建筑结构的抗震技术 课程目的：掌握结构抗震设计方法，未来强地震发生时， 所设计的建筑物符合国家规定的标准，不至于造成太大的损失。

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1 建筑结构的抗震技术 课程目的：掌握结构抗震设计方法，未来强地震发生时， 所设计的建筑物符合国家规定的标准，不至于造成太大的损失。

2 第一章 抗震设计的基本知识 什么是地震？ 地震是由于某种原因引起的地面剧烈颠簸和摇晃。
第一章 抗震设计的基本知识 什么是地震？ 地震是由于某种原因引起的地面剧烈颠簸和摇晃。 据统计，全世界每年大约发生地震500万次，其中约有5万次人能感觉到。我国平均每年发生6级以上的破坏性地震5.4次，曾经给人民的生命和财产造成过巨大损失。 1556年，陕西关中8.6级地震，83万人死亡 1668年，山东郯城发生8.5级地震 5万余人死亡 1920年，宁夏海原8.6级地震，20多万人死亡 1976年，河北唐山7.8级地震，24万人死亡

3 地震给我国和世界人民造成了巨大的灾难。世界各国的科学家非常重视抗震研究工作，已经逐步形成为一个独立的学科--地震工程学。
与地震工程学密切相关的几个学科： 地震工程学与建筑学相联系 地震工程学与城市规划学相联系 地震工程学与土木工程学相联系 地震工程学与地震学相联系 地震工程学与经济学相联系

4 1-1 地震的类型和成因 地震按其成因可划分为3类： 构造地震、火山地震、陷落地震

5 （一）构造地震 1.地球的内部结构： 地壳：30-40km，上部是花岗岩，下部是玄武岩 地幔：2900km，橄榄岩 地核：3500km，主要是镍和铁 地球 内部的放射性物质不断放射能量，地球内部温度随深度而升高,200km—700km范围内，温度6000C —20000C.地球内部的压力也很大,地幔上部约900MPa,中部约370000MPa.地球内部的压力是不均匀的，地幔中的软流层有缓慢的对流，引起地壳运动。在运动过程中有的地区上升，有的地区下降，地球内部积累了大量的应变能，产生了地应力。当地应力达到岩层的强度时，岩层产生断裂或错动（脆性破坏），岩层内部的能量被释放，以波的形式传致地表，引起地面震动。称构造地震。

6 （二）火山地震 火山爆发，岩浆猛烈喷出，引起地面震动。 （三）陷落地震 地下石灰岩产生溶洞，突然产生大规模陷落引起的地面震动。 这两类地震震级小，在我国危害小。 构造地震造成地面建筑物破坏严重，对人类的危害大，所以我们这门课所说的地震主要是构造地震。

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10 岩层断裂发生时，一般不只是一个断裂，而是由一系列断裂组成的破碎带。一个部位发生断裂，能量释放，达到平衡状态，其它部位还没有达到平衡状态，还要释放能量。所以一次地震的发生一般都不是孤立的，伴随着一系列小震。 主震 一系列地震中，释放能量最多一次地震。 前震 主震之前发生的地震。 余震 主震之后发生的地震。 1976年唐山地震 主震7.8级 7级以上余震2次 级余震2次 级余震71次 级余震668次

11 1999年台湾大地震（9.21） 主震 7.6级 4级以上余震 次/天 次/天 次/天 根据能量释放的特点 主震型地震 % 震群型地震 % 单发型地震 %

12 地震的发生与地质构造密切相关 世界范围内，地震分布也有一定的规律。带形分布两组主要地震带： 环太平洋地震带（80--90）%，沿南北美洲西海岸、阿留申群岛，转向西南到日本列岛，再经我国台湾岛，到菲律宾、新几内亚、新西兰。 欧亚地震带，西起大西洋的亚速岛，经意大利、土尔其、伊朗、印度北部、我国西部和西南地区，过缅甸、印度尼西亚。

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15 我国处于以上两大地震带之间： 台湾属环太平洋地震带 西藏属欧亚地震带 我国的地震活动相当频繁，除个别省份（浙江、江西）外，大部分地区发生过强烈地震。如台湾、新疆、西藏、西南、西北、华北和东南沿海地区曾经发生过较多的破坏性地震。

16 我国的6个地震活动区 1。台湾及其附近海域地震区 2。喜马拉雅山脉地震活动区 3。南北地震带（北起贺兰山，向南延伸至六盘山，穿越秦岭，沿川西至云南省，地质构造复杂，有一系列大断裂带、断陷盆地。） 4。天山地震活动区 5。华北地震活动区 6。东南沿海地震活动区

17 1-2 震源、震中和地震波 震源：地震发生的部位。不是一个点。 震中：震源正上方的地面位置。附近地面运动最强烈，极震 区。
震中：震源正上方的地面位置。附近地面运动最强烈，极震 区。 震源深度（h）：震源到地表的垂直距离。 h <70km 浅源地震 h=70-300km 中源地震 h>300km 深源地震 地震波：由震源释放的能量以波的形式向四周传播，这种波叫地震波。 体波：在地球内部传播的波 面波：只在地表面传播的波。是体波经多次反射、折射后在地表形成的次生波。

