工程抗震辅导资料二

奥特曼

工程抗震辅导资料二

主    题：第一章 绪论（第4—5节）
学习时间：2016年4月4日--4月10日
内    容：
这周我们将学习第一章中的第4—5节，这部分主要介绍工程抗震设防以及抗震设计的总体要求，下面整理出的框架供同学们学习，希望能够帮助大家更好的学习这部分知识。

一、学习要求
1、掌握三水准抗震设防目标和两阶段设计法；
2、掌握建筑重要性分类和抗震设防标准；
3、掌握小震、中震、和大震的概念；
4、掌握概念设计及基本要求。

二、主要内容
（一）抗震设防目的和要求
1、抗震设防的概念
抗震设防是指对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震构造措施，以达到结构抗震的目的。
2、抗震设防的依据
抗震设防的依据是抗震设防烈度。
3、抗震设防的目的
在一定的经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏，保障人民生命财产的安全。
4、抗震设防的要求
在建筑物使用期间，对不同频率和强度的地震，应具有不同的抵抗能力。即三水准抗震设防要求：
第一水准——“小震不坏”：
当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍能继续使用。
第二水准——“中震可修”：
当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，经一般修理即可恢复正常使用。
第三水准——“大震不倒”：
当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。
5、小震、中震和大震的概率水准
通过对我国几个主要地震区的地震危险性分析，认为我国的地震烈度的概率分布基本上符合极值Ⅲ型分布，地震烈度概率密度函数曲线的基本形状如下图1所示。


图1 三种烈度含义及其关系
从概率意义上说，小震就是发生机会较多的地震。根据分析，当分析年限取为50年时，上述概率密度曲线的峰值烈度所对应的被超越概率为63.2%，将这一峰值烈度定义为小震烈度，又称多遇地震烈度。全国地震区划图所规定的各地的基本烈度，可以取为中震对应的烈度，在50年内的超越概率一般为10%。大震是罕遇的地震，它所对应的地震烈度在50年内超越概率2%左右，这个烈度又可以成为罕遇地震烈度。
6、抗震设防烈度
必须按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定。
一般情况下，建筑的抗震设防烈度应采用根据中国地震动参数区划图确定的地震基本烈度（抗震设计规范中设计基本地震加速度值所对应的烈度值）。

表1 抗震设防烈度和设计基本地震加速度
设防烈度        6        7        8        9
设计基本地震加速度        0.05g        0.10g(0.15g)        0.20g(0.30g)        0.40g
7、设计地震分组——分为3组
设计地震分组主要是为了反映潜在震源远近的影响。一般而言，潜在震源远，地震时传来的地震波长周期分量较为显著。
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。

（二）抗震设计方法——二阶段设计法
在进行建筑抗震设计时，原则上应满足上述三水准的抗震设防要求，在具体做法上，我国建筑抗震设计规范采用了简化的两阶段设计方法。
第一阶段设计：按照多遇地震烈度对应的地震作用效应和其他荷载效应的组合验算结构构件的承载力和结构的弹性变形。保证了第一水准的强度要求及变形要求——小震不坏
第二阶段设计：按照罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构的弹塑性变形。旨在保证结构满足第三水准的抗震设防要求——大震不倒

（三）建筑物重要性分类与设防标准
1、建筑物重要性分类
不同使用性质的建筑物，地震破坏造成后果的严重程度是不同的。因此，对于不同用途建筑物的抗震设防，不宜采用同一标准，而应根据其破坏后果加以区别对待。为此我国《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223将建筑物按其用途的重要性不同，将抗震设防分为如下四类：
特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。
重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。
标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。
适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。
2、各类建筑物的抗震设防标准
规范对各抗震设防类别建筑的抗震设防标准进行了具体规定，如下表2所示。
设防分类        地震作用        抗震措施
特殊设防类（甲类）        按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定。        按高一度的要求加强抗震措施；9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。
重点设防类（乙类）        按本地区抗震设防烈度确定地震作用。        按高一度的要求加强；9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。
标准设防类（丙类）        按本地区抗震设防烈度确定。        按本地区抗震设防烈度确定。
适度设防类（丁类）        一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。        允许适当低于本地区抗震设防烈度的要求，6度时不应降低。
抗震设防烈度为6 度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。

（四）抗震设计的总体要求
建筑抗震设计在总体上要求把握的基本原则可以概括为：注重场地选择，把握建筑体型，利用结构延性，设置多道防线，重视非结构因素。下面分别对各个原则进行讲解。
1.注意场地的选择
根据工程地质和地震地质的有关资料，将建筑场地划分为：有利地段、一般地段、不利地段、危险地段。应根据地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对建筑场地做出综合评价——抗震有利、不利和危险地段。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。
表3  有利、不利、危险地段的划分
地段类别        地质、地形、地貌
有利地段        稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实的中硬土等
一般地段        不属于有利、不利和危险的地段
不利地段        软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黄土，地表存在结构性裂缝等
危险地段        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位错的部位

