第21讲建筑抗震

第十三章建筑抗震

1.地震的概念由于地球不断运动和变化，逐渐积累了巨大的能量，在地壳某些脆弱地带，造成岩层突然发生破裂，或者引发原有断层的错动，这就是地震。地震绝大部分都发生在地壳中。中国是一个多地震的国家，从1966年的邢台地震到2008年的汶川大地震，中国几乎每年有一个7级左右的大地震。13.1抗震基本知识2.地震的破坏作用(1)地表破坏现象地裂缝喷砂冒水地面下沉滑坡、塌方海啸由地震引起的地裂缝据河北青年报报道，06年7月，在河北柏乡地区出现长8000米地裂缝，邢台市国土局和邢台地震局研究表明，受地质断裂活动影响形成地裂缝地表破坏现象-滑坡、塌方滑坡示意图滑坡现场2005-6-17福建建瓯发生塌方事故

(2)建筑物破坏结构丧失整体稳定性结构承载力不足引起破坏地基失效地震时因震陷或不均匀沉陷，导致墙身开裂、房屋损坏灾难前的平静→(3)次生灾害火灾水灾海啸有毒及放射性物质泄露海浪冲击堤岸→瞬间的汹涌澎湃→死亡地狱美国DigitalGlobe公司于2004年12月29日发布的卫星照片，照片是当地时间12月26日上午10点20分在斯里兰卡西南部城市卡卢特勒上空拍摄的。照片显示了卡卢特勒海岸遭到海啸袭击之后不久的情形。

12.1.2震级与烈度3.震级：是地震发生的强度的一种量度，国际上常用里氏震级M表示。（1935年美国的里克特）M<2微震（无感地震），

人没有感觉；

M=2~4有感地震，

人有不同程度的感觉；

M≥5破坏性地震，

建筑物有不同程度的破坏；

M=7~8强烈地震；

M>8特大地震。4.地震烈度：地震对地表和建筑物影响的平均强弱程度；（见教材426页表13-1）

↑台湾2000.6.11地震烈度示意图12.1.3建筑抗震设防5.设防依据（1）基本烈度一个地区的基本烈度是指该地区今后50年时间内，在一般场地条件下，可能遭遇到超越概率为10%的地震烈度。12.1.3建筑抗震设防（2）设防烈度一般情况下，可采用中国地震动参数区划图的地震基本烈度江西省：

抗震设防烈度为7度的地区有：

寻乌会昌

抗震设防烈度为6度的地区有：

南昌（五个市辖区）、九江（２个市辖区）、

南昌县、进贤、余干、九江县、彭泽、湖口、星子、瑞昌、德安、都昌、武宁、修水、靖安、铜鼓、宜丰、宁都、石城、瑞金、安远、定南、龙南、全南、大余

其他几个重要城市的设防烈度

北京8度、上海7度、南京7度、广州7度、台中9度、台北8度12.1.3建筑抗震设防6.设防目标（1）大震、中震、小震第一水准：当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震(小震)影响时，一般不受损坏；或不需修理仍可继续使用；第二水准：当遭受本地区设防烈度的地震(中震)影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；第三水准：当遭受到高于本地区设防烈度的罕遇地震(大震)时，建筑不致倒塌或危及生命财产的严重破坏。抗震设防目标：小震不坏、中震可修、大震不倒1）特殊设防类：指使用上有特殊设施，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，（如核电站、核设施、水库、大坝、堤防、贮油、贮气、贮存易燃易爆、剧毒、强腐蚀物质的设施等）。简称甲类。(2)建筑抗震设防分类：3）标准设防类：指大量的除1）、2）、4）款以外按标准要求进行设防的建筑，（如一般的公共建筑、住宅、旅馆、厂房等）。简称丙类。4）适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑（如储存物品价值低的一般仓库，人员活动少的辅助建筑等）。简称丁类。2）重点设防类：指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，以及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（如消防、急救、供水、供电、通讯、幼儿园、中小学教学楼、学生宿舍等）。简称乙类。2）重点设防类（乙类），应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。(3)设防标准1）特殊设防类（甲类），应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求，加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。4）适度设防类（丁类），地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求，抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度适当降低，但设防烈度为6度时，不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。3）标准设防类(丙类)，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。三、场地场地是指工程群体所在地，其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km2的平面面积建筑场地的类别划分，应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准。对丁类建筑及丙类建筑中层数不超过10层且高度不超过24m的多层建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性状，按表1-16划分土的类型，再按经验在表1-16的剪切波速范围内估算各土层的剪切波速。

四、抗震概念设计的基本要求由于地震是随机的，具有不确定性和复杂性，单靠“数值设计”很难有效地控制结构的抗震性能。概念设计是指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。结构的抗震性能取决于良好的“概念设计”。（一）场地和地基选择建筑场地时，应按表1-18划分对建筑抗震有利、一般、不利和危险的地段选择建筑场地时，应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。四、抗震概念设计的基本要求（二）建筑和结构的规则性建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用。（三）结构体系结构体系应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较确定。（四）非结构构件附着于楼、屋面结构上的非结构构件，以及楼梯间的非承重墙体，应与主体结构有可靠的连接或锚固，避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备。框架结构的围护墙和隔墙，应估计其设置对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。幕墙、装饰贴面与主体结构应有可靠连接，避免地震时脱落伤人。

