汶川地震看建筑结构抗震.ppt

1、从汶川大地震看建筑结构震害,主要内容,1 地震及相关基本知识 2 砌体结构震害及分析 3 钢筋混凝土结构震害及分析 4 木结构震害及分析 5 钢结构震害及分析,1 地震及相关基本知识,1.1 地震的一些基本概念,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 。,地球内部发生地震的地方叫震源；,震源在地面上的投影点称为震中；,震中及其附近的地方称为震中区；,从震中到地面上任何一点的距离称为震中距。,纵波（P波） 横波（S波）体波质点振动形式,地震波类型,地震波振动示例,back,back,二.按震源深浅分类,浅源地震震源深度小于60千米的称为浅源地震。 全世界85%以上的地震都

2、是浅源地震。,中源地震震源深度在60至300千米的称为中源地震。,深源地震震源深度在300千米以上的称为深源地震。,地震分类,一.按地震成因分类,火山地震：由于火山爆发而引起的地震； 陷落地震：由于地表或者地下岩层突然发生大规模陷落和崩塌而造成的地震； 诱发地震：由于人工爆破,矿山开采及工程活动引发的地震； 构造地震：由于地球内部岩层的构造变动引起的地震(约占地震发生的90%),地震震级是衡量一次地震释放能量大小的尺度，即表示地震本身大小的一种尺度。 震级用M表示：M5 破坏性地震；M=78 强烈地震；M8 特大地震。 地震烈度：指某一区域的地表和各类建筑物遭受某一次地震影响的平均强弱程度；由

3、地面建筑的破坏程度，人的感觉，物体的振动及运动强烈程度而定。现在主要由地面震动的速度和加速度确定。一次地震，表示地震大小的震级只有一个，但可以有多种不同的烈度。 震中区的烈度称为震中烈度；震级M和震中烈度I0的关系：,1.2地震震级与地震烈度,个别：10%以下 少数：10%50% 多数：50%70% 大多数：70%90% 普遍：90%以上,基本烈度与地震区划,基本烈度：指一个地区在一定时期（我国取50年）内在一般场地条件下按一定的概率（我国取10%）可能遭遇到的最大地震烈度。 基本烈度是一个地区进行抗震设防的依据。 地震区划：依据地质构造，历史地震规律，强震观测资料，采用地震危险性分析的方法，

4、计算出每一地区在未来一定时限内关于某一烈度的超越概率，将国土划分为不同基本烈度所覆盖的区域的工作。,设计地震分组是新规范新提 出的概念，用以代替旧规范设计 近震、设计远震的概念。,在宏观烈度大体相同 条件下，处于大震级远离 震中的高耸建筑物的震害 比中小级震级近震中距的 情况严重的多。,设计地震分三组：,对于类场地，第一、二、三组 的设计特征周期分别为：0.35s、0.40s、0.45s.,back,中国地震烈度区划图,汶川县大地震地震参数：构造地震，震源深度:14km，震级:8.0 。,日本东北地区发生里氏7.2级地震，但人员伤亡和财产损失不大，这主要得益于完备的防灾体制、良好的防灾意识、坚

5、固的房屋结构、较低的人口密度、地震发生在周末的清晨以及灾区天气状况良好这六大因素。,1933年以来汶川地震震中200公里范围内的历史地震,省界；断层；历史地震；本次地震,有地震记载以来，震中附近200km范围内发生过8次7级以上地震，最大的是1933年四川茂汶北迭溪7.5级地震，极震区为四川茂汶北迭溪，烈度达到10度。,地震破裂过程动画： 此动画为汶川8.0级地震破裂过程，破裂时间80秒， 破裂长度216km， 破裂方向为北东229度。,抗震规范中的震中区主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组,抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g： 第一组：成都(除龙泉驿，清白

