建筑结构抗震基本知识

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1、第五篇 建筑结构抗震基本知识（理论讲解，不需要用项目引入）（共计 8学时， 字数 0.5万，苏晓春编写）12 建筑结构抗震基本知识（不包含*章节，共计 2学时）12.1 地震基本知识（2 学时）*12.2 钢筋混凝土房屋的抗震措施（2学时）*12.3 砌体房屋的防震措施（2学时）第五篇 建筑结构抗震基本知识*12.4 单层钢筋混凝土柱厂房的抗震措施（2学时）12 建筑结构抗震基本知识12.1 地震基本知识强烈地震是世界最严重的自然灾害之一，它在极短的时间内造成惨重的人员伤亡和巨大 的财产损失。一次又一次的地震灾难及教训，警示人们：防震减灾任重道远，刻不容缓！为 了最大限度地减轻地震灾害，搞好新

2、建工程的抗震设计是一项重要的根本的减灾措施。本章 扼要介绍地震及房屋建筑抗震设防的基本知识。一、地震及其破坏作用1. 地震的成因和类型 地震俗称地动，是一种具有突发性的自然现象。地震按其发生的原因，主要有火山地震、 陷落地震、人工诱发地震以及构造地震。构造地震破坏作用大，影响范围广是房屋建筑抗震 研究的主要对象。在建筑抗震设计中，所指的地震是由于地壳构造运动（岩层构造状态的变 动）使岩层发生断裂、错动而引起的地面振动，这种地面振动称为构造地震，简称地震。 地壳深处发生岩层断裂、错动的地方称为震源。震源正上方的地面称为震中。震中附近地面 运动最激烈，也是破坏最严重的地区，叫震中区或极震区。地面上

3、某处到震源的距离叫震源 距。震源至地面的距离称为震源深度。一般把震源深度小于60Km的地震称为浅源地震;60 300Km称为中源地震；大于300Km成为深源地震。中国发生的绝大部分地震均属于浅源地 震。地震引起的振动以波的形式从震源向四周传播，这种波就称为地震波。地震波按其在地 壳传播的位置不同，分为体波和面波。体波是在地球内部由震源向四周传播的波，分为纵波（P波）和横波（S波）。纵波（P 波）是由震源向四周传播的压缩波，介质质点的振动方向与波的传播方向一致，引起地面垂 直振动，周期短、振幅小、波速快。横波（S波）传播的是由震源向四周传播的剪切波，介 质质点的振动方向与波的传播方向垂直，引起地

4、面水平振动，周期长、振幅大、波速慢。 面波是体波经地层界面多次放射、折射形成的次生波。面波的质点振动方向比较复杂，既引 起地面水平振动又引起地面垂直振动。当地震发生时，纵波首先到达，使房屋产生上下颠簸， 接着横波到达，使范围产生水平摇晃，一般是当面波和横波都到达时，房屋振动最为激烈。2. 地震的破坏作用（1）地表的破坏现象 地裂缝在强烈地震作用下，常常在地面产生裂缝，根据产生的机理，可分为重力地裂缝和构造 地裂缝两种。重力地裂缝是由于地面作剧烈震动而引起的惯性力超过了土的抗剪强度所致。 构造地裂缝与地质构造有关，是地壳深部断层错动延伸至地面的裂缝。 喷砂冒水在地下水位较高的平原及沿海地区，地下

5、存在埋深较浅的细砂或粉土层时地震发生时， 强烈震动使地下水压力急剧增高，使饱和的细砂或粉土颗粒处于悬浮状态，造成这部分土体 液化，从地裂缝或土质松软的地方冒出地面，形成喷砂冒水现象。严重的地方可造成房屋下 沉、倾斜、开裂甚至倒塌。 地面下沉 在强烈的地震作用下，在回填土和孔隙较大粘性土等松软而压缩性较高的土层中，往往 发生震陷，使建筑物破坏。此外，在岩溶洞和采空区也常发生震陷。 滑坡、坍方 在强烈的地震下，常引起河岸、陡坡滑坡，有时规模很大，造成公路堵塞、岸边建筑物破坏。（2）建筑物破坏结构丧失整体性 建筑物一般都由许多构件组成，在地震作用下因构件连接不牢、支撑长度不够或作为支座的墙体倒塌、柱

6、断裂，都会引起结丧失整体性而破坏。 承重结构承载力不足而引起的破坏作为结构主要承重的构件，墙、柱、梁等由于其强度不足，在地震发生时首先破坏，不 能继续承受重力荷载从而造成房屋倒塌。地基失效 当建筑物建在软弱的地基土上或建在液化的地基土上，而又未进行特殊处理，在地震发生时地基土的抗剪承载力不能抵抗重力的继续作用，从而造成房屋的局部倾斜或不均匀下 沉。（3）次生灾害 地震除直接造成建筑物破坏外，还会引起火灾、水灾、爆炸、细菌蔓延、有毒物质污染 和海啸等次生灾害，尤其在大城市，由次生灾害造成的损失有时比地震直接产生的灾害造成 的损失还要大。例如，1923 年，日本东京大地震，诱发了火灾，震倒得房屋1

7、3万栋，而烧 毁的房屋达 45 万栋，死亡人数 10 万余人，其中被地震震倒的房屋压死的不过数千人。二、震级与烈度1. 震级地震的震级是衡量一次地震大小的等级，用符号M表示。震级的原始定义是：在离震 中100KM处的坚硬地面上，由标准地震仪（摆的自振周期为0.8s，阻尼为0.8,放大倍数为 2800倍）所记录的最大水平位移A（单位为卩m）的常用对数值，用公式表示为M=lgA（12.1.1）因为这个震级的定义是1953年里希特所给出的，故称为里氏震级。震级的大小直接与震源释放的能量大小有关，震级M与地震释放能量E （单位为erg）之间 有如下关系：lgE=1.5M+11.8（12.1.2）由式（

