结构震害分析

1、2.1场地、地基和结构震害l地震对建筑物的破坏程度首先取决与地震释放能量（震级），其次与震源深浅、震中距及场地土性质有关，此外还与结构本身动力特性有关。l高层建筑震害受场地性质影响比低层建筑更大，尤其是深厚软土地基对高层建筑不利。l地震波在土介质中传播时，地面运动中的短周期分量容易衰减，长周期分量传播较远。l软土中，地震波长周期成分传播更远，软土愈厚的地方，不但卓越周期愈长，地震波的振幅放大的愈大。l结构自振周期与场地卓越周期应拉开一定距离，防止共振。最理想的情况是结构自振周期比场地卓越周期长。l砂土液化的危害造成建筑整体下沉、倾斜、倾覆等。我国1975海城地震，1976唐山地震都有这些情况发

2、生。l例1墨西哥城1985年9月19日8.1级（9月20日7.5级余震）。墨西哥城距震中约270230km，地震持续60s，震中加速度0.18g传到墨西哥城峰值放大到0.2g，这与墨城场地性质有关。l拉丁美洲大厦为何无任何破坏？l结构自振周期 T1=3.5秒 T2=1.5秒 T3=0.9秒l该大厦为钢结构l场地卓越周期1.52秒l进行过弹性时程分析l结构自振周期避开了场地卓越周期是未遭受地震破坏的关键。2.2 结构刚度和震害的关系l剪力墙结构刚度较大，地震时它的变形比框架小，结构及填充墙、内装饰等损坏较轻。l不对称布置引起的扭转使结构破坏更严重。l例215层中央银行与18层美洲银行震害比较。

3、中央银行：筒偏置，扭转，单跨框架。 美洲银行：筒中筒，内筒由弱连梁连接的4个小筒组成。林同焱设计思想是：地震时连梁首先破坏，结构周期加长刚度减小地震作用减小。l例2 1972年尼加拉瓜首都马那瓜地震l15层的中央银行与18层美洲银行震害比较分析。l2.3结构双向刚度不均匀造成的破坏例3 美国1979年帝国峡谷地震（6.5级），ICSB大楼距震中18英里，严重破坏。结构体系：6层框架剪力墙缺点：（1）仅横向布置了剪力墙且上下不贯通 （2）底层敞开式纵向无隔断墙提供刚度破坏: （1）底层柱脆断，D、E、F轴柱破坏依 次加重。 （2）柱断裂造成楼板塌落 （3）柱箍筋在一层地坪以上未加密。地 坪以下柱

4、断面缩小。l例41999年台湾集集地震，“透天厝” 民居 以及教学楼破坏。l结构体系：框架。l缺点：纵向刚度差，横向隔墙刚度相对太大。l破坏：纵向倒塌。l2.4结构平面刚度不均匀造成扭转破坏l地震本身存在扭转分量，无实测资料也无法计算。l减小结构的质量不均匀和刚度不均匀，加强结构抗扭刚度和抗扭能力。l例51978年日本宫成冲地震l底层空旷的结构在历次地震中遭受破坏是普遍现象，底层空旷形成软弱层。l例71972美国圣非南多地震olive-view医院主楼破坏（地震峰值加速度0.6g）l结构体系：框支剪力墙l缺点：上部刚度比下部大10倍l优点：底层方柱采用螺旋配箍，房屋因此未到塌。l破坏：底层柱侧

5、移很大600mm，柱竖向钢筋压屈。丽江地震中，底部框架丽江地震中，底部框架-上部上部砖房破坏砖房破坏 l例81995年日本阪神地震l地震峰值加速度达0.8g，余震接近0.4gl底层商店、车库，上部为住宅的房屋大量倒塌，原因是上下刚度差距太大。l中高层建筑中间少数层整层塌陷，多数在钢骨柱变为钢筋混凝土柱或钢骨柱变钢柱的过渡层。理论分析尚不很完全，有一种解释是：局部楼层承载力不足，因为地震剪力沿高度是曲线型，而实际工程设计时按直线分布假定，造成中间某些楼层承载力不足。如果构造措施如箍筋配置等不到位就会造成柱剪破坏而倒塌。l我国型钢混凝土规程基于以上震害情况，提出结构过渡层问题。l结构刚度从下往上均

6、匀变小是合理的，但突变是危险的。l刚度突变加剧了高振型的影响，上部刚度急剧变小的部位位移放大，这就是鞭梢效应。l典型案例是天津大学主楼顶部塔楼在1976年唐山地震中破坏。教科书上均有介绍，不再赘述。l温度缝或抗震缝净宽小于结构地震作用侧移值。l近代结构设计概念中，一般情况下尽可能不设缝。l经典案例l1）天津友谊宾馆东西主楼，缝宽按规范留置150mm。1976年唐山地震两楼碰坏。l2）北京民航大楼9层与13层两楼间设100mm抗震缝，缝宽太小，碰坏。l3、北京饭店东楼18层，与老楼设置缝宽600mm，没有任何破坏。l例91989年美国洛马普里埃塔地震，旧金山湾区奥克兰880号州际公路高架道路倒塌

7、。l结构体系：两个铰接门式刚架叠置，部分处理成3铰构造。l优点：静定结构对地基不均匀沉降和温度应力不敏感。l缺点：超静定次数太少，对抗震不利。铰接点破坏造成塌落。l短柱：剪跨比小于2。对短柱问题的认识在1968年日本十绳冲地震后得到重视。短柱在反复荷载作用下，抗剪承载力降低，多数为剪切破坏。长短柱共存时，短柱先剪坏，使长柱受力负担加大，然后也破坏。l角柱和节点破坏引起结构连续倒塌（台湾1999年集集地震14层框架倒塌）l强梁弱柱：框支剪力墙结构 现浇框架未考虑现浇楼板对梁刚度和承载力的贡献，低估了框架梁的承载力。窗间墙约束造成短柱破坏窗间墙约束造成短柱破坏l震害中剪力墙整体破坏的实例较少。l2

8、006年1月日本东京防灾研究所6层框架剪力墙结构足尺模型（1200吨质量）振动台试验，模拟1995年日本阪神地震。最大峰值地震加速度0.8g，余震约0.4g。l短柱的剪切破坏，普通剪力墙（框架梁贯通）为剪切型破坏，开竖缝剪力墙弯曲型破坏。l框架剪力墙结构，“高规”中建议框架梁拉通，形成剪力墙边框，但实验中反映出“边框”使剪力墙变成矮墙，均为剪切破坏，这一问题目前有争议。（1）结构刚与柔的选择 应结合建设地点的地质特性，结构高度，结构体系等综合分析，以满足变形限值为目标。（2）结构平面布置宜刚度均匀，减少扭转。l剪力墙的布置是关键l平面不规则问题l长宽比问题l周期比、位移比与扭转的关系l以上可参阅建筑结构2005.11期（3）结构竖向刚度宜均匀，避免软弱层，减少鞭梢效应l框支剪力墙l关于结构嵌固端问题，“高规”规定是刚度不小于2倍，建议3倍以上。l嵌固的边界条件： 平移值为0 现浇板板应保证一定厚度180l转角为0 地下室顶板采用梁板楼盖l竖向变形为0 加大嵌固点以下柱承载力，柱配筋放大10。（4）预估结构破坏形态，调整承载力以加强或削弱某些部位 竖向结构承载力要均匀，不能完全按地震内力组合计算结果配筋，而应按内力包络图，从概念设计角度均衡上下层构件承载力，自下而上均匀减小。l估计结构可能的薄弱部位，以及明确