第十二章 建筑抗震设计

建筑结构系列电子教案第十二章建筑抗震设计主讲：沙勇2011－1112.1地震的基本知识12.2抗震设计总则和基本要求12.3常见结构抗震设计的一般规定第十二章建筑抗震设计12.1地震的基本知识一地球的构造二地震分类三常用术语一、地球的构造1、地壳▲地球最表面的一层，很薄，一般厚度为5-40km，平均厚度约为30km。▲主要由各种不均匀的岩石组成：沉积岩→花岗岩→玄武岩等。▲绝大部分地震都发生在地壳内。2、地幔▲中间一层，很厚，平均厚度约为2900km。▲主要由具有粘弹性性质的质地比较坚硬的橄榄岩组成。▲地幔内部的物质在热状态和不均衡压力作用下缓慢运动，可能是造成地壳运动的根源。3、地核▲地球最里面的一层，半径约为3500km，是地球的核心部分。▲可分为外核（厚2100km）和内核，其主要构成物质是镍和铁。▲根据推测，外核可能处于液态，内核可能处于固态。地壳地下深度（KM）0100029006370上地幔下地幔外核4980内核地球内部构造二地震的分类地震：地球内某处岩层突然破裂或塌陷或火山爆发等发生振动，并以波的形式传到地表，从而引起地面振动。地球内部构造运动的产物①构造地震：地壳运动推挤岩层产生断裂、错动，引起地面的震动，占地震总数的90％。②火山地震：火山爆发，岩浆猛烈冲出地面，在地球表面产生的震动，发生较少。③陷落地震：由溶洞、矿洞等的塌陷、核爆炸等原因引起的地震，发生较少④诱发地震：由水库蓄水或深井注水等引起的地震，发生较少二地震分类地震：地球内某处岩层突然破裂或塌陷或火山爆发等发生振动，并以波的形式传到地表，从而引起地面振动。地球内部构造运动的产物。①构造地震：地壳运动推挤岩层产生断裂、错动，引起地面的震动，占地震总数的90％。92%的地震发生在地壳中，其余的发生在地幔上部二地震分类②火山地震：火山爆发，岩浆猛烈冲出地面，在地球表面产生的震动，发生较少，这类地震只占全世界地震的7%左右。1914年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个6.7级地震。二地震分类③陷落地震：由溶洞、矿洞等的塌陷、核爆炸等原因引起的地震，发生较少。④诱发地震：由水库蓄水或深井注水等引起的地震，发生较少。•震源：地壳深处发生岩层断裂、错动的地方。•震中：震源正上方的地面。•极震区：震中附近，震动最剧烈破坏最严重的地区。•震中距：地面上某点至震中的距离。•震源距：地面上某点至震源的距离。•震源深度：震源至地面上的垂直距离。•等震线：一次地震中，烈度相同点的外包线。三常用地震术语三常用地震术语问：浅源地震、中源地震、深源地震哪种危害大？浅源地震：震源深度＜60km的地震。如唐山地震（占全世界总释放能量的85%）中源地震：震源深度在60～300km的地震。（占全世界总释放能量的12%）深源地震：震源深度＞300km的地震。（占全世界总释放能量的3%）三常用地震术语定义：岩层断裂错动时，岩层积累的变形能突然释放，它以波的形式传播，形成地震波。体波：在地球内部传播的波。纵波：振动方向与传播方向一致的波。P波横波：振动方向与传播方向垂直的波。S波面波：沿地球表面及其附近传播的波。可认为是体波经地层界面多次反射形成的次生波。瑞雷波：P波S波沿界面传播相互叠加的结果。质点沿波的传播方向在与地表面法向组成的平面内做逆进椭圆运动。R波落夫波：质点沿前进方向作蛇形运动，与运动方向垂直。产生水平扭转运动分量。L波三常用地震术语---地震波纵波横波面波三常用地震术语---地震波传播速度振动幅度纵波、横波、面波性能比较纵波：使建筑物产生上下颠簸三常用地震术语---地震波横波：使建筑物产生水平方向摇晃纵波、横波、面波对建筑物的影响面波：使建筑物既产生上下颠簸又水平方向摇晃，对建筑物破坏最严重横波和面波同时到达时，震动最剧烈三常用地震术语---震级（里氏震级）•定义：衡量一次地震释放能量大小的一种度量指标，用地面振动振幅的大小来度量。•震级的定义最早由美国的里克特（C.F.Richter)给出。•公式：M=lgA•A—用标准地震仪在距震中100km处记录的以微米为单位的最大地表水平位移。震级是表示一次地震释放能量的多少和地震强度大小的指标。一次地震只有一个震级震级与震源释放出能量E的经验关系如下：lgE=1.5M+11.8E——地震释放的能量。（尔格）各级地震所释放的能量见表1.1由此可见：震级差一级，能量相差近32倍。8级的大地震，释放的能量为6×1023尔格，相当于日本广岛爆炸的原子能量的数千倍。震级及其相应的能量震级能量（尔格）震级能量（尔格）12.00×101366.31×102026.31×101472.00×102232.00×101686.31×102346.31×10178.53.55×102452.00×1019震级与能量关系震级M＜22～4＞5＞7＞8类别微震有感地震破坏性地震强烈地震（大地震特大地震震级分类表地球上平均每年发生地震500万次，M＞2.5级的有15万次，M＞4级的有4万次，M＞7造成破坏的则不到20次。M＞8的毁灭性地震2次1.地震烈度：指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。是衡量地震引起后果的一种度量。2.地震烈度表：根据地震时人的感觉、器物的反应、建筑物的损害程度不同和地貌变化特征等方面的宏观现象进行判定和区分，形成地震烈度表。•我国在1980年制定了《中国地震烈度表》。《中国地震烈度表》将地震烈度分为1-12度。三常用地震术语---地震烈度无感1室内个别静止中的人感觉2悬挂物微动门、窗轻微作响室内少数静止中的人感觉3悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人梦中惊醒56（5-9）63（45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏——个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出613（10-18）125（90-177）河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏——局部破坏开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出725（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏——结构受损，需要修理摇晃颠簸，行走困难850（36-71）500（354-707）干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏——墙体龟裂，局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人可能摔跤9100（72-141）1000（708-1414）山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌——大部倒塌，不堪修复骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁灭11地面剧烈变化，山河改观12个别：10%以下少数：10%——50%多数：50%——70%大多数：70%——90%普遍：90%以上速度加速度其它现象一般房屋人的感觉烈度2/smmsmm/3.