18 体波包括纵波和横波 纵波：波的传播方向与介质质点运动方向一致。 压缩波（P波） 周期短、振幅小。 在固体中、液体中、气体中传播 横波：波的传播方向与介质质点运动方向垂直。 剪切波（S波） 周期较长、振幅较大。 只能在固体中传播

19 面波分瑞雷波和乐甫波 瑞雷波：波在传播时，质点在波的传播方向与地面的法向组成的平面内做椭圆运动，而在该平面垂直方向没有振动。 乐甫波：波在传播时，质点在地平面内产生与波前进方向垂直的运动，地表呈蛇形运动。 面波随深度增加振幅急剧减小。面波周期长，衰减慢，能传播到很远的地方。 强震记录：纵波先到，横波次之，面波最后到。

20 地震现象表明： 纵波使地面产生竖向运动 横波产生水平运动 面波产生竖向运动和水平运动 面波和横波对建筑物破坏最严重

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22 1-3 地震震级、烈度、近震和远震 一、震级 指一次地震的大小,一次地震释放能量多少的度量单位。目前国际上通用的李氏震级。
1-3 地震震级、烈度、近震和远震 一、震级 指一次地震的大小,一次地震释放能量多少的度量单位。目前国际上通用的李氏震级。 震级是一次地震释放能量的大小，所以一次地震只有一个震级。

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24 是指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响时的强弱程度。
二、烈度 是指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响时的强弱程度。 地点不同，烈度不同 场地条件不同，烈度不同 一次地震对应多个地震烈度 抗震设计用的是烈度，而不是震级。

25 地震烈度表 我国将地震烈度划分为12度。划分依据： 1.人的感觉、 2.器物反应、 3.建筑物破损程度、 4.自然现象

26 震害指数:某一类房屋（105幢），按破损程度分为6个等级
全部倒塌 。 （幢） 大部分倒塌 0。 少数倒塌 。 局部倒塌 。 裂缝 。 基本完好 。 加权平均得这类房屋的震害指数。 平均震害指数=各类房屋震害指数的平均值。 地震所造成的破坏 地表破坏：山石崩裂、滑坡、地面裂缝、地陷、喷砂。 工程结构破坏：建筑物开裂、倒塌、高耸结构折断、桥面塌落 次生灾害：火灾、爆炸、疾病流行

27 三、近震和远震 近震：震中距较小的地震 远震：震中距较大的地震 为什么区分近震和远震？ 震害调查表明，相同地震烈度的地区，震中距不同，某些建筑物破坏程度不同。 年美国克恩县（Kern County）地震，远离震中的洛杉矶市、长滩市高层建筑震害严重。震中地区一、二层砖房破坏严重 年美国的迪克希谷（Dixie valley）地震，距震中 300 km处地下水池由于激起长周期水浪破坏，其他建筑物无损坏 年唐山地震天津市工业厂房、烟囱破坏严重，一、二层砖房破坏较轻。

28 相同烈度 震中距大（远震），高柔结构易破坏 原因：地震波在传播过程中要衰减，高频成分衰减得快，低频成分衰减慢，长周期成分多，易与高柔结构发生共振。 震中距小（近震），刚度大的结构破坏严重。 震中附近，高频成分丰富，易产生共振。 所以在抗震设计时要区分近震和远震。

29 1-4抗震设防 一、抗震设防的目标 抗震设防手段 抗震设防烈度： 一个地区作为抗震设计所依据的地震烈度。
国家有统一规定，一般取地震区划图中规定的基本烈度（或与抗震规范中设计基本加速度值对应的烈度值）。 抗震设防目标：“三水准” 小震不坏、中震可修、大震不倒

30 第一水准：建筑物遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇烈度的地震作用时，建筑物一般不受损坏或不经修理可继续使用。小震不坏
第二水准：建筑物遭受本地区抗震设防烈度的地震作用时，建筑物可以有一定的损坏，但不致危及生命和生产设备的安全，经一般修理或不修理仍可继续使用。中震可修 第三水准：建筑物遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇烈度的地震作用时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。 大震不倒

31 众值地震烈度和罕遇地震烈度 众值地震烈度（众值烈度，小震） 该地区50年超越概率为63%的地震烈度值 罕遇地震烈度（大震）
基本烈度（中震）：50年内超越概率为10%的地震烈度值。 烈度区划图：把全国各地的基本地震烈度用图表示出来。随着地震资料的积累，地震区划工作进一步合理，地震区划图也在不断改进。 众值地震烈度和罕遇地震烈度 众值地震烈度（众值烈度，小震） 该地区50年超越概率为63%的地震烈度值 罕遇地震烈度（大震） 该地区50年超越概率为2%的地震烈度值

