地震工程学精.ppt

全国注册结构工程师继续教育必修课之五 建筑震害与设计对策建筑震害与设计对策第一章 地震基础知识第二章 建筑结构抗震设计 基础概念第三章 多层砌体房屋 震害与设计对策第四章 多层和高层混凝土房屋 灾害与设计对策1.第一章 地震基本知识v1.1地球的构造v地球是一个平均半径为6400km的椭球体。其最外面一层是地壳，平均厚度30km，包括表面沉积层，花岗岩层和玄武岩层；地球中间一层是地幔，厚度2900km，主要有橄榄岩组成；最里面的地核为半径3500km的球体，主要构造物质为铁镍，据推测，其外核（厚2100km）为液态，内核可能为固态。地球的平均重度为5.5g/cm3。2.地壳和地幔的界面称为莫霍面（M界面），在此处地震波速不连续（由7.5km/s突然增大到8.08.2km/s);地幔和地核的界面称为古登堡面（G界面），在此处地震波速明显变小（由13.3km/s下降到8.1km/s)。在距地幔顶部60250km处存在地震波低速度层，说明该处岩石处于熔融状态，在板块学说中称之为软流层。3.v 1.2.1 地震的类型v按成因：构造地震、火山地震、冲击地震（陷落地震）和诱发地震。以构造地震数量多、分布广、震级也大。v按震中距：地方震（100km)、近震（100 1000km）和远震（1000km）。按震级M：小地震（M3)、有感地震(3M4.5）、中强地震（4.5M6）、强烈地震（6 M 7）、大地震（7 M8）和特大地震（M8）共6个级别。按震源深度h：浅源地震（h 60km）、中源地震（60km h 300km）、和深源地震（300km h700km）1.2 地震的成因与类型4.1.2.2地震的成因v 1.宏观背景板块学说v 地壳和地幔顶部厚约70100km的岩石组成了全球岩石圈，分为6大板块（参见书中图1-4）：欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印澳板块和南极板块。由于岩石圈下部软流层的作用，太平洋板块以每年410cm的速度向西移动，在日本东岸深海沟一带向下俯冲；印澳板块以每年56cm的速度向北移动；同时，欧亚板块又从欧洲受到向东的推力。形成世界范围内的地震带。5.v2.板内地震的产生断块观点v 全球岩石圈的形成和发展并不是整齐划一的。不同年代的地质构造运动，使岩石圈断裂分割为大小不等、深浅不一、发展历史不同的断裂块体。我国则分为9个断块构造分区，以桑干期（24亿年）构造分区最为古老，喜马拉雅期（0.260.65亿年）构造分区最为年轻。断块构造区形成板内地震带。6.v3.地震成因的局部机制弹性回跳说地壳由弹性的，有断层的岩石组成；地壳运动产生的能量以弹性应变能的形成在断层及其附近岩石中长期积累；当弹性应变能积累及岩石变形达到一定程度时，断层上某一点两侧的岩体发生相对位移，地震发生，断层上长期积累的弹性应变能突然释放；地震后岩体又重新恢复到没有变形的状态。7.v4.弹性回跳学说的改进粘滑说v弹性回跳说认为，断层发生错动时，把积累的应变能全部释放。粘滑说则提出，每一次断层发生错动时只释放了积累的总应变能的一小部分，而剩余部分则为断层面上很高的动摩擦力所平衡。地震后，断层两侧仍有摩擦力使之固结，并可以再积累而发生较大的地震。此观点能较好地解释下一节的地震序列。8.地震序列：按时间顺序排列的同一地质构造区内发生的一系列地震的大小（见书中图1-3）v1.主震型v 主震震级突出，主震释放的地震能量占全序列的90%95%；又可分为有明显前震和无明显前震两种情况；最大余震与主震的震级差的平均值为1.11.8。v2.震群型 没有突出的主震，最大地震在全序列中所占能量比例小于80%，此型地震活动的持续时间长。v3.孤立型（单发性地震）前震和余震都很少 1.3 地震序列9.v1.地震活动期和平静期v我国华北、华南地区每个地震活动期持续一、二百年，然后是大约一百年的平静期；而新疆、西藏中部地区的每个地震活动期持续50年左右，然后是20、30年的平静期。在每个地震活动期内又可出现地震更为集中的时间段，称为地震活动幕。1.4 地震分布10.v2.世界地震构造系统a)环太平洋地震带 地震活动性最强，频度高，能量大，震源较下面几个地震带为深，释放的能量占全球地震释放总能量的75%以上。b)地中海南亚地震带 地震活动性仅次于环太平洋地震带，以浅源地震为主，释放的能量占全球地震释放能量的15%20%。c)海岭地震带d)频度低，震源浅，能量小。d)大陆裂谷地震带e)地震活动较强，均为浅源地震。11.v3.