12工程结构抗震设计基本知识

同济大学电子音像出版社工程结构第十二章工程结构抗震设计基本知识普通高等教育“十一五”国家级规划教材第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》学习目的123熟悉常用术语。如地震震级、地震烈度、地震源、基本烈度、设防烈度。理解抗震设计三水准二阶段的设计方法了解多层砌体房屋，框架结构抗震设计一般规定。4掌握多层砌体房屋和框架结构的抗震措施的构造要求。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》第一节抗震设计的基本概念和基本要求一、地震的初步知识二、地震的破坏现象三、抗震设计的基本原则四、抗震设计的基本要求五、场地和地基基础第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》一、地震的初步知识地震是人类社会面临的一种自然灾害，目前，科学技术还不能控制地震的发生。并且，地震还是一个难以预测的自然灾害，地震对建筑物的破坏作用也没有被人们充分认识，所以，地震往往给人类社会找成不同程度的伤亡事故和经济损失。抗御地震灾害，是人类征服自然的艰巨斗争，长期时间证明了地震并不可怕，完全可以运用科学技术，来减轻和防止地震灾害。为了更有效的和地震这种灾害进行斗争，在学习建筑本身动力特性和建筑物的抗震设计之前，必须先扼要地了解关于地震的初步知识。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》（一）几个常用地震术语我们将这种由于地质构造作用引起的地面震动叫做构造地震，简称地震。在地层构造运动中，由于发生比较剧烈的破坏性变动，并从这里释放大量的能量，从而引起地震的这个区域叫做震源。震源在地面上的投影就是震中，震中与震源之间的距离叫做震源深度。建筑物与震中的距离叫震中距，建筑物与震源的距离叫做震源距，震中附近震动最剧烈，一般也就是破坏最严重的地区，叫做极震区。在地面，把震级相同的地区用线连起来，这条线叫等震线。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》（二）地震波在地球内部由于构造运动，当在某一部位所积累的能量达到一定极限时就在这个部位产生构造上的急剧变化。由于断裂处的地壳或地幔的物质具有相当的刚性，所以发生断裂或错动时，就以弹性波的形式释放能量，这种波称为地震波。地震波有二种表现形式：体波和面波，体波包含p波和s波。P波通常又称为纵波或压缩波，它的传播方向与本身的振动方向一致。S波又称为横波或剪切波，它的传播方向垂直于振动方向。P波使建筑物产生上下颠动，S波使建筑物产生水平方向摇动，而面波则使建筑物既产生上下颠动又水平摇动，一般是在S波和面波都达到时振动最为剧烈。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》（三）震级地震的大小与地震时释放的能量有密切关系。里可特（Richter）于1935年提出的震级M常被用于表示地震的大小，震级的原始定义是：在离震中100km处由伍德-安德生（Wood-Anderson）式标准地震仪所记录到的最大水平位移（单振幅，单位为微米，即10-3mm）的常数对数值，震级M可用下式表示：M=logA式中A即是上述标准地震仪在距震中100km处记录到的最大振幅。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》(四)、地震烈度、基本烈度和地震烈度区划图1．地震烈度地震烈度是指某一地区，地面及房屋建筑等遭受到一次地震影响的强弱程度。2．基本烈度和地震烈度区划图一个地区的基本烈度是指该地区在设计基准期50年内，一般场地条件下，可能遭遇超越概率10%的地震烈度。国家地震局于1990年颁布了《中国地震烈度区划图》，该图给出了全国各地的基本烈度的分布，供全国建筑规划和中小型工程设计应用。3.小震与大震小震烈度，我们称为第一水准烈度；基本烈度即全国地震烈度区划图所规定的烈度称为第二水准烈度；罕遇烈度，即大震烈度作为第三水准烈度。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》二、地震的破坏现象地震造成的破坏可归纳为以下三方面（一）地表破坏（二）建筑结构破坏（三）地震次生灾害第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》三、抗震设计的基本原则（一）建筑物的分类及抗震设防标准根据建筑物的重要性，《抗震规范》将建筑分为四类：甲类建筑——应属于重大建筑工程和遭遇地震破坏时可能发生严重次生灾害的建筑（如产生放射性物质的污染，大爆炸等）；乙类建筑——应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复建筑，如城市生命线工程建筑和地震时救灾需要的建筑（如供水、供电、交通、消防、医疗、通讯等系统的核心建筑等）。