《抗震结构设计》PPT课件.ppt

抗震结构设计,福建省惠安开成职业中专学校周雄鹰房建、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,1.1、地震与地震动,、地震及其成因、地震波、地震强度、地震区划与地震影响、常用术语,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,3.按地震序列分类,构造地震、火山地震、陷落地震、诱发地震,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。,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。,波速：PS面波面波能量最大，对建筑物和地表破坏最大,1.定义：表示一次地震本身强弱程度和大小的等级，用M表示,式中:A-距震中100km处。用标准地震仪纪录到的地面最 大水平位移（m）。,1.1.3 地震强度,一、地震震级,2.震级和能量的关系,能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差1000倍。6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。,能量E的单位：尔格（1尔格=）,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。,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（b）,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。,1.1.5 常用术语,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，也称极震区；从震中到地面上任何一点的距离称为震中距,1.2、地震活动性,、世界地震活动性,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,1.3、地震震害,、地震震害、工程地质条件对震害的影响,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,3、山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等；,4、海啸。海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成沿海地区的破坏；,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,1.3.2 工程地质条件对震害的影响,一、局部地形条件的影响,孤立突出的山梁、山包、条状山嘴、高差较大的地台、陡坡等对结构均不利,临近悬崖，容易滑落,谷地或低地的建筑物 受土石崩塌破坏。,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。,1.4、结构的抗震设防,、抗震设防目标、建筑结构抗震设计方法、抗震设计的基本要求,“小震不坏，中震可修，大震不倒”,1.4.1 抗震设防目标,当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。当遭受相当于本地区抗震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。当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。,“三水准”抗震设防目标,1、,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,二、建筑的抗震设防标准,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,、场地土及场地覆盖层厚度、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500 m/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400 m/s，取地面至该土层顶面的距离为覆盖层厚度,5m（覆盖层）,Vs2.5Vs上Vs下400 m/s,2.1.2 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(ms)；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。,2.2、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,、地基土的液化、液化的判别、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,515m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，520m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,个别：10%以下少数：10%50%多数：50%70%大多数：70%90%普遍：90%以上,