建筑工程抗震设计标准规范修改.doc

建筑抗震设计规范 （GB50011-） 解读与宣贯 北方勘察设计研究院 年12 月 - 1 - 1. 绪言 2. 抗震规范出台背景及历史回顾 3. 新规范调节内容阐明 4.执行新规范响应办法 - 2 - 1.绪言 地震是地壳运动成果，是一种自然现象。一次地震大小取决于释放能量，用震级来表达；而地震烈度则是反映地面建筑所受到损坏限度，同一级地震，震源越浅，距离震中越近，烈度越高，随着地震波衰减，烈度逐渐减少。基于这样规律，建筑抗震设计用抗震设防烈度或者设计基本地震加速度作为建筑抗震设防原则，抗震设防烈度和设计基本地震加速度关系如下表：抗震设防烈度 6 7 8 9 设计基本地震加速度 0.05g 0.10(0.15)g 0.20(0.30) 0.40g 注：g 为重力加速度 国内是一种地震多发国家，依照板块构造理论，西亚印度板块向亚欧大陆板块运动挤压，形成了被称之为世界屋脊青藏高原和天山山脉；而东部处在活跃环太平洋构造带上，从东南亚到台湾直至日本列岛，都是地震频发地区。这样地壳运动背景，决定了国内防震减灾严重性和必要性，仅上世纪六十年代以来，7 级以上地震就发生了多次，特别是邢台地震（1966），唐山地震（1976），和近来汶川地震（），都发生在人口稠密区，给人民生命财产导致了严重损失，因此，建筑抗震设计越来越受到国家注重，制定了有关法律法规和技术办法，力求最大限度减少损失。这其中最佳办法就是对地震提前预测，国内在 1975 年曾成功对海城大地震做出了精确预报，但这只是一种特例，以当前科学水平，要对每次破坏性地震做出预报不大也许，采用被动性防御，例如避开建筑抗震危险地段，在地基基本设计中采用办法，加强建筑物 - 3 - 构造强度等，仍是当前重要应对手段，这些办法办法和有关规定，在抗震设计规范中均有详细体现。 为了使建筑抗震设计有章可循，国家地震局颁布了国内不同地区地震基本烈度分区，最早版本发布于1957 年，通过多次调节修改，当前执行是第四版中华人民共和国地震动峰值参数区划图（GB18306-）涉及动峰值加速度区划图和动反映谱特性周期区划图，给出了国内约2500 个行政城乡地震基本烈度（动峰值加速度）和特性周期，这些基本参数是依照不同地区历史上记载发生地震，结合区域构造活动状况，按照超越概率记录分析得出，是全国各类工程抗震设计基本原则。在此基本上，国内各个行业，涉及水利水电，交通，核电等行业都制定出针对本行业工程特点抗震设计规范。对于工业民用建筑而言，制定建筑抗震设计规范重要是针对房屋建筑安全，所采用地震烈度值取超越概率 10%基本烈度做为抗震设防烈度（特殊性工程除外），与之相相应抗震设防目的是：当遭受低于设防烈度多遇地震（超越概率 63%）时，建筑主体构造不受损坏或者不需要修理可继续使用，当遭受设防烈度（超越概率 10%）地震时，也许发生损坏，但经普通性修理就可继续使用，当遭受高于本地区设防烈度（超越概率23%）地震时，不致崩塌或发生危及生命严重破坏。这就是咱们常说“小震不坏，中震可修，大震不倒”建筑抗震设防三个原则，而详细规定规定，在规范中按不同专业提出，所涉及岩土工程内容重要集中在第四章“场地、地基和基本”章节中，这一章是岩土工程师需要重点掌握内容，其她章节做一种大概理解即可。 建筑工程抗震设防类别，不同于勘察、地基基本设计级别或分类，在 - 4 - 国标建筑工程抗震设防类别分类原则（GB 50223-）中有相应划分，如下表所示。 