1、吉林勘察設計吉林勘察設計建筑結構抗震設計簡介袁志仁 地震是指因地球內部緩慢積累的能量突然釋放而引地震是指因地球內部緩慢積累的能量突然釋放而引起的地球表層的振動起的地球表層的振動 。什么是地震？什么是地震？地震波地震波地震波是地震發生時由震源地方的巖石破裂產生的彈性波。地震波是地震發生時由震源地方的巖石破裂產生的彈性波。地震波分為體波和面波。地震波分為體波和面波。體波體波橫波（橫波（S S波）波）縱波（縱波（P P波）波）面波面波瑞利波瑞利波樂甫波樂甫波橫波特點橫波特點: :周期長、振幅大、周期長、振幅大、 波速慢波速慢,100-800m/s,100-800m/s縱波特點縱波特點: :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面波比體波衰減慢、振幅大、面波比體波衰減慢、振幅大、周期長、傳播遠。建筑物破壞周期長、傳播遠。建筑物破壞主要由面波造成。主要由面波造成。雜波P波開始S波開始面波開始地震波橫波：使建筑物產生水平方向搖晃面波：使建筑物既產生上下顛簸又水平方向搖晃， 對建筑物破壞最嚴重 橫波和面波同時到達時，震動最劇烈地震波瑞雷波（R波）洛夫波（L波）地震波不同場地條件對反應譜的影響不同場地條件對反應譜的影響將多個地震反應譜平均后得平均加速度反應譜將多個地震反應譜平均后得平均加速度反應譜gSa/周期（周期（s)s)巖石巖石堅硬場

3、地堅硬場地厚的無粘性土層厚的無粘性土層軟土層軟土層加速度反應譜加速度反應譜抗震與非抗震結構的要求不同常規荷載作用下的結構處于或基本處于彈性工作階段強度，剛度，耐久性而地震作用則不同，隨機性強、影響次數少、作用時間短、各次地震作用差異大要求結構在各種強度地震動下，保持彈性狀態不經濟要求結構有必要的強度、適宜的剛度、良好的延性防震減災簡介1 防震減災的主要內容地震監測、地震預報、工程抗震、社會防災、震后救災、恢復重建等。2 防震減災的指導方針以防為主，防御與救助相結合。3 抵御地震的三道防線(1)地震監測預報。(2)震害防御體系的建設，包括工程性和非工程性兩個方面。工程性措施叫做工程抗震設防。(3

4、)緊急救援體系的建設。工程抗震設防1 工程抗震設防的主要規定2 工程抗震設防目標(工業與民用建筑、鐵路工程、公路工程、水利工程、電力設施、市政工程等)3 工程抗震設防依據4 工程抗震設防標準工程抗震設防的主要規定中華人民共和國防震減災法中規定：(1)新建、擴建、改建建設工程必須達到抗震設防要求。(2)一般工業與民用建筑建設工程，必須按照國家頒布的地震烈度區劃圖或者地震動參數區劃圖規定的抗震設防要求進行抗震設防。(3)重大建設工程和可能發生嚴重次生災害的建設工程、核電站和核設施建設工程必須進行地震安全性評價，并根據經過國家或省級地震行政部門審定的地震安全性評價結果，確定抗震設防要求，進行抗震設防

5、。(4)建設工程必須按照抗震設防要求和抗震設計規范進行抗震設計，并按抗震設計進行施工。(5)已建成的重大建設工程，可能發生嚴重次生災害、有重大文物價值和紀念意見以及地震重點監視防御區的建筑物、構筑物，未采取抗震設防措施的，應當按照國家有關規定進行抗震性能鑒定，并采取必要的抗震加固措施。工程(建筑)抗震設防目標建筑抗震設計規范GB50011設防目標：當遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時，主體結構不受損壞或不需修理可繼續使用；當遭受相當于本地區抗震設防烈度的設防地震影響時，可能發生損壞，但經一般性修理仍可繼續使用；當遭受高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破

6、壞。使用功能或其他方面有專門要求的建筑，當采用抗震性能化設計時，具有更具體或更高的抗震設防目標。我國的建筑抗震設計規范實行以預防為主的方針，使建筑經抗震設防后，減輕建筑的地震破壞，避免人員傷亡，減少經濟損失三水準設防和兩階段設計簡介三水準設防(一般目標)：1 小震不壞2 中震可修3 大震不倒兩階段設計：1 小震下的截面抗震驗算和結構變形驗算目標小震不壞(隱含中震可修)2 大震下的結構變形驗算目標大震不倒基于能力的設計方法基于性能的設計方法三水準下鋼筋混凝土框架結構的破壞程度與層間位移角的大致對應關系工程(建筑)抗震設防依據設計地震動參數：設防烈度或設計地震動峰值加速度設計地震分組 (和場地類別

