建筑結構抗震知識

建筑結構主講：蒲瑜第一節(jié)地震的基本知識第五章建筑結構抗震知識一、地震概念1.地震概念在建筑抗震設計中，所指的地震是由于地殼構造運動（巖層構造狀態(tài)的變動）使巖層發(fā)生斷裂、錯動而引起的地面振動。2.常用的地震術語地震天然地震誘發(fā)地震構造地震火山地震陷落地震構造地震：由于地殼運動使地殼某些部位的地應力不斷加強，當彈性地應力的積聚超過巖石的強度極限時，巖層就會發(fā)生突然斷裂和猛烈錯動，引起振動。振動以波的形式傳到地面，造成地震。破壞性地震主要屬于構造地震，占世界地震總數(shù)的90%以上。

二、地震類型與成因火山地震

由于火山作用，如巖漿活動、氣體爆炸等引起的地震稱為火山地震，這類地震只占全世界地震的7%左右。

1914年日本櫻島火山爆發(fā)，產(chǎn)生的震動相當于一個6.7級地震。陷落地震

由于地下溶洞或礦井頂部塌陷而引起的地震稱為塌陷地震。這類地震的規(guī)模比較小，次數(shù)也很少。誘發(fā)地震

因人為因素直接造成的地震是人工地震。

如工業(yè)爆破、地下核爆炸造成的振動；在深井中進行高壓注水以及大水庫蓄水后增加了地殼的壓力，有時也會誘發(fā)地震。

1962年3月19日在廣東河源新豐江水庫壩區(qū)發(fā)生了迄今我國最大的水庫誘發(fā)地震，震級為6.1級。震源深度在60km以內(nèi)的地震叫淺源地震震源深度為60～300km以內(nèi)的叫中源地震震源深度為300km以上的叫深源地震世界上絕大部分地震是淺源地震，我國發(fā)生的地震絕大多數(shù)屬于淺源地震（10-20Km）地球構成：三個圈層：地殼、地幔、地核

地幔物質對流板塊構造運動（根本原因）地震地震形成的宏觀背景地球構成92%的地震發(fā)生在地殼中，其余的發(fā)生在地幔上部地震的形成：板塊分布圖a、巖層的原始狀態(tài)b、受力發(fā)生彎曲c、巖層破裂發(fā)生震動地震形成的局部機制:地球板塊運動

板塊之間的相互作用力

地殼中巖層變形變形積聚超過巖石所能承受的程度巖體就會發(fā)生突然斷裂或錯動地震

地震波是地震發(fā)生時由震源地方的巖石破裂產(chǎn)生的彈性波。地震引起的振動是以波的形式從震源向各個方向傳播并釋放能量。地震波體波：面波：在地球內(nèi)部傳播在地球表面?zhèn)鞑タv波（P波）橫波（S波）橫波特點:周期長、振幅大、波速慢,100-800m/s，其振動方向與波傳播方向垂直，引起地面水平方向振動?？v波特點:周期短、振幅小、波速快,200-1400m/s，其振動方向與波傳播方向一致，引起地面垂直方向振動。三、地震波面波：面波是體波經(jīng)地層界面多次反射形成的次生波。包括瑞利波（R波）和洛夫波（L波）。比體波衰減慢、振幅大、周期長、傳播遠。建筑物破壞主要由面波造成。雜波P波開始S波開始面波開始含義——一次地震釋放能量大小的度量微震（小于2級）有感地震（2——4級）破壞地震（5級以上）強震（大震）（7級以上）特大地震（8級以上）三、震級與烈度1.震級

能量越大，震級就越大；震級相差一級，地面振幅增加約10倍，而能量相差約32倍。一個6級地震相當于一個兩萬噸級的原子彈。2.地震烈度(1)定義及影響因素

一次地震對某一地區(qū)的影響和破壞程度稱地震烈度，簡稱為烈度。用I表示，是衡量地震引起后果的一種標度。

一般而言，震級越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。影響烈度的因素，除了震級、震中距外，還與震源深度、地質構造、地基條件、建筑物的動力特性、施工質量等因素有關。(2)地震烈度表

