抗震结构设计课件

抗震结构设计房建、市政一级注册建造师高级工程师抗震结构设计

1、绪论2、场地、地基和基础3、建筑抗震概念设计4、钢筋混凝土民房抗震设计5、砌体结构民房抗震设计6、民房抗震设计小结1、绪论1.1、地震与地震动1.2、地震活动性1.3、地震震害1.4、结构的抗震设防一、什么是地震？

二、地震分类1.按地震成因分类2.按震源深浅分类1.1.1地震及成因浅源地震——震源深度小于75km中源地震——震源深度在75～300km深源地震——震源深度在300km以上3.按地震序列分类主震余震型震群型单发型构造地震、火山地震、陷落地震、诱发地震地震序列：一定时期内发生在相邻地区的一系列大小地震主震：地震序列中最大的一次地震为主震，其余为余震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。1.1.2地震波一、地震波定义地震波是地震引起的振动以波的形式向各个方向传播并释放能量。由体波和面波组成。二、体波1、纵波：由震源向外传播的疏密波，介质质点的振动方向与波的前进方向一致，故又称为压缩波。特点：周期短，振幅小。使建筑物上下颠簸。2、横波：由震源向外传播的剪切波，介质质点的振动方向与波的前进方向一致，故又称为压缩波。特点：周期短，振幅小。使建筑物水平晃动。根据弹性理论，纵波的传播速度大约为横波的1.67倍，因此也把纵波叫初波，横波叫次波。三、面波1、定义：体波经过地层界面的多次反射后投射到地面上时，激起两种沿地面传播的面波－瑞雷波（R）和洛夫波（L）2、瑞雷波：质点在竖向平面内作与波速相反的椭圆运动，引起建筑物上下颠簸。yzx波的传播方向质点运动方向3、洛夫波：质点在水平面内作与波速前进方向相垂直的水平运动，在地面呈蛇形运动，引起建筑物水平晃动。yzx质点运动方向波的传播方向波速：P>S>面波面波能量最大，对建筑物和地表破坏最大二、地震烈度1、定义2、影响因素影响烈度的因素，震级、震中距、震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。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。地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震的强弱程度，简称为烈度。用I表示。1.1.4地震区划与地震影响一、地震区划2、地震区划根据历史地震、地震地质构造和地震观测等资料，在地图上按地震情况的差异划分出不同的区域。1、基本烈度一个地区未来50年内，在一般场地条件下，可能遭受的超越概率为10%的地震烈度称为该地区的基本烈度（Ⅰb）我国曾经采用地震基本烈度，编制了《中国地震烈度区划图（1990）》，2001年新《规范》该又按地震动参数编制了《中国地震动参数区划图（2001）》1、设防烈度按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度，用Id表示。二、地震影响设防烈度的取值依据：一般情况下，可采用《中国地震动参数区划图》中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。2、地震影响抗震设计中，考虑建筑物所在地区遭受的地震影响，用相应于设防烈度的地震动参数。1.2、地震活动性1.2.1、世界地震活动性环太平洋地震带太平洋欧亚地震带欧洲亚洲印度洋大西洋沿北冰洋、大西洋和印度洋的主要山脉非洲地震相当活跃的断裂谷-如东非洲和夏威夷群岛等北美洲1.2.2我国地震活动性西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓东南沿海的广东、福建、等地。台湾及其附近海域。华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾1、地面破坏。地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；一、直接灾害：1.3.1地震震害2、建筑物与构筑物的破坏:房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂等.桥梁断落水坝开裂二、次生灾害：伴随直接灾害而发生的后继灾害－次生灾害。次生灾害造成的伤亡和损失有时比直接灾害还要大。1、火灾：因震后火源失控引起；2、水灾：因水坝决口或山崩拥塞河道等引起；3、毒气泄漏：因储存装置破坏等引起；4、瘟疫：因震后环境的严重破坏而引起.主要的次生灾害有：

三、工程结构破坏现象1、结构丧失整体性2、承重结构强度不足3、结构变形过大导致倒塌5、结构构件连接支撑失效6、非结构构件破坏4、地基失效二、局部地质构造的影响断层及其破碎带:断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活动有关。发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新的错动，使建筑物遭受较大的破坏，属于地震危险地段。建设时应避开。与地下断裂构造直接相关的地裂三、地下水的影响地下水位越浅，震害越重，地下水位在5m以内时，对震害影响明显。水边地的地下水位较高，土质也较松软，地震时容易产生土层滑动或地层液化。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。

2、多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度（1）多遇烈度第一水准烈度：当设计基准期为50年时，则50年内纵值烈度的超越概率为63.2％第二水准烈度：当设计基准期为50年时，则50年内纵值烈度的超越概率为10％第三水准烈度：当设计基准期为50年时，则50年内纵值烈度的超越概率为2％（2）基本烈度（3）罕遇烈度1.4.2建筑结构抗震设防方法通过两阶段的设计方法实现“三水准设防目标”1、第一阶段设计第一阶段：对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。第二阶段：对一些规范规定的结构（易倒塌的、明显薄弱层的、不规则的建筑）进行大震作用下的弹塑性变形验算。2、第二阶段设计1.4.3抗震设计基本要求一、抗震建筑的概念设计由于地震动的随机性，以及建筑物的动力特性，所在场地、材料及计算方法的不确定性，地震造成的破坏很难计算准确，通过地震作用计算和相应的构造措施进行建筑抗震设计。二、建筑的抗震设防类别抗震次要建筑丁类