7、共同確定Tg)1 中國地震動參數區劃圖GB18306-20152015年5月頒布，2016年6月實施。一是取消了不設防地區；二是在附錄中將地震動參數明確到鄉鎮。工程(建筑)抗震設防標準2 建筑抗震設防分類標準GB50223-2008設設防防分分類類抗抗震震措措施施抗震措施抗震措施加強結構細部構造（延性）加強結構細部構造（延性）地震作用地震作用提高結構的抗力（承載力）提高結構的抗力（承載力）地地震震作作用用 在設防烈度為在設防烈度為6 6度時，除規范有具體規定外，對乙、丙、度時，除規范有具體規定外，對乙、丙、丁類建筑可不進行地震作用計算。丁類建筑可不進行地震作用計算。 提高抗震能力的造價并不高，

8、框架結構抵抗全部側向提高抗震能力的造價并不高，框架結構抵抗全部側向力的響應從力的響應從0.05g0.05g提高到提高到0.10g0.10g，所需費用增加約，所需費用增加約610%610%，考慮結構費用僅占全部造價的考慮結構費用僅占全部造價的2025%2025%，前述提高抗震能，前述提高抗震能力的花銷在全部造價中僅占力的花銷在全部造價中僅占12%12%，加強細部構造提高結，加強細部構造提高結構延性所需的費用更少構延性所需的費用更少 目前抗震設計主要關注加速度反應引起的慣性力，目前抗震設計主要關注加速度反應引起的慣性力，即通常所說的地震作用，速度反應僅在考慮增大結構即通常所說的地震作用，速度反應僅

9、在考慮增大結構阻尼的減震與隔震時有影響阻尼的減震與隔震時有影響。位移反應對高柔結構來位移反應對高柔結構來說不容忽視，抗震規范限制最小剪重比說不容忽視，抗震規范限制最小剪重比最小地震最小地震水平剪力來間接控制高柔結構的位移反應。水平剪力來間接控制高柔結構的位移反應。相對位移反應譜相對位移反應譜絕對加速度反應譜絕對加速度反應譜相對速度反應譜相對速度反應譜地震反應譜的特點地震反應譜的特點1.1.阻尼比對反應譜影響很大阻尼比對反應譜影響很大2.2.對于加速度反應譜，當結構周期小對于加速度反應譜，當結構周期小 于某個值時于某個值時, ,幅值隨周期急劇增大，幅值隨周期急劇增大， 大于某個值時，快速下降。大

10、于某個值時，快速下降。3.3.對于速度反應譜，當結構周期小于某對于速度反應譜，當結構周期小于某 個值時幅值隨周期增大，隨后趨于常數。個值時幅值隨周期增大，隨后趨于常數。4.4.對于位移反應譜，幅值隨周期增大。對于位移反應譜，幅值隨周期增大。地基與上部結構相互作用的影響地基與上部結構相互作用的影響規范規范5.2.75.2.7規定：規定： 結構抗震計算，一般情況下可不計入地基與結構相結構抗震計算，一般情況下可不計入地基與結構相互作用的影響；互作用的影響；8 8度和度和9 9度時建造于度時建造于、類場地，采用類場地，采用箱基、剛性較好的筏基和樁箱聯合基礎的鋼筋混凝土高箱基、剛性較好的筏基和樁箱聯合基

11、礎的鋼筋混凝土高層建筑，當層建筑，當 1.21.2TgT15Tg TgT15Tg 時，若計入地基與結構動力時，若計入地基與結構動力相互作用的影響，對按剛性地基假定計算的相互作用的影響，對按剛性地基假定計算的水平地震剪水平地震剪力可按下列規定折減力可按下列規定折減，其層間變形可按折減后的樓層剪，其層間變形可按折減后的樓層剪力計算。力計算。 考慮相互作用的影響后考慮相互作用的影響后, ,結構地震作用減小結構地震作用減小, ,但結構在地震作用下的位移增大但結構在地震作用下的位移增大. .1.1.高寬比小于高寬比小于3 3的結構，各樓層水平地震剪力的折減系數，可按下式的結構，各樓層水平地震剪力的折減系

12、數，可按下式計算：計算：9.011)(TTT-計入地基與結構動力相互作用后的地震剪力折減系數；計入地基與結構動力相互作用后的地震剪力折減系數；1T-按剛性地基假定確定的結構基本自振周期；按剛性地基假定確定的結構基本自振周期；T-計入地基與結構動力相互作用的附加周期計入地基與結構動力相互作用的附加周期 按右表采用（單位：按右表采用（單位：s s）；）；烈度場地類別2.2.高寬比不小于高寬比不小于3 3的結構的結構, ,底部的地震剪力按底部的地震剪力按1 1款規款規定折減定折減, ,頂部不折減頂部不折減, ,中間各層按線性插入值折減中間各層按線性插入值折減. .3.3.折減后各樓層的水平地震剪力應