我国的地震活动情况12.v我国可划分为10个地震区、23个地震亚区和30个地震带。概括地说：南海、东北地震强度小，频度低;华南中强地震活动，频度较低，但东南沿海强度较大；华北，台湾，青海高原和新疆地震强度大，频度高。13.14.1.5 地震波与传播v地震波体波（由震源发出的波）面波（体波经界面多次反射、折射而成）纵波（压缩波或P波）横波（剪切波或S波）瑞雷波（R波）乐夫波（L波）瑞雷波传播时，质点在波的传播方向和地表面法向组成的平面内做与波前进方向相反的椭圆运动。15.v乐夫波传播时，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。Vp=VsVsVL Vp=56km/s P波、S波、L波的速度与震幅16.v1.6.1 震级震级是地震发生强度的一种度量。1935年里克特首先提出：M=lgA A震中距为1000km处地震仪的最大振幅（m)震级与能量的关系:lgE=1.5M+11.8E地震释放的能量（erg)由以上两式可以看出，震级每增加1级，振幅增大10倍，而能量增大30余倍。1.6 地震震级、震源与震中17.v地方震级（近震震级）ML,测定近震的短周期震动，适用于26级地震标度：ML=lgAM-R()+Cs AM近震记录上的两个水平分量最大振幅的算术平均值；R()起称函数；Cs台站校整值。面波震级MS，测定远震的长周期震动，适用于48级地震标度：MS=lg()max+()+CS A两个水平分向地动位移的矢量和；MS为通常媒体报道的里氏震级。18.v体波震级MB,测定短周期深源地震：MS=1.59MB4由于上述标定方法的局限性，由地震波频谱组成等因素的影响，同一地震在不同地震确定的震级差别可达0.5级。短震级Mw,为克服地震波谱组成影响和震级饱和而提出：Mw=lg M010.7M0 地震矩，由地震波谱或经验关系确定。19.1.6.2 震源与震中v震源：地震（岩层错断）发生的位置。v震中：震源在地表的投影位置。v震源距：地面上某一点到震源的距离。v震中距：地面上某一点到震中的距离。v大多数地震的震源深度为520km，震源深度超过100km的地震不致引起地面灾害，观测到最深的地震震源深度为700km。20.21.22.23.1.7 地震烈度v地震烈度：表示地震对地表及工程建筑物影响的强弱程度。对应一次地震，震级只有一个，而由于震中距地质条件等的差别，不同地点的地震烈度也不同。v1.地震烈度表 地震烈度表：用以描叙不同地震烈度的表格。当前采用的地震烈度表：中国地震烈度表（GB/T177421999）。24.主要依据人的感觉（15度）一般房屋震害情况（610度）其他记录（11、12度）参考物的指标：峰值加速度、峰值速度（610度）2.烈度定量我国抗震规范采用：设计基本地震加速度（地震影响系数最大值）以及设计特征周期。25.26.v1976年和1990年我国颁发了两版中国地震烈度区划图。v2001年颁发了国家标准中国地震烈度区划图（GB183062001），给出了各地区50年超越概率为10%的地震动参数：地震动峰值加速度分区图和地震动反应谱特征周期分区图。3.烈度区划和地震动参数区划27.v4.烈度和震级的关系v震中烈度与震级的关系：M=1+0 M=1.5+0.58 0地震烈度的衰减关系：=a+bMclg(R+R0)R场地到震源的距离；R0与震源深度有关的常数；a、b、c回归常数。M=8.00=10.50=11.2M=8.028.1.8 地震灾害v1.8.1地震引起的地表变化1.地裂缝构造性地裂：由地下断层的错动连带地面的岩层发生 相对位移而形成。重力型地裂：结构不均匀土质、不稳定的土坡及液化土层在地震作用下形成的。29.30.v2.滑坡塌方31.32.v3.喷砂冒水v无粘性土（沙土和粉土）的抗剪强度：f=(-u）tan 剪切面上总法向压应力；u空隙水压力；土的内摩擦角。33.34.v4.海啸35.v1.8.2 工程破坏1.房屋建筑破坏 承载力不足引起的破坏 36.连接不牢引起的破坏 37.地基失效引起的破话 38.2.桥梁破坏 39.3.铁路破坏 40.4.生命线工程破坏 41.1.8.3 次生灾害 42.43.1.9建筑震害的程度划分44.第二章 建筑结构抗震设计基本概念v2.1建筑抗震设计思想v1.非抗震建筑结构v结构在预期荷载作用下保持或基本保持在弹性工作状态。设计使结构具有足够的强度，保证安全性；又要使结构具有足够的刚度等正常使用性能。v2.地震作用的特点v相对于结构自重、风、雪等荷载，地震动出现次数少，作用时间短，各次地震的强度差异大。