建筑抗震设计.ppt

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1、工程结构抗震设计,结构抗震教研室,沈阳建筑大学,参考文献,建筑抗震设计规范GB50011-2001 建筑地基基础设计规范GB5007-2002 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002 工程抗震术语标准 JGJ/T97-95 建筑抗震设计郭继武主编 建筑抗震设计原理李宏男主编,建筑抗震设计,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,本课程的目的,掌握抗震的基本知识、基本理论、基本技能，了解抗震设计的一般规律； 培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力和抗震计算能力； 了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震理论、方法的发展趋势。,建筑抗震设计,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,

2、主要内容,第一章 地震与抗震概论 第二章 场地、地基与基础 第三章 地震作用与结构抗震验算 第四章 钢混结构的抗震设计 第五章 多层砌体房屋抗震设计 第六章 单层厂房的抗震设计 第七章 隔震与消能减震,建筑抗震设计,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,第一章 地震与抗震概论,1.1 地震灾害 1.2 地震的破坏作用 1.3 地震的一些基本概念 1.4 震级与烈度 1.5 设计地震分组 1.6 抗震设防的基本要求 1.7 抗震概念设计 1.8 本章小结,返 回,作业：1.2-1.5 1.6-1.12,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,人类把地震灾害视为最可怕的自然灾害之一，

3、地震的发生是不能预先知道的，然而它的突然袭击轻者影响人类的正常生产、生活，重者造成人民生命财产的巨大损失。一次突发性的大地震往往在短短的几分钟乃至几秒钟可令一座繁荣、美丽的城市变成一片废墟，成片房屋破坏倒塌，交通通信、供水供电等生命线中断，并可能引发火灾、疾病等次生灾害，人员大量伤亡，城市瘫痪，社会长期动荡不安，并导致严重的经济损失。在20世纪的百年中，全球发生破坏性地震2600多次，引起经济损失达数千亿美元，导致约126万人死亡和近千万人严重伤残。其中震级大于7级的地震1200多次，地震引起的伤亡人数超过5万人的强震就多达20次。,1.1 地震灾害,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设

4、计,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,一、我国的地震情况,据统计，我国大陆地震约占世界大陆地震的三分之一。,原因是：我国正好介于地球的两大地震带之间。,全世界地震主要分布于以下两个带： （1）环太平洋地震带：包括南北美洲的太平洋沿岸和从阿留申群岛、堪察加半岛、经千岛群岛日本列岛南下至我国台湾省，再经菲律宾群岛转向东南，直到新西兰。 （2）喜马拉雅地中海地震带：从印度、尼泊尔经缅甸至我国横断山脉、喜马拉雅山区，越帕米尔高原，经中亚细亚到地中海及其附近。,我国是一个多地震国家,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,喜马拉雅地中海地震带,以上两个地震带释放的能量，约占全球所有地震

5、释放能量的98%。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,1.我国是一个地震灾害 最严重的国家,1920年宁夏海原地震（8.5级）死亡23.4万人。 1976年河北唐山地震（7.8级）死亡24.2万人。,中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性地震袭击了22个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区14个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。,20世纪全球两次死亡20万人以上的大地震

6、均发生于我国。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,2.唐山大地震,1976年7月28日3时42分54秒，在河北省唐山、丰南一带（东经118.0度，北纬39.4度），发生了7.8级强烈地震，震中区烈度11度。地震波及天津市和北京市。这次地震发生在工矿企业集中、人口稠密的城市，极震区内工矿设施大部分毁坏，主要表现为厂房屋顶塌落，围护墙多数倒塌，高层建筑和一般民房几乎全部坍塌。震区内普遍发生铁路路基下沉，铁轨弯曲变形；公路路面开裂；桥墩错动、倾倒，梁体移动及坠落等。但是地下矿井的破坏比地面建筑轻得多。 150万人口中死亡24万，伤16万；直接经济损失100亿元，震后重建费用100亿元。,

7、结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,唐山地震后， 房屋几乎全部坍塌,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,震后鸟瞰,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，7.8级地震时倒塌一层，7.1级地震时除四根门柱外，全部坍塌。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,被震毁的唐山市胜利桥,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），仅西部转角残存 。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,丰南火车站。铁轨弯曲变形。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,唐山市开滦煤

8、矿救护楼，为砖混结构人字木屋架的三层楼房，墙倒顶塌。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,唐山市河北省煤矿设计院，砖混结构的楼房局部倒塌。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,“幸存”的客房,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,唐山商业局招待所,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,唐山地区交通局，砖混结构的三层办公楼遭到破坏。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）,结构抗震教研室,结构抗

