城市轨道交通结构抗震设计规范课件

1、城市轨道交通结构抗震设计规范(GB50909-2014)袁 勇 地下结构HPC LabRisks from EarthquakeChallengesSolutionsSummaryCases2HPC LabDamages from EarthquakeChallengesSolutionsSummaryCases3HPC LabSafety of Underground Structures under Earthquake 抗震减灾法规与技术标准 设防标准和设防目标 轨道交通地下结构抗震设计要点 复杂结构的抗震设计的难题提 纲 抗震减灾法规与技术标准 设防标准和设防目标 轨道交通地下结构抗震

2、设计要点 复杂结构的抗震设计的难题 提 纲法规与标准法规与标准法规与标准中华人民共和国建筑法、防震减灾法国务院建设工程质量管理条例国务院建设工程勘察设计管理条例建设部实施工程建设强制性标准监督规定住房和城乡建设部市政公用设施抗灾设防管理规定2008年中华人民共和国主席令第七号中华人民共和国防震减灾法1已由中华人民共和国第十一届全国人民代表大会常务委员会第六次会议于2008年12月27日修订通过，现将修订后的中华人民共和国防震减灾法公布，自2009年5月1日起施行。胡锦涛2008年12月27日（1997年12月29日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过，2008年12月27日第十一

3、届全国人民代表大会常务委员会第六次会议修订）法规与标准第一章 总则第一条 为了防御和减轻地震灾害，保护人民生命和财产安全，促进经济社会的可持续发展，制定本法。第二条 在中华人民共和国领域和中华人民共和国管辖的其他海域从事地震监测预报、地震灾害预防、地震应急救援、地震灾后过渡性安置和恢复重建等防震减灾活动，适用本法。第三条 防震减灾工作，实行预防为主、防御与救助相结合的方针。法规与标准第四章 地震灾害预防第三十五条 新建、扩建、改建建设工程，应当达到抗震设防要求。重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程，应当按照国务院有关规定进行地震安全性评价，并按照经审定的地震安全性评价报告所确定的抗震设

4、防要求进行抗震设防。建设工程的地震安全性评价单位应当按照国家有关标准进行地震安全性评价，并对地震安全性评价报告的质量负责。前款规定以外的建设工程，应当按照地震烈度区划图或者地震动参数区划图所确定的抗震设防要求进行抗震设防；对学校、医院等人员密集场所的建设工程，应当按照高于当地房屋建筑的抗震设防要求进行设计和施工，采取有效措施，增强抗震设防能力。法规与标准第四章 地震灾害预防第三十四条国务院地震工作主管部门负责制定全国地震烈度区划图或者地震动参数区划图。国务院地震工作主管部门和省、自治区、直辖市人民政府负责管理地震工作的部门或者机构，负责审定建设工程的地震安全性评价报告，确定抗震设防要求。法规与

5、标准建筑抗震设防分类标准GB50223中国地震动参数区划图GB18306工程场地地震安全性评价 GB17741建筑抗震设计规范GB 50011岩土工程勘察规范GB50021 地铁设计规范GB 50157混凝土结构设计规范钢结构设计规范地基基础设计规范 抗震减灾法规与技术标准 设防标准和设防目标 轨道交通地下结构抗震设计要点 复杂结构的抗震设计的难题提 纲 设防标准分类设防建筑重要性不同，设防标准有差别；多水平设防同类建筑，应考虑不同水平的地震作用。 设防目标控制不同设防水平下结构的性能设防标准和设防目标建筑抗震设防分类标准GB50223-2004第3.0.2条甲类（特殊设防类）：重大建筑工程；

6、地震时可能发生严重次生灾害的建筑乙类（重点设防类）：地震时使用功能不能中断的建筑或需尽快恢复的生命线工程丙类（标准设防类）：除甲、乙、丁类建筑以外的建筑丁类（适度设防类）：使用人员稀少可适度降低3.1 抗震设防要求3.1.1 城市轨道交通结构应划分为特殊设防类、重点设防类、标准设防类三个抗震设防类别。设防标准和设防目标3.1.2 抗震设防类别的划分应符合下列规定：1 标准设防类：除特殊设防类、重点设防类以外的其他轨道交通结构；重点设防类：除特殊设防类以外的高架区间结构、高架车站主体结构、区间隧道结构和地下车站主体结构；特殊设防类：在城市轨道交通网络中占据关键地位、承担交通量大的大跨度桥梁和车站

