建筑抗震设计基本知识

{dy}节概 述
  一、名词术语含义
  (一)地震。由于地下岩层构造状态突然破裂、或由于局部岩层塌落、火山喷发、核爆炸等原因产生振动.并以波的形式传到地面引起地面颠簸和摇晃,这种地面运动就叫做地震。在建筑抗震设计中所指的地震是由于岩层构造状态突然发生破裂引起的地震。
     (二)震级。是衡量一次地震大小的等级。用符号M表示,一般称为里氏震级。
  M-2~4的地震为有感地震。
  M>5的地震,对建筑物有不同程度的破坏。
  M>7的地震,称为强烈地震或大地震。
     (三)地震烈度。指地震时某一地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。
     (四)多遇地震烈度。设计基准期50年内,超越概率为63.2%的地震烈度。
     (五)基本烈度。指中国地震烈度区划图标明的地震烈度。1990年颁布的地震烈度区划图标明的基本烈度为50年限期内,一般场地条件下,可能遭遇超越概率为10%的地震烈度。
  (六)罕遇地震烈度。设计基准期内,超越概率为2%~3%的地震烈度。
  (七)抗震设防烈度。按国家批准权限审定,作为一个地区抗震设防依据的地震烈度,一般情况可采用中国地震烈度区划图标明的基本烈度。
     (八)设计近震。建筑所在地区遭受的地震影响是来自本设防烈度区或比该地区设防烈度大一度的地区的地震时,为设计近震。简称近震。
     (九)设计远震。建筑所在地区遭受的地震影响,是来自设防烈度比该地区设防烈度大二度或二度以上地区的地震时,为设计远震,简称远震。
     区别近震与远震,是为了区别同样烈度下,不同震级和震中距的地震对不同动力特性的建筑物的破坏作用。一般说来,大震级,远震中距的柔性建筑、其震害比中、小震级近震中距时重得多。
     (十)地震作用。地震作用是地震动影响结构后,结构产生的动态反应(如速度,加速度,变形)。地震作用不是直接的外力作用,而是结构在地震时的动力反应,是一种间接作用,过去曾称为地震荷载,它与重力荷载的性质是不同的。地震作用的大小是与地震动的性质和工程结构的动力特性有关;地震作用分为水平地震作用、竖向地震作用和扭转地震作用。
     (十一)超越概率。一定地区范围和时间范围内,发生的地震烈度超过给定地震烈度的概率。

  二、建筑分类与设防目标

  (一)建筑物重要性分类
  从安全与经济二个方面综合考虑,根据建筑物在地震发生后在政治、经济和社会影响大小分为四类:
     1.甲类建筑——特殊要求的建筑,地震破坏后对社会有严重影响,对国民经济有巨大损失或有特殊要求的建筑。对于甲类建筑必须经国家规定的批准权限批准。
     2.乙类建筑——xxxx抗震城市的生命线工程的建筑或其他重要建筑。这类建筑主要是使用功能不能中断或需要尽快恢复、及地震破坏会造成社会重大影响和国民经济重大损失的建筑。包括:医疗、广播、通讯、交通、供水、供电、供气、消防、粮食等等。这类建筑一般可适当增加抗震措施,不再成倍提高地震作用。
     3.丙类建筑——甲、乙、丁类以外的建筑,为大量的一般工业与民用建筑,抗震设计和抗震措施均按当地的设防烈度考虑。
     4.丁类建筑——次要建筑,一般指地震破坏或倒塌不易造成人员伤亡和较大经济损失的建筑。如储存价值低的物品或人员活动少的单层仓库建筑。抗震计算按当地的设防烈度,抗震措施则降低一度考虑。   
     (二)抗震设防目标
     抗震设计要达到的目标是在不同频数和强度的地震时,要求建筑具有不同的抵抗能力。
  对一般较小的地震,发生的可能性大,故又称多遇地震,这时要求结构不受损坏,在技术上和经济上都可以做到;
  而对于罕遇的强烈地震,由于发生的可能性小,但地震作用大,在此强震作用下要保证结构xx不损坏,技术难度,经济投入也大,是不合算的,这时若允许有所损坏,但不倒塌,则将是经济合理的。
  我国抗震规范根据这些原则提出了“三个水准”的抗震设防目标。
     {dy}水准:当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,一般不受损坏或不需修理仍可继续使用;
     第二水准:当遭受本地区设防烈度的地震影响时,可能损坏,经一般修理或不需修理仍可继续使用;
     第三水准:当遭受到高于本地区设防烈度的罕遇地震(大震)时,建筑不致倒塌或危及生命财产的严重破坏。
  通常将其概括为:“小震不坏,中震可修、大震不倒”。
  在抗震设计时,为满足上述三水准的目标采用两个阶段设计法。
  {dy}阶段设计:按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力,以及在小震作用下验算结构的弹性变形。满足{dy}水准设防目标。又满足第二水准的设防要求(损坏可修)。对大多数的结构,可只进行{dy}阶段设计,而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设计要求。
     第二阶段设计是弹塑性变形验算,对特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构,除进行{dy}阶段设计外,还要按大震作用时进行薄弱部位的弹塑性层间变形验算和采取相应的构造措施,实现第三水准的设防要求。
     上面提到的小震、基本烈度、大震之间的大致关系为:
     小震比基本烈度低1.55度;    大震比基本烈度高1度左右。
     三、抗震设计标准
     建筑抗震设计包括:地震作用,抗震承载力计算和采取抗震构造措施,以达到抗震效果。抗震设计首先要确定设防烈度,一般取基本烈度。
  各类建筑的抗震设计标准:
  (一)甲类建筑的地震作用,应按专门的地震动参数计算;其他各类建筑的地震作用应按本地区的基本烈度计算,但设防烈度为6度的建筑,一般可不进行抗震作用计算(建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑与高耸结构除外)。
     (二)甲类建筑应采取特殊的抗震措施;
  乙类建筑除有特殊规定外,可按本地区设防烈度提高一度采取抗震措施,设防烈度为9度时可适当提高;
  丙类建筑应按本地区设防烈度采取抗震措施;
  丁类建筑可按本区设防烈度降低一度采取抗震措施,但设防烈度为6度时可不降低。
  当建筑场地为Ⅰ类场地时,除丁类建筑外,建筑可按原烈度降低一度采取抗震措施(地震作用仍按原烈度计算),但6度时,构造措施不降低。

