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1、工程结构抗震设计主讲教师：尹红宇 18921881346 土木学院4.1 选择抗震有利的建筑场地、地段和地基4.2 设计有利的房屋抗震体型、进行合理的结构布置4.3 选择合理的结构材料4.4 提高结构抗震性能的措施4.5 控制结构变形，确保结构的整体性4.6 减轻房屋自重和妥善处理非结构构件第4章 结构抗震概念设计工程结构抗震设计-结构抗震计算v 建筑抗震概念设计建筑抗震设计包括三个层次的内容与要求：概念设计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抗震计算通过地震作用的计算进行结构的抗震验算 构造措施在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等
2、意义上保证抗震计算结果的有效性 建筑抗震概念设计在总体上要求把握的基本原则 : 注意场地选择，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“ “重灾区里有轻灾，轻灾区里由重灾重灾区里有轻灾，轻灾区里由重灾” ”1 1、地震破坏作用、地震破坏作用从破坏性质和工程对策角度，地震对结构的破坏作用可 分为两种类型：场地、地基的破坏作用和场地的震动作用。场地和地基的破坏作用场地和地基的破坏作用一般是指造成建筑破坏的直接原 因是由于场地和地基稳定性引起的。场地和地基的破坏作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。地面破裂、滑坡、坍塌等。这种破坏作用一般是通过场地选择和地基处理来减轻地通过场地选择和地基
3、处理来减轻地 震灾害的。震灾害的。场地的地震动作用场地的地震动作用是指由于强烈地面运动引起地面建筑 振动而产生的破坏作用。减轻它所产生的地震灾害的主要途径是合理的进行抗震和 减震设计和采取减震措施。4.1 选择抗震有利的建筑场地、地段和地基映秀镇处于龙 门 山中央主断 裂带之 上，是 此次地震的震 中位置，其地 震影响 烈度高 达11度，区域 范围内的房屋 建筑遭 受毁灭 性破坏。汶川地震，山体滑坡形成唐 家山堰塞湖 砂土液化、软土震砂土液化、软土震陷等引起地基承载陷等引起地基承载力丧失，导致房屋力丧失，导致房屋整体倾斜或倒塌整体倾斜或倒塌1.选择有利地段； 2.避开不利地段，当无法避开时，应
4、采取适当的 抗震措施； 3.不在危险地段建设。 4.4.考虑孤山效应，局部突出地形的影响考虑孤山效应，局部突出地形的影响 1994年云南昭通地震，芦家湾某 村坐落于山梁上，山梁长150m， 顶部最宽15m，最窄5m，高60m.距 震中18km。突出端部的最大加速度为0.632g, 鞍部为0.257g，大山根部为 0.431g。烈度为烈度为9 9度度烈度为烈度为8 8度度烈度为烈度为7 7度度4.1 选择抗震有利的建筑场地、地段和地基2 2、地段选择、地段选择 选择有利地段对于危险地段，强调“严禁建造甲、乙类的建 筑，不应建造丙类的建筑”。地段 类别地质、地形、地貌有利 地段稳定基岩，坚硬土、开
5、阔、平坦、密实、均匀 的中硬土等 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 避让主断裂带,最小避让距离:建造烈 度建筑抗震设防类别 甲乙丙丁 8专门研 究200m100m9专门研 究400m200m 液化判别和处理:6度乙类建筑：按照7度要求判别处理 考虑孤山效应宁夏海源地 震，位于渭河谷地的姚庄，
6、烈度为7度；而相距仅两公里的牛家山庄，因位于高出百米的突出的黄土梁上， 烈度竟高达9度。1966年云南东川地震，位于河谷较平坦地带的新村，烈度为8度；而邻近一个孤立山包顶部的矽肺病疗养院，从其严重 破坏程度来评定，烈度不 低于9度。海城地震，在大石桥盘龙山高差58m的两个测点上收到的强余震加速度记录表明，孤突地形上的 地面最大加速度，比坡 脚平地上的加速度平均大了 1.84倍。2008年汶川地震中，陕西省宁强县高台小学，由于位于近20米高的孤立的土台之上，地震时其破坏程度明显大于附近 的平坦地带。 抗规4.1.8条：建造于“条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石和强风化岩石的陡坡、河岸和边坡边
7、缘等不利地段的建筑结构，地震作用应乘以增大系数1.1 1.6”。该增大系数的取值，与突出地形的高度、平均坡降角度以及建筑场地至台地边缘的距离有关，参见抗震规范4.1.8条的条文说明。4.1 选择抗震有利的建筑场地、地段和地基 选择薄的场地覆盖层 选择坚实的场地土 避免共振 采取基础隔振或消能减震措施3 3、选择有利的建筑场地、选择有利的建筑场地 液化地基地基失效、不均匀沉陷、滑坡等 （7-9度，6度不考虑液化） 软土地基震陷、不均匀沉陷等（7-9度；8 、9度明显） 严重不均匀地基不均匀沉陷等（6-9度） 新填土及其它不稳定地基不均匀沉陷、滑 移等（7-9度）抗震规范规定，地基为软弱黏性土、液
8、化土、新近填土或严重不均匀土时，应根据地震时地基不均匀沉降和其他不利影响，采取相应的措施。4.1 选择抗震有利的建筑场地、地段和地基4 4、不利地基震害、不利地基震害5、场地土的液化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。地表出现喷砂冒水地表出现喷砂冒水 液化的震害：液化的震害：喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路
