第21講建筑抗震

第十三章建筑抗震

1.地震的概念由于地球不斷運(yùn)動(dòng)和變化，逐漸積累了巨大的能量，在地殼某些脆弱地帶，造成巖層突然發(fā)生破裂，或者引發(fā)原有斷層的錯(cuò)動(dòng)，這就是地震。地震絕大部分都發(fā)生在地殼中。中國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，從1966年的邢臺(tái)地震到2008年的汶川大地震，中國(guó)幾乎每年有一個(gè)7級(jí)左右的大地震。13.1抗震基本知識(shí)2.地震的破壞作用(1)地表破壞現(xiàn)象地裂縫噴砂冒水地面下沉滑坡、塌方海嘯由地震引起的地裂縫據(jù)河北青年報(bào)報(bào)道，06年7月，在河北柏鄉(xiāng)地區(qū)出現(xiàn)長(zhǎng)8000米地裂縫，邢臺(tái)市國(guó)土局和邢臺(tái)地震局研究表明，受地質(zhì)斷裂活動(dòng)影響形成地裂縫地表破壞現(xiàn)象-滑坡、塌方滑坡示意圖滑坡現(xiàn)場(chǎng)2005-6-17福建建甌發(fā)生塌方事故

(2)建筑物破壞結(jié)構(gòu)喪失整體穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)承載力不足引起破壞地基失效地震時(shí)因震陷或不均勻沉陷，導(dǎo)致墻身開裂、房屋損壞災(zāi)難前的平靜→(3)次生災(zāi)害火災(zāi)水災(zāi)海嘯有毒及放射性物質(zhì)泄露海浪沖擊堤岸→瞬間的洶涌澎湃→死亡地獄美國(guó)DigitalGlobe公司于2004年12月29日發(fā)布的衛(wèi)星照片，照片是當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月26日上午10點(diǎn)20分在斯里蘭卡西南部城市卡盧特勒上空拍攝的。照片顯示了卡盧特勒海岸遭到海嘯襲擊之后不久的情形。

12.1.2震級(jí)與烈度3.震級(jí)：是地震發(fā)生的強(qiáng)度的一種量度，國(guó)際上常用里氏震級(jí)M表示。（1935年美國(guó)的里克特）M<2微震（無感地震），

人沒有感覺；

M=2~4有感地震，

人有不同程度的感覺；

M≥5破壞性地震，

建筑物有不同程度的破壞；

M=7~8強(qiáng)烈地震；

M>8特大地震。4.地震烈度：地震對(duì)地表和建筑物影響的平均強(qiáng)弱程度；（見教材426頁表13-1）

↑臺(tái)灣2000.6.11地震烈度示意圖12.1.3建筑抗震設(shè)防5.設(shè)防依據(jù)（1）基本烈度一個(gè)地區(qū)的基本烈度是指該地區(qū)今后50年時(shí)間內(nèi)，在一般場(chǎng)地條件下，可能遭遇到超越概率為10%的地震烈度。12.1.3建筑抗震設(shè)防（2）設(shè)防烈度一般情況下，可采用中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖的地震基本烈度江西?。?/p>

抗震設(shè)防烈度為7度的地區(qū)有：

尋烏會(huì)昌

抗震設(shè)防烈度為6度的地區(qū)有：

南昌（五個(gè)市轄區(qū)）、九江（２個(gè)市轄區(qū)）、

南昌縣、進(jìn)賢、余干、九江縣、彭澤、湖口、星子、瑞昌、德安、都昌、武寧、修水、靖安、銅鼓、宜豐、寧都、石城、瑞金、安遠(yuǎn)、定南、龍南、全南、大余