6、江的5个市辖区)，乐山(除金口河外的3个市辖区)，自贡(4个市辖区)，宜宾，宜宾县，北川，安县，绵竹，汶川，都江堰，双流，新津，青神，峨边，沐川，屏山，理县，得荣，新都*第二组：攀枝花(3个市辖区)，江油，什邡，彭州，郫县，温江，大邑，崇州，邛崃，蒲江，彭山，丹棱，眉山，洪雅，夹江，峨嵋山，若尔盖，色达，壤塘，马尔康，石渠，白玉，金川，黑水，盐边，米易，乡城，稻城，金口河，朝天区*第三组：青川，雅安，名山，美姑，金阳，小金，会理 抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g：第一组：泸州(3个市辖区)，内江(2个市辖区)，德阳，宣汉，达州，达县，大竹， 邻水，渠县，广安，华蓥，隆昌，富

7、顺，泸县，南溪，江安，长宁，高县，珙县，兴文，叙永，古蔺，金堂，广汉，简阳，资阳，仁寿，资中，犍为，荣县，威远，南江，通江，万源，巴中，苍溪，阆中，仪陇，西充，南部，盐亭，三台，射洪，大英，乐至，旺苍，龙泉驿，清白江第二组：绵阳(2个市辖区)，梓潼，中江，阿坝，筠连，井研第三组：广元(除朝天区外的2个市辖区)，剑阁，罗江，红原,1.3 地震的破坏作用（震害现象）,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。主要有：,1、地面破坏： 如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；,一、直接灾害：,2、建筑物与构筑物的破坏： 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；,3、山

8、体等自然物的破坏：如山崩、滑坡等；,二、次生灾害：,主要的次生灾害有：,1、火灾：由震后火源失控引起；,2、水灾：由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；,3、毒气泄漏：由建筑物或装置破坏等引起；,4、瘟疫：由震后生存环境的严重破坏而引起。,地面错动,地面裂缝、桥梁断落,这是2008年6月14日在日本岩手县拍摄的在地震中塌陷的路面。,滑坡,由于堰塞湖泄洪，四川北川县城部分被洪水淹没,为防止瘟疫发生而消毒,2.1 概述,砌体房屋：由粘土砖、烧结多孔粘土砖、粉煤灰中型实心砌块和混凝土 中小型砌块砌体通过砂浆砌筑而成的房屋。,砌体房屋是我国当前建筑业中使用最广泛的一种建筑形式。在民用建筑中约占90%以上，在

9、整个建筑业中约占80%。,传统的砌体结构多采用粘土实心砖和混合砂浆砌筑，通过内外墙的咬砌达到具有一定整体性连接。楼板多采用预制钢筋混凝土空心板，梁和其他构件亦多用预制装配构件。,2 砌体结构震害及分析,2.2 震害及其分析,一、倒塌,1、全部倒塌,房屋整体性好，而底层强度不足时；,房屋整体性不好，而上层墙体过于弱时；,2、上部倒塌,房屋上层自重大，刚度差； 上层砌体强度过弱，整体性差时；,3、局部倒塌,个别部位的整体性特别差，纵墙与横墙间联系不好，平面或立面有显著的局部突出，抗震缝处理不当等；,外纵墙脱开横墙而坍塌是较常见的震害。,上部倒塌,二、裂缝,抗剪承载力不足,产生裂缝,主要有“X”形、

10、水平和竖向三种类型。,1、 “X”形裂缝,墙体在竖向压力和反复水平剪力作用产生的裂缝。,常出现“X”形裂缝的位置：,与主震方向平行的墙体； 在横向，房屋两端的山墙； 在纵向，窗间墙。,若主震方向与横纵墙成某一角度时，常在房屋的角部出现局部倒塌。,2、 水平裂缝,大都发生于外纵墙窗口的上下皮处。,当房屋纵向承重，横墙间距大而屋盖刚度弱时，纵墙出平面受弯产生水平裂缝。,3、 竖向裂缝,大都发生于横纵墙交接处或变化较大的两部体系的交接处。,三、其它破坏,楼梯间的墙体一般震害较重。,横墙间距小，抗剪刚度大；,1、楼梯间破坏,原因是：,空间刚度较小；,墙体有削弱等；,突出屋面的屋顶间（电梯机房、水箱间等

