抗震结构设计

1.地震按其成因可划分为四种类型：构造地震，火山地震，陷落地震和诱发地震。由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震叫构造地震。构造地震分布最广，危害最大。2.关于构造地震的成因有很多种学说，这里主要介绍断层说和板块构造说。按板块构造学说，地球表面的最上层是由强度较高的岩石组成，叫做岩石层，其厚度为70~100km；岩石层的下面为强度较低并带有塑性性质的岩流层。一般认为，地球表面的岩石层是由美洲板块，非洲板块，欧亚板块，印澳板块，太平洋板块和南极洲板块等若干个大板块所组成。这些板块由于其下岩流层的对流运动而做刚体运动，从而使板块之间相互挤压和顶撞，致使其边缘附近岩石层脆性破裂而引发地震。3.按震源的深浅不同，可分为：浅源地震（70km以内，85%），中源地震（70-300km，12%），深源地震（300km以上，3%）。4.地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这就是地震波。它包含在地球内部传播的体波和只限于在地球表面传播的面波。地震波是一种弹性波。体波中包括纵波又叫压缩波或疏密波（p）和横波又叫剪切波(s)，面波包括瑞雷波（r）和洛夫波（l），这四种波传播速度和能量大小排序：psrl。就振幅而言，面波最大。5.地震现象表明，纵波使建筑物产生上下颠簸，剪切波使建筑物产生水平方向摇晃，而面波则使建筑物既产生上下颠簸又产生左右摇晃，一般是在剪切波和面波都到达时振动最为激烈。由于面波的能量要比体波的大，所以造成建筑物和地表破坏的主要是面波。6.地震强度通常用震级和烈度等反映。震级是表示一次地震本身强弱程度和大小的尺度，国际上比较通用的是里氏震级，M=LgA，震级表示一次地震释放能量的多少，也是表示地震强度大小的指标，所以一次地震只有一个震级。微震：小于2级，有感地震：2-4级，破坏性地震：5级以上，强烈地震或大震：7级以上，特大地震：8级以上。7.地震烈度是指地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。8.为评定地震烈度，就需要建立一个标准，这个标准就称为地震烈度表，它是以描述震害宏观现象为主的，即根据人的感觉，器物的反应，建筑物的损坏程度和地貌变化特征等方面的宏观现象进行判定和区分。绝大多数国家包括我国都采用分成12度的地震烈度表。9.全球最大的两个地震带：环太平洋地震带和欧亚地震带。10.抗震的设防目标：小震不坏，中震可修，大震不倒。11.三个地震烈度水准：多遇烈度，基本烈度和罕遇烈度。众值烈度（多遇烈度）：烈度概率密度函数曲线峰值点所对应的烈度。12.当设计基准期为50年时，则50年内众值烈度的超越概率为63.25%，这就是第一水准的烈度。50年内超越概率为10%的烈度大体上相当于基本烈度，定义为第二水准烈度。罕遇地震是罕遇的地震，它所产生的烈度在50年内的超越概率为2%，作为第三水准烈度。基本烈度和众值烈度相差约为1.55度，基本烈度与罕遇烈度相差约1度。13.《抗震规范》提出了两个阶段以实现三个烈度水准的抗震设防要求。第一阶段设计是在方案布置符合抗震原则的前提下，按与基本烈度相对应的众值烈度的地震动参数，用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用标准值和相应的地震作用效应，然后与其他荷载效应按一定的组合系数进行组合，并对结构构建截面进行承载力验算对于较高的建筑物还要进行变性验算，以控制其侧向变形不要过大。这样满足了两个水准要求。第二阶段的设计，即按与基本烈度相对应的罕遇烈度验算结构的弹塑性层间变形是否满足规范要求，如果有变形过大的薄弱层，则应修改设计或采取相应的构造措施，以满足第三水准要求。14.为了保证结构具有足够的抗震可靠性，在进行结构的抗震设计时，必须综合考虑多种因素的影响，着重从建筑物的总体上进行抗震设计，这就是结构的概念设计。15.概念设计主要考虑以下因素：场地条件和场地土的稳定性；建筑物的平、立面布置及其外形尺寸；抗震结构体系的选取、抗侧力构件的布置以及结构质量的分布；非结构构件与主体结构的关系及两者之间的锚拉；材料与施工质量等。16.《抗震规范》按场地上建筑物的震害轻重程度把建筑物场地划分为对建筑抗震有利、一般、不利和危险的地段。17.