2.把握建筑体型
建筑物平、立面布置的基本原则：对称、规则、质量与刚度变化均匀
结构对称有利于减轻结构的地震扭转效应。
形状规则的建筑物，在地震时结构各部分的震动易于协调，应力集中现象较少，因而有利于抗震。
质量与刚度变化均匀有如下两个方面含义：其一是在结构平面方向尽量使结构刚度中心与质量中心想一致，否则，扭转效应将使得远离刚度中心的构建产生较为严重的震害，其二是沿结构高度防线结构质量与刚度不宜有悬殊的变换，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自上而下逐渐减小。

表4  平面不规则主要类型
不规则类型        定义
扭转不规则        楼层的最大弹性水平位移（层间），大于该层两端位移平均值的1.2倍
凹凸不规则        平面凹进尺寸大于相应投影方向总尺寸的30％
楼板局部不连续        楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。例如：有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开动面积大于该楼层楼面面积的30%，或较大的楼层错层

表5  竖向不规则主要类型
不规则类型        定义
侧向刚度不规则        该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平尺寸大于相邻下一层的25%
竖向抗侧力构件不连续        竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递
楼层承载力突变        抗侧力结构的层间受剪支撑力小于相邻上一楼层的80%

3.利用结构的延性
延性的概念：材料、构件和结构在荷载作用下或其他作用下，进入屈服状态后在承载能力没有显著降低情况下的变形能力。
小震下，结构处于弹性阶段。
大震下，利用结构弹塑性阶段的性能，通过结构一定限度内的塑性变形来消耗地震能量。
在设计中，可以通过各种各样的构造措施和耗能手段来增强结构与构件的延性。
砌体结构：按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱，或采用约束砌体、配筋砌体等。
混凝土结构构件：控制截面尺寸和受力钢筋、箍筋的设置，防止剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固粘结破坏先于钢筋破坏；可以采用强剪弱弯、强节点弱构件的设计策略促使梁以弯曲形式产生较大变形。
多、高层的混凝土楼、屋盖宜优先采用现浇混凝土板。当采用混凝土预制装配式楼、屋盖时，应从楼盖体系和构造上采取措施确保各预制板之间连接的整体性。
例如：对于钢筋混凝土结构，可以采用强剪弱弯、强节点弱构件的设计策略促使梁以弯曲形式产生较大变形；对于砌体结构，可以采用墙体配筋、构造柱-圈梁体系等措施增加结构的延性。
4.设置多道抗震防线
可以通过采用超静定结构、有目的的设置人工塑性铰、利用框架的填充墙、设置耗能元件或耗能装置等手段实现设置多道防线的目的。
应该注意的原则：第一，不同的设防阶段应使结构周期有明显的差别，以利于避免共振；第二，最后一道防线要具备一定的强度和足够的变形潜力。
同时应该注意：高层框架结构不应采用单跨框架结构；多层框架结构不宜采用单跨框架结构。
5.注意非结构因素
非结构构件主要包括：
建筑非结构构件：指除承重体系以外的固定构件和部件，主要包括非承重墙、附着于楼面、屋面结构的构件、装饰构件和部件等。
附属机电设备：电梯、照明、采暖、空调和消防系统等。
在结构抗震概念设计中，对于非结构构件，应该注意：
（1）非结构构件与主体结构之间要有可靠的连接和锚固。
（2）非结构构件可能对主体结构的动力特性（如结构阻尼、结构振动周期等）造成影响。

三、典型习题
（一）简答题
1．简述三水准抗震设防要求的具体内含。
答：
第一水准即“小震不坏”：当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍能继续使用。
第二水准即“中震可修”：当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，经一般修理即可恢复正常使用。
第三水准即“大震不倒”：当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。

2．简述抗震措施与抗震构造措施的区别。
答：
抗震措施：指除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。
抗震构造措施：根据抗震概念设计原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。

3．阐述建筑体型质量与刚度变化均匀的含义。
答：
质量与刚度变化均匀有如下两个方面含义：其一是在结构平面方向尽量使结构刚度中心与质量中心想一致，否则，扭转效应将使得远离刚度中心的构建产生较为严重的震害，其二是沿结构高度防线结构质量与刚度不宜有悬殊的变换，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自上而下逐渐减小。

4．不规则结构的处理方法有哪两种。
答：
方法1：设抗震缝，将结构分成规则结构单元
方法2：不设抗震缝，应进行较精细的结构分析