建筑结构电子教案十二.ppt

12.1 12.1 抗震基本知识抗震基本知识 12.2 12.2 多高层钢混房屋的抗震措施多高层钢混房屋的抗震措施 建筑抗震建筑抗震 Seismic design of buildings 12.1.1 12.1.1 地震及其破坏作用地震及其破坏作用 第十二章 建筑抗震 12.1 12.1 抗震基本知识抗震基本知识 地震的概念：（Earthquake） 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。 地震基本知识： 中国是一个多地震的国家，从 1966 年的邢台地震到1976 年的 唐山大地震，中国几乎每年有一 个7 级左右的大地震。 /hxz/zhuanji/t20060710002bac.htm 纪念唐山地震30周年网页（1976-2006） 12.1.1 12.1.1 地震及其破坏作用地震及其破坏作用地震基本知识： 地震按其成因分为： 火山地震、塌落地震、人工诱发地震、 构造地震。 其中构造地震发生的概率高，破坏作用 大，影响范围广，为房屋抗震设防研究 的主要对象。 我国位于全球两大地震构造系的交汇区域： 其一：环太平洋地震构造系， （占75%全球总地震） 其二：北纬2050之间大陆 （占90%全球总地震） 构造地震的形成 第十二章 建筑抗震 12.1 12.1 抗震基本知识抗震基本知识 12.1.1 12.1.1 地震及其破坏作用地震及其破坏作用 常用地震术语： 1、震 源地震发生时，在地球内部产生地震波 的位置，也是地震能量释放的源头； 2、震源深度震源到地面的垂直距离； 3、震 中震源到地表的垂直投影点； 4、震 中 距地震影响区内，地表某处至震中的距离； 5、等 震 线在同一地震中，具有相同地震烈度点 的连线； 6、极震区（震中区）等震线图上烈度最高的区域。 12.1.1 12.1.1 地震及其破坏作用地震及其破坏作用 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 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 12.1.1 12.1.1 地震及其破坏作用地震及其破坏作用 地表破坏现象-喷砂冒水 由地震引起的地裂缝 地震陷坑为何会喷砂冒水扬子晚报 2005年11月26日，江西发生地震后，人们在瑞昌市赛湖农场二分场棉花地 发现有三处奇怪的大陷坑，最深的有8米，最大的一处是三个陷坑相连，长 度50多米。而稻田里的5处陷坑还有十多处出现喷砂冒水现象，大的直径有 11米，水头最高时达二尺以上。更令人称奇的是，这些水坑喷出物竟然有 多种颜色，一时引起社会的普遍关注。 省地震工程研究院熊博士解释了这些陷坑地震时出现喷砂冒水现象，他说 ，农场附近地层属湖沼相沉积，地下土层中存在粉土或粉砂，在地震作用 下容易产生砂土液化现象，砂土液化是指饱水的粉细砂或粉土在地震力的 作用下瞬时失掉强度，由固体状态变成液体状态并喷出地表的力学过程。 稻田里喷砂冒水的陷坑 12.1.1 12.1.1 地震及其破坏作用地震及其破坏作用 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 12.1.1 12.1.1 地震及其破坏作用地震及其破坏作用 地震的破坏作用 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 12.1.1 12.1.1 地震及其破坏作用地震及其破坏作用 地震的破坏作用 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 12.1.2 震级与烈度震级与烈度 1、震级：衡量一次地震释放能量大小的尺度，国际上常用 里氏震级表示；MlgA M8 特大地震。 2、地震烈度：地震对地表和建 筑物影响的平均强弱程度； 震中烈度：I0 一般震中距越大，烈度越低； 震中距越小，烈度越高。 台湾2000.6.11地震烈度示意图 12.1.3 12.1.3 建筑抗震设防建筑抗震设防 1、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 12.1.3 建筑抗震设防建筑抗震设防 （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 浙江省： 抗震设防烈度为7度的地区有： 岱山、嵊泗、舟山； 抗震设防烈度为6度的地区有： 杭州、宁波、湖州、嘉兴、温州、绍兴、长兴、安吉、临安、奉化、 象山、德清、嘉善、平湖、海盐、桐乡、余杭、海宁、萧山、上虞、慈溪 、余姚、瑞安、富阳、平阳、苍南、乐清、永嘉、泰顺、景宁、云和、庆 元、洞头。 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 12.1.3 建筑抗震设防建筑抗震设防 2、设防目标 （1）、大震、中震、小震小震是发生机会较多的地震，小震对应地震烈度概 率密度曲线图上的峰值烈度，又叫众值烈度或多遇 烈度，超越概率为63.2%； 中震对应的地震烈度为基本烈度，50年内的超越概 率为10%； 大震是发生机会较小的罕遇地震，50年内的超越概 率为2-3%。 