的地面强烈运动，使建筑物在振动过程中，因丧失整体性或强度不足，或变形过大而破坏；其二，是由于水坝坍塌、海啸、火灾、爆炸等次生灾害所造成的；其三，是由于断层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形直接造成的。前两种情况可以通过工程措施加以防治；而后一情况，单靠工程措施是很难达到预防目的的，或者所花代价昂贵。因此，选择工程场址时，应该进行详细勘察，搞清地形、地质情况，挑选对建筑抗震有利的地段；尽可能避开对建筑抗震不利的地段；任何情况下均不得在抗震危险地段上，建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。
位于地震断层的建筑，由于地震断错和地面强大振动，带内房屋毁灭性坍塌。
山区建筑，由于山体滑坡和泥石流作用，引起建筑的倒塌或埋掉建筑物。例如北川新县城，地震导致了大量的山体滑坡，新县城几乎被滑
坡体掩埋。山体崩塌产生的巨大滚石，直接造成了建筑的破坏。又如北川县城，山体产生的巨大滑坡冲毁了大片建筑。
地震造成建筑物的破坏,除地震动直接引起结构破坏外,还有场地条件的原因,如地震引起的地表错动与地裂,地基土的不均匀沉陷,地面塌陷、隆起及粉、砂土液化等。
建造在陡坡之上的建筑由于避让的距离不够，地震时边坡滑移或变形引起建筑的倒塌、倾斜或开裂。例如陕西宝鸡市陈仓区某住宅楼因边坡避让距离不足及孤山效应等原因导致的开裂破坏。《建筑抗震设计规范》有关的专门要求：
条文4.1.1条明确规定：选择建筑场地时,应按规定划分对建筑抗震有利、一般、不利和危险的地段.
地段类别
有利地段
一般地段
不利地段
地质、地形、地貌稳定基岩,坚硬土,开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等不属于有利、不利和危险的地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黄土，地表存在结构性裂缝等
地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等
及发震断裂带上可能发生地表位错的部位危险地段
本次修订，明确其它地段划为可进行建设的一般场地。考虑到高含水
量的可塑黄土在地震作用下会产生震陷，历次地震的震害也比较重，当地表存在结构性裂缝时对建筑物抗震也是不利的，因此将其列入不利地段。
条文4.1.7条规定：场地内存在发震断裂时,应对断裂的工程影响进行评价:
下列情况下不考虑发震断裂错动的影响：(1)设防烈度<8度；(2)非全新世活动断裂(一万年以上的活动断裂)；(3)8、9度时，隐伏断裂的覆盖土层厚度分别大于60m、90m。
不符合上述条件的情况,应避开主断裂带,满足最小避让距离。
条文4.1.7条规定：在避让距离的范围内确有需要建造分散的、低于三层的丙、丁类建筑时，应按提高一度采取抗震措施，并提高基础和上部结构的整体性，且不得跨越断层线。
考虑到地震区、特别是山区大量民居建造的实际情况，当确实需要在避让范围内建造房屋时，仅限于建造分散的、不超过二层的丙、丁类建筑，同时应按提高一度采取抗震措施，并提高基础和上部结构的整体性，且不得跨越断层。严格禁止在避让范围内建造甲、乙类建筑。文字表达略有改动：确定覆盖层厚度时，要求下部所有土
层均大于500m/s。执行中常出现一见到大于500m/s的土层就确定覆盖厚度而忽略对以下各土层的要求，在实际应用时易发生错误，故予以明确
条文4.3.2条明确规定：存在饱和沙土和饱和粉土的地基,除6度设防外(乙类建筑按照7度要求判别处理),应进行液化判别;存在液化
土层的地基,应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级采取相应的措施.