32 三、抗震设防依据及地震影响 多遇烈度比基本烈度大约低1.55度 罕遇烈度比基本烈度大约高1度 设防范围 基本烈度 6 7 8 9度地区
基本烈度 度地区 基本烈度大于9度地区，须特殊研究，按有关规定执行。 设防依据： 设防烈度（反映设计基本地震加速度值） 震中距 震级 后两个因素用设计特征周期（简称特征周期）反映。特征周期与场地条件和设计地震分组有关。场地条件后面要详细讲。新的抗震规范将设计地震分为3组，首都和全部直辖市县级以上城镇均为第一组。分组见抗震规范附录A。

33 四、建筑结构抗震设计方法 为实现上述设防目标，抗震规范规定采用二阶段设计方法 第一阶段设计：按众值烈度的地震动参数，用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用标准值和相应的地震作用效应，然后与其他荷载效应进行组合，验算结构构件的截面承载能力。进行强度计算，并验算弹性变形。采取构造措施和概念设计。 （保证小震不坏、中震可修） 大多数结构物，进行第一阶段设计就可以了。 对于特殊结构（高烈度区的高大单层钢筋混凝土排架结构，楼层屈服承载力系数小于0.5的结构，高度大于150m的钢结构，甲乙类建筑物，采用隔震和减震消能设计的结构，等等） 第二阶段设计：罕遇烈度地震作用下，按弹塑性理论进行变形验算，加构造措施。 （保证大震不倒）

34 五、建筑抗震设防分类和设防标准 1。建筑物分类 抗震规范将建筑物类别按重要程度分为甲、乙、丙、丁四类。 甲类：特别重要的建筑物。
重大建筑工程和遭遇地震破坏时可能发生严重次生灾害的建筑。一旦破坏将产生严重后果的建筑物，或者对政治、经济、社会造成重大影响的建筑物。 乙类：地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑。如城市的生命线工程，指医疗、通讯、交通、供水、供电、供气、消防等设施。 历史教训非常惨痛 1906年，美国旧金山地震（8.3级），全市3条主要供水 管道破坏，全市起火，无消防水源，14km2市区被烧毁， 火灾损失比直接损失高3倍。 1923年日本关东大地震（7.9级），供水中断，全市起 火，36km2市区被焚烧，3.2万人被烧死或窒息而死。

35 1971年美国的圣费尔南多地震，煤气管道破坏450处，无法修复，全部拆除，重新铺设。
1975年海城地震（7。3级），辽河油田14条输油管道破坏29处，因供油中断，迫使鞍钢部分停产。 1976年唐山地震（7。8级），秦皇岛-北京输油管道5处破坏，原油损失1万多吨，且严重破坏周边环境。 1985年墨西哥地震（7。8级），主干煤气管道断裂导致煤气爆炸。 丙类：一般建筑物。一般的工业与民用建筑物。 丁类：次要建筑物。地震破坏不易造成人员伤亡和重大经济损失的建筑物。

36 2。建筑物的设防标准 甲类：地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求。其值应由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1度的要求，当设防烈度为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。 乙类：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；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1度的要求，当设防烈度为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。地基基础的抗震措施应符合有关规定。 丙类：地震作用和抗震措施应符合本地区抗震设防烈度的要求。 丁类：一般情况下，地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施允许比本地区设防烈度的要求适当降低，6度地区不降低。 设防烈度为6度时，除甲类外，可不进行抗震计算，只用构造措施来保证。

37 六、抗震设计的基本要求 抗震设计 定量计算（主要内容） 概念设计 这一节先讲概念设计。以后重点讲定量计算。

38 概念设计 一、选择有利的建筑场地 有利、不利、危险地段 二、地基和基础设计 同一结构单元不宜设置在截然不同的地基土上
三、选择有利的建筑平面和立面 1。体形简单，平面布置规则 受力性能明确，便于分析。 2。平、立面刚度、质量力求对称。 质量中心和刚度中心尽量重合，避免扭转振动。 3。建筑物的质量、刚度分布要均匀。 避免质量、刚度产生突变。 突变 短柱

39 4。设防震缝 四、选择合理的结构体系 1。有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。 2。设多道防线 有一部分构件破坏了，部分或完全退出了工作，有其他构件继续抵抗地震作用。 框架-剪力墙结构 剪力墙破坏了，部分退出了工作，但它吸收了大部分能量 框架继续工作 剪力墙：一道防线。框架：二道防线。 防震缝 受力状态复杂 平面图

40 强柱弱梁 柱子承载力很强，水平地震作用下， 梁先破坏了，已抵抗了很大部分地震 作用，退出工作后，柱子仍能抵抗地 震作用，不至于结构倒塌。 梁：一道防线。柱：二道防线。 3。加耗能元件，减轻主体结构破坏。“减震” 4。具备足够的强度、变形能力和耗能能力。 结构必须具备一定的强度，但还不够。 必须有良好的变形能力（延性）。 延性可以耗能。 5。合理的刚度、强度分布 避免强度、刚度突变，产生过大的应力集中或过大的塑性变形集中。

