抗震设计基本思想

1、吉林勘察设计吉林勘察设计建筑结构抗震设计简介袁志仁 地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动起的地球表层的振动 。什么是地震？什么是地震？地震波地震波地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。地震波分为体波和面波。地震波分为体波和面波。体波体波横波（横波（S S波）波）纵波（纵波（P P波）波）面波面波瑞利波瑞利波乐甫波乐甫波横波特点横波特点: :周期长、振幅大、周期长、振幅大、 波速慢波速慢,100-800m/s,100-800m/s纵波特点纵波特点: :周期短周期

2、短, ,振幅小振幅小, , 波速快波速快,200-1400m/s,200-1400m/s面波比体波衰减慢、振幅大、面波比体波衰减慢、振幅大、周期长、传播远。建筑物破坏周期长、传播远。建筑物破坏主要由面波造成。主要由面波造成。杂波P波开始S波开始面波开始地震波横波：使建筑物产生水平方向摇晃面波：使建筑物既产生上下颠簸又水平方向摇晃， 对建筑物破坏最严重 横波和面波同时到达时，震动最剧烈地震波瑞雷波（R波）洛夫波（L波）地震波不同场地条件对反应谱的影响不同场地条件对反应谱的影响将多个地震反应谱平均后得平均加速度反应谱将多个地震反应谱平均后得平均加速度反应谱gSa/周期（周期（s)s)岩石岩石坚硬场

3、地坚硬场地厚的无粘性土层厚的无粘性土层软土层软土层加速度反应谱加速度反应谱抗震与非抗震结构的要求不同常规荷载作用下的结构处于或基本处于弹性工作阶段强度，刚度，耐久性而地震作用则不同，随机性强、影响次数少、作用时间短、各次地震作用差异大要求结构在各种强度地震动下，保持弹性状态不经济要求结构有必要的强度、适宜的刚度、良好的延性防震减灾简介1 防震减灾的主要内容地震监测、地震预报、工程抗震、社会防灾、震后救灾、恢复重建等。2 防震减灾的指导方针以防为主，防御与救助相结合。3 抵御地震的三道防线(1)地震监测预报。(2)震害防御体系的建设，包括工程性和非工程性两个方面。工程性措施叫做工程抗震设防。(3

4、)紧急救援体系的建设。工程抗震设防1 工程抗震设防的主要规定2 工程抗震设防目标(工业与民用建筑、铁路工程、公路工程、水利工程、电力设施、市政工程等)3 工程抗震设防依据4 工程抗震设防标准工程抗震设防的主要规定中华人民共和国防震减灾法中规定：(1)新建、扩建、改建建设工程必须达到抗震设防要求。(2)一般工业与民用建筑建设工程，必须按照国家颁布的地震烈度区划图或者地震动参数区划图规定的抗震设防要求进行抗震设防。(3)重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程、核电站和核设施建设工程必须进行地震安全性评价，并根据经过国家或省级地震行政部门审定的地震安全性评价结果，确定抗震设防要求，进行抗震设防

5、。(4)建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计，并按抗震设计进行施工。(5)已建成的重大建设工程，可能发生严重次生灾害、有重大文物价值和纪念意见以及地震重点监视防御区的建筑物、构筑物，未采取抗震设防措施的，应当按照国家有关规定进行抗震性能鉴定，并采取必要的抗震加固措施。工程(建筑)抗震设防目标建筑抗震设计规范GB50011设防目标：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构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设防地震影响时，可能发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破

6、坏。使用功能或其他方面有专门要求的建筑，当采用抗震性能化设计时，具有更具体或更高的抗震设防目标。我国的建筑抗震设计规范实行以预防为主的方针，使建筑经抗震设防后，减轻建筑的地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失三水准设防和两阶段设计简介三水准设防(一般目标)：1 小震不坏2 中震可修3 大震不倒两阶段设计：1 小震下的截面抗震验算和结构变形验算目标小震不坏(隐含中震可修)2 大震下的结构变形验算目标大震不倒基于能力的设计方法基于性能的设计方法三水准下钢筋混凝土框架结构的破坏程度与层间位移角的大致对应关系工程(建筑)抗震设防依据设计地震动参数：设防烈度或设计地震动峰值加速度设计地震分组 (和场地类别