类别 设防级别 分类原则 常用工程举例 甲类 特殊设防类 使用上有特殊设施，涉及国家公共安全重大建筑工程和地震时也许发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防建筑 防灾救灾建筑，国家级电力调度中心，卫星地面站，国家级广电发射塔，存储剧毒等危险品建筑，三级医院病房等 乙类 重点设防类 地震时使用功能不能中断或需尽快恢复生命线有关建筑，地震时也许导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防原则建筑 消防设施，二三级医院，重要给水、燃气、热力设施，大型火电厂，省级电力调度中心，高铁、高级别公路、航空、广电重要配套建筑，大型体育馆、电影院、图书馆、商场、博物馆，大型采煤、采油设施，大型冶金、化工、建材等工业建筑，中小学幼儿园教室宿舍等 丙类 原则设防类 除甲、乙、丁类以外建筑 普通工业厂房和民用建筑 丁类 适度设防类 使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害建筑 存储普通物品仓库等 在进行岩土工程勘察及抗震评价时，对不同设防类别建筑应区别对待，咱们工作对象普通是原则类设防（丙类），如果是甲、乙类建筑，由于抗震设防严格，也许会有特殊规定，在勘察手段及评价办法上应当加以特别关注。 2抗震规范出台背景及历史回顾 回顾国内建筑抗震原则制定，大体上经历了如下几种历史阶段。 （1）一九七四年颁布建筑抗震规范，是国内第一部建筑抗震设计技术原则。在此之前建筑，普通都未考虑地震影响做抗震设计，当时基本建设规模很小，民用建筑普通不超过4 层。这期间发生过邢台地震（1966 年，6.8 级，震中烈度 9 度），导致大量房屋崩塌，人生伤亡很大。随之进入了文革十年，直到文革后期，当时国家建委着手制定系列建筑工程原则，其中涉及建筑抗震设计规范，从70 年代中期开始陆续颁布，此后进行 - 5 - 建筑工程开始进行建筑抗震设计。但鉴于当时经济条件和技术水平，抗震设计办法办法还处在初级阶段，原则和规定也比较低。 （2）一九七八年，国家建委颁布了第二部工业与民用建筑抗震设计规范（TJ 11-78），这当中仅间隔了四年时间，重要是总结了辽宁海城地震（1975 年2 月4 日7.3 级）和唐山地震（1976 年7 月28 日，7.8 级，震中烈度11 度）二次大地震教训和经验，这二次地震都发生了冲洪积平原区，大量浮现喷水冒砂地面表征，致使诸多建在其上建筑物损毁，这为饱和砂土液化鉴别提供了宏观实测和根据。为此补充了关于地基液化条文，在场地和地基方面规定仍体现原则性，。共计 8 条（5-12 条），如下三条需要关注。 1）工程场地分为三类：类：稳定岩石，类：饱和粉砂，软塑流塑粉质粘土、淤泥质土、冲填土以及其她软弱人工填土等；类：除 、类场地土外普通稳定土，这与咱们现行规范中土类型基本相称； 2) 规定了抗震有利、不利和危险地段； 3) 依照唐山地震宏观资料，初次提出液化鉴别计算公式，其中临界锤击数 N =N 1+0.125(d s -3)-0.05(d w -2) 上式是国内最初提出液化鉴定计算式 （3） 八九规范（GBJ 11-89）是建设部颁布第三部建筑抗震设计规范，对78 规范做了较大修订，重要有如下几种内容： 1) 明确提出抗震设计三个水准，做为抗震设计目的，除特别批 - 6 - 准外，抗震设计取第二水准，将50 年超越概率10%基本烈度做为抗震设防烈度。 2) 初次对建筑场地类别做出规定，这是依照国内震害资料和层状土理论建立一种新计算模式。场地类别取决于土类型和覆盖层厚度二个因素，前者是地壳最表层土刚度表征，与建筑物地基基本作用最为直接，后者则反映对抗震有利岩石或坚硬土埋藏深度。