11、）、烟囱、女儿墙等，由于“鞭梢效应”引起破坏。,2、房屋附属物,房屋附属物的破坏比下部主体结构破坏严重。6度区有所破坏，7度区普遍破坏，8-9度区几乎全部破坏或倒塌。,3、楼板,楼板是地震时传递水平地震作用的主要构件。,对于预制板楼板、楼盖，由于整体性较差、板缝偏小混凝土灌缝不够密实，地震时易于拉裂。9度以上地区，由于墙体开裂、错位、倒塌引起楼板、楼盖掉落。预制板端部搁置长度过短或无可靠的板与板及板与墙的拉接措施，也造成震害。,楼梯间破坏,顶部“鞭梢效应”,楼板掉落,大量震害表明传统的砌体结构抗震性能较差：,1923年日本关东大地震，东京约有砖石结构房屋7000栋，几乎全部遭到不同程度的破坏。

12、 1948年原苏联阿什哈巴德地震，砖石结构房屋的破坏和倒塌率达到70%-80%。 1976年唐山地震，对烈度为10度、11度区的123栋2-8层砖混结构房屋调查，倒塌率为63.2%，严重破坏为23.6%，尚能修复使用的4.2%，实际破坏率达95.8%。,抗震性能差的原因：,1、刚度大、自重大，地震作用也大；,2、砌体材料质脆,抗剪、抗拉、抗弯强度低,地震作用下极易出现裂缝；,3、受施工质量的影响较大;如砂浆不饱满,易出现裂缝,减弱抗震性能。,若能针对砌体结构的弱点进行合理设计，采用适当的构造措施，确保施工质量，砌体结构的抗震性能是能够得到改善的。,从震害调查可见：经抗震设防可减轻砌体结构的震害

13、，减少严重破坏和倒塌率。,3 钢筋混凝土结构震害及分析,多层和高层钢筋混凝土结构体系包括： 框架结构、框架-抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构和框架-筒体结构等。,3.1 概述,钢筋混凝土框架房屋：钢筋混凝土纵梁、横梁和柱等 构件组成承重体系的房屋。,框架-抗震墙结构：在框架房屋中增加抗震墙构成。,钢筋混凝土框架房屋层数一般在十层以下。,抗震墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。,抗震墙,框架房屋,框架-抗震墙,一、结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层,3.2 震害及其分析,在强烈地震作用下，结构的薄弱楼层率先屈服、发展弹塑性变形，并形成弹塑性变形集中的现象，不能发挥整体的抗震能力。,二、框架梁

14、、柱的震害,梁柱变形能力不足，构件过早发生破坏。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更易发生破坏。,1、柱顶,柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝。重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。,主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。,破坏不易修复。,2、柱底,与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。,3、短柱,当柱高小于4倍柱截面高度（H/b4)时形成短柱。,短柱刚度大，易产生剪切破坏。,4、角柱,由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。,5、梁柱节点,节点核心区产生对角方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝土剪碎剥落。节点内箍筋

15、很少或无箍筋时，柱纵向钢筋压曲外鼓。,节点破坏将导致梁柱失去相互之间的联系。,节点破坏的主要原因是节点的受剪承载力不足，约束箍筋太少，梁 筋锚固长度不够以及施工质量差所引起。,6、框架梁,震害多发生于梁端。在地震作用下梁端纵向钢筋屈服，出现上下贯通的垂直裂缝和交叉裂缝。破坏的主要原因是梁端屈服后产生的剪力较大，超过了梁的受剪承载力，梁内箍筋配置较稀，以及反复荷载作用下混凝土抗剪强度降低等。,梁端屈服,三、填充墙的震害,砌体填充墙刚度大而承载力低，首先承受地震作用而遭破坏。一般7度即出现裂缝，8度和8度以上地震作用下，裂缝明显增加，甚至部分倒塌，一般是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌快墙重

16、于砖 墙。,框架-剪力墙结构上部较严重，框架结构下部震害严重。,填充墙破坏的主要原因是：墙体受剪承载力低，变形能力小，墙体与框架缺乏有效的拉结，在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。,四、抗震墙的震害,在强震作用下，抗震墙的震害主要表现在墙肢之间连梁的剪切破坏。主要是由于连梁跨度小，高度大形成深梁，在反复荷载作用下形成X型剪切裂缝，为剪切型脆性破坏，尤其是在房屋1/3高度处的连梁破坏更为明显。,五、防震缝的震害,防震缝宽度过小，地震时结构相互碰撞造成震害。,总结以上震害调查结果钢筋混凝土结构上主要应注意：,1）结构的刚度在平面上和沿竖向的分布要规则、均匀；,2）结构构件要有足够的承载力和延性；

