结构的抗震设计0830

1、地震与结构设计地震与结构设计 建筑抗震设计规范 GB50011-2010 抗震设防烈度6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计 根据我国的实际情况经济实力有了较大提高，但仍属于发展中国家水平，提出适当的抗震设防标准，即能合理使用建设投资，又能达到抗震安全的要求。 三个基本思想：小震不坏，中震可修，大震不倒 结构设计师在设计过程中怎么满足抗震要求？怎样去计算地震力？ 房子的质量和房子的刚度 刚度200kN/mm？ 用一个变形金刚那么大的千斤顶来顶房子的屋顶，当施加到200千牛的推力的时候，房子的屋顶刚好侧移1毫米 影响刚度的因素有哪些？ 柱子：柱子越粗，柱子越多，就越难推动房子，所以刚度也就越大。

2、 高度：同样粗细、数量的柱子，一个房子比较高，相对高瘦，下盘不稳，刚度也就小一些。 计算自震周期 房子的有关地震信息：建造地区，场地类别 假设房屋建在汶川，场地属于普通土壤即第III类场地。 抗震设防烈度 8度、设计地震分组第一组、场地类别第III类。 查表！结构工程师的必备技能！ 我们的最大地震影响系数最大值是0.16，场地特征周期是0.45秒。 根据我们上面的这些数值，对于我们这块场地，对于我们这个小房子，我们就得到了一个反应谱。同样的房子，不同的场地，反应谱也不一样。对于建筑结构设计，每一个房子，都有属于自己的反应谱。 这个反应谱其实得出的是一个地震影响系数 和周期 T 之间的关系， 和

3、 T 之间的函数图象是这样的： 带入实际数据 自振周期是0.243 当横坐标T=0.243时，纵坐标=0.16 地震影响系数是0.16 地震影响系数是0.16？ 我们房子的质量是300吨，乘以9.8的重力加速度，相当于重力为2942千牛。我们的地震力呢？就等于2942千牛乘以这个0.16，也就是471千牛。 这也就是我们设计的时候所需要考虑的地震力，地震来了，就相当于有471千牛的力在推房顶。换言之，我所有的柱子加起来，要足以抵抗这471千牛的力。否则的话，柱子不够结实，这471千牛的力加上来，柱子就折断了，房子也就塌了。 如果柱子不够多呢？不够结实呢？那就得加粗加多了。但是请注意，柱子加粗加

4、多之后，刚度就变了，不再是200千牛每毫米了。有了新的刚度值，以上的过程就需要从头再来一遍，得到一个新的地震力，再去比较新的设计里这些柱子够不够结实。如果还不行，继续修改，继续尝试，直到满足为止。 我们再来看一下刚度的概念，施加200千牛的力，房顶侧移1毫米。现在我已经知道，地震的时候，相当于施加了471千牛的力，成比例放大，471是200的2.354倍，那我现在的位移就是2.354毫米。也就是说，近似理解，在地震的时候，房顶会被地震来回晃动 2.354 毫米。 地震下的位移也是一个很重要的指标，如果位移过大，很可能房子就被晃散架了。对于一般的框架结构，规范的限值是550分之一。假设我们这个房

5、子的高度是3米，那么550分之一就是5.455毫米。 我们的小房子在地震下的位移值是2.354毫米，小于规范要求的5.455毫米，所以是满足要求的。如果不满足要求，还是柱子得加多加粗，以上全部过程从头再来。 实际生活中地震力如何作用到建筑物上？想象这样一个场景，你站在原地不动，另一个人用力推你的肩膀，是不是很容易站不稳呢？再换一个场景，你站在公交车上，公交车突然刹车，你是不是也很容易站不稳呢？这两种情况对你而言，是不是等效的呢？有人推你，你脚在地面上不动，肩膀被人向后推，所以站不稳。公交车急刹车，脚跟着公交车地面减速，但上半身还维持着之前高速运动的惯性，所以也站不稳，这就是一个惯性力的概念。