地震烈度表是評定烈度的標準和尺度。

我國在2008年制定了《中國地震烈度表》?！吨袊卣鹆叶缺怼穼⒌卣鹆叶确譃?-12度。中國地震烈度表(GB/T17742-2008)地震烈度人的感覺房屋震害其他震害現(xiàn)象水平向地面運動類型震害程度平均震害指數(shù)峰值加速度m/s2峰值速度m/sⅠ無感------Ⅱ室內(nèi)個別靜止中人有感覺------Ⅲ室內(nèi)少數(shù)靜止中人有感覺-門、窗輕微作響-懸掛物微動--Ⅳ室內(nèi)多數(shù)人、室外少數(shù)人有感覺，少數(shù)人夢中驚醒-門、窗作響-懸掛物明顯擺動，器皿作響--Ⅴ室內(nèi)絕大多數(shù)、室外多數(shù)人有感覺，多數(shù)人夢中驚醒-門窗、屋頂、屋架顫動作響，灰土掉落，個別房屋抹灰出現(xiàn)細微細烈縫，個別有檐瓦掉落，個別屋頂煙囪掉磚-懸掛物大幅度晃動，不穩(wěn)定器物搖動或翻倒0.31(0.22～0.44)0.03(0.02～0.04)Ⅵ多數(shù)人站立不穩(wěn)，少數(shù)人驚逃戶外A少數(shù)中等破壞，多數(shù)輕微破壞和0.00～0.11家具和物品移動；河岸和松軟土出現(xiàn)裂縫，飽和砂層出現(xiàn)噴砂冒水；個別獨立磚煙囪輕度裂縫0.63(0.45～0.89)0.06(0.05～0.09)B個別中等破壞，少數(shù)輕微破壞，多數(shù)基本完好C個別輕微破壞，大多數(shù)基本完好0.00～0.08Ⅶ大多數(shù)人驚逃戶外，騎自行車的人有感覺，行駛中的汽車駕乘人員有感覺A少數(shù)毀壞和0.09～0.31物體從架子上掉落1.25(0.90～1.77)0.13(0.10～0.18)B少數(shù)毀壞，多數(shù)嚴重和C個別毀壞，少數(shù)嚴重破壞，多數(shù)中等和0.07～0.22Ⅷ多數(shù)人搖晃顛簸，行走困難A少數(shù)毀壞，多數(shù)嚴重和0.29～0.51干硬土上出現(xiàn)裂縫，飽和砂層絕大多數(shù)噴砂冒水2.50(1.78～3.53)0.25(0.19～0.35)B個別毀壞，少數(shù)嚴重破壞，多數(shù)中等和C少數(shù)嚴重和0.20～0.40Ⅸ行動的人摔倒A多數(shù)嚴重破壞或0.49～0.71干硬土上多處出現(xiàn)裂縫，可見基巖裂縫、錯動，滑坡、塌方常見5.00(3.54～7.07)0.50(0.36～0.71)B少數(shù)毀壞，多數(shù)嚴重和C少數(shù)毀壞和0.38～0.60Ⅹ騎自行車的人會摔倒，處不穩(wěn)狀態(tài)的人會摔離原地，有拋起感A絕大多數(shù)毀壞0.69～0.91山崩和地震斷裂出現(xiàn)；基巖上拱橋破壞；大多數(shù)獨立磚煙囪從根部破壞或倒毀10.00(7.08～14.14)1.00(0.72～1.41)B大多數(shù)毀壞C多數(shù)毀壞和0.58～0.80Ⅺ

A絕大多數(shù)毀壞0.89～1.00地震斷裂延續(xù)很大，大量山崩滑坡--BC0.78～1.00Ⅻ-A-1.00地面劇烈變化，山河改觀--BC

注：表中的數(shù)量詞：“個別”為10%以下；“少數(shù)”為10%－45%；“多數(shù)”為40%－70%；“大多數(shù)”為60%－90%；“絕大多數(shù)”為80%以上。房屋倒塌五、地震的震害及分析橋梁斷落水壩開裂鐵軌變形地面裂縫山崩、滑坡海嘯、火災第二節(jié)建筑抗震設防與設計一、建筑抗震設防的一般知識（一）建筑抗震設防依據(jù)1.基本烈度

一個地區(qū)未來50年內(nèi)在一般場地條件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值稱為該地區(qū)的基本烈度Ib。基本烈度也稱為偶遇烈度或中震烈度。

各地區(qū)的基本烈度由《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001)確定。3.

