c建筑抗震设计规范

1、建筑抗震设计规范 (GB50011-2010) 解读与宣贯 北方助察设计研究院 20102010 年 1212 月1 .绪言 2 .抗震规范由台的背景及历史回顾 3 .新规范调整内容说明 4 .执行新规范的响应措施1 .绪言 地震是地壳运动的结果， 是一种自然现象。 一次地震的大小取决于释放的能量，用震级来表示；而地震烈度则是反映地面建筑所受到的损坏程度，同一级地震，震源越浅，距离震中越近，烈度越高，随着地震波的衰减，烈度逐渐降低。基于这样的规律，建筑抗震设计用抗震设防烈度或者设计基本地震加速度作为建筑的抗震设防标准，抗震设防烈度和设计基本地震加速度的关系如下表： 抗震设防烈度 6 7 8 9

2、 设计基本地震加速度 0.05g 0.10(0.15)g 0.20(0.30) 0.40g 注：g为重力加速度 我国是一个地震多发的国家，根据板块构造理论，西亚的印度板块向亚欧大陆板块运动挤压，形成了被称之为世界屋脊的青藏高原和天山山脉；而东部处于活跃的环太平洋构造带上，从东南亚到台湾直至日本列岛，都是地震频发的地区。这样的地壳运动背景，决定了我国防震减灾的严重性和必要性，仅上世纪六十年代以来，7级以上的地震就发生了多次，特别是邢台地震(1966),唐山地震(1976),和最近的汶川地震(2008),都发生在人口稠密区，给人民的生命财产造成了严重的损失，所以，建筑的抗震设计越来越受到国家的重视

3、，制订了相关法律法规和技术措施，力求最大限度的减少损失。这其中最好的办法就是对地震的提前预测，我国在1975年曾成功的对海城大地震做出了准确的预报，但这只是一个特例，以目前的科学水平，要对每次破坏性地震做出预报不大可能，采取被动性的防御，例如避开建筑抗震危险地段，在地基基础设计中采取措施，加强建筑物的 结构强度等，仍是目前主要的应对手段，这些办法措施和相关规定，在抗震设计规范中都有具体的体现。 为了使建筑抗震设计有章可循，国家地震局颁布了我国不同地区的地震基本烈度分区，最早的版本发布于1957年，经过多次调整修改，目前执行的是第四版中国地震动峰值参数区划图（GB18306-2001）包括动峰值

4、加速度区划图和动反映谱特征周期区划图， 给出了我国约2500个行政城镇的地震基本烈度 （动峰值加速度）和特征周期，这些基本参数是根据不同地区历史上记载发生的地震，结合区域构造活动情况，按照超越概率统计分析得出的，是全国各类工程抗震设计的基本标准。在此基础上，国内各个行业，包括水利水电，交通，核电等行业都制定出针对本行业工程特点的抗震设计规范。对于工业民用建筑而言，制定的建筑抗震设计规范主要是针对房屋建筑的安全，所采用的地震烈度值取超越概率10%的基本烈度做 为抗震设防烈度（特殊性工程除外），与之相对应的抗震设防目标是：当遭受低于设防烈度的多遇地震（超越概率63%）时，建筑的主体结构不受损坏或者

5、不需要修理可继续使用，当遭受设防烈度（超越概率10%）的地震 时， 可能发生损坏， 但经一般性修理就可继续使用， 当遭受高于本地区设防烈度 （超越概率2-3%）的地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。这就是我们常说的“小震不坏，中震可修，大震不倒”建筑抗震设防的三个原则，而具体的规定要求，在规范中按不同的专业提出，所涉及的岩土工程内容主要集中在第四章“场地、地基和基础”章节中，这一章是岩土工程师需要重点掌握的内容，其他章节做一个大概的了解即可。 建筑工程抗震设防类别，不同于勘察、地基基础设计的等级或分类，在 国标建筑工程抗震设防类别分类标准(GB50223-2008)中有相应的划 分，如下