41 6.结构构件和连接部位都应有较好的延性. (1)提高结构构件的延性,改善其变形能力,避免产生脆性破坏. 砌体结构设圈梁、芯柱、构造柱，或配筋。 钢筋混凝土结构，配筋要合理，避免剪切破坏先于弯曲破坏。 钢结构合理选择构件尺寸，防止构件失稳。 (2)连接件具有较好的延性,还要保证充分发挥各构件的强度. 结构构件的节点强度不应低于连接构件的强度. 预埋件的锚固强度不应低于连接件的强度. 装配式结构构件之间应采用保证结构整体性的连接措施. 五、处理好非结构构件 (1)应与主体结构有可靠的连接 (2)填充墙、内隔墙、维护结构避免形成短柱，防止平面外倒塌。 (3)装饰贴面与主体结构连接可靠，避免落地伤人。

42 六、合理选材，保证施工质量 建筑材料：强度、延性 按图施工，贯彻抗震概念设计的意图。

43 第二章 场地、地基和基础 本章的重要概念： 有利地段、不利地段、危险地段、发震断裂带的影响、地形的影响、场地固有周期计算方法、场地滤波效应、场地类别判定方法、地基抗震承载力验算方法、场地土液化产生的震害、影响液化的主要因素、场地土液化的判别方法、液化指数、抗液化措施。 鞍山烈士山小学 向上小学 同一套图纸 烈士山 解放路 Ⅰ类 Ⅱ、Ⅲ类 破坏严重 基本完好 说明问题： ①场地条件不同，震害不同 ②坚硬场地，不一定对所有的建筑物都有利。

44 2-1 建筑物场地的选择 抗震规范将建筑场地划分为有利地段、不利地段、危险地段 有利地段：坚硬土、开阔平坦密实的中硬土 不利地段：软弱土、液化土、山丘、不均匀土层、 非岩质陡坡、河岸、边坡边缘 危险地段：滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流、发震断裂带等 发震断裂带的影响 浅源地震，地表裂开，地面建筑物多遭破坏。 活动断层附近是地裂缝的密集区。是危险地段，设计时应避开。只有9度及9度以上高烈度区，设计时才考虑。 8度及8度以下不考虑。

45 局部地形的影响 王前信著«工程抗震三字经»，地震出版社，1997。 孤突地 灾趋重 凹陷处 待研中 2-2场地 一、建筑物场地的地震影响 软弱地基，柔性结构易破坏，刚性较大的结构破坏较轻。 坚硬地基，刚性结构易破坏，而柔性结构破坏较轻。 软弱夹层地基，唐山地震时，几栋砖房没倒，只开裂，钻孔发现地基有一软弱夹层，起到隔震作用。 但还不能得出结论，有待于进一步研究。 amax比平地大 放大或缩小尚不清楚

46 场地土的固有周期是场地的最重要的特性，场地的自振周期，用剪切质点系模型 土柱
二、场地土层的固有周期与场地的地震效应 1。场地土层的固有周期 场地土的固有周期是场地的最重要的特性，场地的自振周期，用剪切质点系模型 土柱 1m Mi Ki 其中  i hi 层土的密度 层土的厚度 层土的剪切模量 基岩 a(t)

47 如果土层中含有硬夹层，基本周期减小，且越靠近底层，减少越明显。 如果土层中含有软夹层，基本周期增大，且越靠近底层，增大越明显。
土层越软，自振周期越长 ……越硬， ……….越短 计算结果表明： 如果土层中含有硬夹层，基本周期减小，且越靠近底层，减少越明显。 如果土层中含有软夹层，基本周期增大，且越靠近底层，增大越明显。 2。场地的地震效应 场地自振周期T a(t)由许多频率成分组成 有些成分与T接近被放大了，与T相 差较大的成分，被削弱。即“滤波 效应”。 地表 a’(t) t 基岩 a(t)

48 三、建筑场地的类别（先确定场地土的类型，然后再根据覆盖层厚度划分类别）
《建筑抗震设计规范》（GB ）规定，先确定场地土层的等效剪切波速，再根据场地覆盖层厚度，将场地划分为ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ类。 土层的等效剪切波速 Vse—土层等效剪切波速 d0 —计算深度(m),取覆盖层厚度和20 m二者的较小值 t —剪切波在地表至计算深度之间的传播时间 di —计算深度范围内第i层土的厚度(m) Vsi —计算深度范围内第i层土的剪切波速 n —计算深度范围内土层的分层数

49 根据等效剪切波速确定场地土类型 场地土类型分4类 坚硬场地土 中硬场地土 中软场地土 软弱场地土

50 场地覆盖层厚度 震害调查表明，场地覆盖层厚度不同，地表上的建筑物破坏程度不同。 我国的抗震规范对场地覆盖层的定义如下： ①一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面距离确定。 ②当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速的2.5倍的土层，且其下卧岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定。 ③剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。 ④土层中的火山岩硬夹层，应视为刚性，其厚度应从覆盖土层中扣除。