2.設防烈度

按國家規(guī)定的權限批準作為一個地區(qū)抗震設防依據(jù)的地震烈度稱為設防烈度，用Id表示。

設防烈度的取值依據(jù)：規(guī)范規(guī)定：一般情況下，可采用《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》中的地震基本烈度。對已編制抗震設防區(qū)劃的城市，可按批準的抗震設防烈度進行抗震設防。（二）設防目標

1．大震和小震

小震：小震是發(fā)生機會較多的地震，為烈度概率密度曲線上的峰值所對應的烈度,即眾值烈度或稱多遇烈度。當基準設計期為50年時，則50年內(nèi)眾值烈度的超越概率為63.2%，這就是第一水準的烈度。

基本烈度：即第二水準烈度，也就全國地震烈度區(qū)劃圖所規(guī)定的烈度，它在50年內(nèi)超越概率大體為l0%。

大震或罕遇烈度：大震是罕遇的地震，50年內(nèi)超越概率為2%-3%的烈度，也是第三水準所對應的烈度。2.抗震設防目標

建筑抗震設防目標總的趨勢：在建筑物使用壽命期間，對不同頻度和強度的地震，要求建筑物具有不同的抵抗能力?；谶@一趨勢，《抗震規(guī)范》提示了“三水準”的抗震設防目標。第一水準：“小震不壞”，即當遭受到多遇的低于本地區(qū)設防烈度的地震（簡稱“小震）影響時，建筑物一般應不受損壞或不需修理仍能繼續(xù)使用。

第二水準：“中震可修”，當遭受到相當于本地區(qū)設防烈度的地震影響時，建筑可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍能繼續(xù)使用。第三水準：“大震不倒”，當遭遇受到高于本地區(qū)設防烈度的罕遇地震（簡稱“大震”）影響時，建筑不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重損壞。

（三）建筑抗震設防分類

（1）建筑物重要性分類在進行建筑設計時，應根據(jù)建筑物的重要性不同，采取不同的抗震設防標準?！犊拐鹨?guī)范》將建筑物按其重要程度不同分為四類：

甲類建筑—有特殊要求的建筑，如遇地震破壞會導致嚴重后果（如放射性物質的污染，劇毒氣體的擴散或引起爆炸等）和經(jīng)濟上重大損失的建筑；政治上重大損失的建筑；政治上有特殊要求的或其它特別重要的建筑等。鳥巢水立方國家大劇院

乙類建筑—國家重點抗震城市的生命線工程的建筑（如消防、急救、供水、供電等）或人流密集的多層的大型公共建筑等。2008年的《建筑抗震設防分類標準》：“教育建筑中，幼兒園、小學、中學的教學用房以及學生宿舍和食堂，抗震設防類別應不低于重點設防類。”主要是體現(xiàn)對未成年人的保護。此外，此類建筑的人員密度較高，地震時容易導致大量人員傷亡。

丙類建筑—除甲、乙、丁類以外的建筑，如一般工業(yè)與民用建筑（公共建筑、住宅、旅館、廠房等）。

丁類建筑—次要建筑，如遇到地震破壞不易造成人員傷亡和較大經(jīng)濟損失的建筑（如一般的倉庫、人員較少的輔助性建筑）。第三節(jié)鋼筋混凝土房屋的抗震規(guī)定及構造措施框架結構的抗震構造措施1.梁端箍筋加密在梁端塑性鉸區(qū)段范圍內(nèi)加密箍筋，可以起到約束混凝土、提高混凝土變形能力的作用，從而可提高梁截面轉動能力，增加其延性?！督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》（GB50011—2010）對梁端加密區(qū)的范圍和構造要求所作的詳細規(guī)定見下表?？拐鸬燃壖用軈^(qū)長度（mm）

（采用較大值）箍筋最大間距（mm）

（采用最大值）箍筋最小直徑（mm）一2hb，500hb/4，6d，10010二1.5hb，500hb/4，8d，1008三1.5hb，500hb/4，8d，1508四1.5hb，500hb/4，8d，1506注：①d為鋼筋直徑；hb為梁截面高度。②箍筋直徑大于12mm，數(shù)量不少于4肢且肢距不大于150mm時，一、二級的最大間距應允許適當放寬，但不得大于150mm。