运用这两个因素，将建筑场地划分为四类，类场地抗震最佳（特性周期值较小），依此类推，类场地抗震性能最差。 3) 对场地土分类，除依照名称和性状定性区别外，引入剪切波速指标，用以鉴定和划分不同类型场地土，对多层土则运用厚度加权平均值。 4) 与 78 规范相比，89 规范对液化鉴别方式进行了较大调节，一是在鉴别程序上分初判和详判二步走，提出了初判与否液化三个条件，如果不符合三个条件之一或者不能拟定，再运用标贯法进行评判，评判时运用临界锤击数N cr =N 0 +0.9+0.1（d s -d w ）(3/ c ) 05 。公式中调节了水位和土层深度影响系数，增长了粘粒含量 c 项，使之使用范畴扩大到饱和粘土，该公式是线性方程式，简便实用。 总来看，89 规范调节幅度较大，提出了某些新概念和规定，其指引思想和原则仍为现行规范继承采用。 (4) 第四部建筑抗震设计规范（GB50011-）于 年1 月1 日实行，与89 规范相比，在如下几种方面做了调节： 1) 初次设立强制性条文，其中与岩土工程关于四条，分别涉及到抗震地段评价（3.3.1 条）、场地类别划分（4.1.6 条），对勘察规定（4.1.9 条） - 7 - 和液化鉴别（4.3.2 条）。 2) 将抗震设防烈度液改为设计基本地震加速度，以期与中华人民共和国地震动参数区划图统一，其值大小与区划图中地震动峰值加速度相称。 3) 将原规范中近震、远震改为设计地震分组，共划分三个组，其中近震大某些相称于第一组，远震相称于二三组。从抗震设计来讲，不同分组对设计特性周期有影响。 4) 对用于建筑场地类别划分覆盖层厚度代表值做出调节，其界限值分别由 0、3、9、80 米四个厚度值调节为 0、3、5、15、50、80 米六个厚度值。 5)将层状土剪切波速厚度加权平均值 V sm ，改为等效剪切波速 V se ，使之物理意义更为精确。 6)液化鉴别厚度下限调节，深度不不大于5m 深基本或桩基本，鉴别深度增大到20m，给出了1520m 深度范畴内标贯击数临界值N cr 计算公式，但 15m 以上基本鉴别式无变动。 7)附录A 中给出了国内 各种城乡抗震设防烈度，设计基本地震加速度和设计地震分组，这是根据中华人民共和国地震动参数区划图（A1、B1）细化而来，重要是为了使用上以便。 年汶川大地震之后，为了指引灾区震后重建，建设部发布了第 71 号文，对抗震设计规范进行了局部修订，即咱们所说 年版，重要是对这次地震波及地区（三个省）某些县市设防烈度做了调节，规范总体上改动不大。 综上所述，在建筑抗震设计方面，从1974 年起，国内共颁布了涉及最 - 8 - 新版本五部规范，这些不同步期出台技术原则，反映了不同步期科技水平和综合国力，也体现了国内抗震设计水平不断提高和自我完善，理解一下这一过程演化和历史沿革，可以使咱们有一种系统历史概念，对更好地掌握执行新规范有一种完整结识。 三、新规范调节内容阐明 版抗震设计规范（如下简称老规范）执行了近十年时间，其中对岩土工程方面有关规定规定人们都已经熟悉，再此，重点仍是讨论 版规范（如下简称新规范）新规定和调节。在此后工程中应以新规范所做规定为准。 1）抗震地段划分 在老规范正文中，列出对建筑抗震有利、不利和危险三种地段，在条文说以中将其他状况视为可进行建设普通场地。新规范正文4.1.1 条则明确将介于有利和不利地段之间场地定为“普通地段”，见下表。 