本次修订的变化如下：
1、一般要求将液化判别深度加深到，对于规定可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑，可只判别地面下
2、对地震液化判别方法进行了改进与完善。根据人工神经网络模型与我国大量的液化和未液化现场观测数据，得到极限状态时的液化强度比函数，建立安全裕量方程，利用结构系统的可靠度理论可得到液化概率与安全系数的映射函数，并可给出任一震级不同概率水平、不同地面加速度以及不同地下水位和埋深的液化临界锤击数。
汶川地震中，山区的建筑震害较为明显，因此，将4.1.提升为强制性条文，要求建造于“条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石和强风化岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段的建筑结构，地震作用应乘以增大系数1.1~1.6”。该增大系数的取值，与突出地形的高度、平均坡降角度以及建筑场地至台地边缘的距离有关，参见抗震规范4.1.的条文说明。
依据：宏观震害调查的结果和对不同地形条件和岩土构成的形体所进行的二维地震反应分析结果。
孤山效应
国内多次大地震的调查资料表明，局部地形条件是影响建筑物破坏程度的一个重要因素。宁夏海源地震，位于渭河谷地的姚庄，烈度为7度；而相距仅两公里的牛家山庄，因位于高出百米的突出的黄土梁上，烈度竟高达9度。19__年云南东川地震，位于河谷较平坦地带的新村，烈度为8度；而邻近一个孤立山包顶部的矽肺病疗养院，从其严重破坏程度来评定，烈度不低于9度。海城地震，在大石桥盘龙山高差58m的两个测点上收到的强余震加速度记录表明，孤突地形上的地面最大加速度，比坡脚平地上的加速度平均大了1.84倍。l970年通海地震的宏观调查数据表明，位于孤立的狭长山梁顶部的房屋，其震害程度所反映的烈度，比附坦地带的房屋约高出一度。20__年汶川地震中，陕西省宁强县高台小学，由于位于近20米高的孤立的土台之上，地震时其破坏程度明显大于附近的平坦地带。
根据历次地震宏观震害经验和地震反应分析结果，局部突出地形地震反应的总体趋势，大致可以归纳为以下几点：
a、高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈强烈；b、离陡坎和边坡顶部边缘的距离愈大，反应相对减小；
c、从岩土构成方面看，在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大；
d、高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应是明显减小的；e、边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。
从有利于建筑抗震的角度出发，地震区的房屋建筑平面形状应以方形、矩形、圆形为好，正六边形、正八边形、椭圆形、扇形次之，L形、T形、十字形、U形、H形、Y形平面较差。
19__年9月墨西XX地震后，墨西XX“国家重建委员会首都地区规范与施工规程分会”对地震中房屋破坏原因进行了统计分析，结果表明，拐角形建筑的破坏率达到42%，明显高于其他形状的房屋。
同时,地震区建筑的竖向体型及刚度变化要均匀，宜优先采用矩形、梯形、三角形等均匀变化的几何形状，尽量避免过大的外挑和内收。因为立面形状的突然变化，必然带来质量和抗推刚度的剧烈变化，地震时，该突变部位就会因剧烈振动或塑性变形集中效应而加重破坏。19__年9月墨西XX地震，一些大底盘高层建筑，由于低层裙房与高层主楼相连，没有设缝，体形突变引起刚度突变，使主楼底部接近裙房屋面的楼层变成相对柔弱的楼层，地震时因塑性变形集中效应而产生过大层间侧移，导致严重破坏。
对称结构在地面平动作用下，一般仅发生平移振动，各构件的侧移量相等，水平地震力按构件刚度分配，因而各构件受力比较均匀。而非对称结构，由于刚心偏在一边，质心与刚心不重合，即使在地面平动作用下，也会激起扭转振动。其结果是，远离刚心的刚度较小的构件，由于侧移量加大很多，所分担的水平地震剪力也显著增大，很容易因超出允许抗力和变形极限而发生严重破坏，甚至导致整个结构因一侧构件失效而倒塌。
历次地震的震害经验表明，在同一次地震中，体型复杂的房屋比体型规则的房屋容易破坏，甚至倒塌，因此，建筑方案的规则性对建筑结构的抗震安全性来说十分重要。这里的“规则”包含了对建筑的平、立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，直至承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则”的具体界限随结构类型的不同而异，需要建筑师和结构工程师互相配合，才能设计出抗震性能良好的建筑。天津754厂11号车间为高25.3m的5层钢筋混凝土框架体系，全长l09m，房屋两端的楼梯间采用490mm厚的砖承重墙，刚度很大；房屋长度的设双柱伸缩缝，将房屋分成两个区段。就一个区段而言，因为伸缩缝处是开口的，无填充砖隔墙，结构偏心很大。19__年唐山地震时，由于强烈扭转振动导致2层有11根中柱严重破坏，柱身出现很宽的_形裂缝。
结构平面布置时，应特别注意具有很大抗侧刚度的钢筋混凝土墙体和钢筋混凝土芯筒位置，力求在平面上要居中和对称。此外，抗震墙宜沿房屋周边布置，以使结构具有较强的抗扭刚度和较强的抗倾覆能力。
除结构平面布置要合理外，结构沿竖向的布置宜等强。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十分重要的。
强制性条文3.4.1条明确规定：不规则的建筑结构应按要求进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措
施。本次修订进一步强调建筑形体符合抗震概念设计对于结构抗震安全的重要性。
补充规定：“建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确其形体的规则性；不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；不应采用严重不规则的建筑”。本条主要是对建筑师设计的建筑方案的规则性提出了强制性要求。
规则与不规则的区分，条文3.4.3条规定了一些定量的界限，但实际引起建筑不规则的因素还有很多，特别是复杂的建筑体型，很难用简化的定量指标一一区分并规定范围。
设计人员要根据合理的抗震概念设计原则，对所设计的建筑的抗震性能有所估计，避免采用抗震性能差的不规则设计方案.