7、共同确定Tg)1 中国地震动参数区划图GB18306-20152015年5月颁布，2016年6月实施。一是取消了不设防地区；二是在附录中将地震动参数明确到乡镇。工程(建筑)抗震设防标准2 建筑抗震设防分类标准GB50223-2008设设防防分分类类抗抗震震措措施施抗震措施抗震措施加强结构细部构造（延性）加强结构细部构造（延性）地震作用地震作用提高结构的抗力（承载力）提高结构的抗力（承载力）地地震震作作用用 在设防烈度为在设防烈度为6 6度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、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。丁类建筑可不进行地震作用计算。 提高抗震能力的造价并不高，

8、框架结构抵抗全部侧向提高抗震能力的造价并不高，框架结构抵抗全部侧向力的响应从力的响应从0.05g0.05g提高到提高到0.10g0.10g，所需费用增加约，所需费用增加约610%610%，考虑结构费用仅占全部造价的考虑结构费用仅占全部造价的2025%2025%，前述提高抗震能，前述提高抗震能力的花销在全部造价中仅占力的花销在全部造价中仅占12%12%，加强细部构造提高结，加强细部构造提高结构延性所需的费用更少构延性所需的费用更少 目前抗震设计主要关注加速度反应引起的惯性力，目前抗震设计主要关注加速度反应引起的惯性力，即通常所说的地震作用，速度反应仅在考虑增大结构即通常所说的地震作用，速度反应仅

9、在考虑增大结构阻尼的减震与隔震时有影响阻尼的减震与隔震时有影响。位移反应对高柔结构来位移反应对高柔结构来说不容忽视，抗震规范限制最小剪重比说不容忽视，抗震规范限制最小剪重比最小地震最小地震水平剪力来间接控制高柔结构的位移反应。水平剪力来间接控制高柔结构的位移反应。相对位移反应谱相对位移反应谱绝对加速度反应谱绝对加速度反应谱相对速度反应谱相对速度反应谱地震反应谱的特点地震反应谱的特点1.1.阻尼比对反应谱影响很大阻尼比对反应谱影响很大2.2.对于加速度反应谱，当结构周期小对于加速度反应谱，当结构周期小 于某个值时于某个值时, ,幅值随周期急剧增大，幅值随周期急剧增大， 大于某个值时，快速下降。大

10、于某个值时，快速下降。3.3.对于速度反应谱，当结构周期小于某对于速度反应谱，当结构周期小于某 个值时幅值随周期增大，随后趋于常数。个值时幅值随周期增大，随后趋于常数。4.4.对于位移反应谱，幅值随周期增大。对于位移反应谱，幅值随周期增大。地基与上部结构相互作用的影响地基与上部结构相互作用的影响规范规范5.2.75.2.7规定：规定： 结构抗震计算，一般情况下可不计入地基与结构相结构抗震计算，一般情况下可不计入地基与结构相互作用的影响；互作用的影响；8 8度和度和9 9度时建造于度时建造于、类场地，采用类场地，采用箱基、刚性较好的筏基和桩箱联合基础的钢筋混凝土高箱基、刚性较好的筏基和桩箱联合基

11、础的钢筋混凝土高层建筑，当层建筑，当 1.21.2TgT15Tg TgT15Tg 时，若计入地基与结构动力时，若计入地基与结构动力相互作用的影响，对按刚性地基假定计算的相互作用的影响，对按刚性地基假定计算的水平地震剪水平地震剪力可按下列规定折减力可按下列规定折减，其层间变形可按折减后的楼层剪，其层间变形可按折减后的楼层剪力计算。力计算。 考虑相互作用的影响后考虑相互作用的影响后, ,结构地震作用减小结构地震作用减小, ,但结构在地震作用下的位移增大但结构在地震作用下的位移增大. .1.1.高宽比小于高宽比小于3 3的结构，各楼层水平地震剪力的折减系数，可按下式的结构，各楼层水平地震剪力的折减系

