抗震设防的基本要求

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 。1.总 目 标 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 。 地 震 是 一 种 随 机 性 极 强 的 自 然 灾 害 ， 不 可 能 保 证 结 构 在地 震 作 用 下 的 绝 对 安 全 ， 也 不 可 能 不 抗 震 设 防 ， 如 何 办 ？ 使 用 寿 命 期 内 对 不 同 频 度 和 强 度 的 地 震 ， 要 求 结 构 具 有 不同 的 抵 抗 能 力 ， 使 设 计 的 结 构 在 未 来 地 震 作 用 下 发 生 破 坏 的 概率 为 社 会 所 接 受 ， 同 时 为 当 前 的 经 济 条 件 所 允 许 。 合 理 的 抗 震设 计 应 满 足 经 济 和 安 全 之 间 的 合 理 平 衡 ， 三 水 准 （ 中 国 ）三 水 准 ： “ 小 震 ” “ 中 震 ” “ 大 震 ” 三 水 准 地 震 作 用 的 标 定地震影响50年超越概率地震重现期众值烈度 小震63.2% 50年基本烈度 中震10% 475年罕遇烈度 大震2-3% 1642-2475年 一般关系 烈度：Im=I0-1.55, Is=I0+1 加速度：PG A m=PG A0*1/3； PG As=PG Am*(4-6) 2、 抗 震 设 防 目 标水 准 涵 义 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 ， 一 般 不 受 损 坏 或 不 需 修 理 仍 可 继 续使 用第 二水 准 中 震 可 修 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 用第 三水 准 大 震 不 倒 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 3.“ 两 阶 段 ” 抗 震 设 计 方 法 第 一 阶 段 设 计 ： 技 小 震 作 用 效 应 和 其 它 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 ： 以 满 足 第 一 水 准 抗 震 设 防 目 标 的 要 求 ： 第 二 阶 段 设 计 ： 在 大 震 作 用 下 验 算 结 构 的 弹 塑 性 变 形 ，以 满 足 第 三 水 准 抗 震 设 防 的 要 求 。说 明 ： 第 二 水 准 的 设 防 要 求 ， 是 通 过 概 念 设 计 和 构 造 措 施 来 满足 的 ， 对 大 多 数 结 构 可 只 进 行 第 一 阶 段 设 计 ； 只 有 对 抗 震现 范 所 规 定 的 部 分 结 构 ， 如 有 特 殊 要 求 的 建 筑 和 地 震 时 易 倒塌 的 结 构 以 及 有 明 显 薄 弱 层 的 不 规 则 结 构 ， 才 进 行 第 二 阶 段 的抗 震 验 算 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 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 。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 。 规 范 2001 根 据 建 筑 使 用 功 能 重 要 性 ， 分 为 ： 甲 类 属 于 重 大 建 筑 工 程 和 地 震 时 可 能 发 生 严 重 次 生 灾 害 的 建 筑 乙 类 属 于 地 震 时 使 用 功 能 不 能 中 断 或 需 尽 快 恢 复 功 能 的 建 筑 丙 类 属 于 甲 、 乙 、 丁 类 以 外 的 建 筑 丁 类 属 于 抗 震 次 要 建 筑策 略 ： 不 调 整 地 震 力 ， 只 是 从 抗 震 措 施 或 抗 震 构 造措 施 上 考 虑 建 筑 的 重 要 性 类 别 甲 类 建 筑 地 震 作 用 应 高 于 本 地 区 抗 震 设 防 烈 度 的 要 求 ， 其值 应 按 批 准 的 地 震 安 全 性 评 价 结 果 确 定 ； 抗 震 措 施 ， 当 抗 震 设防 烈 度 为 6-8度 时 ， 应 符 合 本 地 区 抗 震 设 防 烈 度 提 高 一 度 的 要求 ， 当 为 9度 时 ， 应 符 合 比 9度 抗 震 设 防 更 高 的 要 求 。 乙 类 建 筑 地 震 作 用 应 符 合 本 地 区 抗 震 设 防 烈 度 的 要 求 ； 抗震 措 施 ， 一 般 情 况 下 。 当 抗 震 设 防 烈 度 为 6-8度 时 ， 应 符 合 本地 区 抗 震 设 防 烈 度 提 高 一 度 的 要 求 ， 当 为 9度 时 应 符 合 比 9度抗 震 设 防 更 高 的 要 求 。 丙 类 建 筑 地 震 作 用 和 抗 震 措 施 均 应 符 合 本 地 区 抗 震 设 防 烈度 的 要 求 。 