9、震教研室,建筑抗震设计,唐山市机车车辆厂震后概貌。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,北京市德胜门箭楼，砖木结构。东面、西面和北面的上部砖墙遭到破坏。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,北京白塔寺，塔顶和塔基部分砖被震落。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,天津旭日化工厂，高26米的水塔， 底座为砖结构，储水池为钢筋混凝土结构，向北20度东方向倒塌,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,二、国外的地震灾害,在世界其它地方，地震造成的灾害同样是十分严重的。1923年日本关东大地震，仅东京(Tokyo)、横滨(Yokohama)两市，死亡人数即达十万余人

10、。1950年智利(Chile)、1967年加拉加斯(Caracas)等地震，造成了惨痛灾难。1985年墨西哥(Mexico)地震虽然人员伤亡不大，但建筑破坏造成的直接经济损失在几百亿美元以上。1989年美国洛马普列塔(Loma-Prieta)地震造成的直接经济损失达150亿美元；1994年美国北岭(Northridge)地震的直接经济损失约为300亿美元；1995年日本阪神(Kobe)地震的直接经济损失高达1000亿美元，死亡人数为5438人，震后恢复重建工作花费了两年时间，耗资近1000亿美元。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,印 度 大 地 震,当地时间2001年1月26日上

11、午8时46分（北京时间2001年1月26日11时16分36.4秒，国际时间2001年1月26日03时16分40秒），在印度西北部古吉拉特邦发生一次强烈地震。据印度地震部门测定，这次地震为里氏7.9级，震中位于北纬23.6度和东经69.8度。至31日止，地震发生后已发生了196次余震。 死亡人数达16403人，受伤人数达55863人，经济损失45亿美元。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,为了省钱，近年兴建的建筑物没有抗震结构，使地震的伤亡加重。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,震后现场情况,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,座落在活断层上的一座二层小学教学

12、楼被完全摧毁。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,伊兹米特市一楼房底层空旷，结构不合理，房屋整体倾斜，二楼成了一楼。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,7.8级地震造成达180公里的破碎带，水平和垂直错距都很大，引起地表沉陷、隆起、裂缝、液化等地表破坏，同时造成建筑物的大量毁坏。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,地震时河床变形，导致跨河公路桥梁跨塌。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,人员伤亡惨重,返 回,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,1.2 地震的破坏作用,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

13、害。主要有：,如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；,一、直接灾害,1、地面破坏。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,房屋倒塌,2、建筑物与构筑物的破坏,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,桥梁断落,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,水坝开裂,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,铁轨变形,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,3、山体等自然物的破坏。,山崩与滑坡,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,4、海 啸,这组摄于2004年12月26日的照片重现了泰国普吉岛阙迪度假村(Chedi Resort)在海啸突然来袭时，刹那间被海水吞没的

14、恐怖情景。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,二、次生灾害,直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳定状态，从而引发出的灾害。有时，次生灾害所造成的伤亡和损失比直接灾害还大。,由震后火源失控引起；,1923年日本关东地震，东京市内227处起火，33处未能扑灭造成火灾蔓，旧市区烧毁约50%；横滨市烧毁80%，死亡10万。,主要的次生灾害有：,1、火灾,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；,由建筑物或装置破坏等引起；,由震后生存环境的严重破坏而引起.,2、水灾,3、毒气泄漏,4、瘟疫,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,三、工程

15、结构破坏现象,1、结构丧失整体性,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,2、承重结构强度不足,3、结构变形过大导致倒塌,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,4、地基失效,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,5、非结构构件破坏,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,四、我国的地震活动地区,台湾省及其附近海域； 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； 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； 东南沿海的广东、福建等地。,我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上

16、。,这五个地区是：,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,五、提高建筑物抗震性能的意义,地震中建筑物大量破坏和倒塌是造成地震灾害的直接原因，因此科学地建造房屋，提高其抗震能力，对减轻地震灾害损失具有重要意义。在我国，人口密集、房屋抗震能力差等不利因素是造成地震伤亡的主要原因。因此，在经济允许的条件下，增强房屋的抗震能力是十分必要的。人类力图征服地震灾害的斗争一直在不停地进行着，特别是近代，随着科学技术的发展，对地震机制和结构破坏机理的研究和认识愈来愈深入，抗震理论和抗震措施不断取得新的突破。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,六

