抗震全套课件

建築結構抗震與防災

1.1災害的類型

災害的含義

災害是指那些由於自然的、人為的或人與自然的原因，對人類的生存和社會發展造成損害的各種現象。災害是事物運動、變化、發展的一種極端的表現形式，其特點是損害人類的利益、威脅人類的生存和持續發展。

災害的類型自然災害：給人類生存和發展帶來各種禍害的自然現象。人為災害：由於人為因素和社會行為失調或失控而產生的危害人類自身利益的社會現象。兩者關係：有時兩者密切相聯，如人為自然災害（水庫誘發地震、地球溫室效應等）火災、污染（大氣、水、海洋）、核洩漏、戰爭等地震、熱帶風暴（颶風、颱風）、洪澇、雷暴與龍捲風、雪暴、火山爆發、滑坡、泥石流、潮汐與海嘯1.1災害的類型從過程特性看自然災害突變型:地震、泥石流發展型:暴雨、颱風、洪水持續型:旱災、澇災、傳染病演變型:沙漠化、水土流失潛在損失增加影響的長期性增加可預見性增加1.2自然災害的危害主要表現在三個方面：危及人類的生命和健康造成嚴重經濟損失破壞資源和環境，威脅國民經濟的可持續發展1.3防災減災系統

防災減災系統是一個由多種減災措施組成的有機整體：災害監測：災害預報：防災：抗災：救災災後重建與恢復生產防災措施近期預報、中期預報、長期預報監測目的:認識災害的發生規律和進行預報監測方式:衛星與航空遙感監測等工程結構抗災災後檢測與加固1.4土木工程防災減災土木工程防災減災的主要內容：土木工程規劃性防災工程性防災工程結構抗災工程技術減災工程結構在災後的檢測與加固災前工作災後工作關於防災減災工程及防護工程專業防災減災工程及防護工程學科是土木工程學科中的交叉學科，其核心內容為抗震、抗風、抗火和抗爆工程及災後修復與加固等。學科的主要任務是：研究和發展工程結構和工程系統抵禦自然災害和人為災害的科學理論、設計方法和工程措施，最大限度地減輕未來災害可能造成的破壞，保證人民生命和財產的安全，保障災後經濟恢復和發展的能力，提高國家重大工程的防災能力。關於防災減災工程及防護工程專業防災減災工程及防護工程實質上是研究“結構工程”學科中的抗災防災問題，與“結構工程”內容交叉、相互促進，其研究的內容大多為結構工程中的前沿科學問題。主要研究領域為工程結構防災減災（包括抗震、抗風、抗火等）理論及應用技術的研究。包括：工程結構在地震（風、火）等荷載作用下的破壞機理及抗災設計對策；新型抗震材料和抗震結構體系；特殊和複雜高層建築結構抗災設計理論與應用等。其中，抗震領域的研究範圍最廣，研究方向最多。第二章結構抗震基本知識

地震的類型及成因

地震的基本概念

地震震害

工程結構的抗震設防

抗震設計的基本要求科學界多年的研究成果形成了一門學科——地震工程學。它包含工程地震和結構抗震兩方面內容。工程地震主要研究：地震危險性分析、地震區劃、潛在震源區地震活動規律、地震動工程參數的選擇及估計等。結構抗震主要研究：建築場地動力性能與抗震設計關係、構件與結構動力特性、結構動力破壞機制、結構地震反應分析理論與抗震設計方法等。

地震是指因地球內部緩慢積累的能量突然釋放而引起的地球表層的振動。

地球上每天都在發生地震，一年約有500萬次。其中約5萬次人們可以感覺到；能造成破壞的約有1000次；7級以上的大地震平均一年有十幾次。目前記錄到的世界上最大地震是9.0級，發生於2011年3月11日的日本地震。2.1地震的類型及成因

地球的構造

地殼

陸地:花崗岩層,玄武岩層海洋:玄武岩層地幔:橄欖岩層，具粘彈性，溫度隨深度增加而升高.地幔內部物質

地核熱狀態不均衡壓力外核(2100km):液態內核(1400km):固態殼局部變形—爆發地震各部分壓力差別引起地地震多發於地殼內

地震的類型及成因天然地震火山地震塌陷地震構造地震（破壞性地震主要屬於此類，約占世界地震總數的90%以上）誘發地震：主要是由於人工爆破、礦山開採及工程活動（如興建水庫）所引發的地震火山地震由於火山作用，如岩漿活動、氣體爆炸等引起的地震稱為火山地震，這類地震只占全世界地震的7%左右。1914年日本鹿兒島海灣東面的櫻島火山爆發，產生的震動相當於一個6.7級地震，噴發的大量海底熔岩流使火山與陸地相連。塌陷地震由於地下水溶解可溶性岩石，或由於地下採礦形成的巨大空洞，造成地層崩塌陷落而引發的地震，稱為陷落地裂。這類地震次數少，約占地震總數的3%左右，震級也都比較小。誘發地震在特定的地區因某種地殼外界因素誘發而引起的地震，稱為誘發地震。如工業爆破、地下核爆炸造成的振動。大隕石衝擊地面可能引起隕石衝擊地震。在深井中進行高壓注水以及大水庫蓄水後增加了地殼的壓力，有時也會誘發地震。世界上自20世紀30年代以來，有40多個國家與地區約有百餘座水庫誘發了地震;其中有4座大型水庫誘發了大於6.0級以上的地震，占水庫誘發地震總數的3.6%。最大一次地震是印度柯依納水庫1961年12月10日發生的6.5級地震。我國發生水庫誘發地震20餘例，最大一次為1962年3月19日04時18分53秒新豐江水庫誘發6.1級地震。構造地震

板塊構造理論：六大板塊

板塊之間處於拉張、擠壓和剪切狀態，產生地應力，應力產生變形、積聚能力，當變形過大、能力釋放，導致岩層破裂而產生地震。斷層理論：地球內部不斷運動，造成地殼岩層不停變化，不斷發生變形，產生地應力，當變形超過岩層的極限應變，岩層就會在薄弱處（新斷層、舊斷層或其交會處）發生斷裂和錯動，形成地震。構造地震的產生由地殼構造運動所產生——地球板塊在運動過程中，板塊之間的相互作用力會使地殼中的岩層發生變形。當這種變形積聚到超過岩石所能承受的程度時，該處岩體就會發生突然斷裂或錯動，從而引起地震。1995-2001年全球4級以上地震震中分佈圖全世界地震主要分佈於以下兩個帶：（1）環太平洋地震帶：包括南北美洲的太平洋沿岸和從阿留申群島、堪察加半島、經千島群島日本列島南下至我國臺灣省，再經菲律賓群島轉向東南，直到新西蘭。

（2）喜馬拉雅——地中海地震帶：從印度、尼泊爾經緬甸至我國橫斷山脈、喜馬拉雅山區，越帕米爾高原，經中亞細亞到地中海及其附近。我國正好介於地球的兩大地震帶之間。2.2地震的基本概念