在实际工程中，对于各种不规则程度的判断与把握，可参照建质
[2006]220号文件《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的相关规定执行：
一、一般不规则，按建筑结构（包括某个楼层）布置上出现表1中一项不规则进行界定。
二、特别不规则，按以下三种类型进行判断：
1、同时具有表1所列基本不规则的三个或三个以上；
2、具有表2所列的一项不规则；
3、具有表1所列二项基本不规则且其中有一项接近表2不规则指标。
三、严重不规则，指体型复杂，多项实质性的突变指标或界限超过抗
震规范3.4.3条规定的上限值或某一项大大超过规定，具有严重的抗震薄弱环节，可能导致地震破坏的严重后果者，意味着该建筑方案在现有经济技术条件下，存在明显的地震安全隐患。
本次修订补充规定：
1)平面不规则且竖向不规则的建筑，应根据不规则类型的数量和程度，有针对性地采取不低于本规范要求的各项抗震措施。特别不规则的建筑，采取更有效的加强措施或对薄弱部位采用相应的抗震性能化设计方法
2)竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应根据烈度高低和水平转换构件的类型、受力情况、几何尺寸等，乘以1.25～2.0的增大系数；
3)扭转不规则时，应计入扭转影响，且在规定的水平力作用下(楼层的位移不采用各振型位移的CQC组合计算，按国外的规定明确改为取“给定水平力”计算，可避免有时CQC计算的最大位移出现在楼盖边缘的中部而不在角部，而且对无限刚楼盖、分块无限刚楼盖和弹性楼盖均可采用相同的计算方法处理；该水平力一般采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力，并考虑偶然偏心；结构楼层位移和层间位移控制值验算时，仍采用CQC的效应组合)，楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍，当最大层间位移远小于规范限值时，可适当放宽；
钢筋混凝土框架结构房屋是我国工业与民用建筑较常用的结构形式，层数一般在十五层以下，多数为五~十层。框架结构的特点是建筑平面布置灵活，可以取得较大的使用空间，具有较好的延性。但其整体侧向刚度较小，在强烈地震作用下侧向变形较大，易造成部分框架柱失稳破坏，由于赘余度较少，容易形成连续倒塌机制，从而导致结构整体倾覆倒塌。同时，非结构构件破坏比较严重，不仅地震中危及人身安全和造成较大的财产损失，而且震后的加固修复的费用很高。在我国的历次大地震中，这类结构形式的房屋震害比砌体房屋要轻得多。但是，未经抗震设计或抗震概念设计存在明显问题的钢筋混凝土框架结构房屋也存在很多薄弱环节；同时，在遭遇8度及8度以上的地震作用下，有一定数量的这类房屋产生中等或严重破坏，极少数甚至整体倒塌。地震能量过大、烈度过高，远远超过建筑结构的极限承载能力，也会导致结构整体倒塌破坏。
汶川地震中，大部分混凝土框架结构表现良好，但也有少数框架结构倒塌。其原因主要是这类框架结构跨度普遍较大，层高较高，结构侧向刚度较小，维护墙和隔墙不合理布置，在强烈地震作用下，结构侧向位移过大，造成部分框架柱失稳破坏，由于冗余度较少，容易形成连续倒塌机制，从而导致结构整体倾覆倒塌。
《建筑抗震设计规范》有关的专门要求：
重视抗震概念设计：多高层框架结构中应设置多道抗震防线，如设置少量钢筋混凝土剪力墙、斜支撑或柱子两侧加翼墙，作为第一道防线，首先承担地震力，吸收地震能量，防止柱子破坏导致整体结构倒塌本次修订内容：
1)框架结构的适用最大高度，除6度外有所降低。
2)将框架结构的30m高度分界改为24m,抗震等级略有提高
3)规定了少墙框架结构内容。在框架结构中设置少量抗震墙，往往是为了增大框架结构的刚度、满足层间位移角限值的要求，仍然为框架结构，但层间位移角限值需按底层框架部分承担倾覆力矩的大小，在框架结构和框架-抗震墙结构两者的层间位移角限值之间适当内插。
4)一、二、三、四级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.7(1.5)、1.5(1.25)、1.3(1.15)和1.2。底层柱纵向钢筋应按上下端的不利情况配置。框架结构计算嵌固端所在层即底层的柱下端过早出现塑性屈服，将影响整个结构的抗地震倒塌能力。嵌固端截面乘以弯矩增大系数是为了避免框架结构柱下端过早屈服。当仅用插筋满足柱嵌固端截面弯矩增大的要求时，可能造成塑性铰向底层柱的上部转移，对抗震不利。规范提出按柱上下端不利情况配置纵向钢筋的要求。
5)提高了一、二、三、四级框架的柱轴压比和柱纵向钢筋的最小总配筋率的要求
设计对策:
㈠、设置多道抗震防线
