建筑抗震设计-第1章-抗震设计原则

建筑抗震设计天津城建大学TIANJINCHENGJIANUNIVERSITY建筑抗震设计主讲人：王庆鹏建筑抗震设计•目录多层砌体房屋5场地、地基与基础2地震作用与结构抗震验算3框架、抗震墙与框架-抗震墙4底部框架-抗震墙、多层内框架砖砌房屋6抗震设计原则17单层钢筋混凝土柱厂房建筑抗震设计唐山大地震（1976年7月28日）•附录A建筑抗震设计四川汶川大地震（2008年5月12日）建筑抗震设计青海玉树大地震（2010年4月14日）建筑抗震设计四川雅安大地震（2013年4月20日）建筑抗震设计云南省昭通市（2014年8月3日）建筑抗震设计•目录多层砌体房屋5场地、地基与基础2地震作用与结构抗震验算3框架、抗震墙与框架-抗震墙4底部框架-抗震墙、多层内框架砖砌房屋6抗震设计原则17单层钢筋混凝土柱厂房建筑抗震设计地震是由于地壳构造运动使深部岩石的应变超过容许值，岩层发生断裂、错动而引起的地面振动。地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震，一年约有500万次。其中约5万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有1000次；7级以上的大地震平均一年有十几次。目前记录到的世界上最大地震是8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震。1.1构造地震抗震设计原则1建筑抗震设计抗震设计原则1地震分类---包括构造地震、火山地震、陷落地震按成因分类天然地震诱发地震–人为因素按震源深浅分类浅源地震中源地震深源地震建筑抗震设计抗震设计原则1火山地震由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震，这类地震只占全世界地震的7%左右。构造地震构造地震影响面广，破坏性大，发生频率高，约占破坏性地震总数的90%以上。诱发地震因人为因素直接造成的地震是诱发地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。建筑抗震设计抗震设计原则1地壳深处发生岩层断裂、错动的地方叫震源；震源正上方的地面称为震中；震中及其附近的地方称为震中区；从震中到地面上任何一点的距离称为震中距。建筑抗震设计抗震设计原则1地震波分为体波和面波。体波横波（S波）纵波（P波）面波特点:周期长、振幅大、波速慢特点:周期短,振幅小,波速快特点：比体波衰减慢、振幅大、周期长、传播远。波速：PS面波面波能量最大，对建筑物和地表破坏最大1.2地震波、震级和烈度建筑抗震设计抗震设计原则1地震震级能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差1000倍。衡量一次地震释放能量大小的等级震级与能量的关系一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。建筑抗震设计抗震设计原则1按震级的地震分类微震---2级以下人感觉不到有感地震---2-4级人有感觉破坏性地震---5级以上有破坏强烈地震---7级以上有破坏特大地震---8级以上有破坏由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。建筑抗震设计抗震设计原则1地震烈度一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。定义及影响因素地震时在一定地点震动的强烈程度。地震烈度表地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。《中国地震烈度表》将地震烈度分为1-12度。建筑抗震设计抗震设计原则11.3地震基本烈度和地震烈度区划图一个地区未来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。各地区的基本烈度由《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001)确定。（下图是中国地震烈度区划图）基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。建筑抗震设计抗震设计原则1建筑抗震设计抗震设计原则1建筑类别不同，抗震设防标准也不同。该标准主要以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响的程度大小，将建筑分成4个抗震设防类别。抗震次要建筑丁类除甲乙丁类以外的一般建筑丙类地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑甲类设防分类A、中央级、省级的电视调频广播发射塔建筑，国际电信楼、国际海缆登陆站、国际卫星地球站、中央级的电信枢纽（含卫星地球站）。B、研究、中试生产和存放剧毒生物制品和天然人工细菌与病毒（如鼠疫、霍乱、伤寒等)的建筑。C、三级特等医院的住院部、医技楼、门诊部。1.4抗震设防分类、设防标准和设防目标建筑抗震设计抗震设计原则1应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低丁类应符合本地区抗震设防烈度度的要求丙类一般情况下，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求，对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施乙类当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求甲类抗震措施较小乙类建筑：工矿企业的变电所、空压站以及城市供水水源的泵房等。抗震性能较好的结构类型指钢筋混凝土结构或钢结构。2.抗震设防措施抗震措施:除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。抗震构造措施：一般不须计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。建筑抗震设计抗震设计原则1抗震设防目标及方法1.总目标具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗震设计方法实现。2.