地震術語震源震中震中距震源距極震區震源深度等震線

淺源地震:震源深度在70km內中源地震:震源深度在70~300km深源地震:震源深度超過300km地震按震源深度分為

目前有記錄的最深震源達720公里。

淺源地震波及範圍小，但破壞力大；深源地震波及範圍大，但破壞力小。

2002年6月29日晨1時20分發生於吉林的7.2級地震，震源深度為540km，無破壞。1960年2月29日發生於摩洛哥艾加迪爾城的5.8級地震，深度為3km。震中破壞極為嚴重，但破壞僅局限在震中8km範圍內。一、地震時，地下岩體斷裂、錯動產生振動，並以波的形式從震源向外傳播，這就是地震波。二、地震波分為體波和面波。其中在地球內部傳播的波稱為體波，沿地球表面傳播的波叫做面波。

地震波體波分為縱波（P波）與橫波（S波）縱波是壓縮波，週期短、振幅小、波速快（200～1400m/s）橫波是剪切波，週期長、振幅大、波速慢（100～800m/s）面波分為瑞雷波（Raleighwave，R波）和樂夫波（Lovewave，L波）

瑞雷波：質點在波的傳播方向和地表面法向組成的平面內（圖中xz平面）作橢圓運動，傳播時在地面上呈滾動形式。這種運動形式被認為是形成地面晃動的主要原因。樂夫波：質點在與波傳播方向垂直的水準方向（圖中y方向）運動，即地面水平運動，傳播時在地面上呈蛇形運動形式。

地震波地震波體波面波（L波）縱波（P波）橫波（S波）瑞雷波（R波）洛夫波（L波）內部傳播表面傳播VP>VS振動方向與傳播方向一致振動方向與傳播方向垂直滾動形式蛇行運動形式地震觀測地震儀:觀測記錄地震的儀器地震記錄:一般為地震時的地面運動加速度記錄地震台網：地震記錄儀組成的觀測陣列地震加速度記錄通常記錄水準兩個方向（東西、南北向）及豎向（上、下向）。地震波與地震現象及震害的關係由於縱波傳播速度最快、橫波次之，面波最慢，所以地震時震中區人們的感覺是先上下顛簸，後左右搖晃。當橫波或面波到達時，地面振動最為猛烈。面波波長大，振幅強，能量大於體波，對結構物和地表造成的破壞以面波為主。由於地震波在傳播過程中逐漸減弱，離震中較遠的地方地面振動減弱，破壞作用也逐漸減輕。雜波P波開始S波開始面波開始

地震震級與地震烈度地震震級

表徵地震本身大小的尺度，與地震釋放出的能量有關，通常用裏氏震級，以M表示：

M=lgAA—標準地震儀在距震中100km處記錄的以

m（微米）為單位的最大水平地動位移。

震級與地震能量關係運算式:

lgE=11.8+1.5M

震級每差一級，地震釋放能量相差32倍!震級與發生頻率——摘自維基百科不同裏氏震級（ML）的年均發生次數和對震中地區的影響程度裏氏震級地震影響發生頻率極微2.0以下很小，沒感覺約每天8,000次甚微2.0～2.9人一般沒感覺，設備可以記錄約每天1,000次微小3.0～3.9經常有感覺，但是很少會造成損失約每年49,000次弱4.0～4.9室內東西搖晃出聲，不太可能有大量損失。當地震強度超過4.5時，已足夠讓全球的地震儀監測得到。約每年6,200次中5.0～5.9可在社區域內對設計/建造不佳的建築物造成大量破壞，但對設計/建造優良的建築物則只會有少量損害。每年800次強6.0～6.9可摧毀方圓100英里以下的居住區。每年120次甚強7.0～7.9可對更大的區域造成嚴重破壞。每年18次極強8.0～8.9可摧毀方圓數百英里的區域。每年1次超強9.0以上每20年1次數據來自美國地質調查局。需要注意的是由於地震影響還受當地地質條件等因素的影響，表中描述的是極端影響。歷史紀錄中最強烈的地震是1960年5月22日的智利大地震，裏氏規模震級（ML）8.9級，地震矩規模（MW）9.5級。

地震烈度定義：某一地區的地表和各類建築物遭受一次地震影響的強弱程度.一般而言，震級越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小則烈度高，反之烈度就低。影響烈度的因素，除了震級、震中距外，還與震源深度、地震傳播介質和地基條件相關，與建築物本身動力特性、施工品質也有很大關系。對於某次地震而言，震級只有一個，但不同的地區會有不同的烈度。地震烈度表：評定地震烈度大小的標準和尺度

以描述震害宏觀現象為主，即根據建築物損壞程度、地貌變化特徵、地震時人的感覺、傢俱動作反應等進行區分，另以地面加速度峰值和速度峰值作為參考物理指標。各國所規定的地震烈度表往往是不同的，我國目前採用的《中國地震烈度表》GB/T17742－2008將地震烈度分為Ⅰ～Ⅻ度《中國地震烈度表》GB/T17742－2008烈度在地面上人的感覺房屋震害程度其他震害現象水準向地面運動震害現象平均震害指數峰值加速度m/s2

峰值速度m/sⅠ無感

Ⅱ室內個別靜止中人有感覺

Ⅲ室內少數靜止中人有感覺門、窗輕微作響

懸掛物微動

Ⅳ室內多數人、室外少數人有感覺，少數人夢中驚醒門、窗作響

懸掛物明顯擺動，器皿作響

Ⅴ室內普遍、室外多數人有感覺，多數人夢中驚醒門窗、屋頂、屋架顫動作響，灰土掉落，抹灰出現微細烈縫，有簷瓦掉落，個別屋頂煙囪掉磚

不穩定器物搖動或翻倒0.31（0.22-0.44）0.03（0.02-0.04）表中的數量詞：“個別”為10%以下；“少數”為10%～50%；“多數”為50%～70%；“大多數”為70%～90%；“普遍”為90%以上。烈度在地面上人的感覺房屋震害程度其他震害現象水準向地面運動震害現象平均震害指數峰值加速度m/s2

峰值速度m/sⅥ多數人站立不穩，少數人驚逃戶外損壞－牆體出現裂縫，簷瓦掉落，少數屋頂煙囪裂縫、掉落0～0.10河岸和鬆軟土出現裂縫，飽和砂層出現噴砂冒水；有的獨立磚煙囪輕度裂縫0.63（0.45～0.89）0.06（0.05～0.09）Ⅶ大多數人驚逃戶外，騎自行車的人有感覺，行駛中的汽車駕乘人員有感覺輕度破壞－局部破壞，開裂，小修或不需要修理可繼續使用0.11～0.30河岸出現坍方；飽和砂層常見噴砂冒水，鬆軟土地上地裂縫較多；大多數獨立磚煙囪中等破壞1.25（0.90～1.77）0.13（0.10～0.18）Ⅷ多數人搖晃顛簸，行走困難中等破壞－結構破壞，需要修復才能使用

0.31～0.50幹硬土上亦出現裂縫；大多數獨立磚煙囪嚴重破壞；樹稍折斷；房屋破壞導致人畜傷亡2.50（1.78～3.53）0.25（0.19～0.35）烈度在地面上人的感覺房屋震害程度其他震害現象水準向地面運動震害現象平均震害指數峰值加速度m/s2

峰值速度m/sⅨ行動的人摔倒嚴重破壞－結構嚴重破壞，局部倒塌，修復困難0.51～0.70幹硬土上出現地方有裂縫；基岩可能出現裂縫、錯動；滑坡坍方常見；獨立磚煙囪倒塌5.00（3.54～7.07）0.50（0.36～0.71）Ⅹ騎自行車的人會摔倒，處不穩狀態的人會摔離原地，有拋起感大多數倒塌0.71～0.90山崩和地震斷裂出現；基岩上拱橋破壞；大多數獨立磚煙囪從根部破壞或倒毀10.00（7.08～4.14）1.00（0.72～1.41）Ⅺ