若要求在各种强度的地震影响下结构仍保持弹性状态是不经济的，甚至是不可能的。45.v3.抗震设计基本思想抗震设防目标v 当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理仍可继续使用，当遭受高于本地区抗震设防烈度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。46.v1.三水准设防目标的概括及两阶段设计v三水准设防目标可概括为“小震不坏，中震可修，大震不倒。”书中图2-147.v三水准设防目标通过“两阶段设计”来实现。v第一阶段设计：进行第一水准烈度下的结构构件截面设计和验算结构的弹性层间位移角，以满足“小震不坏”；在此基础上，听过构造措施，保证结构的延性，以满足“中震可修”。v第二阶段设计：验算第三水准烈度下的结构薄弱部位的弹塑性层间位移角，以满足“大震不倒”。48.v2.三个水准烈度第一水准：多遇烈度（众值烈度）50年 超越概率63.2%50年一遇第二水准：基本烈度 50年超越概率10%474年一遇第三水准：罕遇烈度 50年超越概率23%16002500年一遇49.50.v2.2.1房屋建筑地震破坏的直接原因v1.地震引起强烈的地面变形v2.地震引起地基失效v3建筑结构的地震反应超出其承受能力v总结震害经验以改进建筑抗震设计技术2.2建筑地震灾害及其启示51.v2.2.2 历次地震房屋建筑震害概说v1.1906年美国旧金山地震v 地震发生于1906年4月18日，8.3级，震中烈度10度。当时尚无钢筋混凝土建筑。型钢骨架砖填充墙的高层建筑普遍出现非结构破坏，墙体开口部分之间有”x”裂缝或水平裂缝，位置大致在建筑高度的2/3处。52.v 这次地震突出的经验教训：因房屋倒塌，引起水灾，且自来水管道破裂，消防系统失灵，大火持续了三天三夜。此后，人们开始重视地震区房屋建筑的耐震、耐火等问题，提出在地震区应推广钢筋混凝土结构。53.v 2.1957年墨西哥地震v 1957年10月28日在墨西哥城南部发生7.6级地震，墨西哥城最大加速度0.050.1g。地震区分山区、过渡区和湖泊区，山区破坏轻，湖泊区破坏严重。v 该市55座8层以上建筑，有11座钢筋混凝土框架遭到破坏。特点是5层以上震害严重，未与骨架联接的填充墙、隔墙出现明显裂缝，而框架结构的裂缝与相邻建筑物的碰撞有关。54.v 3.1960年5月21日智利南部地震v 为有记录以来最大地震，有十次超过7级，三次超过8级，主震级8.9级（一说9.5级）。智利1940年制定抗震规范，起到了提高房屋抗震能力的作用。v 经验教训：钢筋混凝土剪力墙的抗震性能经受了考验。L形、T形平面建筑发生扭转破坏。局部应力集中会导致破坏。不同类型的场地土对上部结构影响不同，对高层建筑需充分考虑场地卓越周期问题。55.v4.1963年南斯拉夫科普里市地震v 震级6级，震中烈度89度，震源深度510km。v 当框架结构底层砌有砖围护墙时震害较轻；底层完全敞开的框架结构震害较重，柱子混凝土被压碎并永久性倾斜。框架剪力墙结构破坏轻，只是配筋不足、施工质量欠佳的剪力墙出现裂缝。v 经验：慎重对待柔性底层房屋；防震缝宽度不够。56.v 5.1964年美国阿拉斯加地震v 震级8.4级，震中烈度约10度，震源深度2540km，剧烈震动持续了1.54min，地震引起山崩、雪崩、滑坡和海啸。v 距震中112km的安克雷奇市按当时的美国统一建筑规范考虑抗震设防，房屋倒塌的很少，但预制结构受损严重。经验教训：v 剪力墙结构抗震性能良好。57.b)剪力墙在平面布置上偏心将导致建筑扭转破坏。c)许多框架结构主体未破坏，但填充墙裂缝严重，甚至倒塌。d)刚度性大而强度相对较低的部位或构件破坏严重，如楼梯间。e)装配式钢架混凝土结构的破坏多发生在连接节点上，主要原因是节点的强度不足或冲击韧性差。f)位于滑坡和稳定土体边界上的结构遭到严重破坏，应当避开这样的区段。g)施工质量低劣为造成震害的重要因素之一。如因为混凝土施工缝而导致破坏，对施工质量缺乏认真检查。58.59.v6.1964年日本新瀉地震v7.4级，震中烈度8度，震源深度60km，地震后的28min内发生三次海啸，淹没了市中心的大部分。v经验：刚性较大的建筑有效地抵抗地基不均匀沉降而使主体结构破坏轻微。饱和砂土地区的多层建筑应采用桩基、管桩和沉箱，以防止场地液化引起上部结构倾覆。60.61.v7.1967年委内瑞拉加拉加斯地震v6.3级，震中烈度8度，加拉加斯地面加速度0.060.08g。