能造成建筑物破坏的强震持续时间，少则几秒，多则几十秒，有时甚至更长（比如汶川地震的强震持续时间达到80秒以上）。如此长时间的震动，一个接一个的强脉冲对建筑物产生往复式的冲击，造成积累式的破坏。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，抵挡住后续的地震冲击，进而保证建筑物的最低限度安全，避免倒塌。在遇到建筑物基本周期与地震动卓越周期相近的情况时，多道防线就显示出其良好的抗震性能。
采取增加斜支撑或柱子两侧增加钢筋混凝土翼墙WingWall）等方法㈡、足够的侧向刚度
根据结构反应谱分析理论，结构越柔，自振周期越长，结构在地震作用下的加速度反应越小，即地震影响系数a越小，结构所受到的地震作用就越小。但是，是否就可以据此把结构设计得柔一些，以减小结构的地震作用呢
自19__年洛杉矶地震以来，国内外的建筑地震震害经验（如前所述）表明，对于一般性的高层建筑，还是刚比柔好。采用刚性结构方案的高层建筑，不仅主体结构破坏轻，而且由于地震时结构变形小，隔墙、围护墙等非结构构件受到保护，破坏也较轻。而采用柔性结构方案的高层建筑，由于地震时产生较大的层间位移，不但主体结构破坏严重，非结构构件也大量破坏，经济损失惨重，甚至危及人身安全。所以，
层数较多的高层建筑，不宜采用刚度较小的框架体系，而应采用刚度较大的框架-抗震墙体系、框架-支撑体系或筒中筒体系等抗侧力体系。
正是基于上述原因，目前世界各国的抗震设计规范都对结构的抗侧刚度提出了明确要求，具体的做法是，依据不同结构体系和设计地震水准，给出相应结构变形限值要求。我国抗震规范规定了各类结构多遇地震和罕遇地震下的变形限值要求。
㈢、足够的冗余度
建筑的倒塌往往都是结构构件破坏后致使结构体系变为机动体系的结果，因此，结构的冗余度（即超静定次数）越多，进入倒塌的过程就越长。
从能量耗散角度看，在一定地震强度和场地条件下，输入结构的地震能量大体上是一定的。在地震作用下，结构上每出现一个塑性铰，即可吸收和耗散一定数量的地震能量。在整个结构变成机动体系之前，能够出现的塑性铰越多，耗散的地震输入能量就越多，就更能经受住较强地震而不倒塌。从这个意义上来说，结构冗余度越多，抗震安全度就越高。
从结构传力路径上看，超静定结构要明显优于静定结构。对于静定的结构体系，其传递水平地震作用的路径是单一的，一旦其中的某一根杆件或局部节点发生破坏，整个结构就会因为传力路线的中断而失效。而超静定结构的情况就好得多，结构在超负荷状态工作时，破坏首先发生在赘余杆件上，地震作用还可以通过其他途径传至基础，其
后果仅仅是降低了结构的超静定次数，但换来的却是一定数量地震能量的耗散，而整个结构体系仍然是稳定的、完整的，并且具有一定的抗震能力。
㈣、良好的结构屈服机制
一个良好的结构屈服机制，其特征是结构在其杆件出现塑性铰后，竖向承载能力基本保持稳定，同时，可以持续变形而不倒塌，进而最大限度地吸收和耗散地震能量。
⑴、结构的塑性发展从次要构件开始，或从主要构件的次要杆件（部位）开始，最后才在主要构件上出现塑性铰，从而形成多道防线；⑵、结构中所形成的塑性铰的数量多，塑性变形发展的过程长；⑶、构件中塑性铰的塑性转动量大，结构的塑性变形量大。
一般而言，结构的屈服机制可分为两个基本类型，即楼层屈服机制和总体屈服机制。所谓楼层屈服机制，指的是结构在侧向荷载作用下，竖向杆件先于水平杆件屈服，导致某一楼层或某几个楼层发生侧向整体屈服。可能发生此种屈服机制的结构有弱柱框架结构，强连梁剪力墙结构等。所谓总体屈服机制，指的是结构在侧向荷载作用下，全部水平杆件先于竖向杆件屈服，然后才是竖向杆件的屈服。可能发生此种屈服机制的结构有强柱框架结构，弱连梁剪力墙结构等。①结构发生总体屈服时，其塑性铰的数量远比楼层屈服要多；②发生总体屈服的结构，侧向变形的竖向分布比较均匀，而发生楼层屈服的结构，不仅侧向变形分布不均匀，而且薄弱楼层出存在严重的塑性变形集中。因此，从建筑抗震设计的角
度，我们要有意识地配置结构构件的刚度与强度，确保结构实现总体屈服机制。
㈤、合理的构件设计
从国内外多次地震中建筑物破坏和倒塌的过程认识到，建筑物在地震时要免于倒塌和严重破坏，结构中杆件发生强度屈服的顺序应该符合下列条件：①杆先于节；②梁先于柱；③弯先于剪；④拉先于压。就是说，一幢建筑遭遇地震时，其抗侧力体系中的构件(譬如框架)的损坏过程应该是：梁、柱或斜撑杆件的屈服先于框架节点；梁的屈服又先于柱的屈服；而且梁XX又是弯曲屈服在前，剪切屈服在后；杆件截面产生塑性铰的过程，则是受拉屈服在前，受压破坏在后。这样，构件发生变形时，均具有较好的延性，而不是混凝土被压碎的脆性破坏。即各环节的变形中，塑性变形成分远大于弹性变形成分。
那末，这幢建筑就具有较高的耐震性能，遭遇等于或高于设防烈度不超过一度的地震时，建筑不会发生严重破坏；遭遇高于设防烈度一度的地震时，建筑不致于倒塌。
为使抗侧力构件的破坏状态和过程能够符合上述准则，进行构件设计时，需要遵循以下设计准则：l、强节弱杆；2、强柱弱梁(强竖弱平)；
