汶川512地震震害及抗震设计思考精品PPT课件.ppt
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1、2009.5.201、是地震作用下建筑物的惯性力,大小取决于:(1)地震震级;(2)场地特征;(3)结构动力特性;2、特点:动力特性、反复性、短暂性和随机性。3、一次地震有一个震级,震级以地震时释放的能量大小确定,震级相差一级释放的能量相差32倍左右。1、地区抗震设防基本烈度:是由国家根据地震历史记录和地质调查研究确定的。2、地震影响:采用设计基本地震加速度和设计特征周期。 (1)设计基本地震加速度值为50年设计基准期超越概率10的地震加速度的设计值。 (2)设计特征周期:89抗震规范根据设计近、远震和场地类别确定,新规范(2001版)改称设计近、远震为设计地震分组,具体分为第一、二、三组。1
2、、地震发生后地震波及范围内各地区遭受破坏的程度度量。一般来讲,5级以上的地震才会造成震害。(1)准确的需要经过震害调查,根据建、构筑物遭受损坏或破坏的情况确定。(2)理论经验公式:一般地,可以用下面三个关系式近似估计地震震级和地震震中烈度的关系:I1=1.3M; (1)I2=1.5M-1; (2)I3=(M-1.5)/0.58。 (3)式中:地震震级:M;地震烈度:I1、I2、I3 1)1995年前,日本一直认为东海会发生地震,但1995年1月17日,毫无准备的大阪、神户地震,损失1000多亿美元,死亡8000多人。 2)按6度设防的唐山,震级达7.8级,中心地震破坏烈度达到10度; 3)按6
3、、7度设防的汶川周边地区,震级8级,最高烈度达11度。 4)即使是同一地点的两次地震,其特性都是不同的。1)一般地震的持续时间约为1分钟(60秒)。汶川地震为约100秒。2)持续时间最长的地震是1964年3月发生的美国阿拉斯加地震,约7分钟。3)20世纪,地震造成的死亡人数超过200万,但地震持续时间的总和不超过1小时。4)地震是在短时间内造成巨大灾害的一种自然力量,地震过程中,结构的加速度方向(惯性力方向)、大小是不断变化的,惯性力的大小与地震动的特性、建筑结构本身的特性和承载力等有关。1)地震动是由不同周期的振动组成的,其传播过程比较复杂;2)地震动的主要规律为: (1)短周期的振动衰减快
4、,传播距离短;长周期的振动衰减慢,传播距离远。 (2)硬土中长周期的振动衰减快、短周期振动成分多;软土中短周期的振动衰减快,长周期的成分多。 (3)除层数较低的砌体结构及多低层短肢剪力墙结构外,建筑结构一般均为长周期结构,在软土中的地震效应较大。1、8、9度抗震设防时,竖向地震作用的影响比较明显,设计水平长悬臂构件和大跨度结构考虑竖向地震作用时,竖向地震作用的标准值分别取该结构或构件重力荷载代表之的10、20,设计基本地震加速度为0.30g时,取15。2、长悬臂的长度可取大于2m;大跨度的跨度为等于或大于24m。3、上述取值的确定假设水平和竖向地震加速度的比值为1:0.65, 结构竖向振动时,
5、为刚性体。例如8度时:0.16(水平地震影响系数)x0.65约等于1.0。4、7度时,竖向地震效应为5,在工程误差允许值5以内,忽略。1、扭转引起破坏: 结构平面布置严重不对称,“刚度中心”严重偏离质量中心,结构扭转刚度差。2、“软弱层”或“薄弱层”破坏: 结构某一层的抗侧刚度或层间水平承载力突然变小,地震作用下,该层的塑性变形过大甚至超过结构的变形能力,或该层的承载力不足,引起结构严重破坏、楼层塌落或倒塌。3、建筑整体倾斜破坏: 砂土液化,地基基础局部或整体失去承载力。4、鞭梢效应破坏: 结构顶部收进过多,抗侧刚度急剧减小,地震中出现鞭梢效应。5、碰撞破坏:相邻结构单元相邻太近,缝宽不足。6