梁端箍筋加密區(qū)的長度、箍筋的最大間距和最小直徑

梁端加密區(qū)箍筋肢距，一級抗震不宜大于200mm和20倍箍筋直徑的較大值，二、三級抗震不宜大于250mm和20倍箍筋直徑的較大值，四級抗震不應大于300mm。在梁端箍筋加密區(qū)內(nèi)一般不宜設置縱筋接頭。2.柱端箍筋加密震害調查表明，框架柱的破壞主要集中在柱端1.0～1.5倍柱截面高度范圍內(nèi)。通過加密柱端箍筋可以提高柱端的抗剪能力，起到約束混凝土、提高混凝土的抗壓強度及變形能力，防止縱筋壓屈的作用。試驗表明，當箍筋間距小于6～8倍柱縱筋直徑時，在受壓混凝土壓碎前，一般不會出現(xiàn)鋼筋壓屈的現(xiàn)象。柱端箍筋加密區(qū)范圍應按下列規(guī)定采用：①柱端，取柱截面長邊尺寸(圓柱直徑)、柱凈高的1／6和500mm三者的最大值；②底層柱的下端不小于柱凈高的1／3；③剛性地面上下各500mm；④剪跨比不大于2的柱和因設置填充墻等形成的柱凈高與柱截面高度之比不大于4的柱、框支柱、一級抗震及二級抗震框架的角柱，取全高。一般情況下，柱端箍筋加密區(qū)的箍筋間距和直徑應符合下表的要求。抗震等級箍筋最大間距（采用較小值，mm）箍筋最小直徑（mm）一6d，10010二8d，1008三8d，150（柱根100）8四8d，150（柱根100）6（柱根8）表柱箍筋加密區(qū)的箍筋最大間距和最小直徑

注：d為柱縱筋最小直徑；柱根指框架底層柱的嵌固部位。

柱箍筋加密區(qū)的箍筋肢距，一級不宜大于200mm；二、三級不宜大于250mm；四級不宜大于300mm，至少每隔一根縱筋宜在兩個方向有箍筋或拉筋約束；采用拉筋復合箍筋時，拉筋宜緊靠縱向鋼筋并鉤住箍筋。3.鋼筋接頭和錨固鋼筋錨固與接頭除應符合《混凝土結構設計規(guī)范》的要求外，尚應符合下列要求：（1）縱向鋼筋的最小錨固長度laE應按下列公式計算： 一、二級抗震 laE=1.15la 三級抗震 laE=1.05la 四級抗震 laE=1.0la式中l(wèi)a——縱向鋼筋的錨固長度，按《混凝土結構設計規(guī)范》確定。（2）縱向鋼筋接頭位置宜避開梁端、柱端鋼筋加密區(qū)。（3）當采用搭接接頭時，其搭接接頭長度不應小于ζllaE；ζl為縱向受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)，其值按表10.8采用。縱向鋼筋搭接接頭面積百分率（%）≤2550100ζl1.21.41.6表10.8縱向受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)ζl（4）對于鋼筋混凝土框架結構梁、柱的縱向受力鋼筋接頭方法應遵守以下規(guī)定：①框架梁：一級抗震等級，宜選用機械連接接頭，也可采用搭接接頭或焊接接頭；二、三、四級抗震等級，可采用搭接接頭或焊接接頭。②框架柱：一級抗震等級，宜選用機械連接接頭；二、三、四級抗震等級，宜選用機械接頭，也可采用搭接接頭或焊接接頭。第四節(jié)多層砌體房屋抗震規(guī)定及構造措施1.加強房屋整體性的構造措施（1）鋼筋混凝土構造柱設置鋼筋混凝土構造柱或芯柱的抗震作用在于和圈梁一起對砌體墻片乃至整幢房屋產(chǎn)生一種約束作用，從而提高墻片及整幢房屋的抗倒塌能力。對于磚房可設置鋼筋混凝土構造柱，而對混凝土空心砌塊房屋，可利用空心砌塊孔洞設置鋼筋混凝土芯柱。

構造柱的截面尺寸不宜小于240×240mm，構造柱配筋中柱不宜少于4φ12，邊柱、角柱不宜少于4φ14；；豎向受力鋼筋應基礎梁和樓層圈梁中錨固；箍筋宜為φ6@200（樓層上下500mm范圍內(nèi)宜為φ6@100）砼強度等級不宜低于C20。對多層磚房應按表10．2要求設置鋼筋混凝土構造柱。對外廊式和單面走廊式的多層磚房，應根據(jù)房屋增加一層后的層數(shù)按表10．2要求設置構造柱，且單面走廊兩側的縱墻均應按外墻處理。對橫墻較少的房屋，應根據(jù)房屋增加一層后的層數(shù)按表10．2及以上要求設置構造柱。表10.2多層磚砌體房屋構造柱設置要求

鋼筋混凝土構造柱的截面尺寸應大于等于240mm×180mm，其中設置4

12縱向鋼筋，箍筋間距不宜大于250mm，且在柱上下端應適當加密。當6、7度時超過六層，8度時超過五層和9度時，構造柱縱向鋼筋宜采用414，箍筋間距不應大于200。房屋四角的構造柱可適當加大截面及配筋。鋼筋混凝土構造柱必須先砌墻、后澆柱，與墻連接處宜砌成馬牙槎，并應沿墻高每500mm設26拉結鋼筋,每邊伸入墻內(nèi)不宜小于1m，見圖10．1。圖10.1構造柱與墻體的連接