其他幾個(gè)重要城市的設(shè)防烈度

北京8度、上海7度、南京7度、廣州7度、臺(tái)中9度、臺(tái)北8度12.1.3建筑抗震設(shè)防6.設(shè)防目標(biāo)（1）大震、中震、小震第一水準(zhǔn)：當(dāng)遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震(小震)影響時(shí)，一般不受損壞；或不需修理仍可繼續(xù)使用；第二水準(zhǔn)：當(dāng)遭受本地區(qū)設(shè)防烈度的地震(中震)影響時(shí)，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用；第三水準(zhǔn)：當(dāng)遭受到高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震(大震)時(shí)，建筑不致倒塌或危及生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重破壞?？拐鹪O(shè)防目標(biāo)：小震不壞、中震可修、大震不倒1）特殊設(shè)防類：指使用上有特殊設(shè)施，涉及國(guó)家公共安全的重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害等特別重大災(zāi)害后果，需要進(jìn)行特殊設(shè)防的建筑，（如核電站、核設(shè)施、水庫、大壩、堤防、貯油、貯氣、貯存易燃易爆、劇毒、強(qiáng)腐蝕物質(zhì)的設(shè)施等）。簡(jiǎn)稱甲類。(2)建筑抗震設(shè)防分類：3）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類：指大量的除1）、2）、4）款以外按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)防的建筑，（如一般的公共建筑、住宅、旅館、廠房等）。簡(jiǎn)稱丙類。4）適度設(shè)防類：指使用上人員稀少且震損不致產(chǎn)生次生災(zāi)害，允許在一定條件下適度降低要求的建筑（如儲(chǔ)存物品價(jià)值低的一般倉庫，人員活動(dòng)少的輔助建筑等）。簡(jiǎn)稱丁類。2）重點(diǎn)設(shè)防類：指地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的生命線相關(guān)建筑，以及地震時(shí)可能導(dǎo)致大量人員傷亡等重大災(zāi)害后果，需要提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的建筑（如消防、急救、供水、供電、通訊、幼兒園、中小學(xué)教學(xué)樓、學(xué)生宿舍等）。簡(jiǎn)稱乙類。2）重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強(qiáng)其抗震措施，但抗震設(shè)防烈度為9度時(shí)應(yīng)按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基礎(chǔ)的抗震措施，應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。同時(shí)，應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其地震作用。(3)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)1）特殊設(shè)防類（甲類），應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，加強(qiáng)其抗震措施；但抗震設(shè)防烈度為9度時(shí)應(yīng)按比9度更高的要求采取抗震措施。同時(shí)，應(yīng)按批準(zhǔn)的地震安全性評(píng)價(jià)的結(jié)果且高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求確定其地震作用。4）適度設(shè)防類（丁類），地震作用應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求，抗震措施應(yīng)允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度適當(dāng)降低，但設(shè)防烈度為6度時(shí)，不應(yīng)降低。一般情況下，仍應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其地震作用。3）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)，應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其抗震措施和地震作用，達(dá)到在遭遇高于當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度的預(yù)估罕遇地震影響時(shí)不致倒塌或發(fā)生危及生命安全的嚴(yán)重破壞的抗震設(shè)防目標(biāo)。三、場(chǎng)地場(chǎng)地是指工程群體所在地，其范圍相當(dāng)于廠區(qū)、居民小區(qū)和自然村或不小于1.0km2的平面面積建筑場(chǎng)地的類別劃分，應(yīng)以土層等效剪切波速和場(chǎng)地覆蓋層厚度為準(zhǔn)。對(duì)丁類建筑及丙類建筑中層數(shù)不超過10層且高度不超過24m的多層建筑，當(dāng)無實(shí)測(cè)剪切波速時(shí)，可根據(jù)巖土名稱和性狀，按表1-16劃分土的類型，再按經(jīng)驗(yàn)在表1-16的剪切波速范圍內(nèi)估算各土層的剪切波速。

四、抗震概念設(shè)計(jì)的基本要求由于地震是隨機(jī)的，具有不確定性和復(fù)雜性，單靠“數(shù)值設(shè)計(jì)”很難有效地控制結(jié)構(gòu)的抗震性能。概念設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。結(jié)構(gòu)的抗震性能取決于良好的“概念設(shè)計(jì)”。（一）場(chǎng)地和地基選擇建筑場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)按表1-18劃分對(duì)建筑抗震有利、一般、不利和危險(xiǎn)的地段選擇建筑場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程需要和地震活動(dòng)情況、工程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關(guān)資料，對(duì)抗震有利、一般、不利和危險(xiǎn)地段做出綜合評(píng)價(jià)。對(duì)不利地段，應(yīng)提出避開要求；當(dāng)無法避開時(shí)應(yīng)采取有效的措施。對(duì)危險(xiǎn)地段，嚴(yán)禁建造甲、乙類的建筑，不應(yīng)建造丙類的建筑。四、抗震概念設(shè)計(jì)的基本要求（二）建筑和結(jié)構(gòu)的規(guī)則性建筑設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)的要求明確建筑形體的規(guī)則性。不規(guī)則的建筑應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施；特別不規(guī)則的建筑應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取特別的加強(qiáng)措施；嚴(yán)重不規(guī)則的建筑不應(yīng)采用。（三）結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較確定。（四）非結(jié)構(gòu)構(gòu)件附著于樓、屋面結(jié)構(gòu)上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以及樓梯間的非承重墻體，應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接或錨固，避免地震時(shí)倒塌傷人或砸壞重要設(shè)備?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻和隔墻，應(yīng)估計(jì)其設(shè)置對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的不利影響，避免不合理設(shè)置而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞。幕墻、裝飾貼面與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠連接，避免地震時(shí)脫落傷人。

