1、建筑结构抗震基本知识建筑结构抗震基本知识12.1 地震基本知识地震俗称地动，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
2、地震称为浅源地震；60300Km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。地震波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
3、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。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。地震的震级M，一般称为里氏震级。1935年由里希特首先提出了震级的定义。当震级相差一级，地面振动振幅增加约10倍，而能量增加近32倍。一般说来，M2的地震，人们感觉不到，称为微震；M=24的地震称为有感地震；M5的地震，对建筑物就要引起不同程度的破坏，统称为破坏性地震；M7的地震称为强烈地震或大地震；M8的地震称为特大地震。地震烈度和烈度表地震烈度是指某一地
4、区的地面及建筑遭受到一次地震影响的强弱程度。用I表示。相对震源而言，地震烈度也可以把它理解为地震场的强度。地震烈度表我国曾经编制过三张烈度表，现行的为中国地震烈度表（1990），是在中国地震烈度表（1980）的基础上，增补和修改了部分宏观标志，对表列以外房屋结构的震害与烈度评定在使用说明中作了规定。地震的震级与地震烈度是两个不同的概念，对于一次地震，只能有一个震级，而有多个烈度。一般来说离震中愈远地震烈度愈小，震中区的地震烈度最大，并称为“震中烈度”，震级于震中烈度的大致关系。同一地震中，具有相同地震烈度地点连线称为等震线。可通过地震烈度表进行评定。建筑物的震害及分析 1地表的破坏现象 （1）
5、地裂缝 （2）喷砂冒水 （3）地面下沉 （4）滑坡、坍方 2建筑物破坏 （1）结构丧失整体性 （2）承重结构承载力不足而引起的破坏 （3）地基失效3次生灾害抗震设计的一般规定抗震设防烈度、设计地震分组（1）抗震设防烈度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1990中国地震烈度区划图规定的地震基本烈度或新修订的2001中国地震动参数区划图附录D规定的“地震动峰值加速度分区”所对应的“地震基本烈度值”（或采用与规范设计基本地震加速度对应的烈度值）。对于已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进
6、行抗震设防。一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。2001年国家质量技术监督局发布中国地震动参数区划图GB18306-2001后，抗震规范GB50011-2001由地震基本烈度向地震动参数过度。其中中国地震动峰值加速度区划图A1分为0.05g，0.1g，0.15g，0.2g，0.3g，0.4g和不设防（0.05g）等七种情况。将近震与远震改称设计地震分组，考虑地震震级、震源机制、震中距和场地类别的影响，在中国地震动反应谱特征周期区划图B1基础上进行了调整后给出了全国近2900个县级城市的设计地震分组。对于类场地，第一
7、、二、三组的设计特征周期分别为0.35S、0.40S、0.45S。抗震规范GB50011-2001附录A给出了全国县级及以上城镇（按民政部2001行政区划手册，包括地市的市辖区）的中心地区（如城关地区）的抗震设防烈度、设计基本地震加速度和所属的设计地震分组。如浙江省全省县级及县级以上设防城镇的设计地震分组均为第一组。岱山、嵊泗、舟山（2个市辖区）抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。杭州（6个市辖区）、宁波（5个市辖区），湖州、嘉兴（2个市辖区）、温州（3个市辖区）、绍兴、绍兴县、长兴、安吉、临安、奉化、鄞县、象山、德清、嘉善、平湖、海盐、桐乡、余杭、海宁、萧山、上虞、慈溪、余姚
8、、瑞安、富阳、平阳、苍南、乐清、永嘉、泰顺、景宁、云和、庆元、洞头抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g。建筑重要性分类、抗震设防标准、抗震设防目标1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(GB500112001)（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的规定采用。2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
9、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度抗震设防更高的要求乙类 一般情况下，当抗震设防烈度为68度时
10、，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求，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
11、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。3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（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。 规范采用两阶段设计来实现上述目标的。 第一阶段设计：
12、按第一水准（小震）的地震动参数计算结构地震作用效应并与其他荷载效应的基本组合，进行结构构件的截面承载力验算和弹性变形验算，同时采取相应的构造措施，这样既满足第一水准“不坏”的设防要求和第二水准“损坏可修”的设防要求。 第二阶段设计：对于地震时易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构以及特殊要求的建筑结构，还应进行结构的薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准的设防要求。小震和大震 小震应是发生机会较多的地震，因此，可将小震定义为烈度概率密度曲线上的峰值所对应的烈度，即众值烈度或称多遇烈度时的地震，50年内众值烈度的超越概率为63.2%，这就是第一水准的烈度。各地的基本烈