普遍倒塌0.91～1.00地震斷裂延續很長；大量山崩滑坡

Ⅻ

地面劇烈變化，山河改觀

烈度與震級的關係：震中烈度：震中點的烈度震中烈度是地震大小和震源深度兩者的函數震中烈度I0與震級M的對應關係（淺源地震）：

震級(M)2345678>8震中烈度(I0)1~234~56~77~89~101112幅值–地面運動的加速度、速度或位移的峰值或某種意義的有效峰值。

地震動幅值可定量反映地震動的強弱程度，且與震害有密切關係。

地震動三要素幅值、頻譜和持續時間常稱為地震動三要素。頻譜－地面運動記錄的頻率分佈特徵，通常用功率譜和傅立葉譜來分析地震動的頻譜特徵。可揭示地震動的主導頻率成分，與結構本身動力頻率特徵一起決定了結構振動回應的強弱。持續時間－即地震動持續作用於某個場地的時間。

可反映地震動迴圈作用程度的強弱。

（與結構破壞的關係）2.3地震震害喜馬拉雅——地中海地震帶環太平洋地震帶

中國的地震背景我國處在世界兩大地震帶世界兩大地震帶（環太平洋地震帶、喜馬拉雅-地中海地震帶）之間，有些地區本身就是這兩個地震帶的組成部分，並且廣大地區都受它的影響，歷史上就是地震多發國家之一。據統計，我國大陸地震約占世界大陸地震的三分之一。

我國的地震活動

我國主要地震帶有兩條:南北地震帶—北起賀蘭山，向南經六盤山、穿越秦嶺沿川西至雲南省東北，縱貫南北，地震帶寬度各處不一。東西地震帶—北面的一條沿陝西、山西、河北北部向東延伸至遼寧北部；南面一條自帕米爾經昆侖山至大別山。

我國大致分為六個地震活動區：臺灣及其附近海域、喜馬拉雅山、南北地震帶天山地震活動區、華北地震區、東南沿海我國是世界上地震活動水準最高、地震災害最重的國家頻次高：我國平均每年發生30次5級以上地震，6次6級以上強震，1次7級以上大震分佈廣：除浙江和貴州兩省之外，其餘各省均有6級以上強震發生地震強度極大：20世紀全球發生的面波震級大於等於8.5級以上的特別巨大地震一共有3次，即1920年中國寧夏海原8.6級、1950年中國西藏察隅8.6級和1960年智利南方省8.5級地震。成災比率高：我國為發展中國家，人口稠密、建築物抗震能力低災害重：20世紀全球因地震而死亡的人數為110萬人，其中我國就占55萬人之多（7/17次5萬人，4/5次20萬人），為全球的一半。

地震所造成的破壞13萬間房屋（震倒）45萬間房屋（火燒）次生災害—水災、火災、泥石流、海嘯等工程結構破壞它是造成人民生命財產損失的主要原因地表破壞—山崩、滑坡、地面裂縫、地塌、噴砂冒水1923年關東大地震：結構因承載力不足結構變形過大而破壞結構喪失整體性而破壞地基失效引起的破壞墨西哥城地震的教訓墨西哥城距離海岸邊的震中近400公里，但其震害卻比距震中較近的沿海四個州大得多，似乎背離了地震破壞的一般規律。？墨西哥城位於由湖泊沉積而成的封閉式盆地上，盆地周圍是硬介質，而盆地內是軟介質，地震波在盆地內多次反射和折射，並與盆地內的超鬆軟沉積層發生共振，使得地面震動的幅度比基岩增大5倍。這就造成墨西哥城市中心地面建築的嚴重破壞。美國著名地學專家斯納教授形象地說：墨西哥城是在“一個碗中裝上果凍”那樣的地基上建造起來的大城市。墨西哥城地震的啟示是，疏鬆沉積層能放大地震波。美國三藩市LomaPrieta地震1989年10月17在美國加州洛馬-普雷塔（LomaPrieta）聖克魯斯山地表面下約18km深處發生了裏氏7.1級的地震。地震造成聖安德烈斯斷層40km地段的斷裂。南起洛杉磯、北到俄勒岡州邊界，東到內華達州都有震感。強震持續時間不到15s，但卻使8000平方公里地域受到破壞，致使死亡62人，傷3757人，毀壞了367家工商企業，使得12000多人無家可歸。損失超過70億美元。2.4工程結構的抗震設防

抗震設防基本概念抗震設防

對建築結構進行抗震設計並採取一定的抗震構造措施，以達到結構抗震的效果和目的。抗震設防的目的在一定經濟條件下，最大限度地限制和減輕工程結構的地震破壞，保障人民生命財產的安全。抗震設防烈度按國家規定的許可權批准作為一個地區抗震設防依據的地震烈度稱為設防烈度。一般情況下，可採用《中國地震動參數區劃圖》中的地震基本烈度。對已編制抗震設防區劃的城市，可按批准的抗震設防烈度進行抗震設防。抗震設防烈度為6度及以上地區的建築必須進行抗震設計。地震基本烈度

定義：50年設計基準期內，一般場地條件下可能遭遇的超越概率為10%的地震烈度值。由國家地震局制定的《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001)確定。一個地區考慮地震時的抗震設防烈度一般情況下取其基本烈度。在基本烈度相同情況下，建築物所受地震影響並不完全相同，與產生該烈度的地震震級及震中距有關。設計基本地震加速度

定義：50年設計基準期超越概率為10%的地震加速度的設計取值。結構抗震設計時取用的地震作用大小由抗震設防烈度決定，但最終需落實到設計基本地震加速度上。《建築抗震設計規範》規定了抗震設防烈度與設計基本地震加速度的對應關係。抗震設防烈度6度7度8度9度設計基本地震加速度0.05g0.10g(0.15g)0.2g(0.3g)0.4g地震波傳播過程中，會不斷產生“損耗”，傳播距離越遠，就會逐漸失去了其中的高頻成分。對於震中距近的場地，地震波的高頻成分還沒有衰減，這些高頻成分造成了地面上的普通建築物的破壞。對於震中距遠的情況，高頻成分大部分都衰減掉了，此時地震波以長週期為主，會對高柔建築產生明顯影響。設計地震分組設計地震分組

不同地區的震害受到其不同震源的影響，即使宏觀烈度相同，但震害可能會有所差異。《抗震規範》用設計地震分組來考慮震級和震中距對設防烈度相同地區的不同影響。抗震設防烈度（或設計基本地震加速度）相同的地區，可能屬於不同的設計地震分組：第一組表示近震中距，第二、三組表示遠震中距。6度近震第一組6度遠震第二組7度近震第一組7度遠震第二組6度遠震第三組678766789876我國《建築抗震設計規範》GB50011-2010明確提出的“三水準”抗震設防目標：第一水準：當遭受低於本地區設防烈度的多遇地震影響時，建築物主體結構不受損壞或不需修理可繼續使用；第二水準：當遭受相當於本地區設防烈度的設防地震影響時，建築物可能發生損壞，但經一般修理仍可繼續使用；第三水準：當遭受高於本地區設防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發生危及生命安全的嚴重破壞。小震不壞中震可修大震不倒