四、抗震概念設(shè)計(jì)的基本要求（五）結(jié)構(gòu)材料與施工

（1）在施工中，當(dāng)需要以強(qiáng)度等級(jí)較高的鋼筋替代原設(shè)計(jì)中的縱向受力鋼筋時(shí)，應(yīng)按照鋼筋受拉承載力設(shè)計(jì)值相等的原則換算，并應(yīng)滿足最小配筋率要求；（2）鋼筋混凝土構(gòu)造柱和底部框架-抗震墻房屋中的砌體抗震墻，其施工應(yīng)先砌墻后澆構(gòu)造柱和框架梁柱。。12.2多高層鋼混房屋抗震措施1.框架梁、柱、節(jié)點(diǎn)震害（1）框架梁破壞發(fā)生在梁端，梁端縱筋屈服，出現(xiàn)上下貫通垂直裂縫和交叉斜裂縫。在梁端負(fù)彎矩鋼筋切斷處，由于抗彎能力的削弱也容易產(chǎn)生裂縫，造成梁剪切破壞。13.2.1震害特點(diǎn)框架梁剪切破壞的主要原因：

梁端鋼筋屈服后，裂縫的產(chǎn)生和開展使混凝土抵抗剪力的能力逐漸減小，而梁內(nèi)箍筋配置又少，以及地震反復(fù)作用使混凝土抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步降低。當(dāng)剪力超過梁抗剪承載力時(shí)產(chǎn)生破壞。13.2抗震措施12.2多高層鋼混房屋抗震措施（2）框架柱破壞主要發(fā)生在接近節(jié)點(diǎn)處，在水平地震作用下，每層柱的上下端將產(chǎn)生較大的彎矩，當(dāng)柱的正截面抗彎強(qiáng)度不足時(shí)，在柱的上下端產(chǎn)生水平裂縫。由于反復(fù)震動(dòng)，裂縫會(huì)貫通整個(gè)截面，在強(qiáng)烈地震作用下，柱頂混凝土被壓碎直至剝落，柱主筋壓屈成燈籠狀突出?？蚣苤侵鶎儆陔p向偏心受壓，再加上扭轉(zhuǎn)作用，所受約束又比其他柱少，地震中更易產(chǎn)生破壞。12.2多高層鋼混房屋抗震措施（3）框架節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的破壞機(jī)理復(fù)雜，主要表現(xiàn)為：節(jié)點(diǎn)核芯產(chǎn)生斜向的X形裂縫，當(dāng)節(jié)點(diǎn)區(qū)剪壓比較大時(shí)，箍筋未屈服混凝土就被剪、壓酥碎而破壞，導(dǎo)致整個(gè)框架破壞。破壞主要原因：大都是混凝土強(qiáng)度不足、節(jié)點(diǎn)處的箍筋配置量小或節(jié)點(diǎn)處鋼筋太稠密，使得混凝土澆搗不密實(shí)。2.抗震墻的震害在地震反復(fù)作用下，在連梁的梁側(cè)形成X形裂縫，主要是由于剪力和彎矩產(chǎn)生的主拉應(yīng)力超過連梁混凝土抗拉強(qiáng)度所致

抗震墻的破壞，一般不會(huì)導(dǎo)致房屋倒塌，可消耗地震能力，小震是應(yīng)保證不出現(xiàn)裂縫。12.2多高層鋼混房屋抗震措施3.填充墻的震害

填充墻的震害較框架結(jié)構(gòu)嚴(yán)重。由于框架側(cè)向變形，使墻體出現(xiàn)斜裂縫或?qū)橇芽p。強(qiáng)震時(shí)，未采取拉結(jié)處理措施的墻體，則有局部或整片倒塌的現(xiàn)象。一般地講，非承重空心磚填充墻比普通粘土磚填充墻破壞嚴(yán)重。結(jié)構(gòu)體系的選擇多、高層鋼混結(jié)構(gòu)房屋中，除框架結(jié)構(gòu)體系外，還有框架一抗震墻結(jié)構(gòu)(框剪結(jié)構(gòu))、抗震墻結(jié)構(gòu)(剪力墻結(jié)構(gòu))、筒體結(jié)構(gòu)等體系。