3、强剪弱弯；4、强压弱拉。
..带有突出屋面小房间的房屋结构，由于小房间（包括电梯机房、水箱间、女儿墙、烟囱等）的质量和刚度突然变小，地震时产生鞭端效应而使其地震反应急剧增大；震害也表明，突出屋面的小房间在地震中破坏较为严重。因此，严格地说，对带有突出屋面小房间的房屋结构，底部剪力法已不再适用，应采用振型分解反应谱法或其他更精确的计算方法确定其水平地震作用。..考虑到工程实践中带有突出屋面小房间的房屋结构数量极大，为了简化计算，《抗震规范》规定，对于这类结构，仍可采用底部剪力法计算其水平地震作用，但在计算时，将突出屋面的小房间也作为一个质点，并将计算所得的该质点的水平地震作用乘以增大系数3予以调整，此增大部分不往下传递，但与该突出部分相连的构件在设计时应考虑这种增大影响。
ChinaAcademyofBuildingResearch
ChinaAcademyofBuildingResearch
局部出屋面的塔楼等，因造成结构顶部的刚度和强度突然减小，鞭梢效应显著，破坏严重。
出屋面小塔楼破坏状况
ChinaAcademyofBuildingResearch
绵阳市财政局大楼，十五层框架
－剪力墙结构,出屋面水箱间，柱脚混凝土压碎，钢筋笼呈灯笼状.柱柱节点破坏，节点区无箍筋
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什邡市XX某房屋，突出屋面楼梯间墙体破坏
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江油市太平XX卫生服务中心门诊楼，四层砖混结构，突出屋面墙体局部倒塌
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平武县茶厂宿舍楼，突出屋面的楼梯间墙体破坏。
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绵竹市办公楼，五层砖混结构，北立面顶部钟楼坠落
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公司宿舍楼，六层砖混结构，突出屋面的楼梯间倒塌
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《建筑抗震设计规范》有关的专门要求：
条文5.2.4条明确规定：突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等突出部分的地震作用效应，宜按规定乘以增大系数或作为质点直接参与计算。对于顶层带有空旷大房间或轻钢结构的房屋，不宜视为突出屋面的小屋用基底剪力法乘以增大系数的方法计算地震作用效应，而应视为结构体系的一部分，用振型分解法等计算
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《建筑抗震设计规范》有关的专门要求：
强制性条文7.3.明确规定：突出屋顶的楼、电梯间，构造柱应伸到顶部，并与顶部圈梁连接，所有墙体应沿墙高每隔500mm设2φ6通长钢筋和φ4分布短筋平面内点焊组成的拉结网片或φ4点焊网片。
5、底部框架-抗震墙砌体房屋震害及对策
..底部框架-抗震墙砌体房屋是多层砌体房屋中的一种特殊形式，由底部框架-抗震墙结构和上部砌体结构组成，可以说是我国特有的一种结构形式。
..该种结构形式早期多出现在我国的城市建设中，由于使用功能的需要，临街的建筑在底部设置商店、餐厅、车库或银行等，而上部各层为住宅、办公室等。房屋的底部因大空间的需要而采用框架（框架-抗震墙）结构，上部因纵、横墙比较多而采用砌体墙承重结构。由于这种类型的结构具有比多层钢筋混凝土框架结构造价低和便于施工等优点，性价比较高。在我国经济尚较困难的时期，是一种较为适宜的结构形式。经济好转后，底部商业类建筑的需求有所提高，出现了底部二层甚至三层为框架（框架-抗震墙）结构的商业用房。
..这种结构形式，从结构抗震性能方面而言并不值得提倡。而且，目前在国外的地震区建筑中，也较少见到此类结构。我国因国土幅员辽阔，各地区差别较大，一些发达地区可以不选用此类结构，但对欠发达地区，此类结构在经济方面还具有一定的优势，尤其是为现阶段进行的新农村建设节约大量相对短缺的建设资金，具有一定的现实意义。
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..对于在整幢建筑中上下层采用不同材料和结构形式的做法，在国外也有先例，最典型是日本，其做法大多是下部采用钢筋混凝土结构而上层采用钢结构、或下部采用钢骨钢筋混凝土而上部采用钢筋混凝土结构、或者其他组合形式。在19__年的阪神地震中，一部分这类结构在中间层遭到破坏和倒塌。分析表明，这种上下层由不同种材料组成的结构，虽不是在地震中破坏的唯一原因，但至少也是重要原因之一，而造成其中间层的倒塌则是由多种综合因素决定的。