6、表所示 类别 设防等级 分类原则 常见工程举例 甲类 特殊设防类 使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑 防灾救灾建筑，国家级电力调度中心，卫星地面站，国家级广电发射塔，存放剧毒等危险品的建筑，三级医院病房等 乙类 重点设防类 地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑 消防设施，二三级医院，重要的给水、燃气、热力设施，大型火电厂，省级电力调度中心，高铁、高等级公路、航空、广电主要配套建筑，大型体育馆、电影院、图书馆、商场、博物馆，大型采煤、

7、采油设施，大型冶金、化工、建材等工业建筑，中小学幼儿园教室宿舍等 丙类 标准设防类 除甲、乙、丁类以外的建筑 一般工业厂房和民用建筑 丁类 适度设防类 使用上人员稀少且震损不致产生次 生灾害的建筑 存放一般物品的仓库等 在进行岩土工程勘察及抗震评价时，对不同设防类别的建筑应区别对待，我们的工作对象一般是标准类设防(丙类)，如果是甲、乙类建筑，由于抗震设防严格，可能会有特殊要求，在勘察手段及评价方法上应该加以特别关注。 2 .抗震规范由台背景及历史回顾 回顾我国建筑抗震标准的制定，大体上经历了以下几个历史阶段。 (1) 一九七四年颁布的建筑抗震规范，是我国第一部建筑抗震设计技术标准。在此之前的建

8、筑，一般都未考虑地震影响做抗震设计，当时的基本建设规模很小，民用建筑一般不超过4层。 这期间发生过邢台地震(1966年，6.8级， 震中烈度9度)，造成大量房屋倒塌，人生伤亡很大。随之进入了文革十年，直到文革后期，当时的国家建委着手制定系列建筑工程标准，其中包括建筑抗震设计规范，从70年代中期开始陆续颁布，此后进行 的建筑工程开始进行建筑抗震设计。但鉴于当时的经济条件和技术水平， 抗震设计方法措施还处于初级阶段，标准和要求也比较低。 （2）一九七八年，国家建委颁布了第二部工业与民用建筑抗震设计规范（TJ11-78）,这当中仅间隔了四年时间，主要是总结了辽宁海城地震 （1975年2月4日7.3级

9、）和唐山地震（1976年7月28日，7.8级，震中烈度11度）二次大地震的教训和经验，这二次地震都发生了冲洪积平原区，大量出现喷水冒砂的地面表征，致使很多建在其上的建筑物损毁，这为饱和砂土液化的判别提供了宏观的实测和依据。为此补充了有关地基液化的 条文，在场地和地基方面的规定仍体现原则性，。共计8条（5-12条），以下三条需要关注。 1）工程场地分为三类：I类：稳定岩石，田类：饱和粉砂，软塑流 塑的粉质粘土、淤泥质土、冲填土以及其他软弱的人工填土等；II类：除I、田类场地土外的一般稳定土，这与我们现行规范中的土的类型基本相当； 2）规定了抗震的有利、不利和危险地段； 3）根据唐山地震宏观资料，

10、首次提出液化判别的计算公式，其中的临界锤击数 N=N1+0.125（ds-3）-0.05（dw-2） 上式是我国最初提出的液化判定计算式 （3）八九规范（GBJ11-89）是建设部颁布的第三部建筑抗震设计规范，对78规范做了较大修订，主要有以下几个内容： 1）明确提出抗震设计的三个水准，做为抗震设计的目标，除特别批 准外，抗震设计取第二水准，将50年超越概率10%的基本烈度做为抗震设防烈度。 2）首次对建筑场地类别做出规定，这是根据国内的震害资料和层状土理论建立的一种新的计算模式。场地类别取决于土的类型和覆盖层厚度二个因素，前者是地壳最表层土刚度的表征，与建筑物地基基础的作用最为直接，后者则反