v当冲积层厚度大于160m时，14层以上的建筑物破坏显著加重，而基岩或薄冲积层上的高层建筑几乎未遭破坏。v经验教训：非结构构件和非抗侧力构件对结构预期预期的抗震性能影响较大。倾覆力矩的影响超过了以往的估计。如莱旅馆由于剪力墙弯曲压力而导致下部内柱破坏最重。62.证明在混凝土构件的所有侧面配置纵向钢筋是有效的。框架中的刚度突变部位是一个危险区域。对混凝土柱的要求：地震区应比非地震区严格。连接处的强度应与被连接构件相同，甚至更强。与剪力墙相连的楼板受力很大。应注意扭转作用、屋顶水箱的设计、楼梯在地震后仍能使用等问题。要考虑地震时基础和地基对上部结构的影响。63.v8.1968年日本十胜冲地震v8级，主震持续80s，水平加速度峰值0.180.28g。v从计算上，绝大多数钢筋混凝土结构在0.18g时应在弹性阶段，但震害严重，突出的是短柱剪切破坏，说明钢筋混凝土柱的抗剪设计存在问题。v震害特点：剪力墙较多的建筑几乎无震害。框剪结构是否破坏，不仅取决于剪力墙的数量，还取决于剪力墙的长度。纯框架结构：因柱子压坏而倒塌，有的虽未倒塌但柱子破坏严重；扭转效应明显。64.v9.1970年秘鲁地震v 7.8级，震源深度56km，持续45s，20万栋建筑损坏。v 土坯及砖石房屋;砖砌房屋80%倒塌或严重破坏，但砖墙中设有钢筋混凝土梁柱的混合破坏轻得多。v 钢筋混凝土框架结构：一般损坏轻微。但当底层为开敞无墙的商店时，柱端剪弯折断。v 钢框架本身无损，但在连接及次要结构上有损坏。v 经验：场地覆盖层厚时，房屋损坏严重；施工质量直接影响房屋抗震效果。65.v10.1971年美国圣费尔南多地震v6.6级，震中烈度8度强。震源很浅，造成大量地震永久变形，加重了建筑震害。v主要经验：对于框架角柱的设计应予特别的注意。要考虑倾覆力矩的影响。框架节点的设计及施工质量。必须考虑楼板、楼梯、填充墙等非结构构件的加劲作用。66.平面布置是应考虑相邻建筑物之间的不同的动力特性。防震缝若不能充分地防止变形时的碰撞，则必须考虑撞击作用。电梯的各部分应适当地固定在主体结构上。研究此次地震的意义：a)取得了200多个强度加速度记录；20层以上建筑物顶部最大加速度为底部的1.52.0倍。67.b)对于医院、消防单位以及学校、人员很多的房屋，应保证在地震时不中断使用。c)促进了抗震设计理念的跨越式发展。工程界认为，当时的美国规范已经很完善。此次地震则表明，按其设计的许多房屋发生了严重破坏。加州工程师协会在78年提出的报告中引入了结构线性动力分析方法，并尝试对抗震设计的风险水准进行量化。d)68.69.v11.1972年尼加拉瓜马那瓜地震v震级6.5级，但马那瓜70%以上的房屋倒塌。v 主要经验：避免结构布置偏心。当建筑的两个方向强度不一致时，应在薄弱的方向上采取消耗地震能量的措施。设计时应考虑三角拱支撑等对柱子受力形式改变壳体结构应加强边缘结构的抗侧力强度和刚度。结构的耗能能力和动力性能直接决定其抗震安全性。70.v12.1976年中国唐山地震v 时间：1976年7月28日凌晨3点；震级7.8级；震源深度：1216km；震中烈度11度。v 地震发生在人口稠密的城市且正值人们沉睡的时间，在当时唐山又属于不设防的6度区，地震造成的损失和人员伤亡极其严重。位于震中的路南区成了一片废墟，路北区绝大多数建筑塌毁，仅少数幸存（凤凰上以北），受波及的天津、北京也有大量建筑受损。71.v经验教训：重视地基基础的抗震措施。房屋平、立面布置应简单合理。多层砖房设置圈梁，加强内外墙拉结。房屋转角部位受力复杂。结构变形缝宽度要够用。屋顶局部突出部位破坏严重。建筑抗震设防目标要考虑在罕遇地震作用下房屋不至于倒塌伤人。72.v13.1985年墨西哥地震v主震8.1级，强余震7.5级，震源深度33km，震中距墨西哥城400km。墨西哥城很多房屋也在表层为3050km冲积层的软土地基上，建筑物倾斜、下沉（有的下沉一层）普遍，有的建筑翻倒和地桩拔出（十分罕见）。而同属墨西哥城的西部火山岩地带上的建筑的破坏要轻得多。v 此外，共振效应引起的灾害不容忽视。以912层建筑破坏比例最大，其自振周期与场地卓越周期接近。73.74.75.v14.1994年美国北岭地震v6.7级，震中距洛杉矶35km.v商业建筑特别是大型停车场破坏严重；焊接抗弯钢框架的节点出现大量裂缝。v此次地震死亡人数仅57人，但财产损失高达200多亿美元，引起了工程界对单一设防目标的反思。76.77.v15.1995年日本阪神地震v震级7.2级，震源深度17km，属城市直下型地震。