建筑震害与设计对策（PPT101页)

全国注册结构工程师继续教育必读系列教材（之五）建筑震害与设计对策黄世敏杨沈等编著•地震与震害常识•建筑结构抗震设计基本概念•多层和高层混凝土房屋的震害与设计对策•多层砌体房屋的震害与设计对策•建筑隔震设计地震与震害常识地震的类型按震中距的大小，地震可分为地方震(震中距△100km)、近震(100km≤△≤1000km)和远震(△1000km)。按震级大小，我国把地震分为6个级别：小地震(震级M3)、有感地震(3≤M≤4.5)、中强地震(4.5M6)、强烈地震(6≤M7)、大地震(7≤M8)和特大地震(M≥8)。按震源深度，地震可分为浅源地震(深度h≤60km)、中源地震(60kmh≤300km)和深源地震(300kmh700km)。目前记录到的世界上最大地震1960年智利地震，1960年5月22日下午19点11分,蒙特港附近海底，震级达8.9级(后修订为9.5级)影响范围在南北800km长的椭圆内。引发了巨大海啸，浪涛高达8～9m，最高达25m。大地震一直持续到6月23日，在前后1个多月的时间内，先后发生了225次不同震级的地震。震级在7级以上的有10次之多，其中震级大于8级的有3次。震级高、波及面广、持续时间长、实属少有。地震震级与地震烈度地震震级地震震级是衡量一次地震释放能量大小的尺度，目前国际常用里氏震级表示。地震烈度地震烈度是指地表和房屋建筑受到地震影响的强弱程度。对于一次地震来说，只有一个震级，但不同地点所遭受影响的强弱程度却不同。一般说，震中距不同，地震烈度也不同，震中距越大烈度越低，反之则相反。我国设防烈度对应的地面加速度设防烈度I对应的地面运动峰值加速度A(g)：震中烈度和震级的关系对于浅源地震，震中烈度I0和震级M有大致关系：建筑震害的程度划分破坏性地震发生后，各类建筑将遭到不同程度的破坏，其受损程度的描述，工程上通常采用破坏等级划分的方法加以区别。这种划分方法较广泛地应用于震后建筑破坏程度评估和震害预测时对建筑破坏程度的预估。世界各国的建筑地震破坏等级划分不尽相同。我国对建筑地震破坏等级划分为基本完好(含完好)、轻微损坏、中等破坏、严重破坏、倒塌五个等级。1基本完好：承重构件完好；个别(指5%以下)非承重构件轻微损坏；附属构件有不同程度破坏。一般不需修理即可继续使用。2轻微损坏：个别承重构件轻微裂缝，个别非承重构件明显破坏；附属构件有不同程度的破坏。不需修理或需稍加修理，仍可继续使用。3中等破坏：多数(指超过50%)承重构件轻微裂缝，部分(指30%以下)明显裂缝；个别非承重构件严重破坏。需一般修理，采取安全措施后可适当使用。4严重破坏：多数承重构件严重破坏或部分倒塌。应采取排险措施；需大修、局部拆除。5倒塌：多数承重构件倒塌，需拆除。建筑地震破坏等级示意建筑结构抗震设计基本概念•抗震设防目标、设防依据、设计依据•工程场址的合理选择•建筑和结构布置原则•地震作用的计算抗震设防目标、设防依据、设计依据抗震设防目标基本目标——三水准设防目标小震不坏、中震可修、大震不倒。专门目标——具有更具体或更高的抗震设防目标根据实际需要和可能，分别选定针对整个结构、结构的局部部位或关键部位、重要构件、次要构件以及建筑构件和机电设备支座的性能目标。专门目标是2010抗震规范新增内容。实现专门设防目标的设计方法•建筑抗震性能化设计•隔震与消能减震设计三水准基本设防目标小震不坏：小震时，结构应处于弹性工作状态，可以采用弹性体系动力理论进行结构和地震分析，满足强度要求。中震可修：中震时，结构越过屈服极限，进入非弹性变形阶段，但结构的弹塑性变形控制在某一限度内，震后残留的变形不大。大震不倒：大震时，建筑物虽然破坏较严重，但整个结构的非弹性变形仍受到控制，与结构倒塌的临界变形尚有一段距离，从而保障了建筑内部人员的安全。三水准下钢筋混凝土框架结构的破坏程度与层间位移角的大致对应关系“两阶段设计法”实现三个水准设防目标第一阶段设计：第一步采用小震的地震动参数，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。第二阶段设计：采用大震的地震动参数，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。建筑抗震设防依据及大震和小震的界定中震（抗震设防烈度）：应采用根据中国地震动参数区划图确定的基本烈度。50年超越概率为10%的相当于474年一遇的烈度值。小震（多遇地震烈度）：为50年超越概率为63.2%的相当于50年一遇的众值烈度，其大小比基本烈度约低1.55度。大震（罕遇地震烈度）：50年超越概率为2%～3%的相当于1600～2500年一遇的烈度值，其大小比基本烈度高1度左右。建筑抗震设计依据——设计地震动参数1设防烈度或设计地震动峰值加速度2设计地震分组或设计地震动反应谱特征周期(Tg)3设计地震动反应谱曲线下降段的衰减指数地震地面运动峰值加速度Amax（g/1000、伽）建筑结构地震影响系数最大值与地震地面运动峰值加速度值的关系αmax=βmax·Amax/g=2.25Amax/1000βmax—地震时结构振动加速度的放大系数最大值、一般取2.25Amax—地震地面运动峰值加速度（伽）g—重力加速度、等于1000伽地震水准6度7度0.1g7度0.15g8度0.2g8度0.3g9度多遇地震设防地震罕遇地震1850—351002205515031070200400110300510140400620设计地震动反应谱特征周期(Tg)1根据设计分组、场地类别确定或工程场地安评报告确定2不同于中国地震动参数区划图的反应谱特征周期32010版抗震规范对部分地区设计分组进行调整如福州（鼓楼、台江、仓山、晋安）和厦门（思明、海沧、湖里、集美、同安、翔安）调为第二组；福州马尾调为第三组等。