11、映对抗震有利的岩石或坚硬土埋藏的深度。利用这两个因素，将建筑场地划分为四类，I类场地抗震最好（特征周期值较小），依 此类推，IV类场地抗震性能最差。 3）对场地土分类，除根据名称和性状定性区分外，引入剪切波速指标，用以判定和划分不同类型场地土，对多层土则利用厚度加权平均值。 4）与78规范相比，89规范对液化判别方式进行了较大的调整，一是在判别程序上分初判和详判二步走，提出了初判是否液化的三个条件，如果不符合三个条件之一或者不能确定，再利用标贯法进行评判，评判时利用的临界锤击数Nc尸No+0.9+0.1（ds-dw）（3/pc）?。公式中调整了水位和土层的深度的影响系数，增加了粘粒含量pc项，

12、使之使用范围扩大到饱和 粘土，该公式是线性方程式，简便实用。 总的来看，89规范的调整幅度较大，提出了一些新的概念和规定，其指导思想和原则仍为现行的规范继承采用。 （4）第四部建筑抗震设计规范（GB50011-2001）于2002年1月1日实施，与89规范相比，在以下几个方面做了调整： 1）首次设立强制性条文，其中与岩土工程有关的四条，分别涉及到抗震地段评价（3.3.1条）、场地类别划分（4.1.6条），对勘察的要求（4.1.9条）和液化判别（4.3.2条）。 2）将抗震设防烈度液改为设计基本地震加速度，以期与中国地震动参数区划图统一，其值大小与区划图中的地震动峰值加速度相当。 3）将原规范中

13、的近震、远震改为设计地震分组，共划分三个组，其中的近震大部分相当于第一组，远震相当于二三组。从抗震设计来讲，不同的分组对设计特征周期有影响。 4）对用于建筑场地类别划分的覆盖层厚度代表值做出调整，具界限值分别由0、3、9、80米四个厚度值调整为0、3、5、15、50、80米六个厚度值。 5）将层状土剪切波速厚度加权平均值Vsm,改为等效剪切波速Vse,使之物理意义更为准确。 6）液化判别厚度下限调整，深度大于5m的深基础或桩基础，判别深度增大到20m,给出了1520m深度范围内标贯击数临界值Ncr计算公式，但15m以上的基本判别式无变动。 7）附录A中给出了我国2000多个城镇的抗震设防烈度，

14、设计基本地震加速度和设计地震分组，这是依据中国地震动参数区划图（A1、B1）细化而来，主要是为了使用上的方便。 2008年汶川大地震之后，为了指导灾区的震后重建，建设部发布了第 71号文，对抗震设计规范进行了局部修订，即我们所说的2008年版，主要是对这次地震波及的地区（三个省）的部分县市设防烈度做了调整，规范总体上改动不大。 综上所述，在建筑抗震设计方面，从1974年起，我国共颁布了包括最 新版本的五部规范，这些不同时期出台的技术标准，反应了不同时期的科 技水平和综合国力，也体现了我国抗震设计水平的不断提高和自我完善， 了解一下这一过程的演化和历史沿革，可以使我们有一个系统的历史概念， 对更

15、好地掌握执行新规范有一个完整的认识。 三、新规范调整内容说明 2001版抗震设计规范（以下简称老规范）执行了近十年的时间，其中 对岩土工程方面相关要求规定大家都已经熟悉，再此，重点仍是讨论2010 版规范（以下简称新规范）新的规定和调整。在今后工程中应以新规范所 做的规定为准。 1）抗震地段的划分 在老规范正文中，列出对建筑抗震有利、不利和危险三种地段，在条 文说以中将其它情况视为可进行建设的一般场地。新规范正文4.1.1条则明 确将介于有利和不利地段之间的场地定为“一般地段”，见下表。 地段类别 地形、地质、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 一般地段 不属于

16、有利、不利的危险的地段 不利地段 软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、 岩性、 状态明显不均匀的土层 （含故河道、 暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基） ，高含水量的可塑黄土，地表存在结构性裂缝等 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 2）剪切波速孔数量 在初勘阶段，每一地质单元测量剪切波速的钻孔数量，老规范规定为 控制孔的1/31/5,山间河谷地区可适量减少，且不宜少于3个。新规范4.1.3 条第一款去掉了前者，只规定不宜少于3个。规定相对灵活一些。但在实 际工作中，需注意的是，一个大的建筑