土的类型划分和剪切波速范围：岩石（坚硬、较硬且完整的岩石，v800），坚硬土或软质岩石（破碎和较破碎的岩石或软和较软的岩石，密实的碎石土，800=v500），中硬土（中密，稍密的碎石土，密实，中密的砾，粗，中砂，坚硬黄土，500=v250），中软土（稍密的砾，粗，中砂，除松散外的细粉砂，可塑新黄土，250=v150），软弱土（淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，流塑黄土，v=150）。18.一般来讲，震害随覆盖层厚度的增加而加重。19.国内外对覆盖层厚度的定义有两种。一种是绝对的，即从地面至基岩顶面的距离，但全国采用的基岩标准不同；另一种是相对的，即定义两相邻土层波速比大于某一定值的埋深为覆盖层厚度。20.我国抗震规范则规定按下列要求确定场地覆盖层厚度，即一般情况下，可取地面至剪切波速大于500且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500的土层顶面的距离，但当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的土层且其下卧岩土层的剪切波速均不小于400时，亦可取地面至该土层顶面的距离作为覆盖层厚度。若土层中有剪切波速大于500的孤石、透镜体，应视同周围土层，土层中的火山岩硬夹层应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。21.我国《抗震规范》指出：建筑场地类别应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为4类，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，其中Ⅰ类分为Ⅰ0、Ⅰ1两个亚类。22.地基土的液化：地震时，饱和砂土或粉土在强烈震动下发生相对的位移，从而使土的颗粒结构趋于密实，如土本身的渗透系数较小，则将使其孔隙水在短时间内未能排出而受到挤压，这将使孔隙水压力急剧上升。当孔隙水压力增加到与剪切面上的法向压应力接近或相等时，砂土或粉土受到的有效压应力下降乃至完全消失。这时，砂土颗粒局部或全部将处于悬浮状态，土体的抗剪强度等于零，形成犹如液体的现象，称为场地土达到液化状态。23.液化概念：饱和的砂土或粉土在地震时土地结构发生破坏。24.影响场地土液化的因素主要有以下几个方面：①土层的地质年代和组成，②土层的相对密度，③土层的埋深和地下水位的深度，④地震烈度和地震持续时间。25.地质年代为第四纪晚更新世及其以前时，冲洪积形成的密实饱和砂土或粉土，7度，8度时可判为不液化土。粉土的黏粒含量百分率在7度，8度和9度分别不小于10，13和16时，可判为不液化土。26.地震反应谱：地震作用下，单自由度体系最大反应值与周期之间的反应关系。27.对于高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可以采用底部剪力法。此法是先计算出作用于结构的总水平地震作用，也就是作用于结构底部的剪力，然后将此总水平地震作用按照一定的规律再分配给各个质点。28.罕遇地震的地面运动加速度峰值将是多遇地震的4-6倍，所以在多遇地震烈度下处于弹性阶段的结构，在罕遇地震烈度下势必会进入弹塑性阶段。29.立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念，往往是构造良好结构性能的决定性因素，这即是所谓的“概念设计”。30.建筑物的平立面布置宜规则，对称，质量和刚度变化均匀，避免楼层错层。我国《高层规程》规定：建筑的竖向体型宜规则，均匀，避免有过大的外挑和内收。31.抗震等级是结构构件抗震设防的标准，钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算、构造措施和材料要求。32.柱的设计应遵循以下原则：①强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰；②在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力；③控制柱的轴压比不要太大；④加强约束，配置必要的约束箍筋。33.