地段类别 地形、地质、地貌 有利地段 稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀中硬土等 普通地段 不属于有利、不利危险地段 不利地段 软弱土，液化土，条状突出山嘴，高耸孤立山丘，陡坡，河岸和边坡边沿，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀土层（含故河道、暗埋塘浜沟谷和半填半挖地基），高含水量可塑黄土，地表存在构造性裂缝等 危险地段 地震时也许发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上也许发生地表位错部位 2）剪切波速孔数量 在初勘阶段，每一地质单元测量剪切波速钻孔数量，老规范规定为控制孔1/31/5，山间河谷地区可适量减少，且不适当少于3 个。新规范4.1.3 条第一款去掉了前者，只规定不适当少于 3 个。规定相对灵活某些。但在实 - 9 - 际工作中，需注意是，一种大建筑场地也许包括若干个地质单元，每个地质单元都应配备足够数量波速孔，如果是同一地质单元，则应考虑波速孔在平面上控制作用。 3）土类型划分和剪切波速值 老规范将土类型划提成四类：坚硬土或岩石、中硬土、中软土和软弱土，新规范4.1.3 条第3 款将其改为五类，见下表。 （表4.1.3） 土类型 岩土名称和性状 土层剪切波速范畴（m/s） 岩石 坚硬、较硬且完整岩石 Vs800 坚硬土或软质岩石 破碎和较破碎岩石或软和较软岩石，密实碎石土 800 Vs 500 中硬土 中密、稍密碎石土，密实、中密砾、粗、中砂， ak f 150 黏性土和粉土，坚硬黄土 500 Vs250 中软土 稍密砾、粗、中砂，除松散外细、粉砂， ak f 150 黏性土和粉土， ak f 130 填土，可塑新黄土 250 Vs150 软弱土 淤泥和淤泥质土，松散砂，新近沉积黏性土和粉土， ak f 130 填土，流塑黄土 Vs150 注： ak f 为由载荷实验等办法得到地基承载力特性值（kPa）；Vs 为岩土剪切波速 上表中重要变化，是将本来第一类土（坚硬土或岩石）细提成岩石，坚硬土或较软弱岩石两个类型，其剪切波速值由本来不不大于500m/s 改为不不大于800m/s 和500800m/s 两个定量原则。这重要是考虑达到500m/s 剪切波速场地土还不是很坚硬，参照国内外同类经验，坚硬岩石横波速速值，美国是760m/s，欧洲是800m/s，国内核电站原则是700m/s。波速值越高，岩石（体）就越坚硬完整，从安全计提高到800m/s 是提高了抗震 - 10 - 设计原则。 此外，在表4.1.3 中尚有两处调节：a）中软土V s 值下限由140m/s 提高到 150m/s，是个微调重要是考虑与国际原则一致 b）当用岩土性状估算剪切波速时，老规范将粘性土和粉土 f ak =200Kpa 做为区别中硬土和中软土界限值；新规范取 150Kpa，这重要是考虑有些 f ak 500m/s 条件外，新规范增长了一种附加条件：其下卧各层岩土剪切波速均不不大于 500m/s，这可以理解为，覆盖层顶面之下不能再浮现不大于500m/s 波速地层。实际工程中，如果是岩石话，普通风化限度会随深度增长而削弱，波速值提高，因此再浮现低波速值地层也许性并不大。需注意是层状地层，如密实砾碎石土或构造破碎带，在硬层之下会有也许浮现不大于500m/s 波速地层，在这种状况下覆盖层顶面应下移，但由于钻孔深度也不也许太大，应详细问题详细分析，按地层沉积规律并结合地区工程经验，给出适合覆盖层厚度值。 5）建筑场地类别 拟定场地类别是岩土工程勘察所要解决最重要任务之一。依照覆盖层厚度和剪切波速（取覆盖层和 20m 两者较小值深度内等效剪切波速）进行划分。