“三水准”抗震设防目标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的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。简称为：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。建筑抗震设计抗震设计原则13.“两阶段”抗震设计方法第一阶段：对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。第二阶段：对一些规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变形验算。有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等建筑抗震设计抗震设计原则1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。设防烈度设防烈度的取值依据：规范规定：抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计建筑抗震设计抗震设计原则1建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率为63.2%的地震烈度。也称为常遇烈度、小震烈度重现期为50年。多遇烈度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。基本烈度是抗震设防的依据。建筑抗震设计抗震设计原则11.5地震的破坏作用（震害现象）1、地表的破坏如地面裂缝、塌陷、喷水冒砂、滑坡等；建筑抗震设计抗震设计原则12.建筑物的破坏现象结构丧失整体性承重结构强度不足结构变形过大导致倒塌建筑抗震设计抗震设计原则1结构构件连接支撑失效地基失效非结构构件破坏建筑抗震设计抗震设计原则13.次生灾害：1、火灾由震后火源失控引起；2、水灾由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；3、毒气泄漏由建筑物或装置破坏等引起；4、瘟疫由震后生存环境的严重破坏而引起。建筑抗震设计一、注意场地选择地震区的建筑宜选择有利地段，避开不利地段，不在危险地段进行工程建设地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩、坚硬土或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，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏散的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷及半填半挖地基）等危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表位错的部位当确实需要在不利地段或危险地段建筑工程时应遵循建筑抗震设计的有关要求进行详细的场地评价，并采取必要的抗震措施1.6抗震设计的基本要求建筑抗震设计抗震设计原则1不规则类型定义扭转不规则楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层二、平面不规则的类型1221222.1122扭转不规则max3.0BBmaxBmax3.0BBmaxBmaxBmax3.0BBmaxBmax3.0BB凹凸角不规则建筑抗震设计抗震设计原则1BBb5.0BBlAAA3.00l局部不连续大开洞错层建筑抗震设计抗震设计原则1不规则类型定义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%竖向不规则的类型17.0iiKKiK1iK2iK3iK)3(8.0321iiiiKKKK沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层）竖向抗侧力构件不连续建筑抗震设计抗震设计原则1竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀（有薄弱层）iyQ,1,iyQ1,,8.0iyiyQQ严重不规则是指体型复杂，多项不规则指标超过表中指标或某一项大大超过规定值，具有严重的抗震薄弱环节，将会导致地震破坏的严重后果者。注：以上规定主要针对钢筋混凝土和钢结构的多层和高层建筑。建筑抗震设计抗震设计原则1三、应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。由于柱子的数量较少或承载能力较弱，部分柱子退出工作后，整个结构系统丧失了对竖向荷载的承载能力。抗震设计的一个重要原则是结构应有必要的赘余度和内力重分配的功能。建筑抗震设计抗震设计原则1结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。足够的承载力和变形能力是需要同时满足的。有较大的变形能力而缺少较高的抗侧向力的能力如钢或钢筋混凝土纯框架，由于在不大的地震作用下会产生较大的变形，导致非结构构件的破坏或结构本身的失稳。建筑抗震设计抗震设计原则1结构构件的延性结构的变形能力取决于组成结构的构件及其连接的延性水平。规范对各类结构采取的抗震措施，基本上是提高各类结构构件的延性水平。这些抗震措施是：1.采用水平向（圈梁）和竖向（构造柱、芯柱）混凝土构件，加强对砌体结构的约束，或采用配筋砌体；使砌体在发生裂缝后不致坍塌和散落，地震时不致丧失对重力荷载的承载能力；2.避免混凝土结构的脆性破坏（包括混凝土压碎、构件剪切破坏、钢筋同混凝土粘结破坏）先于钢筋的屈服；3.避免钢结构构件的整体和局部失稳，保证节点焊接部位（焊缝和母材)在地震时不致开裂。建筑抗震设计四、注意非结构因素最主要的是非结构构件的处理非结构构件的影响：＊影响主体结构的动力特性——如阻尼、周期等＊地震中先期破坏——如玻璃幕墙、吊顶、室内设备等抗震设计中应注意：＊非结构构件与主体结构之间要有可靠的连接或锚固＊对可能对主体结构振动造成影响的非结构构件，应注意分析或估计其对主体结构可能带来的影响，并采取相应的抗震措施五、结构材料与施工的要求建筑抗震设计抗震设计原则11、震级和烈度有什么区别和联系？震级是衡量一次地震释放能量大小的等级，而烈度则表示某一区域的地表和建筑物受一次地震影响的平均强烈的程度。烈度不仅跟震级有关，同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件等多种因素有关。一次地震只有一个震级，但不同