17、,3）重视构造，加强对混凝土的约束，防止剪切、锚固 等脆性破坏；,4）保证施工质量。,4 木结构震害及分析,4.1 概述,我国有12个抗震防灾重点防御区,77个重点抗震城市,其中有许多城市都是历史古城,有大量的木结构房屋存在，我国小城镇和村镇的也存在大量的木结构房屋。 在中国古代文明史上,有一类具有特殊功能的建筑,例如各种城楼、箭楼和钟楼等。这些古代建筑结构多以木结构形式为主,最典型的是由柱和梁的榫卯结合构成的木结构骨架,至今仍有大量千年以上的这类古建筑存在。,木结构房屋一般是由梁、柱、檩条和椽子等组成骨架,承受屋顶和楼层的重量,墙只起围护作用。一般情况下,围护墙与木构架多是墙包柱或墙半包柱的

18、形式。由于各地用材及做法不同,木结构房屋特点有很大的差异出。,木结构及其榫卯接头,古代木结构,古代木结构,4.1 震害分析,1、构件强度不足: 木构架承重房屋由于构件断面过小或立柱对接,从而导致构件强度不足,地震时立柱容易折断、房屋楼盖以上倾倒或倒塌。 2、节点连接弱: 木构架梁、柱间连接多采用榫卯结合,地震时房屋上下颠簸,左右、前后摇晃,节点不仅承受水平力,还要承受拉和扭的作用,因此节点处很容易产生拉榫、折榫现象,导致木构架局部破坏或全部塌落。一旦施工制作质量差,连接不牢靠,地震时也会产生脱榫现象。 3、结构体系不稳定: 我国木构架房屋的榫卯结合节点强度和刚度都很低,稍有松动即成为铰接点,仅

19、靠卯榫和檩条连接,不能形成刚性节点,从而使骨架变成了几何可变体系,当地震作用较大时,构架就会倾斜甚至倒塌。,拉榫、折榫现象,结构体系不稳定,4、屋顶过重、过陡: 如平顶木构架柱细而梁粗头重脚轻,地震反应大,柱与墙体无连接,地震时梁头首先将纵墙撞倒,使横墙失去支撑，轻者墙倒架歪,重者全部倒塌。对穿斗木构架,地震时常出现溜瓦和墙倒顶塌。 5、墙体易破坏: 木构架房屋的围护墙多为土坯墙、土筑墙、外砖里坯墙和空斗墙、它们同柱的联系在构造上有全包柱、半包柱两种形式,但连接不牢。由于墙体与木构架的自振特性不同,在地震中产生的位移也不相同,因此会引起墙体开裂、错位甚至倒塌。 6、墙架间无连接: 村镇房屋的木

20、柱与墙体,屋架与墙体以及檩条与墙体(山墙)之间一般没有连接措施。由于屋架与墙体的振动特性不同,它们之间又无连接,不能协同工作,地震时相互撞击,加重了破坏程度。,7、木构件糟朽: 一些房屋因年久失修,木材腐朽或虫蛀,木材疵病造成柱根、梁端糟朽引起的截面处严重削弱、开裂等,从而导致构件在地震中倾斜、折断,进而引起其他构件的破坏。 8、柱脚滑移: 立柱放在柱脚石上,柱脚石与柱脚无连接,地震中由于水平晃动引起柱脚错位,严重的柱脚滑脱,导致木柱支撑失效引起构架倒塌。 9、地形及基础较差: 孤立山梁对地震动有放大作用而加重房屋震害。,柱脚滑移,要提高以木构架为承重结构的房屋的抗震性能,在设计时还要考虑采取一些其他的构造措施,如:房屋体形要简单、规整,平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面宜规则,应避免拐角或突出,开间数不宜超过5间;同一房屋不应采用木柱与砖柱、石柱或砖墙、土坯墙、夯土墙