13、度，即第二水准的烈度。50年内的超越概率大体为10%。大震是罕遇的地震，它所对应的烈度在50年内的超越概率约为2%3%，这个烈度又可称为罕遇烈度，作为第三水准的烈度。基本烈度与众值烈度相差约为155度，而基本烈度与罕遇烈度相差大致为1度。场地和场地土类别场地即工程群体所在地，具有相似的反应谱特征。其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km2的平面面积。建筑场地的类别划分，应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准。土层剪切波速应由勘测设计单位测量，对于丁类建筑及层数不超过10层且高度不超过30m的丙类建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性状，按下表划分土的类型，再按经验在下表的剪
14、切波速范围内估计各土层的剪切波速。场地土类型 土的类型岩土名称和状态土层剪切波速范围（m/s）坚硬土或岩石稳定岩石、密实的碎石土us500中硬土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，fK200的粘性土和粉土，坚硬黄土500us250中软土稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂，fK200的粘性土和粉土，fK130的填土，可塑黄土250us140软弱土淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，fK130的填土，流塑黄土us 140注：fK为地基静承载力标准值（KPa）。建筑场地覆盖层厚度的确定，应符合下列要求：(1)一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面的距离确
15、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，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。通常覆盖土层愈厚，剪切波速愈小。等效剪切波速与场地评定用的计算深度成正比，与剪切波在地表与计算深度之间传播的时间成反比。当遇不均匀的土层其等效剪切波速，可按计算深度范围内土层总厚度d0除以剪切波在地面至计算深度之间的传播时间t求得, 计算深度可取覆盖层厚度且不小于20m。即 场地类别按等效剪切波速和覆盖层厚度两个指标划
16、分为四类，见下表 建筑场地类别划分 等效剪切波速（m/s）场地类别类类类类vse5000m500vse2505m5m250vse1403m350m50mvse1403m315m1580m80m抗震设计的基本要求（1）抗震概念设计的重要性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。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”。 1地震及其影响的不确定性 2地震及其影响有若干规律性（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
17、建筑抗震有利、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土或开阔平坦、密实均匀的中硬性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，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。 建筑场地的类别分为、四类，建筑场地为类时，甲、乙类建筑应允许仍按本地区抗震设防烈度采取抗震构造措施；丙类建筑应允许按
18、本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施，但抗震设防烈度为6度时仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。建筑场地为、类时，对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区，除规范有规定外，宜分别按抗震设防烈度为8度（0.20g）和9度（0.40g）时各类建筑的要求采取抗震措施。 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
19、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。3选择技术上、经济上合理的抗震结构体系a选择建筑结构体系时，应符合的要求b选择抗震结构的构件时，应符合的要求c抗震结构各构件之间的连接应符合的要求d非结构构件非结构构件包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。包括附属构件、装饰物、非结构墙体。e材料的选择与施工:结构材料的性能指标应符合的最低要求抗震结构的施工宜符合的要求12.2钢筋混凝土房屋
20、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.现浇钢筋混凝土房屋的抗震等
21、级同样烈度下不同结构体系、不同高度的建筑有不同的抗震要求，因此，钢筋混凝土结构的抗震措施，不仅要按建筑抗震设防类别区别对待，而且要根据抗震等级不同而异。钢筋混凝土房屋的抗震等级根据烈度、结构类型和房屋高度确定。按建筑类别和场地调整后用于确定抗震等级的烈度见表。3.防震缝与抗撞墙框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架结构规定数值的70，且不宜小于70mm。防震缝宽度不够，相邻结构仍可能局部碰撞而损坏，而防震缝过宽会给建筑处理造成困难，故高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。对8、9度框架结构房屋，当防震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，可在缝两侧房屋的尽端沿全高设置垂直于防震缝的