6、变形金刚推房子，就类似于别人推你；地震来了，就类似于把房子放在一个巨大的公交车上，然后公交车急刹车。实际上，并没有力直接作用到到房子上，而是房子的基础随着地面运动，而上半部分还保持静止，由于惯性就产生了作用力。 抗震设计中，几个参数间的相互关系：刚度与质量结构的自振周期结构的自振周期地震影响系数地震影响系数+自重地震力地震力+刚度位移 自振周期直接决定了房子地震作用的大小 自振周期跟高度和层数成正比 低房子低周期 高房子高周期 地震的震动周期是不可控的 低周期地震-1995年日本阪神地震 高周期地震-1985年墨西哥城大地震 低周期地震-1995年日本阪神地震阪神地震震害主要集中在低周期段，所

7、以三层房子的震害要比二十层的严重。实际的震害也证明了这一点，多层建筑破坏严重，而高层的破坏相对较轻。有句话说超高层建筑反而是地震中最安全的地方，也是这个意思。周期非常大的超高层建筑，地震力与自身重力的比值会非常小。 高周期地震-1985年墨西哥城大地震像1985年墨西哥城大地震就属于这种比较少见的类型，震害偏向高周期段。所有的低层建筑几乎毫发未损，而高层建筑的震害非常严重，多座钢结构高层建筑发生整体垮塌。震后的景象令人乍舌，小砖房、破瓦房都好好的，钢结构的高层反而倒了。注意结构设计提高抗震能力 合理规划，正确选址 建筑结构的方案布置要合理 结构设计要遵从“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点，弱

8、构件”的原则 注重圈梁、构造柱的设计 改进加强楼梯间的设计基本概念1基础选型2溶洞处理3什么是基础？压强=力/接触面积体重过大腿不够粗为何会陷入雪里？什么是基础？增大接触面积什么是基础？增大每根柱子与地面之间的接触面积，压强显著减小，房子能够稳固的站在地面上不会陷落。基础的尺寸怎么设计？计算它的体积和密度，加上装饰装修的重量，得到总重量。基础的尺寸怎么设计？总重量确定土能承受的最大压强。通过实际试验知道地面的最大承载力基础的尺寸怎么设计？总重量最大承载力面积=重力/压强注：若基础厚度太薄，很容易就会被柱子戳破增加房屋的高度？增加两层房屋高度可选择增大基础面积增加房屋的高度？继续增加房屋高度继续

9、增大基础面积？不经济!选做条形基础增加房屋的高度？继续增加房屋高度另一个方向增加条形基础组成一个网格状的基础地面增加房屋的高度？更高的房屋整个房屋的底面积都做成基础筏板基础or满堂基础基础面积所可能的最大值想要修建更高的高层建筑想要修建更高的高层建筑改造土体，增加土的最大承载力方法有：1、往土里注射水泥 2、用硬土替换软土 3、夯实 4、5、。想要修建更高的高层建筑房屋高度=10层底面积=2540每平米自重=1.3t挖坑深度=10米底面积=2540米每立方米土重=1.8t想要修建更高的高层建筑房屋重量土体重量补偿基础：用挖出来的土体重量抵消了建筑的全部或者部分重量想要修建更高的高层建筑优点：地

10、下室可用做车库、机房、储藏室、水泵房等等，可谓一举多得好处多多。缺点：费钱想要修建更高的高层建筑土太软or楼太高?打桩桩基础端承桩摩擦桩想要修建更高的高层建筑端部承受力想要修建更高的高层建筑 桩穿过软弱的土层，直接落到底部的稳定持力层上，再到桩顶上做基础，比如做一块大筏板将桩基础相连。 房子的重量由基础底板传递给桩，再由桩传递给底部持力层。想要修建更高的高层建筑以摩擦力提供支撑，类似于钉子钉入墙里，难以拔出想要修建更高的高层建筑实际工程里，可能并不是完全的端承桩或者摩擦桩，可能两者兼有之。极限：迪拜塔更长更粗更结实桩基础基础选型 天然地基基础（浅基础）：柱下独立基础及条型基础、墙下条型基础、筏