12.1.3 12.1.3 建筑抗震设防建筑抗震设防 抗震设防目标：小震不坏、中震可修、大震不倒 甲类建筑重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害 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）； 乙类建筑地震时功能不能中断或需尽快恢复的建筑，即 生命线工程建筑， （如消防、急救、供水、供电、通讯等） ； 丙类建筑甲、乙、丁类以外的一般建筑， （如一般的公 共建筑、住宅、旅馆、厂房等）； 丁类建筑抗震次要建筑， （如储存物品价值低的一般仓 库，人员活动少的辅助建筑等）。 建筑重要性分类： 12.1.3 12.1.3 建筑抗震设防建筑抗震设防 抗震设防标准： 甲类建筑地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求， 抗震措施，当抗震设防烈度为68度时，应符合本地区抗震 设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度更高的 要求； 乙类建筑地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求， 抗震措施，当设防烈度为68度时，应符合本地区抗震设防 烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度更高的要求 ； 丙类建筑地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防 烈度要求； 丁类建筑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。 2 .地基和基础设计 （1）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。 （2）地基为软弱粘性土、可液化土、新填土或严重 不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚性，以防止地 震引起的动态和永久的不均匀变形。 （3）在地基稳定的条件下，还应考虑结构与地基的 震动特性，力求避免共振的影响。 3.建筑和结构的规则性 建筑设计应符合抗震概念设计的要求，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，并 应具有良好的整体性；建筑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 和材料的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。 根据建筑物的类型和结构体系设置防震缝，可将建 筑从平面上分成规则的结构单元。防震缝应根据烈度、 场地类别、房屋类型等留有足够的宽度。同时，伸缩缝 、沉降缝应符合防震缝的要求。 4 .结构体系 （1）选择抗震结构体系应符合下列各项规定： 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 。 5）宜具有多道抗震防线，宜具有合理的刚度和承载力 分布，避免局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的 应力集中或塑性变形集中。结构在两个主轴方向的动力 特征宜相近。 （2）选择抗震结构构件时应符合的要求 1）砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、 芯柱或采用钢筋砌体等以改善变形能力。 2）混凝土结构构件，应合理选择尺寸，配置纵向钢筋 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，钢筋的锚固粘结破坏先于构件破坏。 3）预应力混凝土的抗侧力构件，应配有足够的非预应 力钢筋。 （3）结构各构件之间的连接 1）构件节点的破坏，不应先于其连接的构件。 2）预埋件的锚固破坏，不应先于连接件。 3）装配式结构构件的连接，应能保证结构的整体性。 4）预应力混凝土构件的预应力钢筋，宜在节点核心区外 锚固。 （4）非结构构件 主要有下列三种类型： 附属构件，如女儿墙、雨蓬、厂房高低跨封墙等。 这类构件的抗震措施是加强本身的整体性，并与主体有可 靠的连接或锚固，防止倒塌伤人。 装饰物，如建筑贴画、装饰、吊顶和悬吊重物等。 这类构件的抗震措施是加强同主体结构的连接。对重要的 贴画和装饰，要柔性连接，即保证主体结构变形不致损坏 贴面和装饰，应避免吊顶塌落伤人和贴镶或悬吊较重的装 饰物，当不可避免时应有可靠的防护措施。 非结构墙体，如围护墙、内隔墙和框架填充墙等 。应考虑这类构件对结构抗震的不利影响或有利影响， 应避免不合理的设置而导致主体结构的破坏，如框架或 厂房柱间填充墙不到顶、使这些柱子形成短柱，地震时 这些短柱极易发生脆性破坏。 5.