22、抗撞墙，每一侧抗撞墙的数量不应少于2道，宜分别对称布置，墙肢长度可不大于一个柱距，防震缝两侧抗撞墙的端柱和框架的边柱，箍筋应沿房屋全高加密。现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级 结 构 类 型烈 度6789框架结构高 度（m）30303030303025框 架四三三二二一一剧场、体育馆等大跨度公共建筑三二一一框架-抗震墙结构高 度（m）60606060606050框 架四三三二二一一抗 震 墙三二一一注：1.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；2.表中“框架结构”和“框架”具有不同的含义。前者指纯框架结构，后者泛指框架结构和框架-抗震墙等结构体系中的框架部分。
23、用于确定抗震等级的烈度 建筑类别场地设防烈度6789甲、乙类6789、7899+丙类6678、6789丁类6678、67-8-9-注：7-、8-、9-表示该抗震等级的抗震构造措施可以适当降低，9+表示比9度一级更有效的抗震措施。4.楼盖及屋盖房屋高度超过50m时，框架-抗震墙结构应采用现浇楼盖结构，框架结构宜采用现浇楼盖结构。房屋高度不超过50m时，楼盖结构应符合下列要求：（1）8、9度框架-抗震墙结构宜采用现浇楼盖结构；（2）6、7度框架-抗震墙结构可采用装配整体式楼盖结构，但应每层设置钢筋混凝土现浇层。现浇层厚度不应小于50mm，混凝土强度等级不应低于C20，但也不宜高于C40，并应双向配
24、置直径68mm，间距150200mm的钢筋网，钢筋应锚固在剪力墙内。楼盖的预制板缝宽度不宜小于40mm。板缝大于40mm时应在板缝内配置钢筋。（3）框架结构可采用装配式楼盖，但应采取措施保证楼盖的整体性及其与框架梁的可靠连接。框架-抗震墙结构中，抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比，不宜超过下表的规定，否则，应考虑楼盖平面内变形的影响。抗震墙之间楼、屋盖长宽比 楼、屋盖类别烈 度6、7度8度9度现浇或叠合梁板4.03.02.0装配式楼盖3.02.5不宜采用5.结构布置（1）框架结构和框架-抗震墙结构中，框架和抗震墙均应双向设置，柱中线与抗震墙中线、梁中线与柱中线之间偏心距不宜大于柱宽的1/4。
25、（2）框架-抗震墙结构中的抗震墙设置，宜符合下列要求：1）抗震墙宜贯通房屋全高，且横向与纵向的抗震墙宜相连；2）抗震墙宜设置在墙面不需要开大洞口的位置；3）房屋较长时，刚度较大的纵向抗震墙不宜设置在房屋的端开间；4）抗震墙洞口宜上下对齐，洞边距端柱不宜小于300mm；5）一、二级抗震墙的洞口连梁，跨高比不宜大于5，且梁截面高度不宜小于400mm。（3）框架单独柱基有下列情况之一时，宜沿两个主轴方向设置基础系梁：1）一级框架和类场地的二级框架；2）各柱基承受的重力荷载代表值差别较大；3）基础埋置较深，或各基础埋置深度差别较大；4）地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、液化土层和严重不均匀土层；5
26、）桩基承台之间。（4）地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应避免在地下室顶板开设大洞口，并应采用现浇梁板结构，其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于 0.25；地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍，地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积，不应少于地上一层对应柱每侧纵筋面积的1.1倍。（5）框架的砌体填充墙应具有自身稳定性，并应符合下列要求：1）填充墙在平面和竖向的布置宜均匀对称，宜避免形成薄弱层和短柱；2）砌体的砂浆强度等级不应低于M5，墙顶应与框架梁密切结合；3）填充墙应沿框架柱全高每隔500mm设26拉筋
27、，其伸入墙内的长度，6、7度时不应小于墙长的1/5，且不小于700mm，8、9度时宜沿墙全长贯通。4）墙长大于5m时，墙顶与梁（板）宜有钢筋拉结；墙长超过层高的2倍时，宜设置钢筋混凝土构造柱；墙高超过4m时，墙体半高处（或门洞上皮）宜设置与柱连接且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平系梁。6.结构材料抗震结构宜采用较高强度的混凝土，以减小梁柱剪压比和柱、剪力墙肢轴压比。规范规定，一级框架梁、柱、节点，混凝土强度等级不应低C30，其他各类结构构件的混凝土强度等级不应低于C20。但混凝土强度等级也不宜过高，规范规定，设防烈度为9度时不宜超过C60，8度时不宜超过C70。 为保证结构的延性，结构构件中的钢筋
28、应选用有屈服点的钢筋。普通纵向受力钢筋宜选用HRB400、HRB335级钢筋，箍筋宜选用HRB335、HRB400、HPB235级钢筋。7.钢筋的锚固和接头纵向受拉钢筋的抗震锚固长度laE应按下式计算：laE =la （6.2）式中系数，一、二级抗震等级取1.15，三级取1.05，四级取1.0；la纵向受拉钢筋的锚固长度。现浇钢筋混凝土框架梁、柱的纵向受力钢筋的连接方法，一、二级框架柱的各部位及三级框架柱的底层宜采用机械连接接头，也可采用绑扎搭接或焊接接头；三级框架柱的其他部位和四级框架柱可采用绑扎搭接或焊接接头。一级框架梁宜采用机械连接接头，二、三、四级框架梁可采用绑扎搭接或焊接接头。焊接或
29、绑扎接头均不宜位于构件最大弯矩处，且宜避开梁端、柱端的箍筋加密区。当无法避免时，应采用机械连接接头，且钢筋接头面积百分率不应超过50%。当采用绑扎搭接接头时，其搭接长度不应小于下式的计算值：llE =laE （6.3）llE抗震设计时受拉钢筋的搭接长度；受拉钢筋搭接长度修正值。箍筋末端应作135的弯钩，弯钩的平直部份的长度不应小于10d（d为箍筋直径），高层建筑中尚不应小于75mm，。在纵向受力钢筋搭接长度范围内的箍筋直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍，间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm。 框架结构抗震构造措施1.现浇框架梁（1）框架梁的截面普通框架梁的截面尺寸要求见钢筋混凝土。采用扁梁时，楼板应现浇，梁中线宜与柱中线重合，扁梁应双向布置。一级框架结构不宜采用扁梁。（2）梁纵向钢筋配置构造！）梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5。2）梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，一级不应小于0.5，二、三级不应小于0.3。3）沿梁全长顶面和底面的配筋，一、二级不应少于214