7、的主体结构。设防标准和设防目标设防标准和设防目标多水准设防：第一设防水准：50年超越概率63%的众值烈度，重现期50年多遇地震（小震）第二设防水准：50年超越概率约10%的众值烈度，重现期475年，为中国地震区划图规定的地震基本烈度，即抗震设防烈度设防地震（中震）；第三设防水准：50年超越概率约2-3%的众值烈度，重现期1642-2475年罕遇地震（大震）。多水准设防：抗震设防烈度，一个地区抗震设防依据的地震烈度，一般情况下可采用中国地震区划图规定的50年超越概率10%的地震基本烈度。设防标准和设防目标3.1.4 各抗震设防类别结构的抗震设防标准，应符合下列要求：标准设防类：抗震措施应按本地区

8、抗震设防烈度确定；地震作用应按现行国家标准中国地震动参数区划图GB18306 规定的本地区抗震设防要求确定；重点设防类：抗震措施应按本地区抗震设防烈度提高一度的要求确定；地震作用应按现行国家标准中国地震动参数区划图GB18306 规定的本地区抗震设防要求确定；对进行过工程场地地震安全性评价的，应采用经国务院地震工作主管部门批准的建设工程的抗震设防要求确定，但不应 低于本地区抗震设防要求确定的地震作用；特殊设防类：抗震措施应按本地区抗震设防烈度提高一度的要求确定；地震作用应按国务院地震工作主管部门批准的建设工程的抗震设防要求且高于本地区抗震设防要求确定。设防标准和设防目标3.1.4 各抗震设防类

9、别结构的抗震设防标准，应符合下列要求：标准设防类：抗震措施应按本地区抗震设防烈度确定；地震作用应按现行国家标准中国地震动参数区划图GB18306 规定的本地区抗震设防要求确定；重点设防类：抗震措施应按本地区抗震设防烈度提高一度的要求确定；地震作用应按现行国家标准中国地震动参数区划图GB18306 规定的本地区抗震设防要求确定；对进行过工程场地地震安全性评价的，应采用经国务院地震工作主管部门批准的建设工程的抗震设防要求确定，但不应 低于本地区抗震设防要求确定的地震作用；特殊设防类：抗震措施应按本地区抗震设防烈度提高一度的要求确定；地震作用应按国务院地震工作主管部门批准的建设工程的抗震设防要求且高

10、于本地区抗震设防要求确定。设防标准和设防目标第3.0.3条 建筑抗震设防标准地震作用 设防水准丁类： 抗震措施允许低于设防烈度（6度不降）丙类：设防烈度 高于设防的罕遇作用不倒塌乙类：设防烈度 抗震措施提高1度（9度区按高于9度）甲类：按“安评”且高于设防烈度抗震措施提高1度（9度区按高于9度）3.1.4 各抗震设防类别结构的抗震设防标准，应符合下列要求：标准设防类：抗震措施应按本地区抗震设防烈度确定；地震作用应按现行国家标准中国地震动参数区划图GB18306 规定的本地区抗震设防要求确定；重点设防类：抗震措施应按本地区抗震设防烈度提高一度的要求确定；地震作用应按现行国家标准中国地震动参数区划

11、图GB18306 规定的本地区抗震设防要求确定；对进行过工程场地地震安全性评价的，应采用经国务院地震工作主管部门批准的建设工程的抗震设防要求确定，但不应 低于本地区抗震设防要求确定的地震作用；特殊设防类：抗震措施应按本地区抗震设防烈度提高一度的要求确定；地震作用应按国务院地震工作主管部门批准的建设工程的抗震设防要求且高于本地区抗震设防要求确定。设防标准和设防目标地震作用水平（设防水准）E1：符合地铁100年设计使用寿命；E2：与中国地震动参数区划图GB18306 相一致；E3：与“罕遇”地震发生频次相关。控制结构性能水平场地地震响应设防标准和设防目标3.2 抗震性能要求3.2.1 城市轨道交通

12、结构的抗震性能要求应分成下列三个等级：性能要求 I：地震后不破坏或轻微破坏，应能保持其正常使用功能；结构处于弹性工作阶段； 不应因结构的变形导致轨道的过大变形而影响行车安全；性能要求 II：地震后可能破坏，经修补，短期内应能恢复其正常使用功能；结构局部进入弹 塑性工作阶段；性能要求 III：地震后可能产生较大破坏，但不应出现局部或整体倒毁，结构处于弹塑性工 作阶段。设防标准和设防目标多水准设防：“小震不坏，中震可修，大震不倒”设防标准和设防目标 抗震减灾法规与技术标准 设防标准和设防目标 轨道交通地下结构抗震设计要点 复杂结构的抗震设计的难题提 纲抗震设计要点 工程选址与场地处理工程场地勘察场

