T地下建筑的抗震设计

地下建筑的抗震设计第十八讲2010.10.15地下结构的震害及其启示地下建筑抗震设计的基本要求地下建筑抗震计算的要点地下建筑的抗震构造措施

1.1

地下结构的震害

1.1.1

阪神地震以前的震害1995年1月17日日本阪神地震之前，地下结构、地铁震害的报道非常少见，且损坏程度较轻。

1.

地下结构的震害及其启示

1975年海城地震（ML7.3）中，营口市（8度区）150多公里管道破坏372处，配水管网大量漏水，不能保证正常的供水量和水压，有的地方甚至供水中断，平均震害率为2.4处/km，经一个多月抢修才恢复正常供水；盘锦地区（7度区）直埋大口径钢管66.5km，焊口断裂21处，破坏率达0.31处/km；丝扣联结的小口径管道破坏率为16处/km；铸铁管道为0.8处/km。

1976年唐山地震（ML7.8）中，唐山市给水系统全部瘫痪，经一个月抢修才基本恢复供水；秦京输油管道发生5处破坏。开滦煤矿井巷工程总长17.7万m，主体结构震害轻微；喷锚、璇砌工艺支护比梯形支架震害轻；断面形状和尺寸或坡度变化、拐弯、不同支护材料交接处等刚度变化的薄弱部位震害较重；地质条件复杂地段震害重；采空区附近震害重；停电水淹加重震害。

唐山地区烈度11度，除陡河沿岸的人防次干道破坏较重（拱顶未倒塌）外，仅个别薄弱部位出现裂缝；

宁河、汉沽区烈度9度，塘沽烈度8度，人防工程大多位于滨海相沉积层，除表层土强度稍强外均为淤泥质土或粉土，其人防地道裂缝较大，普遍每隔12m左右出现宽1~3cm的环向裂缝，少数工事出现纵向裂缝，并在接头转角处多处发生断裂和错动。因地下水位很高又没有排水设施，结构开裂和部分防水砂浆抹面脱落造成漏水，以致工事内积水严重，影响正常使用。个别地段的工事底部有喷砂冒水现象，未覆土的人防通道有的局部坍塌。1985年墨西哥地震（ML8.1）中，地震引起不同质材的各种管道均有破坏（其中包括钢管道），其中煤气干管断裂引起煤气爆炸，市政管网煤气管道断裂引起火灾，且因供水管网损坏，救火很困难。1.1.2

阪神地震中地下铁道的震害

1995年1月17日发生在日本兵库县南部的里氏7.2级的“阪神地震”最具有代表性。在这次地震中，神户市内采用明挖法建造、上覆土层较浅的地下铁道、地下停车场、地下商业街等大量地下结构都发生了严重的破坏。A.大开站