     四、抗震设计的基本要求

     (一)选择对抗震有利的场地、地基和基础
  1·应根据地震活动情况和地质条件等有关资料综合研究,选择有利地段;避开不利地段。
     有利地段是指:坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土地段。
     不利地段是指:软弱土、液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩质的陡坡、河岸和边坡边缘、故河道、断层破碎带等。
     危险地段是指:地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位等地段。对甲、乙、丙类建筑不应建在危险地段。
     2·同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上;也不宜部分采用xx地基、部分采用桩基。当地基有软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时,宜采取措施加强基础的整体性和刚性。
     (二)选择对地震有利的建筑平面和立面
     1·建筑物平、立面布置宜规则、对称,建筑的质量分布和刚度变化宜均匀,楼层不宜错层。这样可以避免和减少地震时建筑发生扭转和应力集中或由于塑性变形集中而造成薄弱部位。
     2·建筑物的防震缝可按建筑结构的实际需要设置,防震缝应将建筑分成规则的结构单元,防震缝应根据烈度、场地类别、房屋类型及高度等留有足够的宽度,其两侧的上部结构应xx分开。伸缩缝、沉降缝应符合防震缝的要求。
  (三)选择技术、经济上合理的抗震结构体系
     抗震结构体系,应根据建筑的重要性,设防烈度,房屋高度,场地类别,基础,地基,材料和施工等因素,经过技术,经济比较综合确定。
     1.选择建筑结构体系时,应符合下列要求:
     (1)应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。
  (2)宜有多道抗震防线,应避免部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力。
  (3)应具备必要的强度、良好的变形能力和耗能能力。
  (4)宜具有合理的刚度和强度分布,避免局部削弱和突变,形成薄弱部位,产生过大的应力集中或塑性变形集中;对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。
  2.选择抗震结构构件时,应符合下列要求:
  (1)砌体结构构件,应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱,芯柱或采用配筋砌体和组合砌体柱等,以改善变形能力,提高抗震能力。
     (2)混凝土结构构件,应合理地选择尺寸、配置纵向钢筋、避免剪切先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋锚固粘结先于构件破坏。
     (3)钢结构构件,应合理控制尺寸,防止局部或整体失稳。
  3.结构构件之间的连接,应符合下列要求:
  (1)构件节点的强度,不应低于构件的强度。
  (2)预埋件的锚固强度,不应低于连接件的强度。
  (3)装配式结构的连接,应能保证结构的整体性。
     (四)处理好非承重结构构件与主体结构的关系
     在抗震设计中,一定要注意处理好非承重结构构件的抗震构造,避免附加震害,减少损失。因此:
     1.附属结构构件应与主体结构有可靠的连接或锚固,避免倒塌伤人或砸坏重要设备。
     2.围护墙和隔墙除与主体有可靠的连接外,尚应考虑对主体结构的不利或有利影响,应避免不合理的设置而导致主体结构的破坏。
     3.对于装饰贴面或悬吊的较重装饰物应有可靠的防护措施。
     (五)注意材料的选择和施工质量
     1.对材料性能指标的{zd1}要求
  (1)粘土砖的强度等级不应低于MU7.5;砖砌体的砂浆不宜低于M2.5,砖烟囱的砂浆不宜低于M5。
     (2)混凝土砌块,中砌块不宜低于MU10,小砌块不宜低于MU5,砌体的砂浆不宜低于M5。
     (3)混凝土强度等级,抗震等级一级的框架梁,柱和节点不宜低于C30;构造柱、芯柱,圈粱和基础(桩除外),不宜低于C15,其他各类构件不应低于C20。
     (4)钢筋的强度等级,纵向钢筋宜采用Ⅱ、Ⅲ级变形钢筋,钢箍宜采用Ⅰ、Ⅱ级钢筋,构造柱,芯柱可采用Ⅰ级或Ⅱ级钢。
     2.对施工的要求
     (1)结构主要受力钢筋不宜以强度等级比原设计高的钢筋代替;当需要替换时,应按钢筋受拉承载力没计值相当的原则进行换算。
     (2)构造柱,芯柱和底层框架砖房的砖填充墙框架的施工,应先砌墙后浇混凝土柱。
     (3)砌体结构的纵、横墙交接处应同时咬槎砌筑或采用拉结措施,以免在地震中墙体开裂或外闪倒塌。



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