51 （2）覆盖土层厚度 （3）场地类别 查表，Ⅲ类场地 场地类别
抗震规范规定，根据场地土层的等效剪切波速和场地覆盖层厚度，将建筑场地划分为ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ类，见下表： 各类建筑场地的覆盖层厚度（m） 等效剪切波速 （m/s） 场地类别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Vse ≥ 500 500 ≥Vse >250 <5 ≥5 250 ≥Vse >140 < 3 3∼50 > 50 Vse ≤140 3∼15 > 15 ∼80 > 80 例2-1 已知某建筑场地土层资料，判别场地的类别 （1）确定场地土层的等效剪切波速 （2）覆盖土层厚度 （3）场地类别 查表，Ⅲ类场地

52 抗震规范规定，场地内存在发震断裂时，应考虑断裂的工程影响 1。对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响：
⑴抗震设防烈度小于8度； ⑵非全新世活动断裂 ⑶抗震设防烈度为8度或9度时，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于60m和90m。 2。对于不符合上述规定者，应避开主断裂带。避让距离不小于下表规定。 发震断裂的最小避让距离（m） 烈度 建筑物设防类别 甲 乙 丙 丁 8 专门研究 300m 200m —— 9 500m

53 当需在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石陡坡、河岸的边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑物时，除要保证地震作用的稳定性外，还要估计不利地段对地震动参数的影响，将地震影响系数的最大值乘以不大于1.6的增大系数。

54 2-3 天然地基的震害特点及其抗震措施 天然地基：没经过处理在上面建房子。 震害调查表明，天然地基的震害较轻，说明天然地基有较大的安全储备。
2-3 天然地基的震害特点及其抗震措施 天然地基：没经过处理在上面建房子。 震害调查表明，天然地基的震害较轻，说明天然地基有较大的安全储备。 尽管震害较轻，但一旦发生破坏，难以修复，所以还是不能忽视。 一、天然地基的震害 （1）饱和软粘土、淤泥质土，强度低，高压缩性，地震时易导致建筑物倾斜、沉陷，造成房屋不能使用。 （2）松软填土地基 土质较松、强度低，地震时导致结构开裂。海城地震时，就有这方面的震害现象。 （3）不均匀地基 引起不均匀沉降，导致结构破坏。

55 4、地基加固处理方法 二、天然地基的抗震措施 1、软弱粘性土地基 压缩性大、抗震强度小、承载力低，易发生剪切破坏。
设计时合理选择地基容许承载力，保证有足够的安全储备。 如果觉得危险，可采用桩基，或后面要讲的加固措施。 2、杂填土地基 土质结构松散，均匀性很差，强度低，压缩性高，浸水湿陷性。 最好全部挖除，再用好土分层碾压，或后面要讲的加固措施。 3、不均匀地基 尽量避开，无法避开，结构布局应合理。 4、地基加固处理方法 对于各种软弱地基，常用的方法是换土垫层法。它造价低，施工方便。建筑的荷载不太大时，可采用将基底下的软弱土挖除，回填强度高、压缩性低材料：中粗沙、碎石、卵石、石屑、矿渣。

56 对于杂填土等松软地基，还可采用重锤夯实法。但当地下水位至地表小于0.8米或夯实深度内有饱和软土层时不宜采用此法。
对于松散土、杂填土、可液化土（后面要讲），荷载影响较深时，可采用挤密桩法。 挤密作用 （1）桩管打入土层 振密作用 （2）振捣 置换作用 （3）灌砂、拔管 排水作用（加速软粘土固结） 深层加固方法——砂井预压法。适用于大型建筑物的地基处理。 粉土淤泥质粘土使土的空隙体积减小，更密实。 硬壳 桩管  ‘<

57 2—4地基及基础的抗震验算 一、验算范围 在震害调查中发现，只有少数结构物因地基破坏导致结构损坏，一般只限于液化地基，所以抗震规范建议：

58 2。地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑： 1）一般的单层厂房、单层空旷房屋;
1。砌体房屋。 2。地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑： 1）一般的单层厂房、单层空旷房屋; 2）不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋； 3）基础荷载与2） 相当的多层框架厂房。 3。抗震规范规定的可以不进行上部结构验算的建筑 都可以不进行地基抗震验算。除此之外，要进行抗震验算。 二、地基土抗震承载力的调整 地震荷载的特点 动荷载，不规则的多次脉冲荷载（几十次）。原有的静荷载的基础上，加上动荷载。

59 三、地基土抗震承载力验算 2—5 地基土的液化 1964年日本新泻地震（7.4级），有大量的房屋倾斜，破坏，人们开始研究砂土液化问题，1964年美国的阿拉斯加地震（7.9级），美国人也开始注意这个问题，75年海城地震，76年唐山地震，也遇到了相似的震害现象。 一、场地土的液化现象 场地土的液化： 饱合砂土和粉尘