13、符合第折減后各樓層的水平地震剪力應符合第5.2.55.2.5條的規定。條的規定。 ( (見見3-63-6節）節）樓層最小地震剪力（剪重比）樓層最小地震剪力（剪重比）按抗震規范進行正規設計、且施工質量有保障的房屋，在高烈度地區大部分做到了開裂而不倒塌，在低烈度地區震害程度大部分較輕，說明抗震規范經受住了這次大地震的考驗。外觀完好二層縱墻開裂（a） 80年代中期按78規范設計的教學樓縱墻破壞嚴重，做到開裂而不倒塌。抗震規范的作用與發展（b） 照片正面的三層教學樓按89規范設計，輕微受損；右邊的4層教學樓按2001規范設計，完好無損（c） 按89規范設計的三層教學樓，底層橫墻部分開裂陜西略陽縣（7度

14、）嘉陵小學三棟教學樓的不同地震表現 照片顯示按規范設計做抗震設防的砌體（基本完好）與未設防的砌體（倒塌）重視抗震概念設計和構造措施建筑抗震概念設計指根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想，進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。建筑應按抗震規范概念設計的要求，采用體系合理、具有多道抗震防線、樓屋蓋整體性強的結構先概念后計算 地基在地震作用下的穩定性對基礎及上部結構的內力地基在地震作用下的穩定性對基礎及上部結構的內力分布影響很大。分布影響很大。 確保地震時地基基礎能夠承受上部結構傳下來的豎向確保地震時地基基礎能夠承受上部結構傳下來的豎向和水平地震作用以及傾覆力矩而不發生過大變

15、形和不均勻和水平地震作用以及傾覆力矩而不發生過大變形和不均勻沉降是地基基礎抗震設計的基本要求。沉降是地基基礎抗震設計的基本要求。二、二、 地基基礎抗震設計地基基礎抗震設計1 1）同一結構單元不宜設置在性質截然不同的地基土層上；）同一結構單元不宜設置在性質截然不同的地基土層上；2) 2) 同一結構單元不宜部分采用天然地基而另外部分采用樁基；同一結構單元不宜部分采用天然地基而另外部分采用樁基；3) 3) 地基有軟弱土、可液化土、新近填土或嚴重不均勻土層時，地基有軟弱土、可液化土、新近填土或嚴重不均勻土層時，宜加強基礎的整體性和剛性；宜加強基礎的整體性和剛性；4) 4) 根據具體情況，選擇對抗震有利

16、的基礎類型，在抗震驗算根據具體情況，選擇對抗震有利的基礎類型，在抗震驗算 時應盡量考慮結構、基礎和地基的相互作用影響，使之能時應盡量考慮結構、基礎和地基的相互作用影響，使之能 反映地基基礎在不同階段上的工作狀態。反映地基基礎在不同階段上的工作狀態。 地基基礎抗震設計是通過選擇合理的基礎體系和地基基礎抗震設計是通過選擇合理的基礎體系和抗震驗算來保證其抗震能力的。抗震驗算來保證其抗震能力的。 導致上部結構破壞的地基大多是液化地基、易產生導致上部結構破壞的地基大多是液化地基、易產生震陷的軟土地基和嚴重不均勻地基。震陷的軟土地基和嚴重不均勻地基。 大量的一般性地基具有良好的抗震性能，極少發現大量的一般

17、性地基具有良好的抗震性能，極少發現因地基承載力不夠而產生震害。因地基承載力不夠而產生震害。1) 1) 砌體房屋；砌體房屋；2) 2) 地基主要受力層范圍內不存在軟弱粘性土層的下列建筑：地基主要受力層范圍內不存在軟弱粘性土層的下列建筑： 1 1）一般的單層廠房和單層空曠房屋；）一般的單層廠房和單層空曠房屋； 2 2）不超過）不超過8 8層且高度在層且高度在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）基礎荷載與）基礎荷載與2 2）項相當的多層框架廠房。）項相當的多層框架廠房。3) 3) 規范規定可不進行上部結構抗震驗算的建筑。規范規定可不進行上部結構抗震驗算的建筑。采用采