..从抗震概念设计的原则可以看出，底部框架-抗震
墙砌体房屋这两种由上下不同材料和结构形式组成的复合结构，对于抗震性能是不利的。事实证明，在历次地震震害中，这类结构的震害的确是比较重的。
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..底框结构的震害情况，按照建造时间段划分为两个阶段：
..早期阶段（60、70年代我国经济还较为困难的时期），国内外对该种结构形式的实际抗震经验尚较缺乏。受国外一些学者理论的影响，认为在底层设置柔性框架，理论上能够减轻上部结构的振动，从而可以降低其动力反应。于是当时曾在不少国家建有柔性底层框架结构的房屋，底层基本未设置抗震墙，形成“鸡腿式”结构。这种结构形式不久就被多次地震震害所否定，在日本、南XX、美国以及国内发生的地震中，柔性底层框架遭到了严重的破坏和倒塌。
..后期阶段，随着理论分析、模型试验以及实际工程经验的逐步积累，对这类建筑实际抗震设计水平也得到进一步的提高。在我国，该时期设计建造的底部框架-抗震墙砌体房屋，在底部结构增设了一定数量的抗震墙，同时强调了上部结构和底部结构抗震性能的匹配关系。在5.12汶川大地震中，这类房屋的震害情况呈现出一些不同的特点，房屋薄弱层出现的部位不再集中在底部、也出现在上部过渡楼层等部位，受损部位趋于分散均匀化，设计较为合理时，房屋普遍整体倒塌现象有所减少。
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震害、部分底部框架房屋由于未按规范要求在底部设置抗震墙体，造成底层层间刚度和
强度均不足，形成薄弱楼层，地震时由于变形集中，导致底层倒塌、倾斜。按规范要求
设置底部抗震墙体的底部框架房屋，地震中表现良好，破坏主要表现为框架上部的墙体
抗震墙体在底框结构中作用突出
（a）8度区的底框结构，未按规定设底部抗震
墙，地震时底层完全倒塌，5层房屋“变成”4层
（b）8度区，按GB50011要求设计的底框结构，地
震时仅上部墙体中等程度的开裂破坏
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部分底部框架房屋底层抗震墙体多、刚度较大，底层侧向刚度和强度均大于二层以上的
砌体结构，上部结构形成薄弱楼层，地震时由于刚度突变,砌体结构延性较小，导致底
层框架上部结构倒塌。
（c）都江堰某底框结构，底部抗震墙侧向刚度过大，地震时上部结构完全倒塌.附近另一底框结构
因未按规定设底部抗震墙，地震时底层框架破坏,导致整体结构倾斜倒塌.破坏形态形成鲜明对比.
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都江堰市某六层底框住宅楼，未按规定设置钢筋混凝土抗震墙,地震时填充墙倒塌，柱头破坏
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都江堰市灌阳XX某五层底框住宅楼，底部两层完全倒塌
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都江堰市某六层底框住宅楼，一端整体倒塌（倒塌部位底层横墙震前改造时拆除）
《建筑抗震设计规范》的专门要求：
08版强制性条文7.1.明确规定：底框房屋的底部，应沿纵横两个方向设置一定数量的抗震墙，并严格规定了底层与底部第二层、第三层的侧向刚度比值。主要目的是减少底部的薄弱程度，防止底部结构出现过大的侧移而严重破坏，甚至倒塌。该条严格控制相邻层侧移刚度,合理布置上下楼层的墙体.对底部的抗震墙,一般要求采用钢筋混凝土墙(6、7度且总层数不超过五层时可采用砌体抗震墙).并规定了底层砖抗震墙的专门构造(3.9.6钢筋混凝土构造柱、芯柱和底部框架-抗震墙砖房中砖抗震墙的施工，应先砌墙后浇构造柱、芯柱和框架梁柱。先砌墙后浇灌混凝土，确保不同材料的构件之间连成整体，以提高抗侧力砌体墙的变形能力。).
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《建筑抗震设计规范》专门要求：
值得注意的是,条文7.1.还规定,第二层与底层侧向刚度的比值在任何情况下不应小于1.0,原因是底框部分为钢筋混凝土结构,与上部砌体结构相比具有较好的延性,底框结构的构造措施并未对上部砌体结构提出特别的加强措施.但是，若底层的混凝土墙过多，其刚度可能大于上部砖混结构刚度。这样，地震下可能使薄弱层转移至过渡层。而过渡层是砌体结构，其延性不如底部的钢筋混凝土结构，易产生脆性破坏。因此，底层框架-抗震墙房屋的过渡层和底层的侧向刚度比要控制在一个合理的范围内。不满足本要求可能导致上部砌体结构在地震中脆性破坏甚至倒塌.