老规范分四个类别，新规范将其中类建筑场地细分为 0 和 1 二个亚类，当剪切波速Vs800m/s 时为 0 类，500800m/s 为 1 类，这 - 11 - 重要是考虑 Vs500 时场土地还不是很坚硬，将 0 Vs 值下限定为 800m/s 对两个亚类予以区别对待，是比较合理。 新规范对场地类别划分见下表。 表4.1.6 各类建筑场地覆盖层厚度（m） 岩石剪切波速或 土等效剪切波速（m/s） 场地类别 0 1 Vs800 （岩石） 0 800 Vs 500（坚硬土或软岩） 0 500 Vs 250（中硬土） 5 5 250 Vs 150（中软土） 3 350 50 Vs150（软弱土） 3 315 1580 80 注：Vs 系岩石剪切波速 需要注意是，无论是 0 还是 1 类场地，覆盖层厚度都是0，从岩土性质上讲，均是指岩土出露地表，在表层覆盖粘性土、砂土或砾石土Vs 值普通达不到500m/s。 此外，中软土等效剪切波速下限（软弱土上限）值，新规范由本来140m/s 调节为150m/s，拟定场地类别时要注意这个改动。 6）发震断裂最小避让距离 当建筑场地或周边存在发震断裂时，对符合下列状况之一者可忽视其影响：设防裂度不大于8 度；非全新世（1 万年）活动断裂；对隐伏断裂，相应8 度、9 度设防裂度时覆盖层厚度分别不不大于60 和90m。如果不符合上述规定，应避开主断裂带，甲类建筑避让距离需专门研究，对乙、丙类建筑，新规范规定最小避让距离较老规范提高100m。见表4.1.7 表4.1.7 发震断裂最小避让距离（m） 烈度 建筑抗震设防类别 甲 乙 丙 丁 8 专门研究 200 100 - 12 - 9 专门研究 400 200 7）液化鉴别 液化鉴别是岩土工程勘察重点，也是一种难点，涉及问题比较复杂，执行新规范时对如下几种问题需要注意。 鉴别程序仍采用先初判后详判原则，初判基本办法新老规范基本一致。这方面容易出错是地下水位取值，普通状况下，取设计基如期（50 年）内年平均最高水位，不好把握时，可以采用近期（35 年）最高水位，原则上，液化评价使用水位应不不大于等于勘察期间所测得稳定水位。 初判使用参数液化土特性深度d 0 值新老规范没有变化。 鉴别深度下限老规范取 15m，桩基或 d5m 深基本为 20m。新规范规定20m，但下列状况之一者可判至15m。 *砌体房屋（多层砖混建筑） *单层厂房 *不大于8 层且高度不超过24m 民用框架房屋，多层框架厂房 *地基重要受力层范畴内不存在较弱粘性土层。这里两个概念需要解释一下，地基重要受力层是指地基规范中所定义地基变形计算深度；软弱粘性土层是指设防烈度为 7、8、9 度时，f ak 分别不大于 80、100、120Kpa 土层。 综合上述规定，对液化鉴别深度普通可理解为：高层建筑或桩基（复合地基）取 20m，普通性建筑 15m，事实上，新老规范在这个问题上规定差别不大。 - 13 - 锤击数临界值N cr 计算公式进行了调节，对比一下计算公式： 老规范公式：N cr =N 0 0.9+0.1(d s d w ) c / 3 新规范公式：N cr =N 0 Ln（0.6d s +1.5）0.1d w c / 3 新规范中 值为调节系数，与设计地震分组关于，第一组0.8，第二组0.95，第三组1.05，组数越高，N cr 值就越大，判为液化土也许性就越大。 从数学意义上讲，老规范公式数学表达式是以 15m 分界二条直线方程，基本上是线性。新规范公式则是一条对数曲线。将二个公式放在同一坐标中比较可以看出，在312m、1820m 深度范畴内，新公式N cr 值要略大某些，在 15m 左右略小某些，取相似计算条件试算，两者绝对值相差不大，从理论上，新规范按对数计算也许更合理某些。 