6、、相邻建筑之间的连廊塌落:7、框架柱破坏: 短柱剪切破坏、梁柱核芯区剪切破坏、承载力不足柱折断破坏、箍筋不足引起纵筋压曲、混凝土压碎。8、剪力墙破坏: 连梁剪切破坏,墙肢出现剪切裂缝或水平裂缝。 1、合理选择结构体系(砌体底框、框架、框剪、剪力墙、筒中筒、型钢混凝土结构、钢结构) 2、平面布置力求简单、规则、对称,避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位;避免在凹角处设置楼电梯间;不宜在端头布置楼电梯间,以免削弱结构的抗扭刚度。 3、竖向体型尽量避免外挑,内收不宜过多过急,力求刚度均匀渐变,避免应力集中。 4、结构的承载力、变形能力和刚度要连续均匀分布,适应结构的地震反应要求。 5、高层建筑突出屋面
7、的塔楼,必须有足够的承载力和延性,以适应高振型产生的鞭梢效应。 6、在设计和构造上,实现多道设防。(框架结构采用强柱弱梁,实现梁铰机制;框架结构:连梁墙肢框架;剪力墙结构:连梁空间整体性形成高次超静定)。 7、合理设置防震缝。(考虑沉降倾斜影响、正偏差、较规范适当加大) 8、节点的承载力和刚度要与构件的承载力与刚度相适应。坚持强节点弱构件的原则,从构造上采取措施防止反复荷载作用下承载力和刚度过早退化。(例如框架中柱要求柱钢筋直径不大于柱截面高度的二十分之一、直段锚固长度不小于0.45LaE等)。装配式框架和大板结构必须加强节点的连接结构(剪力墙板柱体系的适用高度比纯框架结构低)。 9、保证结构
8、有足够刚度,限制顶点和层间位移。 10、构件设计采取措施,防止脆性破坏,保证结构有足够的延性。(脆性破坏指剪切、锚固和压碎等突然而无事先预兆的破坏形式。)坚持强剪弱弯、强锚固弱配筋的原则。 11、保证地基基础的承载力、刚度和足够的抗滑移、抗转动能力,防止结构产生过大的差异沉降和倾斜。 12、减轻结构自重,最大限度的降低地震作用。1、三水准设防要求 (1)多遇地震作用下,结构处于弹性,用弹性反应谱进行地震作用计算,按承载力要求进行截面设计,并控制结构弹性变形符合要求。(低1.55度) (2)在基本烈度的地震作用下,允许结构达到或者超过屈服极限(钢筋混凝土结构会产生裂缝),产生弹塑性变形,依靠结构
9、的塑性耗能能力,使结构保持稳定、得以保存下来,经修复还可以使用。结构抗震设计应按变形要求进行。 (3)在预先估计到的罕遇地震作用下,结构进入弹塑性大变形状态,部分产生破坏,但应防止结构倒塌,避免危及生命安全。考虑防倒塌设计。(高1.0度)1、第一阶段对构件截面承载力验算和第二阶段对弹塑性变形验算,并与概念设计和构造措施相结合,实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震要求。2、第一阶段:按多遇地震计算地震作用,进行结构分析、地震内力计算,考虑各种分项系数。荷载组合值系数进行其它荷载与地震作用产生内力的组合,进行截面配筋计算和结构弹性位移控制,并采取相应的构造措施保证结构的延性,使之具有与第二水
10、准(设防烈度)相应的变形能力,从而实现“小震不坏”和“中震可修”。(所有建筑均应进行) 1、对地震时抗震能力较低、容易破坏或倒塌的多高层建筑结构以及抗震要求较高的建筑结构(如甲类建筑),要进行易损部位(薄弱层)的塑性变形验算,并采取措施提高薄弱层的承载力或增加变形能力,使薄弱层的塑性水平位移不超过允许的变为。 2、该阶段主要针对甲类建筑和特别不规则的结构。 1、建筑结构是否具有耐震能力,主要取决于结构所能吸收和消耗的地震能量,结构抗震能力由承载力和变形能力两者共同决定。 2、结构的延性=p/y (结构或构件允许最大变形与屈服变形的比值,可以是线位移、转角或层间位移延性),多高层钢筋混凝土结构的