18、用“擬靜力法擬靜力法” 規范規定：基礎底面平均壓力和邊緣最大壓力應符合規范規定：基礎底面平均壓力和邊緣最大壓力應符合下式要求下式要求aEfp aEfp2 . 1max式中式中 p-基礎底面平均壓力（基礎底面平均壓力（kPa)kPa)pmaxmax基礎底面邊緣最大壓力基礎底面邊緣最大壓力(kPa)(kPa)faEaE-地基土抗震允許承載力地基土抗震允許承載力 高寬比大于高寬比大于4 4的高層建筑，在地震作用下基礎底面不的高層建筑，在地震作用下基礎底面不宜出現拉應力；其它建筑，基礎底面與地基土之間零應力宜出現拉應力；其它建筑，基礎底面與地基土之間零應力區面積不應超過基礎底面面積的區面積不應超過基礎

19、底面面積的15%15%。地基抗震承載力在靜力設計承載力基礎上調整地基抗震承載力在靜力設計承載力基礎上調整 調整的出發點：調整的出發點： 1 1）地震是偶發事件，地基抗震承載力安全系數）地震是偶發事件，地基抗震承載力安全系數可比靜載時降低；可比靜載時降低； 2 2）多數土在有限次的動載下，強度較靜載下紹）多數土在有限次的動載下，強度較靜載下紹高。高。 3 3）地基土在上部結構荷載作用下長期的固結密）地基土在上部結構荷載作用下長期的固結密實作用提高了地基承載力。實作用提高了地基承載力。aaaEff式中式中 faEaE-調整后的地基抗震承載力設計值調整后的地基抗震承載力設計值 -地基抗震承載力調整系

20、數地基抗震承載力調整系數fa a - -深寬修正后的地基承載力特征值，按深寬修正后的地基承載力特征值，按建筑地基基礎設計規范建筑地基基礎設計規范GB50007GB50007采用采用akPa300kfkPa300kPa150kfkPa150kPa100kfa地基土抗震承載力調整系數地基土抗震承載力調整系數場地土的液化與抗液化措施場地土的液化與抗液化措施 處于地下水位以下的飽和砂土處于地下水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒結構受到地震作用，和粉土的土顆粒結構受到地震作用，孔隙水壓力升高抵消掉顆粒間的有孔隙水壓力升高抵消掉顆粒間的有效壓應力，土體完全失去抗剪強度，效壓應力，土體完全失去抗剪強度，顯示出

21、近于液體的特性。這種現象顯示出近于液體的特性。這種現象稱為液化。稱為液化。液化的宏觀標志是在地表出現噴砂冒水。液化的宏觀標志是在地表出現噴砂冒水。 ctan 1 1、液化判別和處理的一般原則：、液化判別和處理的一般原則： 1 1）對存在飽和砂土和粉土（不含黃土）的地基，）對存在飽和砂土和粉土（不含黃土）的地基， 除除6 6度外，應進行液化判別。對度外，應進行液化判別。對6 6度區一般情況度區一般情況 下可不進行判別和處理，但對液化敏感的乙類下可不進行判別和處理，但對液化敏感的乙類 建筑可按建筑可按7 7度的要求進行判別和處理。度的要求進行判別和處理。 2 2）存在液化土層的地基，應根據建筑的抗

22、震設防類）存在液化土層的地基，應根據建筑的抗震設防類 別、地基的液化等級結合具體情況采取相應的措別、地基的液化等級結合具體情況采取相應的措 施。施。 對一般工程項目砂土或粉土液化判別及危害程度估對一般工程項目砂土或粉土液化判別及危害程度估計可按以下步驟進行：計可按以下步驟進行： 以地質年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土以地質年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土層厚度等作為判斷條件。層厚度等作為判斷條件。（1 1）地質年代為第四紀晚更新世（）地質年代為第四紀晚更新世（Q3Q3）及以前時，）及以前時，7 7、8 8 度可判為不液化；度可判為不液化；（2 2）當粉土的粘粒（粒徑小于）當粉土的粘

23、粒（粒徑小于0.005mm0.005mm的顆粒的顆粒) )含量百分含量百分 率在率在7 7、8 8和和9 9度時分別大于度時分別大于1010、1313和和1616可判為不液化；可判為不液化；（3 3）采用天然地基的建筑，當上覆非液化土層厚度和）采用天然地基的建筑，當上覆非液化土層厚度和 地下水位深度符合下列條件之一時，可不考慮液地下水位深度符合下列條件之一時，可不考慮液 化影響。化影響。20buddd30bwddd5 . 425 . 10bwuddddud-上覆非液化土層厚度（上覆非液化土層厚度（m)m)，計算時宜將淤泥和淤泥，計算時宜將淤泥和淤泥 質土層扣除；質土層扣除；bd-基礎埋置深度基礎埋置深度(m),(m),不超過不超過2m2m時采用時采用2