计算式中标贯击数基准值N 0 有调节，老规范按烈度和地震分组取值，新规范只与设计地震加速度关于，见下表。 表4.3.4 液化鉴别原则贯入锤击数基准值N 0 设计基本地震加速度（g） 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 原则贯入锤击数基准值 7 10 12 16 19 相应相似条件，7、8 度区第一组新规范N 0 值相对大某些，但考虑到新增长 系数，计算成果绝对值相差不大。 8）液化级别拟定 这方面基本未做调节，仍按液化指数I lE 划分液化级别，新规范取消深度 15m I lE 计算，当需按 15m 计算时，可令 15m 如下标贯击数实测值等于临界值，相称于未将其计算在内。 液化指数计算式见下式： - 14 - i n i i cri i le w d N N I 1 1 液化指数与液化级别相应关系如下表 表4.3.5 液化级别与液化指数相应关系 液化级别 轻微 中档 严重 液化指数I lE 0 I lE 6 6I lE 18 I lE 18 9）消除液化措置规定 抗液化办法分三类：所有消除，某些消除，基本和上部构造解决参见规范表4.3.6。其中所有消除液化规定新旧规范相似，对于某些消除液化，新规范有些调节，重要有两点：一解决后I le 不适当不不大于5，但对于箱筏基本中心区域，可减少 1，这是由于箱筏基本在荷载作用下其中心区域超载很大，对产生喷水冒砂液化机理有抑制作用，故规定恰当放宽了某些。再就是新增了 4.3.8 条第 4 款。采用减小液化震陷其她办法，如增厚上覆非液化土层厚度和改进周边排水条件等。采用这些辅助办法，也可以起到减小或者某些消除液化作用。 10）软弱粘性土层震陷鉴别 对软弱粘性土，在地震波（横波、纵波和面波）作用下也许产生震陷，对地基稳定同样会导致威胁。这一问题当前尚处在研究阶段。新规范对此做出定性规定，新增长了4.3.11 条：对于I p 800m/s 为I 0 场地，500-800m/s 时为I 1 类场地 3 4.3.4 液化鉴别锤击数临界值 N cr 计算公式变化 按新公式计算（可在EXCEL 上编个小程序） 4 4.3.4 液化鉴别深度 为便于计算，按20m考虑，对前述普通建筑地基，15m如下令N cr =N 5 4.3.11 软弱粉质黏土震陷 在8 度以上地区，对I p 15 ，I l 0.75，w 0.9I l 饱和粉质黏土，可判为震陷性土 6 3.2.3 设计地震分组调节 调节范畴较大，按新规范附录A 中规定拟定。特别注意分组变化会变化特性周期值 与之相相应，我院岩土工程勘察报告中抗震评价内容做如下调节： A.场地及地基地震效应（分4 个小标题） A.1 建筑地段划分 依照勘察成果，综合地质、地形、地貌条件特性，划分建筑抗震地段。 A.2 抗震设计参数（按规范规定提供） 抗震设防烈度 设计基本地震加速度值 设计地震分组 - 17 - 特性周期 A.3 土类型和建筑场地类别 等效剪切波速值（实测或估算） 土类型（按波速值拟定） 覆盖层厚度（按实测或地区经验拟定） 建筑场地类别（依照前3 项数值，按照规范规定拟定） A.4 地基液化评价 如为非液化场地，应阐明地基土不液化，并给出不液化根据 如也许存在液化，先进行初判，如初判不液化，可给出不液化结论，否则进入详判程序 详判按单孔计算液化指数，评价整个场地液化级别，必要时可分区 提出消除液化（某些或所有）手段、办法等方面建议和办法，具备针对性和可行性 在抗震设防烈度 8 度、9 度区，在压缩层内存在塑性指数不不大于 15 ，液性指数不不大于等于0.75，天然含水量不不大于等于0.9 倍液限饱和粉质黏土，可判为震陷性软土。