建筑结构抗震设计.ppt

建筑结构,第12章 建筑结构抗震设计,建筑结构,第2张,通过对建筑结构抗震设计基本知识的学习，了解地震的成因、建筑抗震设计以及概念设计的基本理念，熟悉框架结构、砌体结构和底部框架-抗震墙结构的构造措施。,学习目标,建筑结构,第3张,学习要求,建筑结构,第4张,本章主要介绍地震的成因、震级和烈度的划分，我国建筑结构抗震设计的策略、建筑场地的划分、地基基础的要求、房屋抗震设计方法与构造措施。,章节导读,建筑结构,第5张,引例,我国近代发生的破坏性地震： 2010-04-17 08:58:56.9西藏自治区那曲地区聂荣县 5.2级地震； 2010-04-14 09:25:17.8青海省玉树藏族自治州玉树县 6.3级地震； 2010年04月14日07时49分许，青海省玉树藏族自治州玉树县(北纬33.1，东经96.7)发生7.1级地震； 2010年02月25日，12时56分51秒，纬度：25.4 经度：101.9 在云南省楚雄彝族自治州禄丰县、元谋县交界发生5.1级地震。 深度为16千米； 2008年6月2日0时59分台湾台北市发生6.0级地震； 2008年5月12日14时28分四川汶川地震（8.0级）； 2005年11月26日江西九江地震（5.7级）；,建筑结构,第6张,唐山地震,唐山市开滦煤矿救护楼，为砖混结构人字木屋架的三层楼房，墙倒顶塌。,建筑结构,第7张,汶川地震,建筑结构,第8张,2. 地震类型和成因,地震类型：按产生地震的原因分： 火山地震：由于火山爆发而引 起的地面振动。7。 陷落地震：由于地表或地下岩层突然发生大规模的陷落和崩塌所引起小范围的地面振动。3。 构造地震:由于地壳构造运动造成地下岩层断裂或错动引起的地面振动。90，破坏性大，影响面广。 在工程抗震设计中仅考虑构造地震的设防问题。,12.1 地震基础知识,建筑结构,第9张,2震级与烈度,震级：反映地震强度大小的指标，用M表示。 M=lgA （里氏震级） A在距震中100km处用标准地震仪记录以微米为单位的最大水平地动位移。 标准地震仪：指摆的自振周期为0.8s，阻尼系数为0.8，放大倍数为2800倍的地震仪。 震级表示一次地震释放能量的多少，一次地震只有一个震级。,建筑结构,第10张,按震级，地震分类： 微震 2级以下 人感觉不到 有感地震 2-4级 人有感觉 破坏性地震 5级以上 有破坏 强烈地震 7级以上 有破坏 特大地震 8级以上 有破坏 由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。,建筑结构,第11张,地震烈度：指地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。简称烈度。用I表示。 影响烈度的因素：震级、震中距、震源深度、地质构造和地基条件等。 一般而言，震级越大，烈度就越大。 同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。即一次地震的震级只有一个，但距离震中不同的地点，地震烈度就不同。,建筑结构,第12张,抗震设防烈度：按国家规定的权限批准的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。用Id表示。 规范规定：一般情况下，设防烈度可采用中国地震动参数区划图 中的地震基本烈度。 基本烈度：一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。用Ib表示。也称为偶遇烈度或中震烈度。 相当于475年一遇的最大地震的烈度。,建筑结构,第13张,12.2抗震设防与概念设计,1抗震设防 我国建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)规定，抗震设防目标分为“三个水准”：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不会倒塌或发生危及生命的严重破坏。,建筑结构,第14张,2概念设计 根据建筑结构的特性以及地震动力学等基本原理，不通过详细计算而确定建筑的总体布局以及结构的细部构造的过程，叫做概念设计。 在抗震概念设计中，尽量减少脆性破坏而增加延性破坏，以达到地震时耗能或者改变结构周期的目的，同时这种结构在地震发生时，人员有充分的时间进行躲避以及逃生。在地震概念设计中，尽量做到“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计理念已经被工程界中广为接受。,建筑结构,第15张,场地 即指工程群体所在地，具有相似的反应谱特征，其范围相当于厂区、居民小和自然村或不小于1.0平方公里的平面面积。