除甲乙丁类以外的一般建筑丙类

地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类

重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑甲类

设防分类二、建筑的抗震设防标准按本地区抗震设防烈度降低一度计算地震作用丁类

按本地区抗震设防烈度计算地震作用丙类

按本地区抗震设防烈度提高一度计算地震作用乙类

按地震安全性评价结果确定，再计算地震作用甲类

地震作用应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低丁类应符合本地区抗震设防烈度度的要求丙类一般情况下，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求，对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施乙类当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求甲类抗震措施2、场地、地基和基础2.1、场地2.2、天然地基与基础的抗震验算2.3、液化土与软土地基2.4、桩基的抗震设计（略）2.1、场地2.1.1、场地土及场地覆盖层厚度2.1.2、场地类别2.1.1场地土及场地覆盖层厚度一、场地场地：工程群体的所在地，具有相似的反应谱特征二、场地土1、定义：场地土指场地范围内的地基土。2、震害与场地土性质的关系：软弱地基与坚硬地基相比地面自振周期长，振幅大，振动持续时间长，震害重当地基的自振周期和结构本身的自振周期相近时，引起共振，震害最大。三、场地覆盖层厚度我国《规范》规定场地覆盖层厚度指：1、地面至剪切波速大于500m/s的坚硬土层或岩层顶面的距离；2、当地面5m一下存在剪切波速大于相邻上层剪切波速的2.5倍且其下卧岩土层的剪切波速均不小于400m/s，取地面至该土层顶面的距离为覆盖层厚度≥5m（覆盖层）Vs≥2.5Vs上Vs下≥400m/s2.1.2场地类别一、场地土等效剪切波速式中——计算深度，取覆盖层厚度和20m两者的较小值；——计算深度范围内土层的分层数；——计算深度范围内第j层土的剪切波速(m／s)；——第i层土的厚度。根据等效剪切波速不同，场地土分为：坚硬土、中硬土、中软土和软弱土二、场地类别不同场地上的地震动，其频谱特征有明显的差别，而场地类别由剪切波速和覆盖层厚度两条件确定，建筑抗震设计规范按此条件将场地划分为4个不同的类别，见下表。对于计算深度以下存在有软弱夹层的情况，应适当降低场地类别，因为此种情况下，场地的低频部分的地震波将得以放大。等效剪切波速(u)场地类别I类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Vse>5000500≥Vse>250<5≥5250≥Vse>140<33—50>50Vse≤140<33—1515—80>802.2、天然地基与基础的抗震验算一、不进行天然地基及基础抗震验算的建筑各类场地土上的建筑，只有很少一部分是由于地基失效引起的，因此大多数建筑物不需作地基的抗震验算二、天然地基在地震作用下的抗震承载力验算1、地基土抗震承载力2、地基土抗震承载力2.3、液化土与软土地基2.3.1、地基土的液化2.3.2、液化的判别2.3.3、可液化地基的抗震措施2.3.1地基土的液化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时将趋于密实，使空隙水压力急剧上升，而在地震作用的短暂时间内，这种急剧上升的空隙水压力来不及消散，使原有土颗粒通过接触点传递的压力减小，当有效压力完全消失时，土颗粒处于悬浮状态之中。这时，土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性。这种现象称为液化。液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。一、液化原理二、液化危害地面喷水冒沙、地基不均匀沉陷、地裂滑坡等三、影响地基土液化的因素1、土层的地质年代和组成饱和砂土的地质年代越古老，其基本性能越稳定，因此也越不容易液化。细砂相对于粗砂透水性差，容易产生孔隙水的超压作用，因此更容易液化2、土层的相对密度砂土层埋深越大，地下水位越深，饱和砂土层上的有效覆盖压力越大，越不容易液化3、土层的埋深和地下水位的深度相对密实度小的松砂天然孔隙比较大，更容易液化4、地震烈度和地震持续时间地震烈度越高，地震持续时间越长，饱和砂土越容易液化2.3.2液化的判别一、初判首先初步判断是否会发生液化，《规范》规定对于饱和砂土或粉土，当符合一定条件时，可不考虑液化。二、标准贯入试验判别1---穿心锤；2---锤垫；3---触探杆；4---贯入器头5---出水孔；6---贯入器身；7---贯入器靴。钻孔至试验土层上15cm处,用63.5公斤穿心锤，落距为76cm，打击土层，打入30cm所用的锤击数记作N63.5，称为标贯击数。用N63.5与规范规定的临界值Ncr比较来确定是否会液化。三、液化指数与液化等级－（定量判断液化危险性)---判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数；---分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值时采用临界值；---第i点所代表的土层厚度（m)；---第i层考虑单位土层厚度的层位影响权系数(m-1)。若判别深度为15m，当该层中点深度不大于5m时采用10，等于15m时应取零值,5—15m时应按线性内插值法取值;若判别深度为20m，当该层中点深度不大于5m时采用10，等于20m时应取零值，5—20m时应按线性内插值法取值。液化指数2.3.3可液化地基的抗震措施一、全部消除地基液化沉陷的措施采用桩基、深基础、土层加密法或挖除全部液化土层。（1）采用深基础时，基础应具备足够的深度，以到达液化深度下的稳定土层（2）采用土层加密方法加密土层后，用标准贯入试验复合地基是否液化（3）用非液化土替换全部液化土层二、部分消除地基液化沉陷的措施通过加密土层或挖除部分液化土层，使处理后土层的标准贯入锤击数实测值不小于相应的临界值。（1)选择合适的基础埋置深度；（2)调整基础底面积，减少基础偏心；（3）加强基础的整体性和刚性，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土十字形基础，加设基础圈梁、基础梁系等；（4）减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等；（5）管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。三、减轻液化影响的基础和上部结构处理无感1室内个别静止中的人感觉2悬挂物微动门、窗轻微作响室内少数静止中的人感觉3悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人梦中惊醒5