材料与施工 （1）结构材料的性能应符合的最低要求 1）烧结普通粘土砖和烧结多孔粘土砖的强度等级不应 低于MU10，其砌体砂浆强度等级不应低于M5； 2）小型砌块的强度等级不应低于M7.5，其砌筑砂浆强 度等级不应低于M7.5； 3) 混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一 级的框架梁、柱、节点核心区，不应低于C30，构造柱 、芯柱、圈梁及其它构件不应低于C20； 4 )抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋采 用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测 值的比值不应小于1.25；且钢筋的屈服强度实测值与强 度标准值的比值不应大于1.3。 （2）抗震结构施工中应符合的要求 1)在钢筋混凝土结构的施工中，需要进行钢筋代换时，对 主要受力钢筋不宜以强度等级比原设计高的钢筋代替。当 需要替换时应按照构件截面实际屈服强度进行换算，并注 意替代后的构件截面屈服强度不应高于截面原设计的屈服 强度。这样，可以避免人为造成薄弱部位，和构件在有影 响的部位混凝土发生脆性破坏。 2)钢筋混凝土构造柱、芯柱和底部框架-抗震墙砖房中砖 抗震墙的施工，应先砌墙后浇构造柱、芯柱和框架柱。 3)砌体结构的纵、横墙交接处应同时咬槎砌筑或采取拉接 措施，以避免地震时开裂或外闪倒塌。 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。 12.2.1 12.2.1 震害特点震害特点 第十二章 建筑抗震 12.2 12.2 多高层钢混房屋抗震措施多高层钢混房屋抗震措施 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。 12.2 多高层钢混房屋抗震措施 1、框架梁、柱、节点震害 （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。 12.2.1 12.2.1 震害特点震害特点 第十二章 建筑抗震 12.2 12.2 多高层钢混房屋抗震措施多高层钢混房屋抗震措施 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 1、框架梁、柱、节点震害 （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。 12.2.1 12.2.1 震害特点震害特点 第十二章 建筑抗震 12.2 12.2 多高层钢混房屋抗震措施多高层钢混房屋抗震措施 破坏主要原因：大都是混凝土强度不足、节点处的箍筋培配 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 12.2.1 12.2.1 震害特点震害特点 第十二章 建筑抗震 12.2 12.2 多高层钢混房屋抗震措施多高层钢混房屋抗震措施 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 12.2.2 12.2.2 抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定 第十二章 建筑抗震 12.2 12.2 多高层钢混房屋抗震措施多高层钢混房屋抗震措施 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 12.2.2 12.2.2 抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定 第十二章 建筑抗震 12.2 12.2 多高层钢混房屋抗震措施多高层钢混房屋抗震措施 抗震规范规定，较规则的多、高层现浇钢混房屋最大适 用高度不超过小表的规定。 对平面和竖向均不规则的结构或建造于类场地上的结 构，其适用的最大高度尚应适当降低 。当设防烈度为6、7、8度，且房屋高度分别超过120m、100m、80m时，不宜采用框支层 现浇抗震墙结构。 12.2 多高层钢混房屋抗震措施 2、房屋高度及限值 12.2.2 12.2.2 抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定 第十二章 建筑抗震 12.2 12.2 多高层钢混房屋抗震措施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，高层钢混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 12.2 多高层钢混房屋抗震措施 3、建筑设计和结构的规则性 12.2.2 12.2.2 抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定 第十二章 建筑抗震 12.2 12.2 多高层钢混房屋抗震措施多高层钢混房屋抗震措施 建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则 的设计方案。 结构物的应满足对称、规则的要求，尽量保证质心和刚心的 一致。 4、防震缝 一般选用合理的结构方案避免设缝，只有当建筑平面突出部 分较长，结构刚度及荷载相差悬殊时，或房屋有较大错层时 ，才设置防震缝。 一旦设缝，必须留足缝宽。 