,2.1场地,12.3 建筑场地与地基基础抗震设计,建筑结构,第16张,2 场地土 指场地范围内的地基土。 一般地，软弱地基对建筑物有增长周期、改变振型和增大阻尼的作用。在软弱地基上，柔性结构最容易破坏，刚性结构则较好；坚硬地基上，柔性结构表现较好，而则性结构有的表现较差。总的来说，软弱地基更为不利。 场地土对建筑物震害的影响，主要与场地土的坚硬程度和土层的组成有关。 场地土类别的划分可按土层的剪切波速Vs或等效剪切波速Vse来划分。 等效剪切波速se是根据地震波通过计算深度范围内多层土层的时间等于该波通过计算深度范围内单一土层所需时间的条件求出的。,2.1场地,建筑结构,第17张,2、地震作用下天然地基的抗震验算,2.2 天然地基与基础的抗震验算,验算天然地基地震作用下的竖向承载力时，可认为其在基础底面所产生的压力是直线分布的。按地震作用效应标准组合的基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下列各式要求：,12.3.2地基基础的抗震设计,建筑结构,第18张,饱和的砂土或粉土(不含黄土),当符合下列条件之一时,可初步判别为不液化或可不考虑液化影响。,地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及以前时，7、8度可判为不液化； 当粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒)含量百分率在7、8和9度时分别大于10、13和16时,可判为不液化； 天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响。,1. 初步判别,2.砂土和饱和粉土的液化判别,建筑结构,第19张,当初步判别认为需进一步进行液化判别时，对于饱和粉土和砂土，应采用标准贯入试验判别法判别地面下20m深度范围内的液化。当饱和土标准贯入锤击数(未经杆长修正)小于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。 在地面下20m 深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：,建筑结构,第20张,12.4 多、高层钢筋混凝土结构房屋主要抗震构造要求,1抗震设计的一般规定 抗震设计可以根据建筑工程抗震设防分类标准（GB 50223）进行，根据建筑结构使用功能的重要性，可以分为甲类、乙类、丙类和丁类四个类别： 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。简称甲类。 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。简称乙类。 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。简称丙类。 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。简称丁类。,建筑结构,第21张,现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m）,建筑结构,第22张,现浇混凝土房屋的抗震等级,建筑结构,第23张,12.4.2 框架结构抗震构造措施,1.梁的构造措施 梁截面宽度不宜小于200mm，截面高宽比不宜大于4，净跨与截面高度之比不宜小于4。 梁的纵向钢筋配置：上部和下部的通长钢筋，一、二抗震等级不应少于214，且不应少于梁端上部和下部纵向钢筋中较大截面面积的1/4，三、四抗震等级不应少于212；框架梁的截面高宽比，不宜大于4；梁净跨与截面高度之比，不宜小于4。 框架梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%，且混凝土受压区高度与截面有效高度之比，第一抗震等级不应大于0.25，第二、第三抗震等级不应大于0.35。,建筑结构,第24张,梁端箍筋加密区的长度、箍筋的最大间距和最小直径,注：d为纵向钢筋直径，hb为梁截面高度。,建筑结构,第25张,2.柱的构造措施 框架柱的截面尺寸要求：柱的截面宽度和高度四级或不超过2层时，不宜小于300mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于400mm；圆柱的直径，四级或不超过2层时不宜小于350mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于450mm。柱的长边与短边的边长不宜大于3。