60 饱合土 共同承受 增大 减小 土粒处于“悬浮 ”状态。 用公式表示： 地震前由土和孔隙水共同承担压力。
地震时，土的颗粒被压密，孔隙水压力急剧增加，土颗粒承担的压力将减少，当法向压应力完全由孔隙水承担时，则土颗粒处于“悬浮”状态，场地土达到液化。此时地基处于液体状态，失去承载能力。 饱合土 共同承受 增大 减小 土粒处于“悬浮 ”状态。 用公式表示： 场地土液化产生的震害： （1）建筑物下沉或倾斜； （2）不均匀沉降导致上部结构破坏； （3）室内地坪隆起，开裂，设备基础上浮或下沉。

61 影响场地土液化的因素： （1）土的组成 细砂容易液化，粗砂不易液化 级配好的砂土不容易液化，级配不好易液化 粉土（介于砂土和粘土之间）中粘粒的含量越多，越不易液化 （2）相对密度 相对密度大（密实）不易液化 相对密度小（松散）易液化 （3）砂土层埋置深度和 地下水位深度 砂土层越深、地下水位越深，则越不易液化。 （4）地震烈度和持续时间：高烈度、持时长越易液化。

62 表2-9 抗液化措施 地基 的液化等级 轻微 中等 严重 乙类 丙类 丁类 建筑类别 部分消除液化沉陷，或对基础和上部结构处理
表2-9 抗液化措施 建筑类别 地基 的液化等级 轻微 中等 严重 乙类 部分消除液化沉陷，或对基础和上部结构处理 全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构处理 全部消除液化沉陷 丙类 基础和上部结构处理，亦可不采取措施 基础和上部结构处理，或更高要求的处理措施 丁类 可不采取措施 基础和上部结构处理，或其他经济措施

63 表2—9根据建筑物的重要性、液化等级规定了相应的处理措施 全部消除液化沉陷： 要求： 深基础
桩尖应深入液化层下的稳定土层， 深入长度由计算确定，还有具体规定。 采用其它深基础时，基底埋入液化层以下稳定土层深度不小于50cm 处理深度应在液化土层以下， 处理后 深基础 非液化土层 〉50cm 计算确定 加密法 非液化土 全部挖除 将液化土层全部挖除

64 处理后场地液化指数小于4（判别深度15m）或5 （判别深度20m）
部分消除地基液化沉陷 要求 处理后场地液化指数小于4（判别深度15m）或5 （判别深度20m） 独立基础、条形基础，处理深度：液化土特征深度和基础宽度的较大值 处理深度范围内，挖除液化土层或挤密，处理后 基础和上部结构处理 基础选择合理的埋深，减少基础偏心，加强基础的整体性（箱基、筏基、加圈梁），增大上部结构的整体刚度，合理设置沉陷缝。 采取抗液化措施应注意的几个问题: （1）前面讲的各种措施不适用于倾斜场地 （2）轻微液化,一般不做特殊处理(甲、乙类建筑物除外)。 （3）中等液化，尽量采用构造措施，不做土层处理（经济、易实施）。 （4）液化层很深的场地，要求部分消除液化沉陷的措施时，处理深度不一定要达到液化下界，一般处理范围6—10米深（从经济上考虑）。 ( 5）未经处理的液化层不能作为天然地基的持力层。

65 2-6 桩基抗震验算 一、可不进行桩基抗震承载力验算的建筑
桩基抗震验算 震害调查表明，桩基楚的抗震性能比天然地基好。抗震规范规定某些建筑物的桩基抗震承载力可不验算，并规定了低承台桩在非液化土及液化土层中的抗震验算原则。 一、可不进行桩基抗震承载力验算的建筑 低承台桩基 以竖向荷载为主 地下无液化土层 桩承台周围无淤泥、淤泥质土和地基承载力不大于100 Kpa填土 下列建筑: (1)砌体结构和可不进行上部结构抗震验算的建筑 (2)7度和8度的下列建筑: ①一般的单层厂房和单层空旷房屋; ②不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋;③基础荷载与②项相当的多层框架厂房.

66 液化土中的桩承台周围，宜用非液化土填筑夯实
液化土中桩的配筋范围，应自桩顶至液化深度以下符合全部消除液化沉陷所要求的深度，其纵向钢筋应与桩顶部相同，箍筋应加密。

67 第三章 钢筋混凝土房屋 抗震设计

68 框架-剪力墙结构：在框架房屋中增加剪力墙构成。 剪力墙主要承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。
抗震墙

69 震害及其分析 历次地震经验表明，钢筋混凝土结构房屋一般具有较好的抗震性能。结构设计中只要经过合理的抗震计算并采取妥善的抗震构造措施，在一般烈度区建造多层和高层钢筋混凝土结构房屋是可以保证安全的。 主要震害可概述如下： 1、共振效应引起的震害 结构的自振周期与场地土的自振周期接近或一致，引起建筑物的共振，导致结构破坏严重。 2、结构平面或竖向布置不当引起的震害 3、框架柱、梁和节点的震害 未经抗震设计的框架的震害主要反映在梁柱节点区。 柱的震害重于梁；柱顶震害重于柱底；角柱震害重于内 柱；短柱震害重于一般柱。