構造柱應與圈梁可靠連接。構造柱不必設置單獨基礎，一般應伸入室外地面下500mm，或與埋深小于500mm的基礎圈梁相連。（2）對空心砌塊房屋鋼筋混凝土芯柱設置對空心砌塊房屋鋼筋混凝土芯柱設置可按如下要求進行：混凝土小砌塊應按表10．3要求設置鋼筋混凝土芯柱。對醫(yī)院、教學樓等橫墻較少的房屋，應根據(jù)房屋增加一層后的層數(shù)按表10．3要求設置芯柱。房屋層數(shù)設置部位設置數(shù)量6度7度8度9度四、五三、四二、三

外墻轉角，樓、電梯間四角，樓梯斜梯段上下端對應的墻體處；

大房間內(nèi)外墻交接處；

錯層部位橫墻與外縱墻交接處；

隔12m或單元橫墻與外縱墻交接處外墻轉角，灌實3個孔；

內(nèi)外墻交接處，灌實4個孔；

樓梯斜段上下端對應的墻體處，灌實2個孔六五四

外墻轉角，樓、電梯間四角，樓梯斜梯段上下端對應的墻體處；

大房間內(nèi)外墻交接處；

錯層部位橫墻與外縱墻交接處；

隔12m或單元橫墻與外縱墻交接處；

隔開間橫墻（軸線）與外縱墻交接處表10.3多層小砌塊房屋芯柱設置要求

接下表房屋層數(shù)設置部位設置數(shù)量6度7度8度9度七六五二外墻轉角，樓、電梯間四角，樓梯斜梯段上下端對應的墻體處；

大房間內(nèi)外墻交接處；

錯層部位橫墻與外縱墻交接處；

隔12m或單元橫墻與外縱墻交接處；

各內(nèi)墻（軸線）與外縱墻交接處；

內(nèi)縱墻與橫墻（軸線）交接處和洞口兩側外墻轉角，灌實5個孔

內(nèi)外墻交接處，灌實4個孔；

內(nèi)墻交接處，灌實4~5個孔；

洞口兩側各灌實1個孔

七≥六≥三外墻轉角，樓、電梯間四角，樓梯斜梯段上下端對應的墻體處；

大房間內(nèi)外墻交接處；

錯層部位橫墻與外縱墻交接處；

隔12m或單元橫墻與外縱墻交接處；

橫墻內(nèi)芯柱間距不大于2m外墻轉角，灌實7個孔；

內(nèi)外墻交接處，灌實5個孔；

內(nèi)墻交接處，灌實4~5個孔；

洞口兩側各灌實1個孔續(xù)上表注：外墻轉角、內(nèi)外墻交接處、樓電梯間四角等部位，應允許采用鋼筋混凝土構造柱替代部分芯柱。

混凝土小砌塊房屋芯柱截面不宜小于120mm×120mm。芯柱混凝土強度等級不應低于Cb20。芯柱與墻連接處應設置拉結鋼筋網(wǎng)片。豎向插筋應貫通墻身且應與每層圈梁連接，插筋不應小于112；6度和7度時超過五層，8度時超過四層和9度時，不應小于114。芯柱也應伸入室外地面下500mm，或與埋深小于500mm的基礎圈梁相連。（3）鋼筋混凝土圈梁的設置對橫墻承重的裝配式鋼筋混凝土樓(屋)蓋或木樓(屋)蓋房屋，應按表10．4的規(guī)定設置現(xiàn)澆圈梁。對縱墻承重房屋，每層均應設置圈梁，且抗震橫墻方向的圈梁應比表10．4規(guī)定的適當加密。多層黏土磚房的現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁的截面高度不應小于120mm，配筋應符合表10．5的要求。為加強基礎整體性和剛性而增設的基礎圈梁，其截面高度不應小于180mm，配筋不應少于412。墻類烈度6度、7度8度9度外墻和內(nèi)縱墻屋蓋處及每層樓蓋處；屋蓋處及每層樓蓋處屋蓋處及每層樓蓋處內(nèi)橫墻屋蓋處及每層樓蓋處；

屋蓋外間距不應大于4.5m；

樓蓋處間距不應大于7.2m；

構造柱對應部位

屋蓋處及每層樓蓋處；