同时，柱应满足建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）规定的轴压比限制。 柱的纵向钢筋宜对称布置，间距不宜大于200mm，总配筋率不应大于5，最小配筋率应按表12.11采用，且每一侧配筋率不应小于0.2。,建筑结构,第26张,柱截面纵向钢筋最小总配筋率（百分率）,注：表中括号数值用于框架结构的柱,建筑结构,第27张,柱箍筋加密区的箍筋最大间距和最小直径,注：d为柱纵筋最小直径,建筑结构,第28张,3框架抗震墙结构抗震构造措施 框架-抗震墙的抗震墙厚度不应小于160mm，且不应小于层高的1/20，底部加强部位的抗震墙厚度不应小于200mm和层高的1/16。 抗震墙的竖向和横向分布钢筋，配筋率不应小于0.25%，钢筋直径不宜小于10mm，间距不宜大于300mm，并应双排布置，双排分布钢筋间应设置拉筋，拉筋间距不应大于600mm，直径不小于6mm。 抗震墙的周边应设置圈梁（或暗梁）和端柱组成的边框。 其他构造措施应符合框架以及抗震墙的有关要求。,建筑结构,第29张,12.5 砌体结构房屋的主要抗震构造要求,1 多层砌体结构的震害特点 多层砌体有一定的抗震能力，未经抗震设防的砌体结构在7度地震作用下，大部分破坏发生在女儿墙等处，对主体结构基本不发生破坏；在7度地震作用下，主体结构发生一定破坏，主要是墙体发生裂缝等；在8度以上地震作用下，主体结构发生不同程度的破坏。 根据以前发生的地震破坏数据，多层砌体在经过抗震构造措施设计以后，在高于地震设防烈度一度的情况下，地震的破坏很小。,建筑结构,第30张,震害表明：砌体房屋的高度越大、层数越多，震害越重,1.砖和砌块承重房屋的层高不应超过3.6m。,2.一般情况下，层数和总高度不应超过下表。,多层房屋的总高度和层数限制,建筑结构,第31张,1.多层砖砌体抗震构造措施 多层砖砌体结构均应设置现浇钢筋混凝土构造柱（简称构造柱）：,建筑结构,第32张,2.多层砌块房屋抗震构造措施,小砌块房屋芯柱要求,建筑结构,第33张,2 多层砌体结构抗震设计的一般规定 根据建筑抗震设计规范（GB 50011-2010），多层砌体房屋的结构体系：应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，不应采用砌体墙和混凝土墙混合承重的结构体系； 纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀；楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处; 不应采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。,建筑结构,第34张,12.6 底部框架抗震墙结构抗震构造措施,1.底部框架-抗震墙房屋的楼盖应符合下列要求： a 过渡层的底板应采用现浇钢筋混凝土板，板厚不应小于120mm；并应少开洞、开小洞，当洞口尺寸大于800mm时，洞口周边应设置边梁。 b 其他楼层，采用装配式钢筋混凝土楼板时均应设现浇圈梁，采用现浇钢筋混凝土楼板时应允许不另设圈梁，但楼板沿墙体周边应加强配筋并应与相应的构造柱可靠连接。,建筑结构,第35张,2.底部框架-抗震墙房屋的钢筋混凝土托墙梁，其截面和构造应符合下列要求： a 梁的截面宽度不应小于300mm，梁的截面高度不应小于跨度的1/10。 b 箍筋的直径不应小于8mm，间距不应大于200mm；梁端在1.5倍梁高且不小于1/5梁净跨范围内，以及上部墙体的洞口处和洞口两侧各500mm且不小于梁高的范围内，箍筋间距不应大于100mm。 c 沿梁高应设腰筋，数量不应少于214，间距不应大于200mm。 d 梁的主筋和腰筋应按受拉钢筋的要求锚固在柱内，且支座上部的纵向钢筋在柱内的锚固长度应符合钢筋混凝土框支梁的有关要求。,建筑结构,第36张,3.底部的钢筋混凝土抗震墙，其截面和构造应符合下列要求： a 抗震墙周边应设置梁(或暗梁)和边框柱(或框架柱)组成的边框；边框梁的截面宽度不宜小于墙板厚度的1.5倍，截面高度不宜小于墙板厚度的2.5倍；边框柱的截面高度不宜小于墙板厚度的2倍。 b 抗震墙墙板的厚度不宜小于160mm，且不应小于墙板净高的1/20；抗震墙宜开设洞口形成若干墙段，各墙段的高宽比不宜小于2。 c 抗震墙的竖向和横向分布钢筋配筋率均不应小于0.25%，并应采用双排布置；双排分布钢筋间拉筋的间距不应大于600mm，直径不应小于6mm。,建筑结构,第37张,4.底部框架-抗震墙房屋的材料强度等级，应符合下列要求： a 框架柱、抗震墙和托墙梁的混凝土强度等级，不应低于C30。 b 过渡层墙体的砌筑砂浆强度等级，不应低于M10。 砌体部分的构造措施尚应符合相应