v按日本1981年规范设计的高层和超高层建筑震后完好，隔振房屋表现良好，经过处理的人工回填基础上的高层建筑经受了振动和液化的考验。v老旧房屋、交通运输系统及供水系统破坏严重。v震害向现有抗震设计理论和方法提出了新的挑战（软土地基的抗震、竖向地震影响、抗震计算等）。78.79.v16.1999年台湾集集地震v 7.3级，震源深度8km，强烈的地震导致巨大的地面变形和地质破坏，震中区的建筑物破坏严重。v 经验教训：设计对应的加速度峰值230gal，而实际地震的加速度为500600gal。建筑场地：断层两侧6km地区内受损建筑占受损总数的60%；地基液化使某些地区破坏严重；盆地效应，台北（距震中150km）的场地特征周期与结构自振周期相近，导致300多栋建筑物损坏。80.因概念设计存在明显缺陷造成破坏。施工质量差及缺乏日常管理（使用中擅自拆墙、破坏梁柱、进行不当的增层和扩建等。81.82.83.84.v17.2003年阿尔及利亚地震v6.8级，震源深度约为10km,震中烈度10度，严重破坏区140km50kmv经验教训：应将城镇中私人建房纳入审批管理程序。虽然私人建房绝大部分为框架结构，但结构不合理，施工质量存在诸多问题。注意加强工程地质勘察工作。该国没有工程地质勘察技术标准。注意结构的构造措施。存在填充墙不与主体拉结、框架柱顶留施工缝、节点区无箍筋及梁柱端箍筋不加密等问题。85.v18.2008年中国汶川地震v矩震级7.9级，面波震级8.0，震中位于汶川县映秀镇（东经103.4，北纬31.0),震中烈度11度，地下破裂面从汶川县开始，以3.1km/s的平均速度传播，破裂长度约300km，破坏过程持续近120s，最大错动量9m，在震中区造成灾难性的破坏，同时引起大量山体滑坡和泥石流，冲毁许多城镇和村庄，大量的人员和房屋一起被埋没。86.87.v经验教训：20世纪80年代以来我国的抗震规范经受了大震的考验。凡是严格按照1989或2001抗震规范设计和施工的各类房屋，在遭遇到此当地设防烈度高一度的地震影响时均经受住考验，没有出现倒塌破坏。要重视抗震概念设计和构造措施。地震灾区破坏的房屋多数是由于此方面的缺陷造成的。需将城镇中私人建房纳入审批管理程序。地震中私人房屋损失很大主要问题：选址不当，结构设计部合理，施工质量不良。88.要特别加强对未成年人在地震突出事件中的保护。此次地震学校建筑倒塌的比例略低于其他房屋，但伤亡人数的比例明显大于其他房屋。同时，对中小学建筑要提高抗震设防类别。重视场地的工程抗震措施。加强工程场地的选址工作：选择有利地段；对不利地段，尽量避免，但无法避开时采取有效措施；不在危险地段建造甲、乙、丙类建筑避开危险地段。89.v2.2.3 房屋建筑震害经验与启示v1.场地地基滑坡、崩塌、泥石流、地陷、地裂与地表错位等对建筑物事灾难性的，要避免危险地段。砂土液化导致上部结构破坏或倾斜。在深度软弱冲击土层的场地上，高层建筑的破坏率显著增高尽量使建筑的基本自振周期避开场地卓越周期。90.v2.房屋平面布置平面复杂的房屋破坏率显著提高。在大底盘的高层建筑中，裙房顶面与主楼相接处的破坏加重。房屋高宽比较大且上面各层刚度很大的高层建筑，底层框架柱因地震倾覆力矩引起的巨大压力而发生剪压破坏。相邻结构单元因变形缝宽度不够而发生碰撞破坏。平面形状看似规则而结构布置不当也使震害明显加重91.v3.结构体系相对于框架体系，采用框架抗震墙体系的房屋，破坏程度较轻，有利于保护填充墙和建筑装修。采用框架结构填充墙体系的房屋，由于在钢筋混凝土框架内嵌砌体砖填充墙，柱上端容易发生剪切破坏，外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切破坏。采用板柱体系时，或因楼板冲切破坏，或因楼层侧移过大，柱顶、柱脚破坏，各层楼板坠落。92.采用底部纯框架上部砌体结构体系的房屋，由于底层柔弱，破坏十分严重；采用框架结构填充墙体系的房屋，当底层为开敞式的纯框架时，底层同样遭受严重破坏。采用单跨框架结构体系的房屋，因结构整体冗余度少，在强震作用下易发生整体倒塌。5.构件形式联肢剪力墙的连梁常发生斜裂缝或交叉裂缝。在绝大多数框架结构中，柱的破坏重于梁和板。在钢筋混凝土框架中，如同一楼层中长、短柱并用，则短柱破坏严重。93.配置螺旋箍筋的钢筋混凝土柱延性好，产生较大侧移情况下仍具有较高的竖向承载力；而配置方形箍筋的柱子则钢筋崩开，核芯区混凝土破碎脱落。v6.非结构构件填充墙的布置：平面布置不合理，导致结构扭转破坏；竖向布置不合理，产生薄弱层；局部布置不合理，产生短柱。