丙类建筑——甲、乙、丁类以外的一般建筑，如大量的一般工业与民用建筑等；丁类建筑——属于抗震次要建筑。如一般的仓库、人员较少的辅助建筑等。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》（二）地震设防的一般目标抗震设防烈度是一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，达到抗震的效果，抗震设防的依据是抗震设防的烈度。抗震设防烈度是：一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，它是按国家规定权限审批或颁发的文件确定的，一般情况下采用基本烈度。抗震设防的一般目标是：（1）当遭到多遇的，低于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。（2）当遭受到本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能有一定损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。（3）当遭受到高于预估的本地区设防烈度的罕遇地震影响时，建筑物不至倒塌或发生危急人类生命的严重破坏。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》四、抗震设计的基本要求（一）建筑场地（1）宜选择对建筑抗震有利地段，如开阔平坦的坚硬场地土或密实均匀的中硬场地土等地段；（2）宜避开对建筑抗震不利地段，如软弱场地土、易液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的三丘、非岩质的陡坡、采空区、河岸和边坡边缘，场地土在平面分布上的成因、岩性、状态明显不均匀（如故河道，断层破碎带.暗埋的塘浜沟谷及半填半挖地基）等地段。当无法避开时，应采取适当的抗震措施；（3）不应在危险地段建造甲、乙、丙建筑。对建筑抗震危险地段，一般是指地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂，泥石流等地段以及基本烈度8度和8度以上的发震断裂带上，地震时可能发生地表位错的地段。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》（二）地基和基础设计（1）同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基上，也不宜部分采用天然地基，部分采用桩基。（2）地基有软弱粘性土、可液化土、严重不均匀土层时，宜加强基础的整体和刚性。（三）建筑的平面、立面布置建筑物的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度变化均匀，尽量避免楼盖错层。对体型复杂的建筑物应采取：（1）不设抗震逢，但应对建筑物进行结构抗震分析，估计其局部应力和变形集中及扭转影响，判明其易损部位，采取加强措施或堤高变形能力的措施。（2）设置抗震缝，将建筑物分隔成规则的结构单元。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》（四）抗震结构体系（1）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。（2）宜有多道抗震设防，一般来说超静定次数越高对抗震越有利，避免因部分结构或构件失效而导致整个体系丧失抗震能力或丧失对重力的承载能力。（3）应具备必要的承载力，良好变形能力和耗能能力。（4）宜综合考虑结构体系的实际刚度承载力分布，避免因局部削弱或突变而形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中，对可能出现的薄弱部位，宜采取措施改善其变形能力。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》（五）结构构件抗震结构构件应力求避免脆性破坏。对砌体结构宜采用钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱、配筋砌体或钢筋混凝土和砌体组合柱。