13、地类别抗震危险性评价场地处治 抗震设计结构选型概念设计抗震措施调整地震作用的效应抗震构造措施地震作用计算计算模型效应组合结构验算抗震设计要点4.1 一般规定4.1.1 城市轨道交通结构的场地与地基应考虑下列宏观震害或地震反应：强烈地震动造成场地、地基的失稳或失效，包括土层液化、震陷、地裂缝、滑坡等；2 地表断裂错动，包括地表基岩断裂及构造性地裂造成的破坏；3 局部地形、地貌、地层结构的变异引起地震动异常造成的特殊破坏。工程场地勘察5.7 场地和地基的地震效应5.7.1 抗震设防烈度等于或大于6 度的地区，应进行场地和地基地震效应的岩土工程勘察，井应根据国家批准的地震动参数区划和有关的规范，提出

14、勘察场地的抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组。抗震设计要点4.1 一般规定4.1.1 城市轨道交通结构的场地与地基应考虑下列宏观震害或地震反应：强烈地震动造成场地、地基的失稳或失效，包括土层液化、震陷、地裂缝、滑坡等；2 地表断裂错动，包括地表基岩断裂及构造性地裂造成的破坏；3 局部地形、地貌、地层结构的变异引起地震动异常造成的特殊破坏。5.7.12 场地或场地附近有滑坡、滑移、崩塌、塌陷、泥石流、采空区等不良地质作用时，应进行专门勘察，分析评价在地震作用时的稳定性。工程场地勘察4.1.2 城市轨道交通结构的场地与地基的勘察和评价应至少包括下列内容：确定场地土的类型和场地类别；对可

15、能产生滑坡、塌陷、崩塌和采空区等的岩土体，进行地震作用下的地基稳定性评价；对判别为液化的土层，根据液化等级提出处理方案；当不进行抗液化处理时，应计入液化效应的影响对土层的设计参数进行修正；4 划分场地抗震地段类别。5.7.11 抗震设防烈度等于或大于7 度的厚层软土分布区，宜判别软土震陷的可能性和估算震陷量。工程场地勘察抗震设计要点5.7.2 在抗震设防烈度等于或大于6度的地区进行勘察时，应确定场地类别。当场地位于抗震危险地段时，应根据现行国家标准建筑抗麓设计规范 GB50011 的要求，提出专门研究。工程场地勘察抗震设计要点建筑抗震设计规范 GB50011 。抗震设计要点工程场地勘察4.2.

16、6 工程场地类别，应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为四类，并应符合表4.2.6 的规定。当土层等效剪切波速和覆盖层厚度处于表4.2.6 所列场地类别分界线的界限值附近时，宜按插值方法确定地震作用计算所用的场地特征周期。抗震设计要点工程场地勘察建筑抗震设计规范 GB50011 。4.2.5 工程场地覆盖层厚度应按下列要求确定：应按地面至剪切波速大于500m/s 且其下卧各岩土的剪切波速均不小于500m/s 的土层顶面的距离确定；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，且其下卧岩土的剪切波速均不小于400m/s 时，可按地面至该土层顶面的距离确定；对剪切波速大

17、于500m/s 的孤石、透镜体，应视同周围土层；4 对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。4.2.7 土层等效剪切波速应按下式计算：式中： d0 计算深度，取覆盖厚度和20m 二者的较小值（m）；t 剪切波在地面至计算深度之间的传播时间（s）工程场地勘察抗震设计要点4.4 可液化场地4.4.1 当抗震设防地震动分档为0.05g 时，对标准设防类城市轨道交通结构物可不进行场地地震液化判别和处理；对特殊设防类、重点设防类城市轨道交通结构物可按抗震设防地震动分档为0.10g的要求进行场地地震液化判别和处理。当抗震设防地震动分档为0.10g 及以上时，重点设防类、标准设防类城市

18、轨道交通结构物可按本地区的抗震设防地震动分档的要求或采用经主管部门批准的工程场地地震安全性评价的结果进行场地地震液化判别；特殊设防类轨道交通结构物应进行专门的场地液化和处理措施研究。对特殊设防类、重点设防类轨道交通结构物，宜对遭遇E3 地震作用时的场地液化效应进行评价。5.7.5 抗震设防烈成为6 度时，可不考虑液化的影响，但对沉陷敏感的乙类建筑，可按7 度进行液化判别。甲类建筑应进行专门液化勘察。抗震设计要点场地处治抗震设计要点 工程选址与场地处理工程场地勘察场地类别抗震危险性评价场地处治 抗震设计结构选型概念设计抗震措施调整地震作用的效应抗震构造措施地震作用计算计算模型效应组合结构验算抗震

19、设计要点结构选型抗震概念设计：包括工程结构总体布置和细部构造。合理抗震设计选型需要兼顾建筑和结构两方面建筑设计：不应采用严重不规则的设计方案。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。结构设计：结构体系应符合: a. 应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。b. 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。c. 应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。d. 对可能出现的薄弱