地铁大开站，长120m，侧式站台。有两种断面类型。标准段断面1-1为站台部分，是宽17m×高7.2m的1层2跨结构；中央大厅段断面2-2为宽26m×高10m的2层4跨结构，地下一层是检票大厅，地下二层为站台。底板、侧墙和中柱为现浇钢筋混凝土结构。大开站覆土2m，约有30根截面0.4m×1.0m间距3.5m的中柱折断，且钢筋屈曲，35个支承平台倒塌，上层候车厅的柱根破坏，使大片地面陷落，最大沉陷约3m。全长400m，月台长125m。横截面在在线路方向向上分3层2跨和2层2跨两种形式式。其中上层的的受害程度度都很严重重，中柱出出现了典型型的剪切破破坏和斜向向的龟裂。。B.上泽站上泽车站C断面破坏状状况图(西侧面视图)上泽车站G2断面破坏状状况图(西侧面视图图)上泽站中柱柱毁坏情况况三宫车站全全长306m，为3层构造。外外部尺寸为为宽15～38m×高20～22m。C.三宫站三宫站的被被害情况和和上泽站的的情况相似似。以车站中央央稍偏西的的位置为中中心100m左右的区间间内，中柱柱的受损程程度很高。。在地铁三宫宫站约有20根中柱破坏坏；地下一一层的电气气室和机械械室的钢筋筋混凝土中中柱破坏，，钢筋压屈屈。三宫车站破破坏状况图图(西侧面视图图)1.1.3汶川地震中中公路隧道道的震害震害类型：：洞顶滚石，，滑坡，洞洞门端墙、、翼墙开裂裂衬砌裂缝（（横向、纵纵向、斜向向）二次衬砌开开裂，冒顶顶掉块、偏偏帮防水层破损损，洞周围围岩坍塌底鼓或铺砌砌开裂、隆隆起等。典型工程：：龙溪隧道、、龙洞子隧隧道等。洞顶滚石龙洞子隧道道滑坡龙洞子隧道道端墙开裂洞门翼墙开开裂龙溪隧道-洞口裂缝龙溪隧道-洞内塌方底鼓、冒顶顶、防水层层开裂防水层开裂裂底鼓、铺砌砌破坏纵缝横缝斜缝1.1.4汶川地震中中地下铁道道的震害区间隧道管管片错台，，裂损等。。错台错台错台地下结构震震害的可能能性历史上地震震对地下结结构的破坏坏是客观存存在的的，，潜在的地地震灾害对对城市区域域的生命财财产安全以以及地下下结构的安安全使用可可能构成严严重影响。。大型地下结结构建设较较晚，迄今今尚未遭遇遇强震，使使人误以为为地下结构构抗震能力力都很好。1.2地下结构震震害的启示示地下结构震害危危害的严重重性需要原地修修复，技术术难度高，，工期长，，费用贵，，影响大2.地下建筑抗抗震设计的的基本要求求1)适用范围14.1.1本章主要适适用于地下下车库、过过街通道、、地下变电电站和地下下空间综合合体等单建建式地下建建筑。不包包括地下铁铁道、城市市公路隧道道等。地下铁道道、城市市公路隧隧道等属属于交通通运输类类工程。。附建式地地下建筑筑(如地下室)的性能要求通常常与地面面建筑一致致。2)抗震设防防目标地下建筑筑种类较较多，有有的抗震震能力强强，有的的使用要要求高，，有的服服务于人人流、车车流，有有的服务务于物资资储藏，，抗震设设防应有有不同的的要求。。14.1.4………….丙类钢筋筋混凝土土地下结结构的抗抗震等级级，6、7度时不应应低于四四级，8、9度时不宜宜低于三三级。乙乙类钢筋筋混凝土土地下结结构的抗抗震等级级，6、7度时不宜宜低于三三级，8、9度时不宜宜低于二二级。要求略高高于高层层建筑的的地下室室，因为为：（1）单建式式地下建建筑在附附近房屋屋倒塌后后，有的的仍常有有继续服服役的必必要，其其使用功功能的重重要性常高高于高层层建筑地地下室；；（2）地下结结构一般般不宜带带缝工作作，尤其其是在地地下水位位较高的的场合，，其整体体性要求求高于地地面建筑筑；（3）地下空空间通常常是不可可再生的的资源，，损坏后后一般需需原地修修复，难难度较大大。3)地下建筑筑的规则则性及优优化选型型14.1.3地地下建建筑的建建筑布置置应力求求简单、、对称、、规则、、平顺；；横剖面面的形状状和构造造不宜沿沿纵向突突变。与地面建建筑的区区別是，，地下建建筑结构构尤应力力求体型简单单，纵向、、横向外形平顺顺，剖面形形状、构构件组成成和尺寸寸不沿纵纵向经常常变化，，使其抗抗震能力力提高。。地下建筑筑结构设设计应具具有等强度概概念。阪神地地震中，，地铁车车站中柱柱两端发发生的严严重剪切切破坏，，提醒我我们在工工程设计计时不能忽视视柱的剪剪切强度度和延性性设计，，同时应应加强结结构的抗抗侧向力力构件。。