8、12.1.1）可知，当震级相差1 级时，地面振幅相差10倍。由（12.1.2）可知，震 级相差1 级，能量相差32倍。一般认为，MV2的地震称为微震，人们感觉不到；M=24的地震称为有感地震；M5 的地震称为破坏性地震，建筑物有不同程度的破坏；M=78的地震称为强烈地震或大地震； M8的地震称为特大地震。2. 地震烈度地震烈度指地震时某一地点震动的强烈程度，用符号I表示。 对于一次地震，表示地震大小的震级只有一个，但它对不同的地点影响程度是不一样的， 一般来说，离震中越远，受到的影响就越小，烈度也就越低。对于一次地震的影响，随震中 距的不同，可划分为不同的烈度区。三、抗震设防烈度1设防依据 一

9、个地区的基本烈度是指该地区今后一定时间内（一般指50年），在一般场地条件下可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度值。 抗震设防烈度是指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。 一般情况下，抗震设防烈度可采用地震基本烈度值，即建筑抗震设计规范（GB 500112001 ）中的附录A规定的我国主要城镇抗震设防烈度。2. 建筑物重要性分类 从抗震防灾的角度，根据建筑物使用功能的重要性，按其受地震破坏时产生的后果严重程度，国家标准建筑抗震设计规范（GB50011主2001）（以下简称为抗震规范），将建 筑物分为甲、乙、丙、丁四类。具体划分按国家标准建筑抗震设防分类标准 GB50223的规

10、定采用。3. 抗震设防标准 所谓建筑抗震设防是对建筑物进行抗震设计，包括地震作用、抗震承载力计算和采取抗 震措施，以达到抗震的效果。建筑物的抗震设防标准是衡量抗震设防要求的尺度，它是指各类工程按照规定的可靠性 要求和技术经济水平所统一确定的抗震技术要求。它的依据是抗震设防烈度。抗震设防标准 应符合表1.1 的规定。建筑抗震设防分类设防分类甲类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地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑丙类除甲、乙、丁类以外的一般建筑丁类抗震次要建筑地 震 作 用甲类按地震安全性评价结果确定乙类应符合本地区抗震设防烈度要求丙类应符合本地区抗震设防烈度要求丁类一般情况下

11、仍应符合本地区抗震设防烈度的要求抗* 震 措 施甲类当抗震设防烈度为68度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要 求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更咼的要求乙类一般情况下，当抗震设防烈度为68度时，应符合本地区抗震设防烈 度提咼一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更咼的要求， 对较小的乙类建筑*，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允 许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施丙类应符合本地区抗震设防烈度要求丁类应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6 度时不应降低注：1、抗震措施指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

12、造措施指一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。2、较小的乙类建筑指工矿企业的变电所、变压站、水泵房以及城市供水水源的泵房等 当为丙类建筑时，一般可采用砖混结构，当为乙类建筑时，若改用钢筋混凝土结构或钢结构， 则可按本地区设防烈度的规定采取抗震措施。抗震设防烈度为6 度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不作地震作用计 算。4. 抗震设防目标 抗震规范规定以“三个水准”来表达抗震设防目标，即“小震不坏，中震可修，大 震不倒”。第一水准：当遭受到多遇的低于本地区设防烈度的地震（小震）影响时，建筑一般应不 受损坏或不需修理仍能继续使用。第二水准：当遭受本地区设防烈度的地震

13、（中震）影响时，建筑可能有一定的损坏，经 一般修理和不需修理仍能继续使用。第三水准：当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震（大震）影响时，不致倒塌或发生不 危及生命的严重破坏。四、抗震设计的基本要求1. 抗震概念设计的重要性抗震设计主要包括三个方面：概念设计、计算设计和构造设计。由于地震是随机的，具 有不确定性和复杂性，单靠“数值设计”很难有效地控制结构的抗震性能。结构的抗震性能 取决于良好的“概念设计”。所谓概念设计是指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。2. 抗震设计的基本要求（1）场地选择建筑场地的地段类别应按下表划分为建筑抗

14、震有利、不利和危险的地段。各类地段的划分地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩坚硬十或开阔平坦、密实均匀的中硬性十等不利地段软弱土、液化土、条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡边 缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如古河道、断层破碎带、暗埋 的塘滨沟谷及半挖半填地基）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 错的部位选择建筑场地时应选择有利地段、避开不利地段、不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。（2）选择对抗震有利的建筑平面和立面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。 建筑及其抗侧力结构平

15、面布置宜均匀、对称，并具有良好的整体性；建筑的立面和剖面 宜规则，抗侧力结构的侧向刚度和承载力宜均匀。不规则的建筑结构（包括平面不规则和立面不规则两种），应按规范要求进行水平地震 作用计算和内力调整，并对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。体型复杂、平、立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝。将 结构分成规则的结构单元。缝宽按规定要求，其两侧结构应完全分开。其它变形缝均应符合 抗震缝的要求。12.2钢筋混凝土房屋抗震构造措施抗震设计一般规定1. 钢筋混凝土房屋适用的最大高度及高宽比限值 现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度，甲类建筑应进行专门研究；乙类、丙类建筑可按附表 采用，但平面和竖向均不规则的结构或建造于W类场地的结构，适用的最大高度一般应降低 20%左右。超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。 结构高宽比系指房屋高度与结构平面最小投影宽度的比值。高层建筑的高宽比不宜超过下表 的限值，当超过时，结构设计应有可靠依据，并采取有效措施。现浇钢筋混凝土房屋高宽比限值结构类型设防烈度6度7度8度9度框架结构4432框架-抗震墙结构5543注： “抗震墙”即剪力墙。2.现