20、部位，应采取措施提高抗震能力。e.非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。细部构造抗震设计要点地震作用计算4.5 场地地震反应分析4.5.1 对基岩面、地表地形起伏变化不大且土层水平向的土性变化比较均匀的场地，可采用一维剪切土层模型进行场地地震反应分析，以确定场地设计地震动参数。4.5.2 对基岩面、地表地形起伏变化明显的场地，或土层水平向的土性变化显示出明显的不均匀性，应采用二维或三维场地模型进行场地地震反应分析，以确定场地设计地震动参数。抗震设计要点地震作用计算4.5 场地地震反应分析4.5.1 对基岩面、地表地形起伏变化不大且土层水平向

21、的土性变化比较均匀的场地，可采用一维剪切土层模型进行场地地震反应分析，以确定场地设计地震动参数。4.5.2 对基岩面、地表地形起伏变化明显的场地，或土层水平向的土性变化显示出明显的不均匀性，应采用二维或三维场地模型进行场地地震反应分析，以确定场地设计地震动参数。5.7.3 对需要采用时程分析的工程，应根据设计要求，提供土层剖面、覆盖层厚度和剪切波速度等有关参数。任务需要时，可进行地震安全性评估或抗震设防区划。地震作用计算抗震设计要点Axial compression & extensionLongitudinal bendingCross-sectional racking/ovaling地震

22、作用计算反应位移法方法原理抗震设计要点将地层在地震时产生的位移差（相对位移）通过地基弹簧以静荷载的形式作用在结构物上 侧壁土压力顶板剪应力 惯性力假定1.忽略土-土之间作用2.结构与土体均为各向同性的线弹性体地震作用计算反应位移法方法原理抗震设计要点地层变形模式：附录E 沿土层深度方向位移某土层深度沿隧道方向水平垂直位移 L土层变形的波长(m)，具体计算详见附录E地震作用计算反应位移法方法原理抗震设计要点地基弹簧刚度方法一 地震作用计算反应位移法方法原理抗震设计要点地基弹簧刚度方法二：静力有限元法 有限元模型水平边界确定： kH=PH/H kS=PS/S 地震作用计算反应位移法案例标准车站抗震

23、设计要点土体参数结构参数地震作用计算反应位移法案例标准车站抗震设计要点计算工况：仅考虑动力作用土层系数确定：静力有限元法（法向、切向）地层变形计算：依据规范附录E.01地震动：50年超越概率10%（E2地震），地表PGA0.1g 地震作用计算反应位移法案例标准车站抗震设计要点结构弯矩图结构剪力图地震作用计算反应位移法案例标准车站抗震设计要点结构轴力图地震作用计算反应位移法案例区间隧道抗震设计要点地震作用计算反应位移法案例区间隧道抗震设计要点计算模型：通缝拼装、6块管片、衬砌环厚度为0.35m，外径为6.2m，单环宽为1.2m计算参数：C55混凝土覆土厚度：15.117m地震作用计算反应位移法案

24、例区间隧道抗震设计要点地震动：50年超越概率10%（E2地震），地表PGA0.1g地层变形计算：SHAKE结构顶底相对位移呈倒三角形分布，顶底板位置土层相对变形量为3.86mm地基弹簧计算：静力有限元法地震作用计算反应位移法案例区间隧道抗震设计要点地基弹簧计算：静力有限元法地震作用计算反应位移法案例区间隧道抗震设计要点地基弹簧计算：静力有限元法节点号径向弹簧刚度切向弹簧刚度节点号径向弹簧刚度切向弹簧刚度1167155809261671558092167155809271671558093167155809281671558094167155809291671558095167155809301

25、671558096135844721311044936317135844721325227181781671558093311494399491671558093416715580910125394358351671558091114019487236125394358121775861713714019487213158395505381775861711417758617139158395505151401948724017758617116125394358411401948721716715580942125394358181671558094316715580919114943994

26、4416715580920522718174513584472121104493631461358447212216715580947167155809231671558094816715580924167155809491671558092516715580950167155809地震作用计算反应位移法案例区间隧道抗震设计要点仅E2地震下结构内力分布图抗震设计要点 工程选址与场地处理工程场地勘察场地类别抗震危险性评价场地处治 抗震设计结构选型概念设计抗震措施调整地震作用的效应抗震构造措施地震作用计算计算模型效应组合结构验算地震效应组合案例区间隧道抗震设计要点静力荷载工况地震作用工况抗震设计要点 工程选址与场地处理工程场地勘察场地类别抗震危险性评价场地处治 抗震设计结构选型概念设计抗震措施调整地震作用的效应抗震构造措施地震作用计算计算模型效应组合结构验算结构验算案例区间隧道抗震设计要点抗震性能要求为I 时，应按现行国家标准建筑抗震设计规范GB50011 进行结构构件的截面抗震验算。抗震性能要求为II 时，宜验算结构整体变形性能，且宜符合下列规定：1 矩形断面结构应采用层间位移角作为指标，对钢筋混凝土结构层间位移角限值