17、、减轻地震灾害的基本对策,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,七、结构工程师的任务,抗震减灾工作应依法进行。,中华人民共和国防震减灾法 (1997年12月29日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过),第十七条 新建、扩建、改建建设工程，必须达到抗震设防要求。 第十九条 建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计，并按照抗震设计进行施工。 第四十五条 违反本法规定，有下列行为之一的，由县级以上人民政府建设行政主管部门或者其他有关专业主管部门按照职责权限责令改正，处一万元以上十万元以下的罚款： （一）不按照抗震设计规范进行抗震设计的； （二）不按照抗震设计进行施

18、工的,1.对地震区域作抗震减灾规划； 2.对新建筑工程作抗震设计； 3.对已存在的工程结构作抗震鉴定、抗震加固。,返 回,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,地震按成因主要分为构造地震,火山地震,陷落地震和诱发地震. 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 。地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震，一年约有500万次。其中约5万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有1000次；7级以上的大地震平均一年有十几次。目前记录到的世界上最大地震是 8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震。,1.3 地震的一些基本概念,一、地震,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建

19、筑抗震设计,1.构造地震,92%的地震发生在地壳中， 其余的发生在地幔上部,构造地震分布最广,危害最大,发生次数最多.,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,2.火山地震,由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震，这类地震只占全世界地震的7%左右。,1914年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个6.7级地震。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,3、陷落地震和诱发地震,陷落地震:由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少。 如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时

20、也会诱发地震。 1962年3月19日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震，震级为6.1级。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,二、地震序列,在一定时间内（几十天或数月）相继发生在相邻地区的一系列大小地震称为地震序列。 主震：在某一地震序列中，其中最大的一次地震（破坏力最大或释放能量最多） 前震：主震之前发生的地震。 余震：主震之后发生的地震。 地震序列中按其释放能量的不同，地震可分为： 主震型：在一个地震序列中，主震震级很突出，其释放能量占全序列的绝大部分。（占60%） 震群型：主震震级不突出，主要能量由多个震级相近地震释放的能量。（占30%） 单发型：前震和余

21、震稀少，绝大部分能量基本上是通过主震一次释放出来。（占10%）,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,三、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。 目前有记录的最深震源达720公里。浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震波及范围大，但破坏力小。 2002年6月29日晨1：20发生于吉林的7.2级地震，震源深度为540km，无破坏。 1960年2月29日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.8级地震，深度为3km。震中破坏极为严重，但

22、破坏仅局限在震中8km内。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,四、震源、震中、震中距,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。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,五、地震波,地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。,地震波分为体波和面波。,横波特点:周期长、振幅大、波速慢,100-800m/s,纵波特点:周期短,振幅小,波速快,200-1400m/s,面波比体波衰减慢、振幅大、 周期长、传播远。建筑物破坏 主要由面波造成。,杂波,P波开始,S波开始,面

23、波开始,1.地震波分类,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,图示地震P波(纵波)和 S波(横波)运行时弹性 岩石运动的形态,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,瑞利波传播时，质点在波的传播方向和地表面法向所组成的平面内做与波前进方向相反的椭圆运动，在地面上表现为滚动形式。 勒夫波传播时，质点在地平面内产生与波前进方向相垂直的运动，在地面上表现为蛇形运动。 面波的传播速度较馒，约为剪切波传播速度的90，而面波周期长、振幅大、衰减慢，故能传播到很远的地方。面波使地面既垂直振动又水平振动。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,2.地震动的三要素,1.地震动蜂值 2.地震

24、动频谱特性 3.强震的持续时间,地面运动的一般特征可用地面运动加速度记录曲线来说明。,返 回,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,反映一次地震本身大小的等级，用M表示,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。,式中A表示标准地震仪距震中100km纪录的最大水平地动位移，单位为微米。,震级与能量的关系,能量E的单位：尔格（1尔格=10-7J）,1.4 震级与烈度,一、地震震级,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,查尔斯里克特（19001985年）里氏震级发明者,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,二、按震级的地震分类,微震

25、- 2级以下。 人感觉不到 有感地震- 2-4级 人有感觉 破坏性地震- 5级以上 有破坏 强烈地震- 7级以上 有破坏 特大地震- 8级以上 有破坏,由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造 成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大； 震级小，破坏力不一定就小。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,三、地震烈度,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。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。,一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度，简称为烈度。用I表示。,地震烈度表,地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。 我