70 柱顶震害：柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝。重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。 破坏不易修复。
柱底震害：与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。

71 短柱震害：当柱高小于4倍柱截面高度（H/b<4)时形成短
柱。短柱刚度大，易产生剪切破坏。

72 角柱震害： 由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。

73 框架砖填充墙的震害 框架中嵌砌砖填充墙，容易发生墙面斜裂缝，并沿柱周边开裂。端墙、窗间墙和门窗洞口边角部位破坏更加严重。由于框架变形属剪切型，下部层间位移大，填充墙震害呈现“下重上轻”的现象。

74 填充墙破坏的主要原因是： 墙体受剪承载力低，变形能力小，墙体与框架缺乏有效的拉结，因此在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。

75 抗震墙的震害 在强震作用下，抗震墙的震害主要表现为墙肢之间连梁的剪切破坏。这主要是由于连梁跨度小、高度大形成深梁，在反复荷载作用下形成X形剪切裂缝，这种破坏为剪切型脆性破坏，尤其在房屋1／3高度处的连梁破坏更为明显。

76 3.2 抗震设计的一般要求 结构体系选择 在考虑地震烈度、场地土、抗震性能，使用要求及经济效果等因素和总结地震经验的基础上，在震区选择结构体系应综合考虑如下条件： 1、现浇混凝土房屋适用的最大高度 2、房屋高宽比限值 3、建筑物刚度与场地条件有关 4、基础形式及埋置深度 如：天然地基时埋深不小于1/12建筑物高度 天然桩基时埋深不小于1/15建筑物高度 5、应注意技术经济指标。

77 3.2.2 结构布置 结构体系确定后，结构布置应当密切结合建筑设计进行，使建筑物具有良好的体型，使结构受力构件得到合理的组合。
　结构布置 结构体系确定后，结构布置应当密切结合建筑设计进行，使建筑物具有良好的体型，使结构受力构件得到合理的组合。 多高层钢筋混凝土结构房屋结构布置的基本原则是： ①结构平面应力求简单规则，结构的主要抗侧力构件应对称均匀布置，尽量使结构的刚心与质心重合，避免地震时引起结构扭转及局部应力集中。 ②结构的竖向布置，应使其质量沿高度方向均匀分布，避免结构刚度突变，并应尽可能降低建筑物的重心，以利结构的整体稳定性。 ③合理地设置变形缝。 ④加强楼屋盖的整体性。 ⑤尽可能做到技术先进，经济合理。

78 3.2.3 抗震等级 抗震等级是结构构件抗震设防的标准，体现在同样地震烈度下不同结构类型的钢筋砼房屋不同的抗震要求。
3.2.3　　抗震等级 抗震等级是结构构件抗震设防的标准，体现在同样地震烈度下不同结构类型的钢筋砼房屋不同的抗震要求。 如：次要的抗侧力结构单元的抗震要求可以低于主要的抗侧力结构单元。 房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。 抗震等级分为四级，结构的抗震等级越高，抗震措施越高，其中一级抗震要求最高。 抗震等级与结构类型、烈度有关，查表使用。

79 下表为丙类建筑抗震等级的划分： 结 构 类 型 现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级
一 抗震墙 二 三 四 框架 ≤ 50 >60 ≤ 60 高度（m) 剧场,体育馆等大跨度公共建筑 ≤ 25 >30 ≤ 30 -抗 震墙 结构 结 构 类 型 烈 度 6 8 7 9 现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级 注：1.建筑场地为Ⅰ类时，除6度外可按表内降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低； 2.接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。

80 1、甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施所要求的设防烈度按上表确定抗震等级。
2、当框架-抗震墙结构有足够的抗震墙时,其框架部分是次要抗侧力构件,可按框架-抗震墙结构中的框架确定抗震等级。否则按框架结构确定等级。区分标准是看框架部分承受的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩的50%。 3、另外，对同一类型结构抗震等级的高度分界，《抗震规范》主要按一般工业与民用建筑的层高考虑，故对层高特殊的工业建筑应酌情调整。设防烈度为6度、建于l～III类场地上的结构，不需做抗震验算，但需按抗震等级设计截面，满足抗震构造要求。

81 3.3 框架内力与位移计算 结构抗震计算的内容一般包括： 结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定；
3.3 框架内力与位移计算 结构抗震计算的内容一般包括： 结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定； 结构地震反应计算，包括多遇烈度下的地震荷载与结构侧移； 结构内力分析； 截面抗震设计等。 框架结构设计的过程： 结构布置及构件截面尺寸确定——计算简图——荷载计算 ——重力荷载代表值计算——水平（地震）作用计算—— 内力计算（竖向、水平向）——内力组合——截面强度计 算——变形验算——构造措施等。

