第3章-1 抗震等级 场地 分类PPT课件

.,1,5.1房屋的抗震等级,抗震等级是结构和构件抗震设计的直接依据。抗震等级根据重要性类别、设防烈度、高度、结构型式确定。重要性等级为丙级的结构按表确定。甲、乙、丁类建筑，根据设防标准调整烈度后(提高或降低)，再按表确定。抗震计算和构造措施可能采用不同的等级。同一结构的不同构件的抗震等级可能不同。,.,2,结构抗震等级的确定,.,3,结构设计抗震等级,抗震等级是结构设计的直接依据,当地设防烈度,场地类别I,II,III,IV,抗震等级对应的烈度,抗震等级,结构型式结构高度,剪切波速覆盖层厚度,高度等级A,B,建筑物重要性等级甲、乙、丙、丁,.,4,从破坏性质和工程对策角度，地震对结构的破坏作用可分为两种类型：场地、地基的破坏作用和场地的震动作用。,1.场地和地基的破坏作用是指造成建筑破坏的原因直接由场地和地基稳定性引起的（地面破裂、滑坡、坍塌）。,为此要确定工程场地的设计地震动参数。,这种破坏作用一般是通过场地选择和地基处理来减轻地震灾害的。,2.场地的地震动作用是指由于强烈地面运动引起地面设施振动而产生的破坏作用。,减轻它所产生的地震灾害的主要途径是合理的进行抗震和减震设计和采取减震措施。,4.1场地选择,.,5,场地划分与场地区划的概念,场地：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、居民小区、自然村的或不小于1.0km2的平面面积。(规范中的定义)场地土：在场地范围内的地基土。场地土是场地表层土的简称。场地的以下方面对地震灾害有显著影响(a)地形条件；(b)地质构造；(c)地下水位；(d)场地土类别。,.,6,4.1场地的划分与选择,规范3.3.1对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时，应采取有效措施；不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。,.,7,水边地的地下水位较高，土质也较松软，容易在地震时产生土壤滑动或地层液化。,山坡地在地震时会产生土壤滑动,用另外的土石來填补地基，常有土壤密实度不足情形，导致建筑物在地震时产生倾斜、沉陷。,冲积地的土质松软，地震时容易塌陷，如果此处有地下水层，还容易发生液化。,.,8,临近悬崖容易滑落,谷地或低地，这里的建筑物容易在地震发生时，受土石崩塌破坏。,萨尔瓦多地震引发了一巨大的泥石流，数百户人家被埋在泥石里，估计有1200多人遇难,.,9,地裂,.,10,印度西北部古吉拉特邦发生7.8级地震造成达180公里的破碎带，水平和垂直错距都很大，引起地表沉陷、隆起、裂缝、液化等地表破坏，同时造成建筑物的大量毁坏。,.,11,地震灾害概说,一、直接灾害由地震的原生现象如地震断层错动，以及地震波引起的强烈地面振动所造成的灾害。其中包括：1、地表破坏2、建筑物破坏二、次生灾害直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳定状态，从而引发出的灾害。有时，次生灾害所造成的伤亡和损失比直接灾害还大。其中包括：火灾、水灾、瘟疫、毒气泄漏,.,12,一、直接灾害,由地震的原生现象如地震断层错动，以及地震波引起的强烈地面振动所造成的灾害。,1、地面破坏。如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；,.,13,直接灾害山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等；,.,14,2004年12月26日，印度洋发生强烈地震并引发海啸，造成周边国家重大人员伤亡和财产损失。印度洋海啸造成近30万人遇难.,.,15,直接灾害房屋倒塌,.,16,直接灾害|道路破坏汶川,.,17,.,18,汶川地震中的地质灾害情况,.,19,.,20,.,21,.,22,.,23,.,24,.,25,.,26,.,27,.,28,.,29,.,30,.,31,.,32,.,33,.,34,.,35,.,36,汶川地震中楼梯破坏,.,37,局部突出地形的影响,1994年云南昭通地震，芦家湾某村坐落于山梁上，山梁长150m，顶部最宽15m，最窄5m，高60m.距震中18km。,突出端部的最大加速度为0.632g,鞍部为0.257g，大山根部为0.431g。,烈度为9度,烈度为8度,烈度为7度,.,38,抗震规范相关规定,抗规4.1.8：当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其地震影响系数最大值（max）应乘以增大系数。其值可根据不利地段的具体情况确定，但不宜大于1.6。