12、数，可按下式计算：计算：9.011)(TTT-计入地基与结构动力相互作用后的地震剪力折减系数；计入地基与结构动力相互作用后的地震剪力折减系数；1T-按刚性地基假定确定的结构基本自振周期；按刚性地基假定确定的结构基本自振周期；T-计入地基与结构动力相互作用的附加周期计入地基与结构动力相互作用的附加周期 按右表采用（单位：按右表采用（单位：s s）；）；烈度场地类别2.2.高宽比不小于高宽比不小于3 3的结构的结构, ,底部的地震剪力按底部的地震剪力按1 1款规款规定折减定折减, ,顶部不折减顶部不折减, ,中间各层按线性插入值折减中间各层按线性插入值折减. .3.3.折减后各楼层的水平地震剪力应

13、符合第折减后各楼层的水平地震剪力应符合第5.2.55.2.5条的规定。条的规定。 ( (见见3-63-6节）节）楼层最小地震剪力（剪重比）楼层最小地震剪力（剪重比）按抗震规范进行正规设计、且施工质量有保障的房屋，在高烈度地区大部分做到了开裂而不倒塌，在低烈度地区震害程度大部分较轻，说明抗震规范经受住了这次大地震的考验。外观完好二层纵墙开裂（a） 80年代中期按78规范设计的教学楼纵墙破坏严重，做到开裂而不倒塌。抗震规范的作用与发展（b） 照片正面的三层教学楼按89规范设计，轻微受损；右边的4层教学楼按2001规范设计，完好无损（c） 按89规范设计的三层教学楼，底层横墙部分开裂陕西略阳县（7度

14、）嘉陵小学三栋教学楼的不同地震表现 照片显示按规范设计做抗震设防的砌体（基本完好）与未设防的砌体（倒塌）重视抗震概念设计和构造措施建筑抗震概念设计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。建筑应按抗震规范概念设计的要求，采用体系合理、具有多道抗震防线、楼屋盖整体性强的结构先概念后计算 地基在地震作用下的稳定性对基础及上部结构的内力地基在地震作用下的稳定性对基础及上部结构的内力分布影响很大。分布影响很大。 确保地震时地基基础能够承受上部结构传下来的竖向确保地震时地基基础能够承受上部结构传下来的竖向和水平地震作用以及倾覆力矩而不发生过大变

15、形和不均匀和水平地震作用以及倾覆力矩而不发生过大变形和不均匀沉降是地基基础抗震设计的基本要求。沉降是地基基础抗震设计的基本要求。二、二、 地基基础抗震设计地基基础抗震设计1 1）同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上；）同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上；2) 2) 同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分采用桩基；同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分采用桩基；3) 3) 地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时，地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚性；宜加强基础的整体性和刚性；4) 4) 根据具体情况，选择对抗震有利

16、的基础类型，在抗震验算根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算 时应尽量考虑结构、基础和地基的相互作用影响，使之能时应尽量考虑结构、基础和地基的相互作用影响，使之能 反映地基基础在不同阶段上的工作状态。反映地基基础在不同阶段上的工作状态。 地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗震验算来保证其抗震能力的。抗震验算来保证其抗震能力的。 导致上部结构破坏的地基大多是液化地基、易产生导致上部结构破坏的地基大多是液化地基、易产生震陷的软土地基和严重不均匀地基。震陷的软土地基和严重不均匀地基。 大量的一般性地基具有良好的抗震性能，极少发现大量的一般

17、性地基具有良好的抗震性能，极少发现因地基承载力不够而产生震害。因地基承载力不够而产生震害。1) 1) 砌体房屋；砌体房屋；2) 2) 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑：地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑： 1 1）一般的单层厂房和单层空旷房屋；）一般的单层厂房和单层空旷房屋； 2 2）不超过）不超过8 8层且高度在层且高度在25m25m以下的一般民用框架房屋；以下的一般民用框架房屋； 3 3）基础荷载与）基础荷载与2 2）项相当的多层框架厂房。）项相当的多层框架厂房。3) 3) 规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。采用采