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《建筑抗震设计规范》的专门要求：
本次修订内容：
1)明确补充规定了7度（0.15g）和8度（0.30g）的高度和层数限值。
2)底部框架-抗震墙砌体房屋，不允许用于乙类建筑和8度（0.3g）的丙类建筑。,8度（0.2g）的建筑高度和层数限值更加严格
3)6度且总层数不超过四层的底层框架-抗震墙砌体房屋，允许采用嵌砌于框架之间的约束普通砖砌体或小砌块砌体的砌体抗震墙，但应计入砌体墙对框架的附加轴力和附加剪力进行底层的抗震验算；其余情况，8度时应采用钢筋混凝土抗震墙，6、7度时应采用钢筋混凝土抗震墙或配筋小砌块砌体抗震墙。
4)增加了上部为混凝土小砌块砌体墙的相关要求。
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《建筑抗震设计规范》的专门要求：
本次修订内容：
5)过渡层即与底部框架-抗震墙相邻的上一砌体楼层，其在地震时破坏较重，因此，本次修订将关于过渡层的要求予以特别加强。
6)底框房屋中的钢筋混凝土抗震墙，是底部的主要抗侧力构件，而且往往为低矮抗震墙。对其构造上提出了更为严格的要求，以加强抗震能力。
7)规定底框房屋的框架柱不同于一般框架-抗震墙结构中的框架柱，大体上接近框支柱的有关要求。
8)对托墙梁的构造做了较多的规定；提高了过渡层砌筑砂浆强度等级；要求过渡层的底板为现浇钢筋混凝土板
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6、楼梯和楼梯间的问题
..发生强烈地震时，楼梯间是重要的紧急逃生的竖向通道。楼梯和楼梯间的破坏会延误人员撤离及救援工作，从而造成严重伤亡。实际震害表明，楼梯间的破坏相对严重和集中。故提高楼梯间的抗震能力，形成应急疏散的“安全岛”，是至关重要的。
..楼梯间受力情况比较复杂，楼梯的梯板等构件具有斜撑的受力状态，对结构的刚度及扭转作用有较为明显的影响。故在结构计算时应将楼梯构件（梯段板、梯段板边梁、休息平台梁板、小梯柱等）加入计算模型进行整体计算，计入其对整体结构及其相邻结构构件的影响。同时对楼梯构件本身应进行抗震承载力验算，应按加入楼梯构件后的整体计算模型考虑其地震作用效应。
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震害、此次地震中一个普遍的建筑破坏现象是，作为逃生通道的楼梯间破坏比较严重，造成了相当
的人员伤亡。经初步分析，其主要原因是：砌体结构中，楼梯间的整体性不足，地震中楼梯间的墙
体破坏或倒塌造成楼梯段支座失效，进而导致整个楼梯间的破坏；而在钢筋混凝土框架结构中，则
由于支撑效应使楼梯板承受较大的轴向力，地震时楼梯段处于交替的拉弯和压弯受力状态，当楼梯
段的拉应力达到或超过混凝土材料的极限抗拉强度时，就会发生受拉破坏。而楼梯间的平台梁，则
由于上下梯段的剪刀作用，产生剪切、扭转破坏。同时有些楼梯钢筋采用冷轧扭钢筋，延性不够，
地震下作用下钢筋脆断。
图13混凝土结构楼梯间破坏情况
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都江堰市金叶宾馆楼梯间填充墙倒塌,堵塞逃生通道。楼梯间平台梁剪扭破坏
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都江堰市房管所五层砖混住宅楼(左)及绵竹某六层砖混住宅(右)，楼梯间内纵墙严重破坏
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都江堰市规划局办公楼，六层框架结构，建于20__年。楼梯板两条水平缝(所谓的上三步)，
主筋弯曲。梯板拉裂，梯板冷轧扭钢筋拉断。梯梁断裂并与梯板拉开
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汶川县某中学框架结构教学楼的楼梯间在地震中破坏情况
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汶川县漩口镇电力局，四层砖混住宅楼，楼梯间倒塌破坏
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汉旺某中学四层砖混教学楼，设置在房屋尽端的楼梯间倒塌
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汉旺某中学四层砖混教学楼，设置在房屋尽端的楼梯间倒塌
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都江堰市聚源中学三层砖混教学楼，设置在房屋尽端的楼梯间改建为
钢筋混凝土框架结构体系,在强震中未倒塌,挽救了很多孩子的生命
《建筑抗震设计规范》的专门要求：
规范条文7.1.7条明确规定：多层砌体房屋,楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处.原因在于楼梯间墙体缺少各层楼板的侧向支撑,有时还因为楼梯踏步削弱楼梯间的墙体,尤其是楼梯间的顶层,墙体有一层半的高度,震害加重.因此,建筑布置时尽量不设置在尽端,或对尽端开间采取特殊措施.