附着于屋面的机电设备、女儿墙等，地震时易倒塌或脱落伤人，应与主体结构可靠连接，锚固。94.v2.3 工程场址的合理选择1.选择有利地段2.避免危险地段断裂及其工程影响 95.96.97.v全新世活动断裂：在全新世地质时期（1万年）内有过地震活动或近期正在活动、今后100年可能继续活动的断裂。v当不符合抗震规范4.1.7条第一款时，应按第2款规定进行避让。v但既 便是非全新世活动断裂，也不宜将建筑物跨越其中，以避免地震时因可能错动或不均匀沉降造成危害。98.山体崩塌 发现有山体崩塌、巨石滚落等潜在危险的地段，不能建房。99.边坡滑移 对于存在液化或润滑夹层的坡地，也应视为危险地段。地陷 地下煤矿的采空区（特别是废弃的浅层矿区），地震时因坑道坍塌可能导致大面积地陷，也应视为危险地段。3.慎重对待不利地段不利地段往往对应于烈度异常区。局部地形相关的不利地段100.高耸孤立的山丘条状突出的山嘴山梁的顶部条状突出的山嘴地面加速度增大土质边坡台地边坡失稳、地面加速度增大设计对策保证稳定性（新增3.3.5）将max乘以增大系数改为强条（增大系数详见4.1.8条条文说明）101.与场地土质相关的不利地段平面分布分布不均匀土层动力特性不同 不均匀沉降导致上部结构破坏液化土和软弱土 建筑物下沉或整体倾斜 地下管道破坏设计对策第3.3.4条102.v2.4 建筑和结构布置原则 房屋的抗震性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。当建筑布局奇特复杂、结构布置存在薄弱环节时，即使进行精细的分析计算，采取相应的构造加强措施，也难于达到减轻震害的预期目的。故应优先选择简单、均匀、对称、规则的建筑结构方案。规则但不对称 横向对称但不规则103.v2.4.1建筑不规则布置与震害v1.平面形状v有利于建筑抗震的平面形状：圆形、方形、矩形、正六边形、正八边形以及椭圆形、扇形。v不利于建筑抗震的平面形状：L形、T形、十字形、U形、Y形等。拐角形（有内折角形）建筑在地震下的破坏率高。104.v2.竖向体型v抗震建筑的竖向体型变化宜均匀，宜优先采用矩形、三角形、梯形等立面形状。要尽量避免过大的外挑和内收。因为立面形状的突然变化，必然导致结构质量和刚度的突然变化，地震时突变部位就会应力或塑性变形集中，从而使该部位震害加重。105.v3.房屋高度与高宽比v限制房屋高度是保证结构安全又考虑经济性的一项重要抗震措施。v而控制房屋高宽比是一个比房屋高度更需慎重考虑的问题。建筑的高度比愈大，地震作用下的侧移愈大，地震引起的倾覆作用愈严重，巨大的倾覆力矩在柱中和对基础所产生的压力和拉力比较难于处理。106.v4.毗邻建筑107.v按要求设置防震缝v8、9度框架结构房屋防震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，可在缝两侧的尽端沿全高设置垂直于防震缝的抗撞墙。108.v2.4.2 结构不合理布置与震害109.v15层的尼加拉瓜中央银行，楼梯间电梯井均集中布置在一端。1972年马那瓜地震时产生强烈的扭转，造成严重破坏，修复费用高达原造价的80%v18层美洲银行（与中央银行离得很近），采用由4个L形筒连接构成芯筒，在同一地震中仅317层连梁有细微裂缝。110.v天津754厂11号车间，外表对称，每个独立区段偏心很大。1976年唐山地震产生的强烈扭转导致2层（共5层）有11根中柱严重破坏。v芯筒要居中对称布置；刚度大的抗震墙尽量对称布置，且宜沿房屋周边布置；结构沿竖向的布置宜等强。111.v2.4.3关于建筑结构布置的设计对策vGB50011-2001（2008年版）第3.4.1条（强条）：建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不规则的建筑方案应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑方案应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；不应采用严重不规则的建筑方案。112.v表2-4113.v表2-5114.v一般不规则：建筑结构（包括某个楼层）布置上出现不规则建筑方案基本类型的一项。v特别不规则：同时具有不规则建筑方案基本类型的三项或三项以上；具有特别不规则中的一项；具有两项基本不规则且其中一项接近特别不规则的指标。