26、国在1980年制定了中国地震烈度表。 中国地震烈度表将地震烈度分为1-12度。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,个别：10%以下 少数：10%50% 多数：50%70% 大多数：70%90% 普遍：90%以上,1.基本烈度,一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。 各地区的基本烈度由中国地震动参数区划图（GB18306-2001)确定。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,2.众值烈度,建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度最高的烈度。也称为多遇烈度、常遇烈度、小震烈度，用Is表示。其超越概率为63.2%，

27、重现期为50年。,3.罕遇烈度,建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率2%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为2000年。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,我国地震烈度的概率分布符合极值型 第一水准(众值烈度)：设计基准期为50年，众值烈度的超越概率为63.2%，基本烈度-1.55度。 第二水准(基本烈度)：50年超越概率为10% 第三水准(罕遇烈度)：50年超越概率为2%，基本烈度+1度。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,超越概率：在一定时期内，地震震动强度超过规定值的概率。 基本烈度：在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为10%的地震烈

28、度值，相当于474年一遇的烈度值。 多遇地震烈度：在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为63.2%的地震烈度值，相当于50年一遇的烈度值。 罕遇地震烈度：在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为2%3%的地震烈度值，相当于16002500年一遇的烈度值。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,中国地震烈度区划图,结构抗震教研室,结构抗震教研室,4.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. 设防烈度的取值依据： 规范规定：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

29、度进行抗震设防。,规范规定： 抗震设防烈度为6度及以上地区的 建筑必须进行抗震设计,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,四、地震烈度、震级与地震影响的关系,（1）5.0-5.4级地震，震中烈度多为六度，其面积小于500平方公里。 （2）5.5-5.9级地震，震中烈度多为七度，其面积不超过200平方公里；六度区面积也只有数百平方公里。 （3）6.0-6.4级地震，震中烈度多数为八度，其面积几十平方公里；七度区不超过200平方公里，六度区数百平方公里，如震中烈度为七度，则与5.5-5.9级地震结果相同。 （4）6.5-6.9地震，震中烈度一半为八度，结果与6.0-6.4级地震一样；另一半

30、为九度，其面积小于100平方公里，八度区不超过500平方公里，七度区则在1500平方公里以内。,（1）5.0-5.9级地震造成人员伤亡者占24%。而仅引起人员死亡的地震更少，只占11.5%。一次5级多地震中死亡人数最多为117人，而死亡29人以上的地震都发生在夜间。 （2）6.0-6.9级地震有43%造成人员伤亡，而只有人员死亡仅占35%，一次地震死亡人数最多为600人。,震级与伤亡的关系,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,返 回,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,图中的两座建筑在经历不同周期特点的地震作用下，那座建筑更易破坏？,1.5 设计地震分组,结构抗震教研室,结

31、构抗震教研室,建筑抗震设计,设计地震分组,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得多。,返 回,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,1.6 抗震设防的基本要求,一、抗震设防目标及方法,通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免人员死亡，减轻经济损失。具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗震设计方法实现。,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

32、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。,简称为：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。,1.总目标,2.“三水准”抗震设防目标,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,3.“三水准”抗震设防是对单一水准设防的改进，是向“性能设计”发展的重要步骤,单一水准设防思想是我国74规范、78规范和目前许多国家采用的设防思想。 设防目标是：当遭遇相当于设计烈度的地震时，建筑物的损坏不致使人民生命财产和重要生产设备遭受危害，建筑物不需修理或经一般修理仍可继续使用。,1994年美国Northridge地震(6.7级),伤亡不多，经济损失为20

33、0亿美元。 1995年日本阪神地震(7.2级),经济损失为1000亿美元,单一设防目标不适合当前现代化发展要求，应研究开发下一代性能设计规范和抗震设计方法。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,4.“两阶段”抗震设计方法,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进行大震作用下的弹塑性变形验算。,有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,二、抗震设防范围,抗震设防烈度为6度及以上地区的所有新建建筑工程均必需进行

34、抗震设计。 规范适用于6-9度地区抗震设计及隔震、消能减震设计。超过9度的地区和行业有特殊要求的工业建筑按有关专门规定执行。,三、抗震设防依据,一般情况下采用抗震设防烈度。,在一定条件下可采用抗震设防区划提供的地震动参数。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,四、 抗震设防分类及抗震设防措施,建筑类别不同，抗震设防标准也不同。,1.抗震设防分类,国家技术监督局和建设部在1995年4月19日公布了建筑抗震设防分类标准GB50223。,该标准主要以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响的程度大小，将建筑分成4个抗震设防类别。,国家质量监督检验检疫总局和建设部在2001年7月20日