四、抗震概念设计的基本要求（五）结构材料与施工

（1）在施工中，当需要以强度等级较高的钢筋替代原设计中的纵向受力钢筋时，应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则换算，并应满足最小配筋率要求；（2）钢筋混凝土构造柱和底部框架-抗震墙房屋中的砌体抗震墙，其施工应先砌墙后浇构造柱和框架梁柱。。12.2多高层钢混房屋抗震措施1.框架梁、柱、节点震害（1）框架梁破坏发生在梁端，梁端纵筋屈服，出现上下贯通垂直裂缝和交叉斜裂缝。在梁端负弯矩钢筋切断处，由于抗弯能力的削弱也容易产生裂缝，造成梁剪切破坏。13.2.1震害特点框架梁剪切破坏的主要原因：

梁端钢筋屈服后，裂缝的产生和开展使混凝土抵抗剪力的能力逐渐减小，而梁内箍筋配置又少，以及地震反复作用使混凝土抗剪强度进一步降低。当剪力超过梁抗剪承载力时产生破坏。13.2抗震措施12.2多高层钢混房屋抗震措施（2）框架柱破坏主要发生在接近节点处，在水平地震作用下，每层柱的上下端将产生较大的弯矩，当柱的正截面抗弯强度不足时，在柱的上下端产生水平裂缝。由于反复震动，裂缝会贯通整个截面，在强烈地震作用下，柱顶混凝土被压碎直至剥落，柱主筋压屈成灯笼状突出。框架柱角柱属于双向偏心受压，再加上扭转作用，所受约束又比其他柱少，地震中更易产生破坏。12.2多高层钢混房屋抗震措施（3）框架节点节点的破坏机理复杂，主要表现为：节点核芯产生斜向的X形裂缝，当节点区剪压比较大时，箍筋未屈服混凝土就被剪、压酥碎而破坏，导致整个框架破坏。破坏主要原因：大都是混凝土强度不足、节点处的箍筋配置量小或节点处钢筋太稠密，使得混凝土浇捣不密实。2.抗震墙的震害在地震反复作用下，在连梁的梁侧形成X形裂缝，主要是由于剪力和弯矩产生的主拉应力超过连梁混凝土抗拉强度所致

抗震墙的破坏，一般不会导致房屋倒塌，可消耗地震能力，小震是应保证不出现裂缝。12.2多高层钢混房屋抗震措施3.填充墙的震害

填充墙的震害较框架结构严重。由于框架侧向变形，使墙体出现斜裂缝或对角裂缝。强震时，未采取拉结处理措施的墙体，则有局部或整片倒塌的现象。一般地讲，非承重空心砖填充墙比普通粘土砖填充墙破坏严重。结构体系的选择多、高层钢混结构房屋中，除框架结构体系外，还有框架一抗震墙结构(框剪结构)、抗震墙结构(剪力墙结构)、筒体结构等体系。

在进行结构方案设计时，应根据建筑的高度、高宽比，建筑使用功能以及建筑所在的场地条件、抗震设防烈度等要求，合理地选择结构体系。12.2多高层钢混房屋抗震措施1.抗震等级13.2.2抗震设计的一般规定钢筋混凝土结构应根据设防烈度、结构类型和房屋高度采取不同的抗震等级，应符合相应的计算和构造措施。12.2多高层钢混房屋抗震措施2.房屋高度及限值《抗震规范》规定，较规则的多、高层现浇钢混房屋最大适用高度不超过下表的规定。12.2多高层钢混房屋抗震措施为了使房屋结构在地震中有足够的抗侧刚度和整体稳定性，

《抗震规范》规定，高层钢筋混凝土结构的高宽比不宜超过下表：高层钢筋混凝土结构高宽比限值结构类型设防烈度6度、7度8度9度框架542框架-抗震墙543抗震墙654

3.抗震设计的基本要求

(一)选择对抗震有利的场地、地基和基础

(1)应根据工程需要掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。应选择有利地段；避开不利地段。当无法避开时应采取有效措施。有利地段是指：坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土地段。

对危险地段,严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。

(2)同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上；也不宜部分采用天然地基、部分采用桩基。当地基有软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应措施。

(二)建筑设计和建筑结构的规则性

1.建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不规则的建筑方案应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑方案应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；不应采用严重不规则的建筑方案。

2.建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并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。

（1）在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。（2）高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。（3）抗震设计的钢筋混凝土高层建筑，其平面布置宜符合下列要求：

1）平面宜简单、规则、对称，减少偏心；

2）平面长度不宜过长，突出部分长度l不宜过大（图13.16）L、l等值宜满足表17.4的要求；

3）不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。图13.16

当存在表13.5所列举的平面不规则类型或表13.5所列举的竖向不规则类型时，应符合下面第3条的有关规定。

表13.4

平面不规则类型表13.5

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％楼板局部不连续或错层开洞面积大于该层楼面面积的30％，或较大的楼层错层

竖向不规则类型表13.6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—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％

(3)体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝形成多个较规则的抗侧力结构单元。

(4)防震缝应根据抗震设防烈度、结构材料种类、结构类型、结构单元的高度和高差情况，留有足够的宽度，其两侧的上部结构应完全分开。当设置伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要求。(三)结构体系

(1)结构体系应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较确定。

(2)结构体系应符合下列各项要求：

1)应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。

2)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。

3)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。

4)对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

(3)结构体系尚宜符合下列各项要求：

1)宜有多道抗震防线。

2)宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位。

3)结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。(4)结构构件之间的连接，应符合下列要求：

1)混凝土结构构件应合理地选择尺寸、配置纵向受力钢筋和箍筋，避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、