v严重不规则：多项指标超过GB50011-2001（2008年版）第3.4.3条规定的上限或某一项大大超过规定。115.v具体执行：v 对一般不规则方案按规范、规程的规定采 取加强措施。v 对特别不规则的建筑方案，进行专门研究和论证，采取高于规范、规程规定的加强措施；对于特别不规则的高层建筑，应按建筑部第111号文件进行抗震设防专项审查。v 对于严重不规则的建筑方案，应要求建筑师予以修改、调整。116.v2.防震缝的设计对策v应通过调整建平面形状和尺寸，在构造上和施工上采取措施，尽可能不设变形缝。v当地震区必经设置变形缝时，缝的宽度不宜小于两侧建筑物在较低者屋顶高度处垂直缝方向的侧移之和，以保证建筑在中震下不出现严重破坏，规范近似地取小震作用下弹性侧移的3倍，并附加上的地震前和地震中地基不均匀沉降等产生的侧移。具体宽度详见相关条文。117.v2.5抗震结构体系的优化配置v2.5.1多道抗震防线v洪华生教授的结构物破坏准则：v图v当u=u0时，认为结构破坏（变形准则）v当uu0，而积累的损耗能量达到Ej时，结构也破坏（能量准则，也称积累破坏准则）。118.v在一次大地震中，建筑物将经历多次往复式冲击，造成积累式破坏。如果仅有一道防线，一旦该防线破坏，后续地面运动将导致建筑物倒塌。如建筑物具有多重抗侧力体系（多道防线），当第一道防线的抗侧力构件破坏后，第二道乃至第三道防线的抗侧力构件随之接替，抵挡后续的地震冲击，从而保证建筑物的最低安全限度，避免倒塌。特别是当建筑物的基本自振周期与场地卓越周期相近时，多道防线更能显示出其良好的抗震性能。119.v2.5.2足够的侧向刚度v关于抗震结构设计的刚柔之争，多次地震灾害调查情况表明，刚比柔好。采用较大刚度的高层建筑，不仅主体结构破坏轻，而且由于地震时结构变形小，隔墙、围护墙等外结构构件的破坏也轻。v刚度满足要求，即要满足多遇和罕遇地震下的层间位移角限值的要求。可参见书中表2-6和表2-7.120.v2.5.3足够的冗余度（足够多的超静定次数）v要求结构足够冗余度的意义：v 1.防止建筑结构倒塌为抗震设计的最低目标，也是最重要和必须保证的目标。而建筑的倒塌则为结构在地震中因构件的破坏降低超静定次数最终变为机动体系的结果。因此，结构的冗余度越多，进行的倒塌的过程就越长。121.v2.在具体的一次地震下，输入于结构的地震能量大体上是一定的。结构上每出现一个塑性铰，即可吸收和耗散一定的地震能量。在整个结构变为机动体系之前，能出现的塑性铰越多，耗散的地震输入能量就越多。v3.静定结构的传力路线是单一的，一旦其中的某一构件或局部节点发生破坏，整个结构则因传力路线中线而失效。122.v2.5.4良好的结构屈服机制v良好的结构屈服机制应满足的条件：v 1.结构的塑性铰从次要结构或从主要构件的次要部位开始出现，最后才在主要构件出现塑性铰，从而形成多道抗震防线。v 2.结构中所形成塑性铰的数量多，塑性变形具有一定的发展过程。v 3.构件中塑性铰的塑性转动能力强，即结构的塑性变形量大。v为实现上述条件，要求设计成结构总体屈服体制，因为结构发生总体屈服时，其产生的塑性铰数量远比楼层屈服机制多，并且发生总体屈服的结构的侧向变形沿竖向分布较均匀。123.v2.5.5构件设计准则v为保证建筑的耐震性能，即遭遇等于或高于设防烈度不超过1度的地震影响时，建筑不发生严重破坏；遭遇高于设防烈度1度的地震影响时，建筑不至于倒塌，结构构件应下列准则设计：v强节弱杆；强柱弱梁或强墙弱梁（概括为强竖弱平）；强剪弱弯；强压弱拉。124.v2.6妥善处理非结构构件v 1.在计算分析时，充分考虑非结构构件的质量，对非结构构件的刚度只考虑其对于结构的不利影响，不考虑非结构构件的强度对结构抗震所起的有利作用。v 2.做好细部构造，使非结构构件与主体结构可靠连接，防止非结构墙体地震下平面外倒塌，尽量消除非结构构件对主体结构的不利影响。v 3.对装饰要求高的建筑选用具有足够刚度的结构型式，避免装饰破坏，减少修复费用。125.v2.7地震作用计算v楼层最小地震剪力的规定（强制性条文）v对于基本自振周期大于3.5s的结构，按水平地震影响系数计算所得的结构地震剪力很小。而对于此类长周期结构，地震动中地面速度和位移可能对结构的破坏具有更大的影响。为此，规范中采用限制楼层最小地震剪力 来予以考虑，即126.v3.1多层砌体房屋的震害及其规律v3.1.1震害统计v 由于砌体结构所用材料的脆性性质，使之缺乏抵御地震的延性。国内外历次震后调查表明，砌体房屋的破坏率极高。