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑的高度、高寬比，建筑使用功能以及建筑所在的場(chǎng)地條件、抗震設(shè)防烈度等要求，合理地選擇結(jié)構(gòu)體系。12.2多高層鋼混房屋抗震措施1.抗震等級(jí)13.2.2抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度采取不同的抗震等級(jí)，應(yīng)符合相應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)造措施。12.2多高層鋼混房屋抗震措施2.房屋高度及限值《抗震規(guī)范》規(guī)定，較規(guī)則的多、高層現(xiàn)澆鋼混房屋最大適用高度不超過下表的規(guī)定。12.2多高層鋼混房屋抗震措施為了使房屋結(jié)構(gòu)在地震中有足夠的抗側(cè)剛度和整體穩(wěn)定性，

《抗震規(guī)范》規(guī)定，高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高寬比不宜超過下表：高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高寬比限值結(jié)構(gòu)類型設(shè)防烈度6度、7度8度9度框架542框架-抗震墻543抗震墻654

3.抗震設(shè)計(jì)的基本要求

(一)選擇對(duì)抗震有利的場(chǎng)地、地基和基礎(chǔ)

(1)應(yīng)根據(jù)工程需要掌握地震活動(dòng)情況、工程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關(guān)資料，對(duì)抗震有利、不利和危險(xiǎn)地段作出綜合評(píng)價(jià)。應(yīng)選擇有利地段；避開不利地段。當(dāng)無法避開時(shí)應(yīng)采取有效措施。有利地段是指：堅(jiān)硬土或開闊平坦密實(shí)均勻的中硬土地段。

對(duì)危險(xiǎn)地段,嚴(yán)禁建造甲、乙類的建筑，不應(yīng)建造丙類的建筑。

(2)同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土上；也不宜部分采用天然地基、部分采用樁基。當(dāng)?shù)鼗熊浫躔ば酝?、液化土、新近填土或?yán)重不均勻土層時(shí)應(yīng)估計(jì)地震時(shí)地基不均勻沉降或其他不利影響，并采取相應(yīng)措施。

(二)建筑設(shè)計(jì)和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

1.建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不規(guī)則的建筑方案應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施；特別不規(guī)則的建筑方案應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取特別的加強(qiáng)措施；不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的建筑方案。

2.建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，并應(yīng)具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。

（1）在高層建筑的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置。（2）高層建筑宜選用風(fēng)作用效應(yīng)較小的平面形狀。（3）抗震設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土高層建筑，其平面布置宜符合下列要求：

1）平面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，減少偏心；

2）平面長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)，突出部分長(zhǎng)度l不宜過大（圖13.16）L、l等值宜滿足表17.4的要求；

3）不宜采用角部重疊的平面圖形或細(xì)腰形平面圖形。圖13.16

當(dāng)存在表13.5所列舉的平面不規(guī)則類型或表13.5所列舉的豎向不規(guī)則類型時(shí)，應(yīng)符合下面第3條的有關(guān)規(guī)定。

表13.4

平面不規(guī)則類型表13.5

不規(guī)則類型

定義

扭轉(zhuǎn)不規(guī)則

樓層的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移)，大于該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值的1.2倍

凹凸不規(guī)則

結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30％樓板局部不連續(xù)或錯(cuò)層開洞面積大于該層樓面面積的30％，或較大的樓層錯(cuò)層

豎向不規(guī)則類型表13.6不規(guī)則類型

定義側(cè)向剛度不規(guī)則

該層的側(cè)向剛度小于相鄰上—層的70％，或小于其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80％；除頂層外，局部收進(jìn)的水平向尺寸大于相鄰下一層的25％豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件(柱、抗震墻、抗震支撐)的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件(梁、桁架等)向下傳遞樓層承載力突變抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80％

(3)體型復(fù)雜、平立面特別不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，可按實(shí)際需要在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫形成多個(gè)較規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元。

(4)防震縫應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)材料種類、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)單元的高度和高差情況，留有足夠的寬度，其兩側(cè)的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)完全分開。當(dāng)設(shè)置伸縮縫和沉降縫時(shí)，其寬度應(yīng)符合防震縫的要求。(三)結(jié)構(gòu)體系

(1)結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較確定。

(2)結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合下列各項(xiàng)要求：

1)應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑。

2)應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。

3)應(yīng)具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。

4)對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。

(3)結(jié)構(gòu)體系尚宜符合下列各項(xiàng)要求：

1)宜有多道抗震防線。

2)宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位。

3)結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性宜相近。(4)結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接，應(yīng)符合下列要求：

1)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)合理地選擇尺寸、配置縱向受力鋼筋和箍筋，避免剪切破壞先于彎曲破壞、混凝土的壓潰先于鋼筋的屈服、