35、公布了建筑抗震设计规范GB50011-2001。该规范对上面标准作了修改。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,甲类：遭遇地震破坏可能发生严重次生灾害，如产生放射性物质的污染、大爆炸等的建筑；对政治、经济、社会产生不可挽回的重大影响，如陕西的历史博物馆等的建筑。 乙类：地震时使用不能中断或尽快恢复的建筑。如医疗、广播、通讯、供水、供电、供气、消防等。 丙类：一般建筑，如工厂、学校、机关、商场、住宅 丁类：次要的建筑，遭遇地震不易造成人员伤亡和较大经济损失，如水塔、烟囱等。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,较小乙类建筑：工矿企业的变电所、空压站以及城市供水水源的泵房等。抗

36、震性能较好的结构类型指钢筋混凝土结构或钢结构。,2.抗震设防措施,抗震措施:除结构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：一般不须计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,3.地震作用,在设防烈度为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。,返 回,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,1.7 抗震概念设计,抗震设计：对地震区的工程结构进行的一种专业设计，一般包括抗震概念设计、抗震计算和抗震构造措施三个方面。 抗震概念设计：基于震害经验建立的抗震基本原则和思想。包括工程

37、结构的总体布置和细部构造。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,抗震概念设计强调，在工程设计一开始，就应把握好能量输入、房屋体形、结构体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节，再辅以必要的抗震计算和抗震构造措施，才能建造具有良好的抗震性能和足够的抗震可靠度的建筑。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,结构抗震教研室,结构抗震教研室,一、场地选择 二、建筑结构的规则性 三、结构选型与布置 四、刚度、承载力和延性的合理匹配 五、设置多道抗震防线 六、确保结构的整体性 七、处理好非结构构件,抗震概念设计的主要内容,建筑抗震设计,一、场地选择,结构抗

38、震教研室,结构抗震教研室,选择建筑场地时，应掌握地震活动情况和工程地质的有关资料，宜选择有利地段，避开不利场地，不在危险地段建设。,建筑抗震设计,结构抗震教研室,建筑抗震设计,结构抗震教研室,规范3.3.1 对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时，应采取有效措施；不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。,避开地震危险地段,结构抗震教研室,建筑抗震设计,结构抗震教研室,结构抗震教研室,结构抗震教研室,规范3.3.4 地基和基础设计应符合下列要求： 同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上； 同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基； 地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀时，应

39、估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应措施。,选择有利于抗震的场地,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,二、建筑结构的规则性,建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。,抗震规范3.4.1 建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,中央银行大厦,美洲银行大厦,最为典型的例子是1972年2月23日南美洲的马那瓜地震。 马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五层高的中央银行大厦，另一幢为18层高的美洲银行大厦。当地地震烈度估计为8度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，

40、稍加修理便恢复使用。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括4个L形的桶体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。 分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏；3.当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。,美洲银行大厦,1）平面不规则 4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。 2）竖向不规则 塔楼4层楼面以上，北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根

41、，支承在4层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m 1.55m的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严重不均匀，不连续。 主要破坏：4层与5层之间竖向刚度和承载力突变,周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈;横向裂缝贯穿3层以上的所有楼板(有的宽达1cm),直至电梯井东侧；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均严重破坏或倒塌。 震后计算分析结果: 1.结构存在十分严重扭转效应; 2. 塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足,率先破坏；3. 水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。,中央银行大厦,1.平面不规则的类型,结构抗震教研室,结构抗震教

42、研室,建筑抗震设计,局部不连续,错层,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,2.竖向不规则的类型,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀（有薄弱层）,严重不规则是指体型复杂，多项不规则指标超过表中指标或某一项大大超过规定值，具有严重的抗震薄弱环节，将会导致地震破坏的严重后果者。,注：以上规定主要针对钢筋混凝 土和钢结构的多层和高层建筑。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,变形缝包括：伸缩缝、沉降缝、防震缝，对于抗震设防烈度为6度以上的房屋，伸缩缝、沉降缝均应符合防震缝的要求，即在抗震区，三种缝统称为防震缝。 高层建筑一般通过调整平面形