在1976年的唐山地震中发现砌体结构中设有钢筋混凝土柱，可使房屋裂而不倒的现象，随之开始了提高砌体房屋抗震性能的深入研究，并将研究成果体现于78、89以及01抗震规范之中。第三章 多层砌体房屋震害与 设计对策127.v在汶川地震中，就砌体房屋总体而言，破坏程度随建造年代的推移而明显减轻。在调查中发现，严格按照规范进行计算并采取设置构造柱等措施的砌体房屋，在遭遇比当地设防烈度高1度的地震影响时，尚无倒塌的情况。v实践证明，除高烈度区外，对砌体房屋只要做到合理设计，认真施工，是能够达到相应的抗震设防要求的。128.v3.1.2震害表现v1.承重墙体的破坏129.130.v如墙体高宽比接近1，则墙体呈X形交叉裂缝；v 如墙体高宽比更小，则在墙体中间部位还出现水平裂缝。v 如墙体破坏加重，则会因丧失竖向荷载力而导致楼、楼盖坍落。131.v解决方法：按抗震规范进行地震作用和截面验算；加强墙体构造柱设置开考虑构造柱的墙体抗震受剪的提高作用；保证施工质量控制达到B级要求。v2.转角处墙体的破坏v 原因：房屋转角处刚度，吸收较多的地震剪力；转角处同时受两个方向的地震作用，应力集中明显。v 解决办法：在转角处设置构造柱并设拉结筋的加强纵横墙之间的连接；注重先砌体后浇构造柱。132.v3.内外墙交接处的破坏133.v原因：未设置足够的圈梁、构造柱或拉结筋；未按放坡留槎施工等。v解决方法：按抗震规范规定设圈梁、构造柱和拉结筋；施工中注意墙体之间咬槎等问题。134.v4.房屋端部的破坏135.v原因：存在边端效应（房屋纵向两端墙体依靠少，宜于产生应力集中），如处理不当，可引起房屋局部倒塌。v解决方法：房屋平面布置宜规则，墙体布置宜均匀对称，加强房屋角部的构造柱，保证拉结筋的效果。136.v5.纵墙承重房屋外纵墙的破坏v 原因：楼板的侧边一般不嵌入横墙内，多数横向地震作用难于直接传至横墙，而是要通过纵墙经由纵横墙交接传至横墙。因而，外纵墙易受弯破坏而向外倒塌，楼板亦随之坠落。同时，横墙为非承重墙，重力荷载产生的压应力，受剪承载力低，其破坏程度也较重。v 解决办法：优应采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，同时注意纵横墙之间，圈梁或楼板与墙体之间的连接。137.v6.窗间墙、窗下墙和墙垛的破坏v图3-8图3-9v比较细高的窗间墙受弯剪双重作用，产生交叉裂缝或水平裂缝。v解决方法：保证窗间墙满足承载力和构造要求，满足房屋局部尺寸的要求。138.v7.楼梯间的破坏v图3-10图3-11v原因：楼梯间墙体缺少楼板的侧向支撑，其顶部墙体五支承高度为一层半，在地震中的破坏比较严重甚至倒塌。v解决方法：不宜设置在房屋的尽端和转角处，按规范08版要求在梯段上下端对应墙体处增设构造柱。139.v8.房屋整体错位v图3-12v解决办法：注意基础圈梁与防潮层的结合并应按抗震规范要求设置构造柱。如基础圈梁标高已位于+0.00或高出地面，构造柱应伸入室外地面500mm。140.v9.门窗过梁的破坏v图3-13 图3-14v解决方法：不应采用无筋砖过梁，尽量采用钢筋混凝土过梁；如在建筑上可行，当门窗上口到楼板高差在300500mm时，可将过梁与圈梁合并。141.v10.出屋面附属结构的破坏v图3-15图3-16v解决方法：避免结构在立面上局部突出，如必经设置，突出部分的地震作用效应宜乘以增大系数3（采用底部剪力法），并采取在变截面处加强连接的措施；控制无锚固女儿墙在非出入口处的高度；对附墙、出屋面烟囱采用竖向配筋。142.v11.较多层数砌体结构的破坏v图3-17v都江堰市原设防烈度为7度，在汶川地震中遭遇的地震影响为9度，其7层砌体房屋个别倒塌，建造年代较早的7层砌体房屋中等破坏，建造较晚的7层砌体房屋基本完好。143.v图3-18v解决方法：严格按照抗震规范控制多层砌体房屋的高度和层数，并注意结构体系的选择和抗震构造。144.v12.砖柱承重房屋的破坏v图3-19v解决方法：79度时，不得采用独立砖柱（08版新增强条），可考虑采用钢筋混凝土柱或组合砌体等。145.v13.横墙较少房屋的破坏v采用砌体结构的中小学、幼儿园的教学楼和医院等建筑一般层数不多，但震害比较严重，在汶川地震中造成了重大的人员伤亡。v图3-20146.v图3-22v图3-23147.v图3-24v解决方法：按照抗震规范08版规定对教学楼、医院等横墙较少的多层砌体房屋的多项针对性条款严格执行。主要体现在对总高度和层数的限制、楼屋盖形式，构造柱的设置等，详见书P69。148.v3.2多层砌体房屋的抗震性能v关于恢复力曲线的基本知识