在结构抗震设计中，历来把楼梯梯段作为非抗侧力结构处理。汶川地震中，出现了许多楼梯间破坏导致人员伤亡的事故，为此，建议从计算到构造采取下列综合抗震对策，力求将楼梯间建成突发事件的应急疏散安全通道：
1.结构整体计算分析时，在3.6.6条明确规定，“计算模型的建立、必要的简化计算与处理，应符合结构的实际工作状况；计算中应考虑楼梯构件的影响”。
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《建筑抗震设计规范》的专门要求：
2.增设楼梯间的构造柱，在强制性条文7.3.1条中，要求楼梯间四角以及楼梯斜梯段上下端对应的墙体处及隔12m或楼梯间对应的另一侧内横墙与外纵墙交接处(二者取一)设置构造柱，于是，楼梯间共有8根构造柱，与7.3.的强制性要求一起，有助于形成应急疏散的安全岛。
3.强制性条文7.3.中，要求顶层楼梯间墙体应沿墙高每隔500mm设2φ6通长钢筋和φ4分布短钢筋平面内点焊组成的拉结网片或φ4点焊网片；7～9度时其他各层楼梯间墙体应在休息平台或楼层半高处设置60mm厚、纵向钢筋不应少于2φ10的钢筋混凝土带或配筋砖带，配筋砖带不少于3皮，每皮的配筋不少于2φ6，砂浆强度等级不应低于M7.5且不低于同层墙体的砂浆强度等级。并规定8、9度时不应采用装配式楼梯段；
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《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）及局部修订有关建筑抗震设计的专门要求：
4.加强楼梯间墙体的抗震能力，在3.7.3条补充规定“楼梯间的非承重墙体，应采取与主体结构可靠连接或锚固等避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备的措施”。强制性条文7.3.8，要求砌体结构楼梯间墙体在休息平台或半层高处设置钢筋混凝土带或配筋砖带，以及采取其他加强措施，特别要求加强顶层和出屋面楼梯间的抗震构造——相当于约束砌体的构造要求。
5.本次局部修订，依据钢筋混凝土结构用钢筋产品标准GB1499.2-2007，在3.9.2、3.9.3条对钢筋和钢材的性能指标做了局部调整：抗震等级为一、二、三级的框架和斜撑构件(含梯段)，钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。不得采用脆性钢筋，以避免汶川地震中钢筋脆断的震害。
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7、混凝土预制空心板的问题
..楼、屋盖是房屋的重要横隔，除了保证本身刚度和整体性
外，必须与墙体有足够支承长度或可靠的拉结，才能正常传递地震作用和保证房屋的整体性。装配式钢筋混凝土构件之间的良好连接更是保证结构整体性的重要措施。规范对此有如下强制性的规定:
..1、装配式钢筋混凝土楼板或屋面板，当圈梁未设在板的同一标高时，板端伸入外墙的长度不应小于120mm，伸进内墙的长度不应小于100mm，在梁上不应小于80mm。
..2、当板的跨度大于4.8m并与外墙平行时，靠外墙的预制板侧应与墙或圈梁拉结。
..3、房屋端部大房间的楼盖，8度时房屋的屋盖和9度时房屋的楼、屋盖，当圈梁设在板底时，预制板之间应相互拉结，并应与梁、墙或圈梁拉结。
..如不按照规范要求设置构造柱和圈梁，或不按要求将预制空心板与圈梁或楼面大梁可靠拉结，地震中墙体破坏或外闪，会导致预制楼板塌落，造成结构局部或整体倒塌。
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震害、混凝土预制空心板楼盖没有按要求施工，预制板之间连接很差，致使房屋的整体性差，地震
中倒塌损毁严重，造成大量人员伤亡。
都江堰某装配式砖混住宅局部倒塌
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都江堰市某五层砖混住宅楼，一层整体垮塌，房屋局部倒塌
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汉旺某装配式砖混住宅局部倒塌
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汉旺某装配式砖混住宅局部倒塌
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某学校教学楼破坏，预制板之间无连接情况
《建筑抗震设计规范》专门要求：
1.3.5.4条对预制装配式楼盖的要求：“混凝土预制装配式楼、屋盖，应从楼盖体系和构造上采取措施确保各预制板之间连接的整体性”。汶川地震中，有许多预制装配式楼盖由于构造措施不得当，掉落导致人员伤亡。需要认真总结经验，从楼盖体系和构造上采取措施，可以提高安全性。
2.7.1.7条中明确了教学楼、医院等横墙较少、跨度较大的房屋，宜采用现浇钢筋混凝土楼、屋盖的相关规定。以加强横墙较少、跨度较大房屋的楼、屋盖的整体性。
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汇报结束