17、场地可能包含若干个地质单元，每个地质单元都应配置足够数量的波速孔，如果是同一地质单元，则应考虑波速孔在平面上的控制作用 3） 土的类型划分和剪切波速值 老规范将士的类型划分成四类：坚硬土或岩石、中硬土、中软土和软弱土，新规范4.1.3条第3款将其改为五类，见下表。 （表4.1.3） 土的类型 岩土名称和性状土层男切波速氾围 （m/s） 岩石 坚硬、较硬且完整的岩石Vs800 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仲后土 800Vs500 中硬土 中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，fak 500Vs250 150的黏性土和粉土，坚硬黄土 稍密的砾、粗、中砂，除松

18、散外的细、粉砂，fakw150的黏 中软土 250Vs150 性土和粉土，fak130的填土，可塑新黄土 软弱土 淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的黏性土和粉土，fak akVs150 130的填土，流塑黄土 注：fak为由载荷试验等方法得到的地基承载力特征值（kPa）；Vs为岩土剪切波速 上表中的主要变化，是将原来的第一类土（坚硬土或岩石）细分成岩 石，坚硬土或较软弱岩石两个类型，其剪切波速值由原来的大于500m/s改 为大于800m/s和500800m/s两个定量标准。这主要是考虑达到500m/s剪 切波速的场地土还不是很坚硬，参考国内外同类经验，坚硬岩石的横波速 速值，美国是760m/

19、s,欧洲是800m/s,我国的核电站标准是700m/s。波速 值越高，岩石（体）就越坚硬完整，从安全计提高到800m/s是提高了抗震设计的标准。 另外， 在表4.1.3中还有两处调整：a）中软土Vs值下限由140m/s提高到150m/s,是个微调主要是考虑与国际标准一致b）当用岩土性状估算剪 切波速时，老规范将粘性土和粉土fak=200Kpa做为区分中硬土和中软土的界限值；新规范取150Kpa,这主要是考虑有些fak500m/s的条件外，新规 范增加了一个附加条件：其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500m/s,这 可以理解为，覆盖层顶面之下不能再出现小于500m/s波速的地层。实际工 程中，如

20、果是岩石的话，一般风化程度会随深度增加而减弱，波速值提高，所以再出现低波速值地层的可能性并不大。需注意的是层状地层，如密实的砾碎石土或构造破碎带，在硬层之下会有可能出现小于500m/s波速的地 层，在这种情况下覆盖层顶面应下移，但由于钻孔深度也不可能太大，应具体问题具体分析，按地层的沉积规律并结合地区工程经验，给出适合的覆盖层厚度值。 5）建筑场地类别 确定场地类别是岩土工程勘察所要解决的最重要任务之一。根据覆盖层厚度和剪切波速（取覆盖层和20m两者较小值深度内的等效剪切波速）进行划分。老规范分四个类别，新规范将其中的I类建筑场地细分为I0和 I1二个亚类，当剪切波速Vs800m/s时为I0类

21、，500800m/s为I1类，这 主要是考虑Vs500时的场土地还不是很坚硬， 将I0的Vs值下限定为800m/s对两个亚类给予区别对待，是比较合理的 新规范对场地类别的划分见下表。 表4.1.6各类建筑场地的覆盖层厚度（m） 岩石的剪切波速或 士的等效剪切波速（m/s） 场地类别 I0 I1 n m IV Vs800（岩石） 0 800Vs500（坚硬土或软岩） 0 500Vs250（中硬土） 5 250Vs150（中软土） 50 Vs150（软弱土） 80 注：Vs系岩石的剪切波速 需要注意的是，不论是I0还是I1类场地，覆盖层的厚度都是0,从岩 土性质上讲，均是指岩土出露地表，在表层覆盖