抗震設防目標（要求）三個地震烈度水準

小震（多遇烈度）:

50年設計基準期內一般場地條件下，可能遭遇的超越概率為63.2%的地震烈度，50年一遇。

中震（基本烈度）:50年設計基準期內一般場地條件下，可能遭遇的超越概率為10%的地震烈度，475年一遇。

大震（罕遇烈度）:50年設計基準期內一般場地條件下，可能遭遇的超越概率為2~3%的地震烈度，1600~2500年一遇。

兩階段抗震設計方法

《抗震規範》採用的兩階段設計過程為:第一階段（設計階段）:按多遇地震烈度對應的地震作用效應和其他荷載效應的組合進行結構構件的截面承載能力設計和結構的彈性變形驗算，保證小震不壞。第二階段（驗算階段）:按罕遇地震烈度對應的地震作用效應對結構薄弱部位進行彈塑性變形驗算，並採取相應的構造措施保證大震不倒。對絕大多數建築結構而言,不需專門進行第二水準的抗震設計，而認為按照上述兩階段設計的結構自然滿足中震可修的要求。不同使用性質的建築物，地震破壞所造成後果的嚴重性是不一樣的。

核電站、大壩

通訊機房、醫院住宅臨時建築所以，對於不同用途建築的抗震設防，不宜採用同一標準。

抗震設防類別與抗震設防標準抗震設防分類

根據建築遭遇地震破壞後，可能造成的人員傷亡、直接和間接經濟損失、社會影響的程度及其在抗震救災中的作用等因素，對各類建築所做的設防類別劃分。我國《建築工程抗震設防分類標準》GB50223－2008將建築物按其用途的重要性分為四類：甲類(特殊設防類)：指使用上有特殊設施，涉及國家公共安全的重大建築工程和地震時可能發生嚴重次生災害等重大災害後果，需進行特殊設防的建築。甲類建築舉例：A、郵電通信中的國際出入口局、國際無線電臺、國際衛星通信地球站、國際海纜登錄站等建築；中央級、省級的電視調頻廣播發射塔（混凝土結構≥250m，鋼結構≥300m）。B、國家和區域的電力調度中心。C、研究、生產和存放高放射性物質以及劇毒生物和化學製品、天然和人工細菌、病毒(如鼠疫、霍亂、傷寒等)的建築。D、三級特等醫院的住院部、醫技樓、門診部。如抗震城市中生命線工程的核心建築生命線工程包括：供水、供電、交通、消防、通訊、救護、供氣、供熱等系統及應急避難所建築20萬人口以上城鎮和縣級防災應急指揮中心省級電力調度中心大型鐵路、公路交通樞紐的核心建築，航站樓等大型體育場館、文化娛樂中心、會展中心、大型商城、常住人口超過8000人的高層住宅建築幼稚園、中小學的教學用房及學生宿舍和食堂等乙類(重點設防類)：地震時使用功能不能中斷或需儘快恢復的生命線相關建築，以及地震時可能導致大量人員傷亡等重大災害後果，需提高設防標準的建築。丁類(適度設防類)：指使用上人員稀少且震損不致產生次生災害，允許在一定條件下適度降低設防要求的建築。丙類(標準設防類)：指大量的除甲、乙、丁類建築以外的、按標準要求進行設防的一般建築。一般的存儲低值物品、人員活動少、無次生災害的單層倉庫人員較少的輔助建築物人員較少的臨時建築物、構築物等

抗震設防標準

根據不同抗震設防類別而提出的對建築物地震作用和抗震措施的要求。

一般情況下仍應按本地區抗震設防烈度確定丁類

按本地區抗震設防烈度確定丙類

按本地區抗震設防烈度確定乙類

按地震安全性評價結果且高於本地區抗震設防烈度的要求確定其地震作用甲類

地震作用在設防烈度為6度時，除規範有具體規定外，對乙、丙、丁類建築可不進行地震作用計算。應允許比本地區抗震設防烈度的要求適當降低其抗震措施，但抗震設防烈度為6度時不應降低。丁類應按本地區抗震設防烈度的要求採取抗震措施丙類一般情況下，當抗震設防烈度為6-8度時，應按高於本地區抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施；當9度時，應按比9度更高的要求採取抗震措施。乙類當抗震設防烈度為6-8度時，應按比本地區抗震設防烈度提高一度的要求加強其抗震措施；當為9度時，應按比9度更高的要求採取抗震措施。甲類抗震措施抗震措施：除地震作用和抗力計算以外的抗震設計內容，含抗震構造措施。2.5抗震設計的基本要求結構抗震設計的三個層次：概念設計(conceptdesign)、抗震計算、抗震措施。概念設計：在總體上把握抗震設計的基本原則；抗震計算：為建築抗震設計提供定量的手段；抗震措施：保證結構延性和整體性．加強局部薄弱環節等。結構抗震概念設計結構抗震概念設計是根據地震災害和工程經驗所形成的基本設計原則和設計思想，進行建築和結構的總體結構佈置並確定細部構造的過程。地震作用的不確定性---隨機過程結構計算假定與實際情況的差異結構地震回應的不確定性一、注意場地選擇選擇有利地段、避開不利地段，不在危險地段進行工程建設。

選擇薄的場地覆蓋層選擇堅實的場地土避開場地的卓越週期注意場地選擇把握建築體型提高結構延性設置多道防線重視非結構因素二、把握建築體型堅持建築物平、立面佈置的基本原則：對稱、規則、品質與剛度變化均勻。嚴格控制結構的不規則程度。根據不同建築物高度選擇合適的結構體系控制房屋的高寬比合理設置防震縫三、提高結構延性選擇合理的結構屈服機制，提高結構整體延性通過構造措施保證不同構件的延性增加結構的贅餘度保證連接部位的延性和穩定性避免一切脆性破壞四、設置多道防線框架結構框架－剪力牆框架－支撐結構聯肢剪力牆結構五、重視非結構因素非結構構件的破壞－－與主體結構可靠連接非結構構件對主體結構動力特性的影響（阻尼、週期、剛度）非結構構件對主體結構構件的受力影響（填充牆造成短柱等）本章重點一、名詞解釋地震；地震波；震中；震中距；震源深度；震級；烈度震中烈度；抗震設防烈度（地震基本烈度）；設計基本地震加速度；抗震設防的三水準目標；兩階段設計。二、地震的分類三、地震波的分類及各自特點：縱波、橫波、瑞雷波、洛夫波。四、地震動三要素五、工程結構的震害種類。六、抗震設防分類和設防標準七、結構抗震的概念設計本章重點第三章場地、地基和基礎