必须设置防震缝时，缝的最小宽度应符合下列要求： （1）框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m 时，可采用70mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度 相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。 （2）框架抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用 （1 ）项规定数值的70%，抗震墙结构房屋的的防震缝宽度可 采用（1）项规定数值的50%；且均不宜小于70mm。 （3）防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震 缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。 12.2 多高层钢混房屋抗震措施 5、钢筋的锚固和接头 12.2.2 12.2.2 抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定 第十二章 建筑抗震 12.2 12.2 多高层钢混房屋抗震措施多高层钢混房屋抗震措施 有抗震设防要求的钢混房屋， 钢筋的锚固长度用LaE表示。 一、二级抗震等级，取1.15， 三级取1.05，四级取1.0。 12.2 多高层钢混房屋抗震措施 5、钢筋的锚固和接头 12.2.2 12.2.2 抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定 第十二章 建筑抗震 12.2 12.2 多高层钢混房屋抗震措施多高层钢混房屋抗震措施 有抗震设防要求的钢混房屋， 钢筋的搭接长度用LlE表示。 搭接长度的取值： ll =la 当搭接接头面积百分率25%时，取1.2； 搭接接头面积百分率为50%时，取1.4； 搭接接头面积百分率为100%时，取1.6。 12.2 多高层钢混房屋抗震措施 5、钢筋接头 第十二章 建筑抗震 12.2 12.2 多高层钢混房屋抗震措施多高层钢混房屋抗震措施 连接方式：一二级抗震等级的框架柱各部位钢筋及三级框 架柱底层宜采用机械连接接头，也可采用帮扎搭接或焊接 ；三级框架柱其他部位和四级框架柱可采用绑扎搭接或焊 接接头；一级框架梁宜采用机械连接接头，二、三、四级 框架梁可采用绑扎搭接或焊接。 电渣压力焊 12.3 框架结构抗震构造措施 1、框架梁（KL） 的构造措施 第十二章 建筑抗震 12.3 12.3 框架抗震构造措施框架抗震构造措施 设计原则：“强柱弱梁” “强剪弱弯” “强节点、强锚固” 截面尺寸： 不宜小于200mm，梁宽不应小于柱宽的1/2，不应小于梁高 的1/4。 纵向钢筋： 纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%， 且计入受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度之比， 一级不应大于0.25，二、三级不应大于0.35。 梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定 外，一级不小于0.5，二、三级不小于0.3。 12.3 框架结构抗震构造措施 1、框架梁纵筋锚固与截断的构造要求 第十二章 建筑抗震 12.3 12.3 框架抗震构造措施框架抗震构造措施 12.3 框架结构抗震构造措施 1、框架梁箍筋设置与加密的构造措施： 第十二章 建筑抗震 12.3 12.3 框架结构抗震构造措施框架结构抗震构造措施 箍筋： 地震作用下，梁端塑性较区纵向钢筋屈服的范围一般可达 1.5Hb左右。 在梁端纵向钢筋屈服范围内，箍筋加密，且必须做成封闭式。 梁端箍筋加密区长度、箍筋间距及直径的要求 抗震 等级 加密区长度 mm （取大值） 箍筋加密最大间距 mm（取小值） 箍筋最小直径 mm 一级2hb，500hb/4，6d，10010 二级1.5hb，500hb/4，8d，1008 三级1.5hb，500hb/4，8d，1508 四级1.5hb，500hb/4，8d，1506 12.3 框架结构抗震构造措施 1、框架梁箍筋设置与加密的构造措施： 第十二章 建筑抗震 12.3 12.3 框架结构抗震构造措施框架结构抗震构造措施 12.3框架结构抗震构造措施 2、框架柱的构造措施： 第十二章 建筑抗震 12.3 12.3 抗震构造措施抗震构造措施 纵向钢筋： 宜对称配置，为保证柱有足够的延性，框架柱（KZ）和框支 柱（KZZ）中全部纵向受力钢筋的配筋率不要小于下表的规定 ，每侧配筋率不应小于0.2%； 建造于IV类场地且较高的高层建筑，最小配筋率为表中数值的 基础上增加0.1%。 柱全部纵向受力钢筋最小配筋率 柱类型 抗震等级 一级二级三级四级 框架中柱、边柱1.0%0.8%0.7%0.6% 框架角柱、框支柱1.2%1.0%0.9%0.8% 12.3框架结构抗震构造措施 2、框架柱的构造措施： 第十二章 建筑抗震 12.3 12.3 抗震构造措施抗震构造措施 12.3框架结构抗震构造措施 2、框架柱的构造措施： 第十二章 建筑抗震 12.3 12.3 抗震构造措施抗震构造措施 箍筋： 必须做成封闭式，常用形式有以下几种。 12.3框架结构抗震构造措施 2、框