强柱弱梁:强柱弱梁的概念是要求在强烈地震作用下，结构发生较大侧移进入非弹性阶段时，为使框架保持足够的竖向承载力而免于倒塌，要求实现梁铰侧移机构，既塑性铰应首先在梁上形成，尽可能避免在危害更大的柱上出现塑性铰。34.柱端弯矩设计值:∑Mc＝ηc∑Mb35.框架柱端弯矩增大系数对框架结构，一、二、三、四级可分别取1.7、1.5、1.3、1.2；其他类型中的框架，一级可取1.4，二级可取1.2，三、四级取1.1。36.为了使梁端有足够的抗剪承载力，实现强剪弱弯的设计思想，应充分估计框架梁端实际配筋达到屈服并产生超强时有可能产生的最大剪力。37.强剪弱弯:在弯曲破坏之前不发生剪切破坏。38.根据“强节点弱构件”的设计概念，框架节点的设计准则是:①节点的承载力不应低于其链接构件的承载力。②多遇地震时，节点应力弹性范围内工作。③罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递。④梁柱纵筋在节区应有可靠的锚固。⑤节点配筋不应使施工过分困难。39.柱的设计应遵循以下设计原则:①强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰。②在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力。③控制柱的轴压比不要太大。④加强约束，配置必要的约束箍筋。40.强柱弱梁的实现方法:∑Mc＝ηc∑Mb∑Mc＝1.2∑Mbua41.强柱弱梁、强剪弱弯的实质：①梁端先于柱端出现塑性铰，控制构件破坏的先后顺序，形成合理的破坏机制，②防止梁柱端先发生脆性剪切破坏，以保证塑性铰有足够的变形能力42.因为多层砌体结构房屋的质量和刚度沿高度分布均匀，且以剪切变形为主，故可以按底部剪力法来确定其地震作用。43.楼层地震剪力是作用在整个房屋某一楼层上的剪力。首先要把它分配到同一楼层的各道墙上去，进而再把每道墙上的地震剪力分配到同一道墙的某一墙段上。这样，当某一道墙或某一段墙的地震剪力已知后，才可能按砌体结构的方法对墙体的抗震承载力进行验算。44.楼层地震剪力的分配原则：横向地震作用全部由横墙承担，而不考虑纵墙的作用。同样，纵向地震作用全部由纵墙承担，而不考虑横墙的作用。45.刚性楼盖房屋是指抗震横墙间距符合《抗震规范》规定的现浇及装配整体式钢筋混凝土楼该房屋。装配式钢筋混凝土属于中等刚性楼盖。46.在纵向地震作用下，纵墙所承担的地震剪力，不论那种楼盖，均可按刚性楼盖考虑，既纵向地震剪力可按纵墙的刚度比例进行分配。47.构造柱：设置混凝土构造柱可以明显改善多层砌体结构房屋的抗震性能，可使砌体的抗剪强度提高10%~30%，提高幅度与墙体高宽比、竖向压力和开洞情况有关；由于构造柱对砌体的约束作用，从而可提高其变形能力；设置在震害较重、连接构造比较薄弱和易于应力集中部位的构造柱可起到减轻震害的作用。构造柱的做法是：先绑扎，再砌墙，支模板，后浇砼。48.圈梁对房屋抗震有重要作用，且是多层砌体结构房屋的一种经济有效的抗震措施，其主要功能为：①加强房屋的整体性。由于圈梁的约束作用，减小了预制板散开以及墙体出平面倒塌的危险性，使纵、横墙能保持为一个整体的箱型结构，充分发挥各片墙体的平面内抗剪强度，有效抵御来自任何方向的水平地震作用。②圈梁作为楼盖的边缘构件提高了楼盖的水平刚度，同时箍住楼盖，增强楼盖的整体性；可以限制墙体斜裂缝的开展和延伸，使墙体裂缝仅在两道圈梁之间的墙段内发生，墙体抗剪强度得以充分发挥，同时提高了墙体的稳定性；圈梁还可以减轻地震时地基不均匀沉降对房屋的影响及减轻和防止地震时地表裂隙将房屋撕裂。49.排架内力分析及组合：考虑空间作用及扭转影响对柱地震作用效应的调整；不等高厂房高低跨交接处柱，在支承低跨屋盖的牛腿面以上各截面，按底部剪力法求得的地震剪力和弯矩，应乘以增大系数η，即η=ζ(1﹢1.7nh/n0×Gel/Geh)；对有吊车的厂房，应将吊车梁顶面标高处的上柱截面由吊车桥架引起的地震剪力和弯矩乘以增大系数。34.砌体结构水平刚度通过柱间支撑来实现。50.单层厂房纵向抗侧构件有柱，纵墙，柱间支撑。51.两个等效：柱距等效和内力等效。52.哪些建筑可不进行地基及基础的抗震承载力验算？答：（1）砌体房屋（2）地基主要受力范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑物：一般单层厂房、单层空旷