11、板基础和箱型基础 桩 基 础（深基础）： 预制桩（钢筋砼方形桩、高强预应力管桩、钢桩） 灌注桩（沉管桩、钻冲孔桩、人工挖孔桩）基础选型：砌体结构 优先选用刚性的四合土、混凝土或毛石混凝土基础（刚性基础）。但若上述基础的宽度2m，就要采用钢筋混凝土扩展基础，即柔性基础基础选型：框架结构 无地下室且地基较好：荷载不大时可选用钢筋砼独立柱基。 有地下室且地基较好：可选用独立柱基加地下室底板型式（贵阳富力中心裙楼） 地基情况整体较差：宜采用筏板基础（无梁式或有梁式基础选型：框架结构 注：凡框架结构不超过三层、基础埋深较浅、各基础埋置深度差别不大，地基土主要受力层范围内不存在较弱土层、液化层和很不均匀土

12、层时、独立柱基之间可不设拉梁、否则应设拉梁连结。基础选型：框剪结构 无地下室：地基条件好、荷载均匀时可选用独立柱基、墙下条基加拉梁；地基条件差、荷载大，为增加基底面积及加强基础整体性，可选用交叉条型基础，当条型基础不能满足地基强度或变形要求时，则选用筏板基础。基础选型：框架结构 有地下室：其选型原则与框架结构相同（独立柱基加地下室底板型式）。当地基较差时，可结合框剪结构中剪力墙的分布及使用要求优先考虑采用箱型基础基础选型：剪力墙结构 无地下室或有地下室而无防水要求时，如地基较好宜优先选用交叉条型基础，有防水要求时可选用筏板基础或箱型基础。基础选型：高层建筑 若由于基础持力层较深，或为了满足高层

13、建筑基础埋深要求而使基础埋置深度3m，而原建筑设计方案无地下室，则应建议兴建单位增设地下室，而不宜采用回填土的做法以免增加地基的附加压力。基础选型：高层建筑 高层建筑一般均设地下室。 当地下室底板标高处的地基能满足基础及上部结构之强度和变形要求，而地下室作为停车库、机房之类需要大空间使用的，应采用筏板基础或独立柱基加地下室底板型式（贵阳富力中心A1A6栋） 如地下室设置隔墙而不妨碍使用要求的则可考虑使用箱型基础基础选型：桩基础 当地基土质较差，采用上述各种类型基础仍不能满足设计要求，或经过经济比较采用天然地基基础造价较高时，应考虑选用桩基础或其他可靠的人工地基。基础选型：桩基础 常用的桩型有：

14、预制桩钢筋砼方型桩（现已很少使用）高强砼预应力管桩基础选型：桩基础 常用的桩型有：灌注桩沉管灌注桩钻（冲）孔灌注桩人工挖孔灌注桩贵阳富力中心溶洞处理 1 1、岩溶地基的评价、岩溶地基的评价 2 2、岩溶地基处理方式、岩溶地基处理方式 3 3、工程实例、工程实例 .桩基础埋深确定桩基础埋深确定 .换填法换填法处理处理实例实例 .跨越法跨越法处理处理实例实例 .灌浆加固法灌浆加固法处理处理实例实例 .桩身质量不合格处理桩身质量不合格处理实例实例岩溶地基的评价 场地持力层基岩主要为中风化石灰岩，基岩起伏较大，经钻探揭露遇洞率为52.38%，综合确定场地为岩溶强发育场地。根据已施工的钻孔结果，岩溶的表