对钢筋混凝土构件，应通过合理的截面选择及合理的配筋避免剪切先于弯曲破坏，避免混凝土的受压破坏先于钢筋的屈服，避免钢筋锚固失效先于构件破坏，对钢筋混凝土框架结构抗震设计中要尽量遵循强柱弱梁，强剪弱弯，强节点强锚固的设计原则，防止脆性破坏。对钢结构杆件应防止压屈破坏（杆件失去稳定）或局部失稳。加强结构各构件之间的连接，以保证构件的整体性。对抗震支撑系统应能保证地震时的结构稳定。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》（六）非结构构件对非结构构件，如女儿墙、围护墙、雨蓬、门脸、封墙等，应注意其与主体结构有可靠的连接和锚固，避免地震时倒塌伤人。对围护墙和隔墙与主体结构的连接，应避免其不合理的设置而导致主体结构的破坏。应避免吊顶在地震时塌落伤人。应避免贴镶或悬吊较重的装饰物，或采取可靠的防护措施。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》（七）材料、施工质量抗震结构对材料.施工质量的要求应在设计文件上注明，并应保证切实执行。对各类材料的强度等级应符合最低要求。但在施工中，对材料的替换以大代小，以强代弱时，也需慎重考虑。对钢筋接头及焊接质量应满足规范要求。对构造柱、芯柱及框架的施工，对砌体房屋纵墙及横墙的交接等应保证施工质量。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》五、场地和地基基础目前世界各国建筑抗震设计规范大部分采用反应谱理论，并重视场地条件的影响。经震害调查分析表明，这是局部地质条件对工程影响的结果，因此，研究场地条件对建筑震害的影响是建筑结构抗震设计中一个重要课题。场地是指建筑物所在地，大体相当于厂区，居民和自然村的区域范围。场地土是指场地范围的地基土，场地土的自振周期称为卓越周期。由于场地土的性质和厚度不同，其卓越周期的长短也不同，一般在0.1秒至数秒内变化。震害调查表明，凡结构的自振周期与土的卓越周期相等或接近时，建筑物的震害都有加重的趋势，这是由于类似共振现象所致，因此在结构抗震设计中，应使结构自振周期避开土的卓越周期。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》表12－2场地土类型划分场地土类型土层剪切波速（m/s）坚硬场地土中硬场地土中软场地土软弱场地土Vs50c250Vsm500140Vsm250Vsm140地土的类型不同及覆盖层厚度不同，对建筑物的地震作用产生不同影响。因此，《规范》在进行建筑场地类别的划分时，不但考虑场地土类型，而且考虑覆盖层厚度的影响。场地土类型宜根据土层剪切波速来划分。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》《抗震规范》规定，建筑场地类别根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度分为4类见表12－3表12－3各类建筑场地的覆盖层厚度(m)等效剪切波速（m/s）场地类别ⅠⅡⅢⅣVse5000500Vse25055250Vse14033~5050Vse14033~1515~8080第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》一、震害及其分析二、多层砌体房屋抗震设计的一般要求三、砌体结构构造措施第二节多层砌体房屋抗震设计构造要求第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》一、震害及其分析多层砌体房屋震害有二种情况，一是倒塌；二是出现不同程度的裂缝，使房屋发生损坏。倒塌应力求避免，一般有以下三种情况：（一）房屋倒塌1．全部倒塌当结构的整体性好而底层墙体又不足以抵抗强震作用下的剪力时，则底层先塌，从而引起上层的倾斜；这时，倒塌后的楼板常逐层相迭。2．上部倒塌当房屋的上层自重大，刚度差或当上层砖砌体的强度过弱，整体性又差时，房屋有可能发生上部倒塌的情况。3．局部倒塌引起房屋局部倒塌的原因很多，大致有：房屋个别部分的整体性特差；纵墙与横墙间联系不好；平面或立面上有显著的局部突出；抗震缝处理不当等。第十二章工程结构抗震设计基本知识同济大学出版社《工程结构》（二）墙体开裂裂缝出现的部位及其型态1．“X”型缝凡与主震方向平行的墙体，虽承受不了地震作用，但又尚未倒塌时，则常出现“X”形缝。如果各层的砌体抗主拉应力强度不变，则因地震作用下层大，而上层小的缘故，“X”形缝常下宽上窄。在横向，房屋两端的山墙最易出现“X”形缝，这是因为山墙的刚性大而其压应力又比一般的横墙小的缘故。另外，在纵向，窗间墙上也常出现。如果主震方向既不与横墙，也不与纵墙方向相一致而是成某一角度