注意：提高了max，相当于提高了设防标准。,.,39,1.高突地形距离基准面高度愈大，地震反应愈大；2.离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相对减小；3.在同样地形条件下，土质地基比岩质结构反应大；4.高突地形顶面开阔，远离边缘部位的反应明显减小;5.边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。,.,40,第3章结构抗震计算,此处讲解第3章的第一节部分内容。其它内容较难，与第二章一道讲授。,.,41,抗震设防分类,建筑类别不同，抗震设防标准也不同。,.,42,3.1.1建筑物抗震类别与设防标准,“*”按抗震规范，对I类场地可不提高“*”按抗震规范，对I类场地可降低一度,.,43,一级注册结构师考题,.,44,一级注册结构师考题,.,45,抗震设计概要,目标三水准：“小震不坏、中震可修、大震不倒”教材P.51中对此有详细解释过程弹性和弹塑性两阶段内容概念设计、构造措施、结构计算前两项合并称为“抗震措施”(P.51),.,46,3.1.2三水准抗震设防目标,通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免人员死亡，减轻经济损失。,1.总目标,具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗震设计方法实现。,2.“三水准”抗震设防目标,水准一：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小震不坏,水准二：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。中震可修,水准三：当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。大震不倒,.,47,3.1.2三水准抗震设防目标,地震设防要达到的目标三水准：“小震不坏、中震可修、大震不倒”,.,48,一级注册结构师考题,.,49,一级注册结构师考题,水准二：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。中震可修,.,50,一级注册结构师考题,.,51,超越概率：一定时期内，地震震动强度超过规定值的概率。基本烈度：在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度值，相当于474年一遇的烈度值。多遇烈度：在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为63.2%的地震烈度值，相当于50年一遇的烈度值。罕遇烈度：在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为2%3%的地震烈度值，相当于16002500年一遇的烈度值。,.,52,3.1.3两阶段设计法,规范规定以两阶段设计法实现抗震设防目标,.,53,抗震设计流程,.,54,抗震设计的内容,建筑抗震设计包括三个层次的内容1.抗震概念设计：基于震害经验建立的抗震基本原则和思想。包括工程结构的总体布置和细部构造。2.抗震计算：为抗震设计提供定量手段3.抗震构造措施：通过保证结构整体性、加强局部薄弱环节，补充抗震计算的不足。注意：抗震措施:除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容。包括抗震构造措施和抗震概念设计等。,.,55,较小乙类建筑：工矿企业的变电所、空压站以及城市供水水源的泵房等。,抗震性能较好的结构类型指钢筋混凝土结构或钢结构。,抗震措施,抗震措施:除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。,抗震构造措施：一般不须计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。,.,56,抗震计算时，地震作用取值,在设防烈度为6度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。,.,57,“性能设计”要点（阅读材料）,（1）.对抗震设计规定相应的地震作用标准,（2）.建立建筑应满足的性能水准,.,58,（3）.确立设防性能目标,基本目标,一般使用要求的建筑应具备a、b、c、d项的组合。,重要性较高或地震破坏后危险性较大的性能目标为e、f、g的组合。,对安全有十分危险影响的性能目标为h、i、j项的组合。,（4）.