工程场址的合理选择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：1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；2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；3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。工程场址的选择原则选择原则：1选择有利地段及一般地段2避开危险地段3慎重对待不利地段2010版抗震规范修订：a地段类别增加一般地段（不属于有利、不利和危险的地段）b场地类别Ⅰ类分为Ⅰ0、Ⅰ1两个亚类（将原规范Ⅰ类场地设计反应谱特征周期进一步细化）震后的北川县城，右边山体产生的巨大滑坡冲毁了大片建筑避开危险地段1断裂带：可分为发震断裂与非发震断裂。a发震断裂的最小避让距离b非发震断裂对建筑震害无明显影响，但不宜将建筑物横跨在断裂带上。2山体崩塌、边坡滑移、地陷地段不得建房。裂度甲类乙类丙类8专门研究300m200m9专门研究500m300m慎重对待与局部地形相关的不利地段注意孤山、土质边坡、台地边缘的地震反应：a高度越大反应越强烈b离边缘距离越大、反应相应减小c土质结构比岩质结构反应大d高突地形顶面越开阔，中心部位反应越小e边坡越陡，顶部放大效应越大1应考虑不利地段对地震作用的放大效应。2场地勘察应有边坡稳定性评价和防冶方案建议（2010版抗震规范新增加的要求）。3应保证地震作用下的建筑场地稳定性，注意设置符合抗震要求的边坡工程，避开土质和强风化岩石边坡的边缘。地震挡土墙与建筑物做在一起，因土坡滑坡而使建筑倾斜破坏对策：建筑物与挡土墙分开慎重对待与场地土质相关的不利地段1平面分布不均匀土层的场地不同类别土壤，具有不同的动力特性，地震反应也随之出现差异。建筑物不宜跨在两类不同土层上，无法避开时，除考虑不同土层差异运动影响外，还应采用局部深基础，使整个建筑物基础落在同一土层上。2010版抗震规范对同时采同不同类型、不同埋深基础提出明确对策：规范3.3.4第2款“同一结构单元…，当采用不同基础类型或基础埋深显著不同时，应根据地震时两部分地基基础的沉降差异，在基础、上部结构的相关部位采取相应措施。慎重对待与场地土质相关的不利地段2液化土和软弱土的场地对液化土应采取消除土层液化性的措施，当采用桩基时，桩身设计还应考虑水平地震力和地基土下层水平错位所带来的不利影响。地基为软弱粘性土、新近填土，地震作用下会发生震陷时，应采取相应的措施。汶川地震某镇地面沙土液化，结构破坏、汽车沉陷。建筑和结构布置原则建筑和结构布置原则建筑布局和结构布置基本上决定了一幢房屋的动力性能。建筑布局和结构布置简单合理从根本上保证房屋具有良好的耐震性能。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。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。建筑和结构布置原则结构平面布置时，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。建筑结构不规则的设计对策对于一般不规则的建筑方案，应按规范、规程的有关要求采取加强措施。2010版抗震规范增加6度时不规则建筑应进行抗震验算的规定。对特别不规则的建筑方案，要进行专门研究和论证，采取高于规范、规程规定的加强措施。对特别不规则的高层建筑，应严格按建设部令第111号文进行抗震设防专项审查。对于严重不规则的建筑方案，应要求建筑师予以修改、调整。规则与不规则的区分可参照建质[2010]109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：1一般不规则，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。2特别不规则，按以下三种类型进行判断：a同时具有表1所列基本不规则的三个或三个以上；b具有表2所列的一项不规则；c具有表1所列二项基本不规则且其中有一项接近表2的不规则指标。3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。表1不规则建筑方案的基本类型序号不规则类型涵义备注1a扭转不规则考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2GB50011-3.4.21b偏心布置偏心距大于0.15或相邻层质心相差较大JGJ99-3.2.22a凹凸不规则平面凹凸尺寸大于相应边长30%等GB50011-3.4.22b组合平面细腰形或角部重叠形JGJ3-4.3.33楼板不连续有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，错层大于梁高GB50011-3.4.24a刚度突变相邻层刚度变化大于70%或连续三层变化大于80%GB50011-3.4.24b尺寸突变竖向构件缩进大于25%，外挑大于10%和4m，多塔JGJ3-4.4.55构件间断上下墙、柱、支撑不连续，含加强层、连体类GB50011-3.4.26承载力突变相邻层受剪承载力变化大于80%GB50011-3.4.27其他不规则如局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换已计入1～6项者除外表1注：深凹进平面右凹口设置连梁，其两侧的变形不同时仍视为凹凸不规则，不按楼板不连续中的开洞对待。序号a、b不重复计算不规则项。局部的不规则，视其位置、数量等对整个结构影响的大小判断是否计入不规则的一项。