地震烈度影响因素：震级、震源深度、震中距、地质条件等因素有关。•离震中愈近，地震影响愈大，地震烈度愈高•离震中愈远，地震影响愈小，地震烈度愈低•一次地震只有一个震级，却有不同烈度三常用地震术语---地震烈度三常用地震术语---基本烈度4.基本烈度：一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。用Ib表示。•相当于475年一遇的最大地震的烈度。•基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。•各地区的基本烈度由《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001)确定。（下图是原中国地震烈度区划图）《中国地震烈度区划图》三常用地震术语---基本烈度5.设防烈度：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度，用Id表示。）《规范》规定：一般情况下，可采用《中国地震动参数区划图》中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。6.多遇烈度:建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度，用Is表示。其超越概率为63.2%，重现期为50年。7.罕遇烈度:建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为2000年。12.2抗震设计总则和基本要求•抗震设防的目标•抗震设防分类•建筑地段类别的划分•场地土类型和覆盖层厚度•场地类别的划分•结构平立面布置设防目标---三个水准当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,一般不受损坏或不需修理可继续使用，当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。按规范进行抗震设计的建筑，其抗震设防目标是:小震不坏中震可修（设防烈度可修）大震不倒抗震设防分类《建筑抗震设计规范》采用《建筑抗震设防分类标准》GB50223规定，根据建筑物使用功能的重要性及抗震设防烈度的不同，分为甲、乙、丙、丁4个抗震设防类别。•甲类：重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑•乙类：地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑•丙类：丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑•丁类：抗震次要建筑建筑地段类别的划分地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩、坚硬土、开阔平坦密实均匀的中硬土等不利地段软弱土、液化土、条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡边缘，平面分布土成因、岩性、状态明显不均匀的土层危险地段地震是可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断带上可能发生地表位错的部位按震害轻重程度将建筑场地地段分三类建筑地段的选用原则•宜选择有利地段•避开不利地段•当无法避开不利地段时，应采取有效措施，•不应在危险地段建造甲乙丙类建筑场地土类型和覆盖层厚度•场地土类型是指土层本身的刚度特性，根据土层剪切波速将土的类型划分为四种：土的类型岩土名称和性质土层剪切波速范围m/s坚硬土或岩石稳定岩石，密实的碎石土υs500中硬土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，fa＞200的粘性土和粉土，坚硬黄土500≥υs250中软土稍密的砾、粗、中砂，不属松散类的细粉砂，fa≤200的粘性土和粉土，fa＞130的填土，可塑黄土250≥υs140软弱土淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土、fa≤130的填土，可塑黄土υs140fa为深宽修正后的地基静承载力特征值(KPa)覆盖层厚度•场地覆盖层厚度：•①一般指的是地面至坚硬土顶面的距离。•坚硬土通常是指剪切波速大于500m/s的土层和岩石；•②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，且下卧岩层的剪切波速均不小于400m/s时，也可按该层土顶面至地面的距离作为覆盖层厚度。•注：剪切波速均大于500m/s的孤石、透镜体不计，火山岩硬夹层不计厚度。•土层越厚，震害越严重场地类别的划分《抗震规范》按照等效剪切波速和场地覆盖层厚度两个因素，将建筑场地划分为四种类别：•对丁类建筑和≤10层且高度≤30m丙类建筑，当无实测剪切波速时，可参考岩土性状来划分。1.建筑平面以方形、矩形、圆形为好，正六边形、正八变形、椭圆形、扇形也可以。简单的建筑平面结构平立面布置—平面布置2.带有长翼缘的L形、T形、十字形、U形、Y形平面不宜采用。结构平立面布置—平面布置带有长翼缘的L形、T形、十字形、U形、Y形平面不宜采用，因为这些平面的较长翼缘在地震时容易发生差异侧移而加重破坏L形建筑平面的差异侧移结构平立面布置—平面布置3.带有长翼缘的L形、T形、十字形、U形、Y形平面不宜采用。但为满足建筑艺术的要求，《高层规程》规定，对下图所示的平面，应满足表4.1的尺寸限制。结构平立