22、的粘性土、砂土或砾石土 的Vs值一般达不到500m/s。 另外，中软土等效剪切波速的下限（软弱土上限）值，新规范由原来的140m/s调整为150m/s,确定场地类别时要注意这个改动。 6）发震断裂的最小避让距离 当建筑场地或周边存在发震断裂时，对符合下列情况之一者可忽略其影响：设防裂度小于8度；非全新世（1万年）活动断裂；对隐伏断裂，对应8度、9度设防裂度时的覆盖层厚度分别大于60和90m。如果不符合上述规定， 应避开主断裂带，甲类建筑的避让距离需专门研究，对乙、丙类建筑，新规范要求的最小避让距离较老规范提高100m。见表4.1.7 表4.1.7发震断裂的最小避让距离（m） 烈度 建筑抗震设防

23、类别 甲 乙 丙 丁 8 专门研究 200 100 一 9专门研究400200- 7 液化判别是岩土工程勘察的重点，也是一个难点，涉及的问题比较复杂，执行新规范时对以下几个问题需要注意。 判别程序仍采用先初判后详判的原则，初判的基本方法新老规范基本一致。这方面容易出错的是地下水位的取值，一般情况下，取设计基准期（50年）内年平均最高水位，不好把握时，可以采用近期（35年）最 高水位，原则上，液化评价使用的水位应大于等于勘察期间所测得的稳定水位。 初判使用的参数液化土特征深度d0值新老规范没有变化。 判别深度下限老规范取15m,桩基或d5m的深基础为20m。新规范规定20m,但下列情况之一者可判

24、至15m。 * 砌体房屋（多层石专混建筑） * 单层厂房 * 小于8层且高度不超过24m的民用框架房屋，多层框架厂房 * 地基主要受力层范围内不存在较弱粘性土层。这里的两个概念需要解释一下，地基主要受力层是指地基规范中所定义的地基变形计算深度；软弱粘性土层是指设防烈度为7、8、9度时，fak分别小于80、100、120Kpa的土层。 综合上述规定，对液化判别深度一般可理解为：高层建筑或桩基（复合地基）取20m,一般|i建筑15m,实际上，新老规范在这个问题上的规定差别不大。 锤击数临界值Ncr计算公式进行了调整，对比一下计算公式: 老规范公式：Ncr=N00.9+0.1(ds-dw)3/pc

25、新规范公式：Nc尸NoBLn(0.6ds+1.5)0.1dw73下 新规范中的B值为调整系数，与设计地震分组有关，第一组0.8,第 二组0.95,第三组1.05,组数越高，Ncr值就越大，判为液化土的可能性就越大。 从数学意义上讲，老规范公式的数学表达式是以15m分界的二条直线 方程，基本上是线性的。新规范公式则是一条对数曲线。将二个公式放在同一坐标中比较可以看出，在312m、1820m深度范围内，新公式的Ncr值要略大一些，在15m左右略小一些，取相同计算条件试算，二者的绝对值相差不大，从理论上，新规范按对数计算可能更合理一些。 计算式中的标贯击数基准值NO有调整，老规范按烈度和地震分组取值

26、，新规范只与设计地震加速度有关，见下表。 表4.3.4液化判别标准贯入锤击数基准值NO 设计基本地震加速度(g) 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 标准贯入锤击数基准值 7 10 12 16 19 对应相同条件，7、8度区的第一组新规范的NO值相对大一些，但考虑到新增加的B系数，计算结果绝对值相差不大。 8)液化等级的确定 这方面基本未做调整，仍按液化指数&划分液化等级，新规范取消深度15m的IIE计算，当需按15m计算时，可令15m以下的标贯击数实测值等于临界值，相当于未将其计算在内。 液化指数计算式见下式： nNi Ile15Wi i1Ncri 液化指数与液化等级的对应关系如下表 表4.3.5液化等级与液化指数的对应关系 1 液化指数IlE 0VIlE6 618 9）消除液化措置要求 抗液化措施分三类：全部消除，部分消除，基础和上部结构处理参见规范表4.3.6。其中全部消除液化的规定新旧规范相同，对于部分消除液化，新规范有些调整，主要有两点：一处理后的Ile不宜大于5,但对 于箱筏基础的中心区域，可降低1,这是因为箱筏基础在荷载作用下其中心区域的超载很大，对产生喷水冒砂的液化机理有抑制作用，故要求适当放宽了一些。再就