82 3.3.1 水平地震作用计算 1、结构的地震作用计算方向
水平地震作用计算 1、结构的地震作用计算方向 一般可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力框架结构承担。 2、计算单元的选取 一般应以防震缝所划分的结构单元作为计算单元，在计算单元中各楼层重力荷载代表值的集中质点Gi设在楼屋盖标高处。

83 3.3.2 水平地震作用下框架内力的计算 在工程手算方法中，常采用反弯点法和D值法(改进反弯点法)进行水平地震作用下框架内力的分析。
水平地震作用下框架内力的计算 在工程手算方法中，常采用反弯点法和D值法(改进反弯点法)进行水平地震作用下框架内力的分析。 反弯点法适用于层数较少、梁柱线刚度比大于3的情况，计算比较简单。 反弯点位置：上部0.5H，底层0.7H。

84 3.3.3 框架结构位移验算 位移计算是框架结构抗震计算的一个重要方面。前已述及，框架结构的构件尺寸往往决定于结构的侧移变形要求。
框架结构位移验算 位移计算是框架结构抗震计算的一个重要方面。前已述及，框架结构的构件尺寸往往决定于结构的侧移变形要求。 按照我国《抗震规范》二阶段三水准的设计思想，框架结构应进行两方面的侧移验算： ①多遇地震作用下层间弹性位移的计算，对所有框架都应进行此项计算； ②罕遇地震下层间弹塑性位移验算。《抗震规范》规定，7～9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构应进行此项计算。

85 3.4 钢筋混凝土框架结构构件设计 框架结构抗震设计的正确指导思想 1）框架塑性效应较多地发生在梁端，底层柱的塑性效应 较晚形成；——强柱弱梁 2）梁柱在弯曲破坏前，避免发生其它形式破坏，如剪切破坏、粘结破坏等；——强剪弱弯 3）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力；——更强的节点 4）重视非结构构件设计。

86 3.4.1 框架梁截面设计 框架结构的合理屈服机制是在梁上出现塑性铰。 对框架梁端抗震设计的基本要求：
框架梁截面设计 框架结构的合理屈服机制是在梁上出现塑性铰。 对框架梁端抗震设计的基本要求： ①梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力(强 剪弱弯) ——设计剪力的取值； ②梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性 和耗能能力——延性设计问题； ③妥善地解决梁筋锚固问题（强锚固）。

87 提高梁延性的措施 试验和理论分析表明，影响梁截面延性的主要因素有： 梁的截面尺寸、纵向钢筋配筋率、剪压比、配箍率、钢筋和混凝土的强度等级等。
设计中要很好的处理这几方面，以实现梁截面的延性设计。

88 框架柱截面设计 柱是框架结构中最主要的承重构件，做为偏压构件，其截面变形能力远不如以弯曲作用为主的梁。要使框架结构具有较好的抗震性能，应该确保柱有足够的承载力和必要的延性。为此，柱的设计应遵循以下设计原则： ①强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰； ②在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力； ③控制柱的轴压比不要太大； ④加强约束，配置必要的约束箍筋。

89 1、强柱弱梁设计 “强柱弱梁”的概念要求在强烈地震作用下，结构发生较大侧移进入非弹性阶段时，为使框架保持足够的竖向承载能力而免于倒塌，要求实现梁铰侧移机构，即塑性铰应首先在梁上形成，尽可能避免在破坏后在危害更大的柱上出现塑性铰。 为此，就承载力而言，要求同一节点上、下柱端截面极限抗弯承载力之和应大于同一平面内节点左、右梁端截面的极限抗弯承载力之和。

90 2、强剪弱弯——在弯曲破坏之前不发生剪切破坏
剪压比限值：柱截面尺寸不能太小 柱斜截面受剪承载力 试验证明，在反复荷载下，框架柱的斜截面破坏，有斜拉、斜压和剪压等几种破坏形态。当配箍率能满足一定要求时，可防止斜拉破坏；当截面尺寸满足一定要求时，可防止斜压破坏。而对于剪压破坏，应通过配筋计算来防止。

91 3、控制柱轴压比 轴压比：柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比 轴压比是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。 轴压比越大，柱子的延性越差。柱子的破坏形态也随轴压比的增大，由大偏心破坏向小偏心破坏过渡。抗震结构要求柱子有足够的延性且为大偏心破坏，故控制轴压比的限值。

92 柱轴压比不应超过下表，但Ⅳ类场地上的较高高层建筑柱轴压比限值应适当减小。
规范规定： 柱轴压比不应超过下表，但Ⅳ类场地上的较高高层建筑柱轴压比限值应适当减小。 柱轴压比限制 0.90 0.95 — 0.80 0.85 0.7 0.70 0.75 0.6 框架 框架-剪力墙 框支柱 三 二 一 结构类型 抗震等级

93 4、加强柱端约束 加密箍筋可以： （1）承担柱子剪力； （2）约束混凝土，改善混凝土的变形性能，提高构件的延性； （3）防止混凝土过早地压溃及防止纵向钢筋的压曲失稳。 加密位置、箍筋直径、箍筋间距等应符合规范规定。