9、基； 沿河岸出现裂缝、滑移，造成桥梁破坏，等等。4.1 选择抗震有利的建筑场地、地段和地基1)1)液化使建筑物产生下列液化使建筑物产生下列震害震害：1.地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜；2.不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁板等水平构件及其节点破坏，使墙体开裂和建筑物体形变化处开裂；3.室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉。2)2)影响场地土液化的主要影响场地土液化的主要因素因素：1.土层的地质年代；2.土层的土粒的组成和密实程度；3.砂土层埋置深度和地下水位深度；4.地震烈度和地震持续时间。v初步判别 v标贯判别 N63.5=3)3)3)液化判别和危害性估计方法液化判别和危害
10、性估计方法对一般工程项目砂土或粉土液化判别及危害程度估 计可按以下步骤进行：液化地基的初步判别 v地质年代: 第四纪晚更新世（Q3）及以前时，7、8度可判为不液化； v粉土粘粒（粒径2时，在du 、 dw中减去（db-2) 后再查图确定。查液化土特征深度表例1 图示为某场地地基剖面图 上 覆非液化土层厚度du=5.5m，其下为砂 土，地下水位深度为dw=6m.基础埋深 db=2m,该场地为8度区。确定是否考 虑液化影响。 解：按判别式确定9m9m8m8m7m7m砂土砂土8m8m7m7m6m6m粉土粉土9 98 87 7烈度饱和土 类别需要考虑液化影响。dw=6mdu=5.5mdb=2m例1 图
11、示为某场地地基剖面图上覆非液 化土层厚度du=5.5m，其下为砂土，地下 水位深度为dw=6m.基础埋深db=2m,该场地 为8度区。确定是否考虑液化影响。解：按土层液化判别图确定需要考虑液化影响。dw=6mdu=5.5mdb=2m1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区砂土7度8度9度du=5.5mdw=6m查液化土特征深度表解：按判别式确定9m9m8m8m7m7m砂土砂土8m8m7m7m6m6m粉土粉土9 98 87 7烈度烈度饱和土饱和土 类别类别不满足判别式，需要进一步判别是否考虑液化影响。例2 图示为某场地地基剖面图上覆
12、 非液化土层厚度du=5.5m其下为沙 土，地下水位深度为dw=6m.基础埋 深db=2.5m,该场地为8度区。确定 是否考虑液化影响。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m例2 图示为某场地地基剖面图上覆非液 化土层厚度du=5.5m，其下为沙土，地下 水位深度为dw=6m.基础埋深db=2.5m,该场 地为8度区。确定是否考虑液化影响。解：按土层液化判别图确定需要进一步判别是 否考虑液化影响。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区砂土7度8度9度4）液化场地危害性分析 衡量指标液化指数b
13、ackback由液化指数，按下表确定液化等级判别深度判别深度20m20m时的液化指标时的液化指标判别深度判别深度15m15m时的液化指标时的液化指标严重严重中等中等轻微轻微液化等级液化等级液化等级与相应的震害液化等级液化等级 地面喷水冒砂情况地面喷水冒砂情况 对建筑物的危害情况对建筑物的危害情况轻微轻微地面无喷水冒砂，或仅在洼地、地面无喷水冒砂，或仅在洼地、 诃边有零星的喷水冒砂点诃边有零星的喷水冒砂点危害性小，一般不致引起明显的震害危害性小，一般不致引起明显的震害中等中等喷水冒砂可能性大，从轻微到严喷水冒砂可能性大，从轻微到严 重均有，多数属中等重均有，多数属中等危害性较大，可造成不均匀沉陷
14、和开裂，危害性较大，可造成不均匀沉陷和开裂， 有时不均匀沉陷可达有时不均匀沉陷可达200mm200mm严重严重一般喷水冒砂都很严重，地面变一般喷水冒砂都很严重，地面变 形很明显形很明显危害性大，不均匀沉陷可能大于危害性大，不均匀沉陷可能大于200mm200mm， 高重心结构可能产生不允许的倾斜高重心结构可能产生不允许的倾斜5 5、抗液化措施及选择、抗液化措施及选择地基和上部结构处理，或地基和上部结构处理，或 其它经济的措施其它经济的措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施丁类丁类全部消除液化沉陷，或部全部消除液化沉陷，或部 分消除液化沉陷且对地基分消除液化沉陷且对地基 和上部结构处
15、理和上部结构处理基础和上部结构处理，或更高要求基础和上部结构处理，或更高要求 的措施的措施基础和上部结构处理，基础和上部结构处理， 亦可不采取措施亦可不采取措施丙类丙类全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消除液全部消除液化沉陷，或部分消除液 化沉陷且对地基和上部结构处理化沉陷且对地基和上部结构处理部分消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷，或 对地基和上部结构处理对地基和上部结构处理乙类乙类严重严重中等中等轻微轻微地基的液化等级地基的液化等级建筑建筑 类别类别探明液化土层的深度与厚度，计算液化指数ILE，按ILE划分液化等级，然后根据建筑物重要性、液化等级采用相应的抗液化措施工程
16、结构抗震设计-结构抗震计算一、把握建筑体型建筑物平、立面布置的基本原则：结构对称 有利于减轻结构的地震扭转效应 形状规则 在地震时应力集中现象较少，有利于抗震质量与刚度变化均匀 平面内使结构刚度中心与质量中心相一致，避免扭转效应高度方向均匀变化，避免薄弱层，减小变形集中、鞭梢效应对称、规则、质量与刚度变化均匀4.2 有利的抗震体型、合理的结构布置29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4.2 有利的抗震体型、合理的结构布置301）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