18、用“拟静力法拟静力法” 规范规定：基础底面平均压力和边缘最大压力应符合规范规定：基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式要求下式要求aEfp aEfp2 . 1max式中式中 p-基础底面平均压力（基础底面平均压力（kPa)kPa)pmaxmax基础底面边缘最大压力基础底面边缘最大压力(kPa)(kPa)faEaE-地基土抗震允许承载力地基土抗震允许承载力 高宽比大于高宽比大于4 4的高层建筑，在地震作用下基础底面不的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现拉应力；其它建筑，基础底面与地基土之间零应力宜出现拉应力；其它建筑，基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的区面积不应超过基础

19、底面面积的15%15%。地基抗震承载力在静力设计承载力基础上调整地基抗震承载力在静力设计承载力基础上调整 调整的出发点：调整的出发点： 1 1）地震是偶发事件，地基抗震承载力安全系数）地震是偶发事件，地基抗震承载力安全系数可比静载时降低；可比静载时降低； 2 2）多数土在有限次的动载下，强度较静载下绍）多数土在有限次的动载下，强度较静载下绍高。高。 3 3）地基土在上部结构荷载作用下长期的固结密）地基土在上部结构荷载作用下长期的固结密实作用提高了地基承载力。实作用提高了地基承载力。aaaEff式中式中 faEaE-调整后的地基抗震承载力设计值调整后的地基抗震承载力设计值 -地基抗震承载力调整系

20、数地基抗震承载力调整系数fa a - -深宽修正后的地基承载力特征值，按深宽修正后的地基承载力特征值，按建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007GB50007采用采用akPa300kfkPa300kPa150kfkPa150kPa100kfa地基土抗震承载力调整系数地基土抗震承载力调整系数场地土的液化与抗液化措施场地土的液化与抗液化措施 处于地下水位以下的饱和砂土处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用，和粉土的土颗粒结构受到地震作用，孔隙水压力升高抵消掉颗粒间的有孔隙水压力升高抵消掉颗粒间的有效压应力，土体完全失去抗剪强度，效压应力，土体完全失去抗剪强度，显示出

21、近于液体的特性。这种现象显示出近于液体的特性。这种现象称为液化。称为液化。液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。 ctan 1 1、液化判别和处理的一般原则：、液化判别和处理的一般原则： 1 1）对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基，）对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基， 除除6 6度外，应进行液化判别。对度外，应进行液化判别。对6 6度区一般情况度区一般情况 下可不进行判别和处理，但对液化敏感的乙类下可不进行判别和处理，但对液化敏感的乙类 建筑可按建筑可按7 7度的要求进行判别和处理。度的要求进行判别和处理。 2 2）存在液化土层的地基，应根据建筑的抗

22、震设防类）存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类 别、地基的液化等级结合具体情况采取相应的措别、地基的液化等级结合具体情况采取相应的措 施。施。 对一般工程项目砂土或粉土液化判别及危害程度估对一般工程项目砂土或粉土液化判别及危害程度估计可按以下步骤进行：计可按以下步骤进行： 以地质年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土以地质年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土层厚度等作为判断条件。层厚度等作为判断条件。（1 1）地质年代为第四纪晚更新世（）地质年代为第四纪晚更新世（Q3Q3）及以前时，）及以前时，7 7、8 8 度可判为不液化；度可判为不液化；（2 2）当粉土的粘粒（粒径小于）当粉土的粘

23、粒（粒径小于0.005mm0.005mm的颗粒的颗粒) )含量百分含量百分 率在率在7 7、8 8和和9 9度时分别大于度时分别大于1010、1313和和1616可判为不液化；可判为不液化；（3 3）采用天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和）采用天然地基的建筑，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，可不考虑液地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液 化影响。化影响。20buddd30bwddd5 . 425 . 10bwuddddud-上覆非液化土层厚度（上覆非液化土层厚度（m)m)，计算时宜将淤泥和淤泥，计算时宜将淤泥和淤泥 质土层扣除；质土层扣除；bd-基础埋置深度基础埋置深度(m),(m),不超过不超过2m2m时采用时采用2