43、状和尺寸，并在构造上以及施工时采取一些措施，尽量不设防震缝。当需要设置防震缝时，防震缝的最小缝宽应符合规范6.1.4规定： （1）框架房屋，当高度不超过15m，可采用70mm；当高度超过15m，6度、7度、8度、9度相应每增高5m、 4m、 3m 、2m，宜加宽20mm； （2）框架抗震墙房屋的防震缝宽，可采用（1）数值的70%；抗震墙房屋可采用（1）数值的50%，且不宜小于70mm。,3.防震缝的合理设置,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,三、结构选型与布置,（1）结构材料的选择 从抗震角度考虑，作为一种好的结构材料，其结构材料应具备： 延性系数高（如钢结构） 强度/重力比值大（

44、如轻质高强材料） 匀质性好 正交各向同性（变形相同） 构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并能发挥材料的全部强度。,1.结构选型,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,按照上述标准，常见结构类型，按其抗震性能的优劣排序为： 钢结构 型钢混凝土结构 混凝土钢组合结构 现浇钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 装配式钢筋混凝土结构 配筋砌体结构 砌体结构,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。,规范规定：,1.结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。受力明确、传力合理、传力

45、路线不间断、抗震分析与实际表现相符合。,（2）抗震结构体系的确定,建筑抗震设计,结构抗震教研室,结构抗震教研室,2.应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。,由于柱子的数量较少或承载能力较弱，部分柱子退出工作后，整个结构系统丧失了对竖向荷载的承载能力。,抗震设计的一个重要原则是结构应有必要的赘余度和内力重分配的功能。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,3.结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。,足够的承载力和变形能力是需要同时满足的。,有较大的变形能力而缺少较高的抗侧向力的能力如钢或钢筋混凝土纯框架，由于在不大的地震作

46、用下会产生较大的变形，导致非结构构件的破坏或结构本身的失稳。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,有较高的承载能力而缺少较大变形能力如不加约束的砌体结构，很容易引起脆性破坏而倒塌。,必要的承载能力和良好的变形能力的结合便是结构在地震作用下具有的耗能能力。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,结构布置的一般原则 （1）平面布置力求对称 若为非对称结构，因质心与刚心不重合，远离刚心的构件，由于侧移量很大，所分担的水平地震剪力就大，容易出现超出其允许抗力和变形极限而发生严重破坏，甚至导致结构因一侧构件失效而倒塌。 （2）竖向布置力求均匀 结构竖向布置的关键：尽可能使竖向刚度、强度

47、均匀变化，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。,2.结构布置,结构选型与布置应符合抗震结构体系的要求，结构平面布置应力求对称，竖向布置应使其刚度、强度变化均匀，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,四、刚度、承载力和延性的合理匹配,1.刚度与承载力,框架结构的刚度小，延性好；剪力墙结构的刚度大，延性差。设计时应注意柱、墙刚度和延性的相互匹配，充分利用框架的延性及墙的刚度，协调发挥其自身的水平抗力。,2.刚度与延性,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,有四个方面的含义：（把延性的概念体现到具体的指标上） 总体延性：用结构的“顶点

48、侧移比”或结构的“平均侧移比”表达。 楼层延性：以一个楼层的层间侧移比表达。 构件延性：指整个结构中某一构件（如一榀框架或一片墙体）的延性。 杆件延性：指一个构件中某一杆件（框架的梁、柱，墙中的连梁或墙肢）的延性。 ,对延性的要求依次增高,3.结构不同部位的延性要求,延性：结构承载能力无明显降低的前提下，结构产生非弹性变形的能力。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,在结构竖向：重点提高可能出现塑性变形集中的相对柔弱楼层的构件延性。 在结构平面：着重提高房屋周边转角处、平面突变处及复杂平面各翼相接处的构件延性。 对多道抗震防线的抗侧力体系，着重提高第一道防线中构件的延性。 在同一构件

49、中，着重提高关键杆件的延性。 同一构件中，着重提高延性的部位应是预期构件首先屈服的部位。,4.提高结构延性的原则,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,结构的变形能力取决于组成结构的构件及其连接的延性水平。,规范对各类结构采取的抗震措施，基本上是提高各类结构构件的延性水平。,这些抗震措施是：,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,五.设置多道抗震防线,多道抗震防线： 一抗震结构体系，应有若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。如：框架抗震墙体系是由延性框架和抗震墙两个系统组成；双肢或多肢抗震墙体系由若干个单肢墙分系统组成。 抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。,结构抗震教研室,结构抗震教研室,建筑抗震设计,多道抗震防线对抗震结构是必要的，当第一道防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下遭到破坏后，