3.地下建筑筑抗震计计算的要要点3.1可不进行行抗震计计算分析析的范围围14.2.1按本章要要求采取取抗震措措施的下下列地下下建筑，，可不进进行地震震作用计计算：1、7度度Ⅰ、ⅡⅡ类场地地的丙类类地下建建筑。主要参考考唐山地地震中天天津市人人防工程程震害调查查的资料2、8度度（0.20g）Ⅰ、、Ⅱ类场场地时，，不超过过二层、体型型规则的的中小跨跨度丙类类地下建建筑。这类结构构刚度相相对较大大，抗震震能力相相对较強強，具有设计计经验时时也可不不进行地地震作用用计算。。3.2地下建筑筑结构的的抗震计计算模型型1）周围土土层的模模拟可采用地地基弹簧簧模型，，或建立立土层—结构模型型。岩土材料料的动力力性能对其宜通通过试验验测定对软土介绍Davidenkov模型及土动力力特性参参数的估估算式2）结构模模型的选选取周围地层层分布均均匀、规规则且具具有对称称轴的纵纵向较长长的地下下建筑，，结构分分析可选选择平面面应变分分析模型型，并采采用反应应位移法法或等效效水平地地震加速速度法、、等效侧侧力法计计算。一般适用用于离端端部或接接头的距距离达1.5倍结构跨跨度以上上的地下下建筑结结构断面面。端部、接接头及不不符合上上款条件件的地下下结构，，应选用用空间结结构模型型，采用用时程分分析法计计算。3)计算范围围和边界界条件平面问题分析析中，侧向边边界宜取至离离相邻结构边边墙至少3倍结构宽度处处，底部边界界取至基岩表表面，或经时时程分析试算算结果趋于稳稳定的深度处处，上部边界界取至地表。。计算的边界界条件，侧向向边界可采用用自由场边界界，底部边界界离结构底面面较远时可取取为可输入地地震加速度时时程的固定边边界，地表为为自由变形边边界。空间问题分析析中，侧向边边界位置可与与平面问题分分析相同，纵纵向边界可取取为离结构端端部2倍结构断面积积当量宽度处处的横剖面，，边界条件均均宜为自由场场边界。4)地面下设计基基本地震加速速度值地面下设计基基本地震加速速度值随深度度逐渐减小已已被公认，但但取值各国有有不同的规定定。一般在基岩面面取地表的1/2，基岩至地表表按深度线性性内插。我国《水工建筑物抗抗震设计规范范》规定地表为基基岩面时，基基岩面下50m及其以下部位位的设计地震震加速度代表表值取为地表表规定值的1/2，不足50m处可按深度由由线性插值确确定。对于进行地震震安全性评价价的场地，则则可根据具体体情况按一维维或多维的模模型进行分析析后确定其减减小的规律。。5)地震作用的方方向一般可仅考虑虑沿结构横向向的水平地震震作用。对于于地下空间综综合体等体型型复杂的地下下建筑结构，，宜同时计算算结构横向和和纵向的水平平地震作用。。地下空间综合合体等体型复复杂的地下结结构，8、9度时尚宜计及及竖向地震作作用。体型复杂的地地下空间结构构或地基地质质条件复杂的的长条形地下下结构，都易易产生不均匀匀沉降并导致致结构裂损，，因而即使设设防烈度为7度，必要时也也需考虑竖向向地震作用效效应的综合作作用。3.3地下建筑结构构抗震计算的的方法进行多遇地震作用下下的截面承载载力和构件变变形抗震验算算时，平面问问题可采用弹性时程分析法，反应应位移法、等等效水平地震震加速度法或或等效侧力法法计算。空间间问题可采用用弹性时程分析析法。进行罕遇地震作用下的抗震震变形验算时时，可采用弹塑性时程分分析法，或简化方法法计算结构的的弹塑性变形形。3.4地下建筑的抗抗震验算地下建筑应进进行多遇地震震作用下的截截面承载力和和构件变形的的抗震验算。。对于不规则的的地下建筑以以及地下变电电站和地下空空间综合体等等，尚应进行行罕遇地震作作用下的抗震震变形验算；；混凝土结构构弹塑性层间间位移角限值值[θp]宜宜取1/250。液化地基中的的地下建筑，，应验算土层层液化时的抗抗浮稳定性。。液化土层对对地下连续墙墙和抗拔桩等等的摩阻力，，宜根据实测的标准贯入锤锤击数与临界界标准贯入锤锤击数的比值值,确定液化折减减系数。4.地下建筑的抗抗震构造措施施1)对框架结构，注意使中柱刚度滿足抗震构造要求，包包括：宜采用现浇结结构;最小尺寸应不不低于同类地地面结构构件件;中柱纵向钢筋筋的最小总配筋率率，应增加0.2%;中柱与梁或顶顶板、中间楼楼板及底板连连接处的箍筋筋应加密