工程地質條件對震害的影響場地地基及基礎的抗震驗算地基土的液化地基抗液化措施及處理3.1工程地質條件對震害的影響局部地形條件的影響

局部地形條件對地震時建築物的破壞有較大影響局部地質構造的影響—斷層危險

局部地質構造主要是指斷層——發震斷層、非發震斷層地下水位的影響

水邊地的地下水位較高，土質也較鬆軟，容易在地震時產生土壤滑動或地層液化。

山坡地在地震時會產生土壤滑動

用另外的土石來填補地基，常有土壤密實度不足情形，導致建築物在地震時產生傾斜、沉陷。

沖積地的土質鬆軟，地震時容易塌陷，如果此處有地下水層，還容易發生液化。

局部地形條件的影響臨近懸崖，容易滑落

谷地或低地，這裏的建築物容易在地震發生時，受土石崩塌破壞。

薩爾瓦多地震引發了一巨大的泥石流，數百戶人家被埋在泥石裏，1200多人遇難局部突出地形的影響

1994年雲南昭通地震，蘆家灣某村坐落於山梁上，山梁長150m，頂部最寬15m，最窄5m，高60m，距震中18km。

突出端部（山頂）的最大加速度為0.632g，鞍部為0.257g，大山根部為0.431g。烈度為9度烈度為8度烈度為7度1.高突地形距離基準面的高度愈大，高處的反應愈大；2.離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離大，反應相對減小；3.在同樣地形條件下，土質結構的反應比岩質結構大；4.高突地形頂面愈開闊，遠離邊緣的中心部位的反應明顯減小;5.邊坡愈陡，其頂部的放大效應相應加大。地裂（1、與地下斷裂構造直接相關的地裂；2-3、與發震斷裂間接相關的受應力場控制所產生的地裂）局部地質構造的影響

地下水位的影響

地震時，地下水位對建築物危害程度的影響與水位深淺和地基土的類別有關。水位淺—破壞重水位深度<5m，對震害影響最明顯水位深度>5m，無明顯影響對軟弱土層（如粉砂、細砂、淤泥質土）—地下水影響最大對粘性土——地下水影響大對碎石、角礫——地下水影響較小地段類別地質、地形、地貌有利地段穩定基岩，堅硬土，開闊、平坦、密實、均勻的中硬土等不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非岩質的陡坡，河岸和邊坡的邊緣，平面分佈上成因、岩性、狀態明顯不均勻的土層（如故河道、疏鬆的斷破裂帶、暗埋的塘浜溝穀和半填半挖地基）等危險地段地震時可能發生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等以及發震斷裂帶上可能發生地表錯位的部位地段選擇1.選擇有利地段；2.避開不利地段，當無法避開時，應採取適當的抗震措施；3.不在危險地段建設。3.2

場地基本概念場地是指工程群體所在地，具有相似的反應譜特徵。其範圍相當於廠區、居民社區和自然村或不小於1平方公里的平面面積。（GB50011-2010第2.1.8條）場地土場地範圍內的地基土。土

同一烈度區內，場地土質條件不同，震害不同

軟弱地基與堅硬地基相比：自振週期長、振幅大、振動持續時間長、土不穩定、易液化土—結相互作用更明顯，增大結構週期，改變振型場地土層的組成不同，對震害影響也不同圖3-1房屋破壞率與土層厚度關係

建築物震害除與地震類型、結構類型等有關外，還與其下臥層的構成、覆蓋層厚度密切相關。一般而言，房屋倒塌率隨土層厚度的增加而加大，軟弱場地上建築物震害一般重於堅硬場地。岩層中的地震波具有多種頻率成分。其中，在振幅譜中幅值最大的頻率分量所對應的週期，稱為地震動的卓越週期。由於土層的過濾特性與選擇放大作用，地表地震動的卓越週期很大程度上取決於場地的固有週期。當建築物固有週期與地震動的卓越週期接近時，建築物振動會加大，震害加重。多層土的地震效應主要取決於三個基本因素：覆蓋土層厚度、土層剪切波速、岩土阻抗比。其中，岩土阻抗比主要影響共振放大效應，其他兩者則主要影響地震動的頻譜特性。場地類別考慮到地震作用下不同場地條件對結構振動回應的影響，《建築抗震設計規範》將場地劃分為I～IV四種類別。場地類別反映了地震情況下場地的動力效應。決定場地類別的主要因素是覆蓋層厚度和土層等效剪切波速3.2.1覆蓋層厚度覆蓋層厚度是指地表面至地下基岩面的距離。所謂基岩介面是地震波傳播途徑中的一個強烈的折射與反射面，此介面以下的岩層振動剛度要比上部土層的相應值大很多。工程中，當下部土層剪切波速達到上部土層剪切波速2.5倍，且下部土層中沒有剪切波速小於400m/s的岩土層時，該下部土層可視作基岩。深部土層的剪切波速往往難以取得。關於場地覆蓋層厚度：一般情況下，應按地面至剪切波速大於500m/s的土層頂面的距離確定。當地面5m以下存在剪切波速大於相鄰上層土剪切波速2.5倍的土層，且其下臥岩土的剪切波速均不小於400m/s時，可按地面至該土層頂面的距離確定。剪切波速大於500m/s的孤石、透鏡體應視同周圍土層。土層中的火山岩硬夾層，應視為剛體，其厚度應從覆蓋土層扣除。覆蓋土層厚度越大，震害越嚴重。3.2.2土層等效剪切波速場地土的剛性一般用土的剪切波速表示，剪切波速是土的重要動力參數，反映了場地的動力性能。

土層的平均剪切波速計算公式：

se—土層等效剪切波速(m/s)；

d0—計算深度（m），取覆蓋層厚度和20m二者的較小值；

t—剪切波在地面至計算深度之間的傳播時間;di—計算深度範圍內第i土層的厚度(m);

si—計算深度範圍內第i土層的剪切波速(m/s);n—計算深度範圍內土層的分層數。對於不超過10層和高度不超過24m的丙類建築及丁類建築，當無實測剪切波速時，可以根據岩土名稱和性狀，按GB50011-2010表4.1.3劃分土的類型，再利用當地經驗在該表的剪切波速範圍內估計各土層的剪切波速。GB50011-2010表4.1.3土的類型劃分和剪切波速範圍土的類型岩土名稱和性狀土層剪切波速範圍（m/s）岩石堅硬、較硬且完整的岩石vs>800堅硬土或軟質岩石破碎和較破碎的岩石或軟和較軟的岩石，密實的碎石土800≥vs>500中硬土中密、稍密的碎石土，密實、中密的礫、粗、中砂，fak>150的粘性土和粉土，堅硬黃土500≥vs>250中軟土稍密的礫、粗、中砂，除鬆散外的細、粉砂，fak≤150的粘性土和粉土，fak>130的填土，可塑新黃土250≥vs>150軟弱土淤泥和淤泥質土，鬆散的砂，新近沉積的粘性土和粉土，fak≤130的填土，流塑黃土vs≤150注：fak－－地基承載力特徵值(kPa)；vs為岩土剪切波速。場地類別建築的場地類別，根據土層的平均剪切波速和場地覆蓋層厚度劃分為四類，其中的I類又分為I0為I1亞類。

GB50011-2010

表4.1.6各類建築場地的覆蓋層厚度（m）岩石的剪切波速或土的等效剪切波速（m/s）場地類別I0I1IIIIIIVVs>8000800≥Vs>5000500≥Vse>250<5≥5250≥Vse>150<33~50>50Vse≤150<33~1515~80>80例：已知某建築場地的鑽孔土層資料如表所示，試確定該建築場地的類別。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥質粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥質粘土200632.9細砂31069.56.5礫混粗砂5202.確定覆蓋層厚度

d0＝63m3.確定建築場地類別查表，屬於Ⅲ類場地解：1.計算地面下土層的等效剪切波速容易產生震害的天然地基：1.高壓縮性飽和軟粘土和承載力較低的淤泥質土在地震中產生不同程度的震陷，造成上部結構的傾斜或破壞；2.雜填土、回填土和沖填土等鬆軟填土地基，土質鬆軟且承載力較低，易產生沉陷，使結構開裂；3.溝、坑、古河道、坡地半挖半填等非勻質地基在地震中的不均勻沉降或地裂縫引起上部結構破壞。3.3地基及基礎的抗震驗算