15、现形式主要以竖向的溶沟、溶槽为主局部溶洞，溶沟（槽）及溶洞内绝大多数充填软塑红粘土，但局部地段（A2办公楼北侧）开挖揭露的溶洞为空洞。地下水埋藏较深，但地下水对桩基础施工影响较大，需要采取有效的抽排水措施。岩溶地基的评价经现场勘查，场地无滑坡、泥石流、地裂缝、大型活动断层通过等不良地质现象，地下水埋藏较深，总体稳定性较好。中风化石灰岩体分布连续，岩体承载力特征值：fa=5000kPa,使用岩溶顶板为地基持力层时承载力特征值:fa=3000KPa。属于岩溶强发育场地，但经工程措施处理后基础稳定性尚可。 拟建物采用下伏中风化岩体为地基持力层，基础形式为独立基础（中风化基岩埋深小于3.0m地段）及桩

16、基础（中风化基岩埋深大于等于3.0m地段和岩溶发育地段）。岩溶地基处理措施1 1）. .桩基法桩基法 对规模较大的溶洞，而建筑荷重大，可用人工或机械成孔灌注桩来处理。2 2）. .清爆换填清爆换填 爆开溶洞顶板，清除其内填充物，回填毛石或毛石混凝土等。3 3）. .跨越跨越 对洞壁完整、顶板破碎、高度较大的溶洞，宜采用钢筋混凝土梁（或板）跨越处理。从结构形式上有分拱跨越和悬挑梁跨越、调整柱距跨越、倒锥塞跨、水平梁板跨等，如下图所示。4 4）. .凿平打毛凿平打毛 对石芽或斜岩面，需凿平或凿成台阶状，防止基础“刺穿”或滑移。5 5）. .灌浆加固灌浆加固 适用于已建成的建筑地基非稳定溶洞（或深层

17、溶洞）处理。工程实例1. 1. 桩基础埋深确定桩基础埋深确定 根据基础荷载大小，满足建筑地基基础设计规范规定。桩基础埋深由以下几方面确定：1）桩基础嵌入中风化岩的最小深度不小于0.50m。2）桩基础桩端以下三倍桩径范围内应无软弱夹层，破碎带和影响地基稳定性的洞穴分布，并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。 3）相邻桩基基底高差宜尽量控制在规范容许范围内，即相邻桩的中心距离不小于3d（桩径），且H/b1控制。H为相邻桩基高差，b为相邻桩基的距离。 4）满足地基稳定性要求，验算破坏面稳定性。工程实例2. 2. 换填法换填法处理处理实例实例例： 溶洞情况：A1栋塔楼核心筒采用条形基础，中风化岩作为持

18、力层。在东南角发现一个扇形溶槽，溶槽尺寸12 m *4.2 m *4.2 m (长*宽*深) 。溶槽发育方向由西南向东北方向发展。溶槽清理后底部岩层完整无裂隙、溶洞。 处理方案：溶槽较浅且底部岩层完整，因此采用换填法进行处理。首先在溶槽周围补勘钎探，待探明溶槽范围后回填C15素混凝土至核心筒基础底面标高。其它区域回填C15毛石混凝土。工程实例3. 3. 跨越法跨越法处理处理实例实例例1： 溶洞情况：A1栋塔楼外西南角存在一条沿地下室外墙走向宽约3.4m、长约16m的溶槽，溶槽深度插1m钢筋未见底。由于A1主体施工已至5层，挖机很难进入该区域，因此溶槽淤泥清理困难。 处理方案：增加结构梁挑住地下室外墙，并将此段溶槽清理干净,回填石粉+10%水泥加水振捣密实。工程实例例2： 溶洞情况：A2栋塔楼核心筒西侧存在大范围溶洞，如图所示。KZ3柱下超前钻结果显示持力层距底板面约40m。同时34#、 65#桩下持力层进行抽芯检测时发现桩底存在约10m泥夹石和软塑黄粘土 。此处溶洞的处理难点在于该范围溶洞分布范围广，深度达到3040m且互相贯通，填充区域及图中超前钻孔（黄色圆环）均没有找到可靠持力层。34#KZ361#62#65#工程实