丁 类 建 筑 一 般 情 况 下 地 震 作 用 仍 应 符 合 本 地 区 抗 震 设 防烈 度 的 要 求 ； 抗 震 措 施 应 允 许 比 本 地 区 抗 震 设 防 烈 低 的 要 求 适当 降 低 ， 但 抗 震 设 防 烈 度 为 6度 时 不 应 降 低 。 根 据 地 震 灾 害 和 工 程 经 验 等 所 形 成 的 基 本 设 计 原 则 和设 计 思 想 进 行 建 筑 和 结 构 总 体 布 置 并 确 定 细 部 构 造 的 过 程称 为 概 念 设 计 。意 义 （ 1） “ 计 算 设 计 ” 很 难 有 效 控 制 结 构 的 薄 弱 环 节 ， 不 能 完全 解 决 问 题 地 震 作 用 的 不 确 定 性 结 构 计 算 假 定 与 实 际 情 况 的 差 异 （ 计 算 模 型 、 非 结 构 墙 体 对 结构 刚 度 的 影 响 、 阻 尼 变 化 等 ）（ 2） 经 验 总 结 、 定 性 判 断 抗 震 设 计 的 基 本 要 求 场 地 和 地 基 建 筑 结 构 的 规 则 性 抗 震 结 构 体 系 的 合 理 选 择 非 结 构 构 件 材 料 与 施 工 场 地 和 地 基 场 地 选 择 选 择 有 利 地 段 （ 稳 定 基 岩 、 坚 硬 土 等 ） 避 开 不 利 地 段 ， 无 法 避 免 时 应 采 取 有 效 措 施 （ 软 弱 土 、 液 化土 、 条 状 突 出 的 山 嘴 、 高 耸 孤 立 的 山 丘 等 ） 不 应 在 危 险 地 段 建 造 甲 、 乙 、 丙 类 建 筑 （ 可 能 发 生 滑 坡 、 崩塌 、 地 裂 、 泥 石 流 等 及 发 震 断 裂 带 等 ） 地 基 、 基 础 设 计 同 一 结 构 单 元 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 较 差 时 ， 应 考 虑 不 均 匀 沉 降 等 不 利 影 响 ， 并 采 取 相 应 措施 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 。 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 ， 稍 加 修 理 便 恢 复 使 用 。 马 那 瓜 中 央 银 行 大 厦试 问 ：那 一 幢 破 坏 严重 呢 ？马 那 瓜 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 。4层 以 上 的 楼 板 仅 为 5cm厚 ， 搁 置 在 高 45cm长 14m小 梁 上 。 2） 竖 向 不 规 则塔 楼 上 部 （ 4层 楼 面 以 上 ） ， 北 、 东 、 西 三 面 布 置 了 密 集 的 小 柱 子 ， 共 64根 ， 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 ： 第 4层 与 第 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 。 马 那 瓜中 央 银 行 大 厦 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 不规则类型 定义扭转不规则楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，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%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层平 面 不 规 则 的 类 型 1 22 12 22.1 122 扭 转 不 规 则 m ax3.0 BB m axB m ax3.0 BB m axB m axBm ax3.0 BB m axBm ax3.0 BB 凹 凸 角 不 规 则 B Bb 5.0B BlA AA 3.00 l 局 部 不 连 续大 开 洞 错 层不规则类型 定义扭转不规则楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，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%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层平 面 不 规 则 的 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，局部收进的水平向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承载力小于相邻上一楼层的80%竖 向 不 规 则 的 类 型 17.0 ii KKiK 1iK 2iK 3iK )3(8.0 321 iiii KKKK沿 竖 向 的 侧 向 刚 度 不 规 则 （ 有 柔 软 层 ） 竖 向 抗 侧 力 构 件 不 连 续 竖 向 抗 侧 力 结 构 屈 服 抗 剪 强 度 不 均 匀 （ 有 薄 弱 层 ）iyQ , 1, iyQ 1, 8.0 iyiy QQ 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 。 