地基是指建築物基礎下麵受力層範圍內的土層。一般土層地基在地震時很少發生問題。造成上部建築物破壞的主要是鬆軟土地基和不均勻地基。因此應根據土質不同採用不同的處理方案。相應的抗震措施1.軟弱粘性土地基：採用樁基，地基加固2.雜填土地基：換土夯實；地基加固3.不均勻地基：綜合建築體型、荷載、烈度、結構類型等採取合理的結構佈局和地基抗震措施地基加固處理方法換土墊層法重錘夯實法擠密樁法沉井預壓法特點:(1)在靜力條件下具有一定的承載能力

(2)在地震時會全部或部分喪失承載力，或產生不均勻沉陷

(3)前兩類震害不能用加寬基礎，加強上部結構等措施克服，應採用地基處理，如置換、加密、強夯等，或採用樁基等深基礎

下列建築可不進行地基基礎抗震承載力驗算：1.地基主要受力層範圍內不存在軟弱粘性土層的下列建築：

1)一般的單層廠房和單層空曠房屋；

2)砌體房屋;3)不超過8層且高度在24m以下的一般民用框架房屋；

4)基礎荷載與3)項相當的多層框架廠房和多層混凝土抗震牆房屋。2.建築抗震設計規範規定可不進行上部結構抗震驗算的建築。注:軟弱粘性土層指7度、8度和9度時，地基承載力特徵值分別小於80、100和120kPa的土層。

天然地基抗震承載力驗算地基抗震承載力地基抗震承載力>靜承載力

faE—調整後的地基抗震承載力設計值；

s—地基抗震承載力調整係數，與土的性質有關；

fa—寬深修正後的地基土靜承載力特徵值。有限次動載作用下，多數土的強度較靜載下稍高地震是偶然荷載,安全度適當減小原因在靜承載力上乘以大於1的係數：faE=

sfa方法驗算公式

驗算天然地基地震作用下豎向承載力，按地震作用效應標準組合的基礎底面壓力(可認為呈直線分佈)應符合下列要求：

平均壓力：p≤faE邊緣壓力：pmax≤1.2faE

p—

地震作用效應標準組合的基礎底面平均壓力;

pmax

—

地震作用效應標準組合的基礎邊緣的最大壓力;

注：高寬比>4的高層建築，地震作用下基礎底面不宜出現拉應力；其他建築:基礎底面零應力區面積≤15%總基礎面積。

樁基礎抗震承載力驗算

承受豎向荷載為主的低承臺樁基，當地面下無液化土層，且樁承臺周圍無淤泥、淤泥質土和地基承載力特徵值<100kPa的填土時，下列建築可不進行樁基抗震承載力驗算：

1.建築抗震設計規範規定可不進行上部結構抗震驗算的建築和砌體結構房屋。

2.7度和8度時的下列建築：

1)一般的單層廠房和單層空曠房屋；

2)不超過8層且高度在24m以下的一般民用框架房屋；

3)基礎荷載與2)項相當的多層框架廠房和多層混凝土抗震牆房屋。非液化土中低承臺樁基的抗震驗算要求1.單樁豎向和水準向抗震承載力設計值，可比靜載時提高25%;2.當地下室埋深大於2m時，樁所承擔的地震剪力按下式計算：

V0—上部結構的底部水準地震剪力（kN）；

V—樁承擔的地震剪力（kN）；<0.3V0時取0.3V0，>0.9V0

時取0.9V0；

H—建築的地上部分高度；df—基礎埋深。存在液化土層的低承臺樁基抗震驗算要求1.不宜計入承臺側面土抗力或剛性地坪對水準地震作用的分擔作用；2.當樁承臺底面上、下分別有厚度不小於1.5m、1.0m的非液化土層或非軟弱土層時，可按下列二種情況進行樁的抗震驗算，並按不利情況設計：

1)樁承受全部地震作用，樁承載力按非液化土層樁基取用，液化土的樁周摩阻力及樁水準抗力均應乘以表4.4.3的折減係數。

表4.4.3土層液化影響折減係數實際標貫錘擊數／臨界標貫錘擊數深度ds(m)折減係數

0.6ds

10010<ds

201/3>0.6～0.8ds

101/310<ds

202/3>0.8～1.0ds

102/310<ds

201

2)地震作用按水準地震影響係數最大值的10%採用，樁承載力仍按非液化土層樁基計算，但應扣除液化土層的全部摩阻力及樁承台下2m深度範圍內非液化土的樁周摩阻力。

地基基礎抗震設計是通過選擇合理的基礎體系和抗震驗算來共同保證其抗震能力的。1）同一結構單元不宜設置在性質截然不同的地基土層上；2）同一結構單元不宜部分採用天然地基而另外部分採用樁基；3）地基有軟弱土、可液化土、新近填土或嚴重不均勻土層時，宜加強基礎的整體性和剛性；4）根據具體情況，選擇對抗震有利的基礎類型，在抗震驗算時應儘量考慮結構、基礎和地基的相互作用影響，使之能反映地基基礎在不同階段上的工作狀態。

液化的概念定義地震時，飽和砂土或粉土顆粒在強烈振動下發生相對位移，顆粒結構有壓密的趨勢，當其本身滲透能力較小，短時間內孔隙水排泄不走而受到擠壓，孔隙水壓力急劇增加，當孔隙水的壓力增加到與剪切面上的法向壓應力接近或相等時，砂土或粉土受到的有效壓應力下降乃至喪失，土顆粒局部或全部處於懸浮狀態。此時，土體的抗剪強度等於零，形成有如液體的現象。這種現象稱為“液化”。3.4

地基土的液化土體液化模型

液化的概念砂土液化現象

宏觀表現：地表噴砂冒水

砂土液化是地下水位高的鬆散砂質沉積地基常見的震害現象。

唐山地震時，嚴重液化地區噴水高度達8米，廠房沉降達1米。天津地震時，海河故道及新近沉積土地區有近3000個噴水冒砂口成群出現，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達5立方米。有時地面運動停止後，噴水現象可持續30分鐘。液化的震害：噴水冒砂淹沒農田，淤塞管道，淘空路基；沿河岸出現裂縫、滑移，造成橋樑破壞，等等。液化使建築物產生下列震害：1.地面開裂下沉使建築物產生過度下沉或整體傾斜。2.不均勻沉降引起建築物上部結構破壞，使梁板等水準構件及其節點破壞，使牆體開裂和建築物體形變化處開裂。3.室內地坪上鼓、開裂，設備基礎上浮或下沉。建築抗震設計規範GBJ50011－2010

對液化土的規定4.3.2地面下存在飽和砂土和飽和粉土時，除6度外，應進行液化判別；存在液化土層的地基，應根據建築的抗震設防類別、地基的液化等級，結合具體情況採取相應的措施。（為強制性條文）