规定地震作用下结构变形的允许指标,应建立结构构件在规定的地震作用水平下的允许破坏水平，结构和非结构构件宏观破坏状态的描述和允许变形指标。,.,59,3.2.2场地固有周期,这个问题需要第四章以后回来再看书，才容易了解。这里简单介绍相关结论。,.,60,场地及其地震效应场地土与震害的一般关系,场地土对建筑物的震害，主要与场地土的坚硬程度和土层的组成有关。在同一地震和同一震中距离时，软弱地基地面的自震周期长，振幅大，震动持续时间长，震害也重(地基的震害)。软弱地基上的各类建筑物震害比坚硬地基上的严重(上部结构的震害)。坚硬土层上的刚性建筑、软弱土上的柔性建筑破坏严重。,.,61,软土和硬土功率谱的对比(P.11),注意：场地的固有周期还与覆盖层厚度有关,.,62,远震和近震功率谱的对比(P.11),.,63,场地对震害的影响,场地本身的破坏地质灾害滑坡、地裂、地陷、隆起、砂土液化等场地震动引起建筑物震动破坏地形、地貌震中距，远震、近震。场地土的动力特性覆盖层厚度场地土本身的好坏(软、硬),.,64,振动的周期与频率,振动周期：完成一次振动需要的时间振动频率：单位时间内的振动次数周期1/频率自由振动：体受初始激励后发生的振动。固有周期(频率)：物体自由振动的周期(频率)地震的卓越周期：在地震中地面运动主要周期。与场地的固有周期，以及距震中的距离有关。建筑物基本周期：建筑物的固有周期有多个，其中最大的一个称为建筑物基本周期。它只与建筑物本身的动力特性有关，与外力无关。场地的固有周期：场地的自由振动周期场地的特征周期Tg：考虑了近震、远震影响，同时考虑场地条件后确定的设计参数。用于确定地震影响系数,.,65,地震动卓越周期地震动三要素：最大幅值;频率成分;持续时间。,地震动的卓越周期地震动中含有各种频率成分在岩层中地震频谱上与最大频率分量对应的周期。卓越周期是地震的固有特性。震中距远卓越周期长：地震传播到建筑物的场地时，因途中阻尼作用，高频成分多被衰减。场地土软卓越周期长：场地的固有周期长的原因。,.,66,场地固有周期(P.31),场地固有周期的定义与对结构的抗震的影响场地固有的动力特性。与具体的地震无关。建筑物固有周期与场地固有周期接近时震害加大。影响场地固有周期的因素剪切波速越大、场地的固有周期越短。覆盖层厚度越大、场地的固有周期越长。软(硬)夹层减少(增加)固有周期，距离基础底面越近效果越明显。固有周期=剪切波穿越覆盖层四倍的时间或者：固有周期4土层厚度/剪切波速,.,67,场地的地震效应(P.58),放大作用：场地固有周期与地震动的卓越周期接近时，产生共振现象，使地面振幅加大场地土放大了地震作用。滤波作用：对与场地固有周期相差较大的地震波，有滤除减小的作用。坚硬场地土震动以短周期为主软弱场地土震动以长周期为主,.,68,场地固有周期与特征周期,场地固有周期4土层厚度/剪切波速场地的特征周期Tg：考虑了近震、远震影响，同时考虑场地条件后确定的设计参数。用于确定地震影响系数。,.,69,地面运动与建筑物的反应,深圳地王大厦在地震Kobel下的加速度响应和反应功率谱加速度的衰减是由阻尼决定的，帝王大厦的阻尼比较小，所以衰减比较慢。地震响应频率主要在0.52Hz左右，远离其基本频率0.3。,.,70,场地土覆盖层厚度与建筑物的破坏,建筑物破坏的峰值点是其基本周期与场地的固有周期吻合的结果。,覆盖层越厚刚度越小，固有周期越大,.,71,3.2.3建筑场地类别,不同场地的频谱特性有很大差异土质越硬、土质越好，剪切波传播速度越快所以可利用剪切波速反应场地的好坏。,.,72,评价依据：场地土地刚性和厚度,1.覆盖层厚度：覆盖层越厚，震害越大。2.场地土的刚性(硬度和密度)场地土的刚性根据土层剪切波速来划分等级。剪切波速综合反应了场地土硬度和密度，是最能够综合反应场地土动力特性的参数。3.岩土阻抗比影响共振效应,影响地震效应的三个主要因素,.,73,场地覆盖层厚度,覆盖层厚度：从地表到剪切波速为500m/s的坚硬土层或岩层的距离,.,74,剪切波在各种土中的传播,土质越硬、土质越好，剪切波传播速度越快,.,75,剪切波速的试验和计算,剪切波速的数据需要通过现场实测获得。实测方法有：跨孔法、单孔法和面波法。等效剪切波速：场地土是分层的，每层中剪切波速都不同，所以场地土的剪切波速就用一种平均的或等效的剪切波速来综合描述，称为等效剪切波速。等效剪切波速需要用规范中公试计算,.,76,剪切波速的现场测试,L,.,77,一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面，或者基岩的距离作为覆盖层厚度；2.当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的下卧土层，且下卧土层的剪切波速不小于400m/s时，可按地面至该下卧土层顶面的距离确定；3.剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层；4.土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。,确定场地土覆盖层厚度的方法,.,78,等效剪切波速的计算公试,注意：计算时用计算深度，查表时用覆盖层厚度。,关于剪切波速的若干说明,计算公式就是距离除以时间得到速度。第二式中实际上是剪切波穿过各层时间的和。其中d0采用20m和覆盖层厚度两者之间最小的。每层土的剪切波速要采用试验来确定。如果没有实测资料时，对于丙、丁类建筑，可以采用查表通过岩土名称和性状确定剪切波速。,.,80,关于确定覆盖层厚度的完整规定(P.60),一般情况：从剪切波速大于500m/s土层以上为覆盖层厚度近距离硬土：5m以下，剪切波速大于上面土层的2.5倍；下面土层剪切波速不小于400m/s时，从这层硬土算起。一般不计入孤石、透镜体。在覆盖层中扣除(较小)火山岩夹层的厚度,.,81,新规范中增加了一类，其它没有变化。软土从原来的140改为150,.,82,划分场地类别的方法小结,1确定场地覆盖层厚度和计算深度d02根据实测的土层剪切波速资料获得等效剪切波速。(3-4)3用覆盖层厚度查表4.1.6获得场地类别。,.,83,场地土类别的计算实例,.,84,场地土类别的计算实例,.,85,场地土类别的计算实例,.,86,作业,1.简述地震波的构成。2.为什么同样是7度地震，远震和近震所造成的破坏不同？3.两地的震中距相同，其烈度一定相同吗？为什么？4.简述抗震设计的目标、过程和内容。,.,87,例：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建筑场地的类别。,解：,（1）确定地面下20m表层土的场地土类型,（2）覆盖层厚度,（3）确定建筑场地类别,属于中软土,属于类场地,.,88,3.3地基抗震验算地基和基础的震害,震害调查表明，震害的形式是不均匀沉降或液化失稳，极少发现一般工业与民用建筑因地基承载力不足而发生震害。因基础破坏而导致的破坏就更少。一般土地基与基础地震破坏的可能性比静力作用时大大降低。原因有三：1.地基在设计时有较大的安全储备；2.长期的固结作用，使地基承载力有所提高；3.地震是持时较短的动力作用。,.,89,软土地基及其抗震设计原则,软土地基在地震作用下可能部分或全部丧失承载力。或产生不均匀沉降。软土地基需要处理并且需要验算。采用桩基础和深基础是最有效的方法。,.,90,(1)软土地基及其抗震特点,软弱地基指主要由淤泥、淤泥质土、充填土和杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。软弱地基不能不加处理直接作为天然地基。软土地基的影响稳定方面：不均匀沉降，液化动力方面：自振周期长，振幅大，衰减慢。软土的破坏特点：震陷、液化、滑动、开裂。,.,91,(2)一般地基土一般地基土上的建筑很少有因地基承载力不足而导致上部结构的破坏,不进行天然地基及基础抗震验算的建筑1.砌体房屋。其上部结构的抗震能力很小。2.主要受力层范围内不存在软弱土层的某些建筑。8层、高度25m以下的一般民用框架房屋一般厂房和但曾空旷厂房3.规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。注意：不进行抗震承载力验算，不等于不进行抗震设计。尽管不验算还是要采取适当的抗震措施。在其它情况下，还是要进行地基的抗震承载力验算。原因是，尽管地基的承载力有所提高，但与此同时，地震作用会在地基上施加附加的荷载，如果原有荷载加上附加荷载超过了地基承载力(尽管是提高了)，同样会使地基失效。,.,92,地基土抗震承载力,地基土抗震承载力一般大于静承载力，但是这并不意味着地震时地基会更安全。因为地震作用大于静力作用。,地基土抗震承载力抗震承载力提高系数静承载力,.,93,地基抗震承载力的特点,地基土的抗震承载力比静承载力大。动荷载之下都有这个问题。动荷载的峰值尽管大，但是持续时间很短。土的强度随加载速率的增加而提高，无粘性土提高较少，粘性土则大幅度提高试验研究的结果。影响土承载力的重要因素是内摩擦角和地震系数，理论研究表明，随着地震作用的加强，地基的承载力将有明显下降。我们考虑软土的灵敏度，在地震的扰动下，引起其承载力的下降。地基地震作用下的可靠性可以比静力荷载下的适当降低。原因是地震作用随机性强、偶然性、短暂性，同时考虑工程结构的经济性。两个相反因素共同作用的结果，抗震承载力提高或不降低。,.,94,地基抗震验算,设计与验算过程根据静力需要设计基础尺寸根据静力计算验算地基的承载力和沉