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，局部收进的水平向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承载力小于相邻上一楼层的80%竖 向 不 规 则 的 类 型 三 、 结 构 体 系 的 合 理 选 择 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 路 线 不 间 断 、 抗 震 分 析 与实 际 表 现 相 符 合 。 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 。 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 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 。 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 。 足 够 的 承 载 力 和 变 形 能 力 是 需 要 同 时 满 足 的 。 4、 对 可 能 出 现 的 薄 弱 部 位 ， 应 采 取 措 施 提 高 抗 震 能 力 四 、 结 构 构 件 的 延 性 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 ：1. 采 用 水 平 向 （ 圈 梁 ） 和 竖 向 （ 构 造 柱 、 芯 柱 ） 混 凝 土构 件 ， 加 强 对 砌 体 结 构 的 约 束 ， 或 采 用 配 筋 砌 体 ； 使砌 体 在 发 生 裂 缝 后 不 致 坍 塌 和 散 落 ， 地 震 时 不 致 丧 失对 重 力 荷 载 的 承 载 能 力 ；2. 避 免 混 凝 土 结 构 的 脆 性 破 坏 （ 包 括 混 凝 土 压 碎 、 构 件 剪 切 破 坏 、 钢 筋 同 混 凝 土 粘 结 破 坏 ） 先 于 钢 筋 的 屈 服 ；3. 避 免 钢 结 构 构 件 的 整 体 和 局 部 失 稳 ， 保 证 节 点 焊 接 部 位 （ 焊 缝 和 母 材 )在 地 震 时 不 致 开 裂 。 四 、 非 结 构 构 件 非 结 构 构 件 ， 包 括 建 筑 非 结 构 构 件 和 建 筑 附 属 机 电设 备 ， 自 身 及 其 与 结 构 主 体 的 连 接 ， 应 进 行 抗 震 设 计 。1. 附 着 于 楼 、 屋 面 结 构 上 的 非 结 构 构 件 ， 应 与 主 体 结 构有 可 靠 的 连 接 或 锚 固 ， 避 免 地 震 时 倒 塌 伤 人 或 砸 坏 重要 设 备 。2. 围 护 墙 和 隔 墙 应 考 虑 对 结 构 抗 震 的 不 利 影 响 ， 避 免 不合 理 设 置 而 导 致 主 体 结 构 的 破 坏 。3. 幕 墙 、 装 饰 贴 面 与 主 体 结 构 应 有 可 靠 连 接 ， 避 免 地 震时 脱 落 伤 人 。4. 安 装 在 建 筑 上 的 附 属 机 械 、 电 气 设 备 系 统 的 支 座 和 连接 ， 应 符 合 地 震 时 使 用 功 能 的 要 求 ， 且 不 应 导 致 相 关部 件 的 损 坏 。 几个可靠度概念 （ 1） 永 久 荷 载 在 结 构 设 计 使 用 期 间 ， 其 值 不 随 时 间 而 变 化 ，或 其 变 化 与 平 均 值 相 比 可 以 忽 略 不 计 ， 或 其 变 化 是 单 调 的 并能 趋 于 限 值 的 荷 载 。 例 如 ， 结 构 的 自 身 重 力 、 土 压 力 、 预 应力 等 荷 载 ， 永 久 荷 载 又 称 恒 荷 载 。 （ 2） 可 变 荷 载 在 结 构 设 计 基 准 期 内 其 值 随 时 间 而 变 化 ， 其变 化 与 平 均 值 相 比 不 可 忽 略 的 荷 载 。 例 如 ， 楼 面 活 荷 载 、 吊车 荷 载 、 风 荷 载 、 雪 荷 载 等 ， 可 变 荷 载 又 称 活 荷 载 。 （ 3） 偶 然 荷 载 在 结 构 设 计 基 准 期 内 不 一 定 出 现 ， 一 旦 出 现 ，其 值 很 大 且 持 续 时 间 很 短 的 荷 载 。 例 如 ， 爆 炸 力 、 撞 击 力 等 。 几个可靠度概念 基 本 组 合 ， 指 永 久 作 用 和 可 变 作 用 的 组 合 。 偶 然 组 合 , 则 指 永 久 作 用 、 可 变 作 用 和 一 个 偶然 作 用 的 组 合 。