影響地基土液化的因素地質年代

地質年代越久的土層，抵抗液化能力越強。土層土粒的組成和密實程度

細砂比粗砂更容易液化，密實度小的土更容易液化土層埋置深度和地下水位深度

埋深越大，地下水位越深，就越不容易液化地震烈度和地震持續時間

地基土液化的判別

飽和土液化的判別一般分兩步進行，即初步判別和標準貫入試驗判別。地質年代

地質年代為第四紀晚更新世(Q3)及以前的土層，7、8度時可判為不液化。

（沉積時間長、具有膠結緊密結構、固結度和密實度好）初步判別經初步判別定為不液化或不考慮液化影響，則可不進行標準貫入試驗判別地質年代土中粘粒含量粘粒：粒徑≤0.005mm，土的粘聚力增大

粉土內粘粒含量百分率超過某一限值（7度、8度和9度分別不小於10、13和16）時，可判為不液化。

上覆非液化土層厚度和地下水位深度上覆非液化土層厚度

地震時能抑制可液化土層噴水冒砂的厚度。非液化層構成堆積5年以上地基承載力>100kPa

天然地層人工填土層從第一層頂面算至地表

當覆蓋層中夾有軟土層時對抑制噴水冒砂作用很小，且其本身在地震中很可能發生軟化現象，該土層應從覆蓋層中扣除。可不考慮液化影響的適用範圍（滿足條件之一即可）:

上覆非液化土層厚度條件：du>d0+db-2

地下水位深度條件：

dw>d0+db-3

兩者之和應滿足條件:du+dw>1.5d0+2db-4.5dw—地下水位深度(m)，宜按設計基準期內年平均最高水位採用，也可按近期內年最高水位採用；du—上覆蓋非液化土層厚度(m)，計算時宜扣除淤泥和淤泥質土層；db—基礎埋置深度(m)，不超過2m時應採用2m；d0—液化土特徵深度(m)，見右表。9m8m7m

砂土8m7m6m

粉土987烈度飽和土類別

例圖示為某場地地基剖面圖，上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為砂土，地下水位深度為dw=6m，基礎埋深db=2m,該場地為8度區。確定是否考慮液化影響。解：按判別式確定dw=6mdu=5.5mdb=2m查液化土特徵深度表9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別dw=6mdu=5.5mdb=2m因此，需要考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2m

鑽孔至試驗土層上15cm處，用63.5公斤穿心錘，落距為76cm，打擊土層。打入30cm所用的錘擊數記作N63.5，稱為標貫擊數。用N63.5與規範規定的臨界值Ncr比較來確定是否會液化。1---穿心錘；2---錘墊；3---觸探杆4---貫入器頭；5---出水孔；6---貫入器身；7---貫入器靴

對於初判不屬於不考慮液化的情況，可採用標準貫入試驗進一步細判。

當飽和液化土的標貫擊數N63.5的值小於Ncr值時，判為液化，否則判為不液化。標準貫入試驗---地下水位深度（m)---飽和土標準貫入試驗點深度（m)---液化判別標準貫入錘擊數基準值，按下表採用---粘粒含量百分率，當小於3或是砂土時，均應取3表4.3.4液化判別標準貫入錘擊數基準值N0設計基本地震加速度(g)0.100.150.200.300.40液化判別標準貫入錘擊數基準值710121619---調整係數，設計地震第一組取0.80，第二組取0.95，第三組取1.05。β

液化場地危害程度（液化指數→液化等級→震害情況）---判別深度內每一個鑽孔標準貫入試驗點總數---分別為第i點標準貫入錘擊數的實測值和臨界值，當實測值大於臨界值時取臨界值---i點所代表的土層厚度(m)，可採用與該標準貫入試驗點相鄰的上、下兩標準貫入試驗點深度差的一半，但上界不高於地下水位深度，下界不深於液化深度；---i土層單位土層厚度的層位影響權函數值(單位為m-1)。當該層中點深度不大於5m時應採用10，等於20m時應採用零值，5～20m時應按線性內插法取值。液化指數液化地基等級的評價根據液化指數，按GBJ50011-2010表4.3.5確定液化等級液化等級與相應的震害液化等級

地面噴砂冒水情況

對建築物的危害情況輕微地面無噴水冒砂，或僅在窪地、訶邊有零星的噴水冒砂點危害性小，一般不致引起明顯的震害中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴重均有，多數屬中等危害性較大，可造成不均勻沉陷和開裂，有時不均勻沉陷可達200mm嚴重一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能大於200mm，高重心結構可能產生不允許的傾斜表4.3.5液化等級與液化指數的對應關係液化等級輕微中等嚴重液化指數IIE0<IIE≤66<IIE≤18IIE>183.5

地基抗液化措施根據建築類別和地基液化等級查表選擇處理措施建築抗震地

基

的

液

化

等

級設防類別輕微中等嚴重乙類部分消除液化沉陷，或對基礎和上部結構處理全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎和上部結構處理全部消除液化沉陷丙類基礎和上部結構處理，亦可不採取措施基礎和上部結構處理，或更高要求的措施全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎和上部結構處理丁類可不採取措施可不採取措施基礎和上部結構處理，或其他經濟的措施全部消除地基液化沉陷措施，應符合：採用樁基時，樁端伸入液化深度以下穩定土層中的長度(不包括樁尖部分)，應按計算確定，且對碎石土，礫、粗、中砂，堅硬粘性土和密實粉土尚不應小於0.8m，對其他非岩石土尚不宜小於1.5m。採用深基礎時，基礎底面應埋入液化深度以下的穩定土層中，其深度不應小於0.5m。採用加密法(如振沖、振動加密、擠密碎石樁、強夯等)加固時，應處理至液化深度下界；振沖或擠密碎石樁加固後，樁間土的標準貫入錘擊數不宜小於規範規定的液化判別標準貫入錘擊數臨界值。用非液化土替換全部液化土層，或增加上覆非液化土層的厚度。採用加密法或換土法處理時，在基礎邊緣以外的處理寬度，應超過基礎底面下處理深度的1/2且不小於基礎寬度的1/5。部分消除地基液化沉陷措施，應符合：處理深度應使處理後的地基液化指數減少，其值不宜大於5；大面積筏基、箱基的中心區域，處理後的液化指數可比上述規定降低1；對獨立基礎和條形基礎，尚不應小於基礎底面下液化土特徵深度和基礎寬度的較大值。注：中心區域指位於基礎外邊界以內沿長寬方向距外邊界大於相應方向1/4長度的區域。採用振沖或擠密碎石樁加固後，樁間土的標準貫入錘擊數不宜小於規範規定的液化判別標準貫入錘擊數臨界值。基礎邊緣以外的處理寬度，應超過基礎底面下處理深度的1/2，且不小於基礎寬度的1/5。採取減小液化震陷的其他方法，如增厚上覆非液化土層的厚度和改善周邊的排水條件等。減輕液化影響的基礎和上部結構處理選擇合適的基礎埋置深度調整基礎底面積，減少基礎偏心加強基礎整體性和剛度，如採用箱基、筏基或鋼筋混凝土十字條形基礎，加設基礎圈梁等減輕荷載，增強上部結構的整體剛度和均勻對稱性，合理設置沉降縫，避免採用對不均勻沉降敏感的結構形式等管道穿過建築處應預留足夠尺寸或採用柔性接頭本章重點一、名詞解釋場地、場地土、覆蓋層厚度、場地土的液化；二、簡答1、場地土類型、場地類別的劃分及工程意義2、場地選擇的原則3、場地土液化的原因及危害4、場地土液化的判別方法5、液化指數的作用6、天然地基及基礎抗震承載力驗算的一般原則7、可液化地基和軟土地基的抗震措施8、樁基抗震設計的基本方法等三、計算1、建築場地的類型判定2、地基土的液化判別3、地基土液化等級的判別本章重點

第4章結構地震反應分析與抗震驗算

主要內容概述

單自由度彈性體系的地震反應分析

單自由度彈性體系水準地震作用與抗震設計反應譜

多自由度彈性體系的地震反應分析

考慮水準地震作用扭轉影響的計算

結構豎向地震作用的計算

建築結構抗震驗算

結構地震反應定義:地震引起的結構振動回應。包括地震作用在結構中引起的速度、加速度、位移和內力等。結構地震反應分析屬於結構動力學範疇。結構地震反應與地震地面運動特性、結構自身動力特性（自振週期、阻尼、振型）等因素有關。4.1概述

結構抗震設計理論的發展結構抗震設計理論包括：

地震作用的確定、結構抗震計算方法大致經歷了三個發展階段:靜力理論階段（1899年，日本大森房吉提出）基本假設:建築物為絕對剛體，地震時建築物和地面一起運動，無相對地面的位移;結構各部分的加速度與地面加速度大小相同，取其最大值用於結構抗震設計。作用在建築物每一樓層的水準地震作用:

—地面運動最大加速度；k—地震係數，地面運動最大加速度與重力加速度的比值，反映該地區地震的強烈程度，取0.1~0.2；Gi—集中在第i樓層的重力荷載。

該方法忽略結構自身動力特性（如自振週期、阻尼比）的影響，對低矮、剛性較大的建築可行，但對具一定柔性的結構物誤差較大。反應譜理論階段（1940年，美國Biot提出）至今為我國和大多數國家結構抗震設計規範中地震作用計算的理論基礎。單自由度彈性體系的地震作用:

F=FEK=kG

F、FEK—作用在結構上的地震作用和底部剪力；

k—地震係數；

—動力係數（靜力理論無此係數，即地震作用的大小不僅與地震強度有關，還與結構動力特性有關）；G—結構的重力荷載代表值。動力分析階段特點：對一些重要結構物的抗震設計採用動力時程分析法；可以揭示結構的破壞過程及內力重分佈過程；可以考慮地震動的三要素—振動幅值、頻譜特性和地震持續時間對結構的破壞作用。基於隨機振動理論的抗震分析

地震地面運動實質上非平穩隨機過程；結構在強震作用下會進入明顯的非線性或非彈性階段；即使是線性結構，其地震反應也是非平穩的隨機過程。基於隨機振動理論的抗震分析可以考慮地震動非平穩隨機特性和結構的隨機特性，是一種更合理的計算分析方法，但是計算理論複雜、艱深，計算量大。

確定性的地震作用→確定性的結構隨機地震激勵→隨機結構系統林家浩－－虛擬激勵法（已寫入橋樑抗震規範）李傑－－隨機結構概論密度演化方法蘇成－－隨機振動分析的顯式積分法

地震作用計算和結構抗震驗算基本原則

結構抗震計算方法（規範規定了以下三種）：

①高度不超過40m，以剪切變形為主且品質和剛度沿高度分佈比較均勻的結構，以及近似於單質點體系的結構，宜採用底部剪力法等簡化方法；②除①以外的建築，宜採用振型分解反應譜法；③特別不規則的建築、甲類建築和超過下高度範圍的高層建築，應採用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，當取三組時程曲線時，計算結果宜取時程分析法的包絡值和振型分解反應譜法的較大值；當取七組及七組以上的時程曲線時，計算結果可取時程法的平均值和振型分解反應譜法的較大值。GBJ50011-2010表5.1.2-1採用時程分析的房屋高度範圍烈度、場地類別房屋高度範圍（m）8度Ⅰ、Ⅱ類場地和7度＞1008度Ⅲ、Ⅳ類場地＞809度＞60現行抗震規範規定:採用時程分析法時，應按建築場地類別和設計地震分組選用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線，其中實際強震記錄的數量不應少於總數的2/3，多組時程曲線的平均地震影響係數曲線應與振型分解反應譜法所採用的地震影響係數曲線在統計意義上相符，其加速度時程的最大值可按表5.1.2-2採用。彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得結構底部剪力不應小於振型分解反應譜法計算結果的65％，多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小於振型分解反應譜法計算結果的80％。表5.1.2-2時程分析所用地震加速度時程的最大值（cm/s2）地震影響6度7度8度9度多遇地震1835（55）70（110）140罕遇地震125220（310）400（510）620注：括弧內數值用於設計基本地震加速度0.15g和0.30g地區。質點系和自由度

一般單層結構因品質相對集中，在進行動力計算時可將這些結構中參與振動的所有品質全部折算到頂部，形成單質點體系。若該體系只作單向運動，則稱為單自由度體系。

品質沿高度分佈較均勻的多高層結構,可簡化為多質點體系。體系受地震作用運動時，成為多自由度體系。4.2單自由度彈性體系的地震

反應分析單自由度結構受力分析地面發生水準振動時，令地面位移為xg(t)，單自由度體系相對地面的位移為x(t)，則該體系的總位移為xg(t)+x(t)。這樣，作用在該體系上的力有:

單自由度彈性體系的運動方程達朗貝爾原理:I(t)+R(t)+S(t)=0慣性力彈性恢復力S(t)=-K·x(t)阻尼力運動方程:

單自由度彈性體系的地震反應分析

設 ，代入運動方程得：

—

體系阻尼比，

—

無阻尼單自由度彈性體系的圓頻率，即2

秒時間內體系的振動次數;

T—

結構的自振週期

=0.02鋼結構

=0.05鋼筋混凝土結構自由振動部分強迫振動部分運動方程的解：

´

—

有阻尼單自由度彈性體系的圓頻率，由於地震發生前體系處於靜止狀態，即體系初位移和初速度均等於零，因此單自由度彈性體系位移反應為：

x(t)—

與有關。杜哈密（Duhamel）積分地震作用是一個慣性力，考慮到在抗震設計中，往往只需求出地震作用的最大值最大相對速度最大絕對加速度最大反應之間的關係最大相對位移(在阻尼比、地面運動確定後，最大反應只是結構週期的函數，數值積分)為結構的最大加速度反應

地震反應譜

反應譜的概念：單自由度彈性體系在給定的地震作用下某個最大反應量（如Sa、Sv、Sd）與體系自振週期的關係曲線。4.3單自由度彈性體系的水準地

震作用和抗震設計反應譜地震加速度反應譜可理解為一個確定的地面運動輸入，作用於自振週期各不相同的單自由度體系，所引起各體系最大加速度反應與相應體系自振週期的關係曲線。給定

、T、計算確定Sa繪製座標（T,

Sa）的點設定新的T值反應譜的計算方法相對位移反應譜Elcentro1940（N-S）地震記錄相對速度反應譜Elcentro1940（N-S）地震記錄絕對加速度反應譜Elcentro1940（N-S）地震記錄相對位移反應譜絕對加速度反應譜相對速度反應譜地震反應譜的特點：1.阻尼比對反應譜影響很大2.對於加速度反應譜，當結構週期小於某個值時幅值隨週期急劇增大，大於某個值時，快速下降。3.對於速度反應譜，當結構週期小於某個值時幅值隨週期增大，隨後趨於常數。4.對於位移反應