11、延性要求为=48。 3、地震作用下,结构屈服后,可以利用塑性变形来吸收能量。增加结构的延性,不仅能削减地震反应,而且提高了结构抵御强烈地震的能力。1、结构或构件的延性通过试验测定。2、通过采取一系列的构造措施来实现。在结构设计中必须严格执行规范、规程中有关的构造要求。从保证延性的重要性而言,抗震结构的构造措施比计算更重要。3、为保证结构的延性,构件要有足够的截面尺寸,柱的轴压比、梁和剪力墙的剪压比、构件截面配筋率要适宜,应遵守规范、规程的规定要求。1、结构自振周期应与地震动卓越周期错开,避免共振造成灾害。 (1)地震动卓越周期又称地震动主导周期,是根据地震是某一地区地面运动记录计算处的反应谱的
12、主峰值位置所对应的周期,是震源特性、传播介质和该地区场地条件的综合反应,并随场地覆盖土层增厚变软而加长。 (2)卓越周期:(计算土层厚度不大于20m) 单一土层 T0=4H/Vs 多土层 T0=4Hi/VsisVHT/40sVHT/40sVHT/40siiVHT/40sVHT/40siiVHT/40sVHT/40siiVHT/40sVHT/40siiVHT/40sVHT/40siiVHT/402、减轻结构自重3、在满足结构弹性变形要求的前提下,降低结构的刚度。4、注意结构布置和刚度的均匀性、对称性和质量分布的均匀性,避免结构质量中心与结构刚度中心的偏心,提高结构的抗扭刚度,减小结构扭转效应。5
13、、结构刚度沿竖向均匀渐变、逐渐减小。 1、尽可能布置多道抗震防线,采用具有联肢的墙、壁式框架的剪力墙结构,框架剪力墙结构,筒中筒等多重抗侧力结构体系。高层建筑避免采用纯框架结构。 2、结构的承载力、刚度要适应地震作用下的动力要求,并应均匀连续分布。在一般静力设计中,任何结构部位的超强设计都不会影响结构的安全性,但在抗震设计中,某一部分结构的超强,就可能导致结构其它部位的相对薄弱。 3、合理控制结构的非弹性部位(塑性铰区),掌握结构的屈服过程及最后形成的屈服机制。采取有效措施防止过早的混凝土剪切破坏、钢筋锚固滑移和混凝土压碎等脆性破坏。 为保证混凝土与钢筋共同工作,必须使钢筋具有足够的锚固长度和
14、混凝土保护层厚度,在设计中,无论柱还是梁的纵向钢筋,还是墙的分布钢筋和楼板钢筋,直径均宜细不宜粗,间距宜密不宜稀。 4、对于重要的、特别不规则的结构,进行弹塑性时程分析,甚至进行性能化设计,保证结构的抗震性能。重要节点在试验研究或者数值模拟研究基础上,进行专门的设计及构造处理。1、结构的简单性:(1)传力路径简单。直接、明确;(2)计算模型、内力和位移分析以及限值薄弱部位出现易于把握;(3)对结构抗震性能的估计比较可靠。2、结构的规则和均匀性(1)沿建筑竖向,造型和结构布置比较均匀,避免刚度、承载能力和传力路径的突变,避免应力和变形集中导致结构过早破坏。(2)建筑平面比较规则,平面内结构布置比
15、较均匀,地震惯性力可以比较短和直接的途径传递,质量分布与刚度分布协调,限值或减小质量与刚度之间的偏心。建筑平面规则、结构均匀布置,可以有效防止薄弱的子结构过早破坏,使地震作用在各个子结构之间重分布,发挥整个结构耗散地震能量的作用。3、结构的刚度和抗震能力(1)结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。(2)虽可选择结构刚度,减少地震作用,但应注意控制结构变形引起的不利效应(P效应)。(3)结构应具备足够的抗扭刚度(现行计算未考虑地震扭转分量,扭转振动更容易导致结构破坏)4、结构的整体性(1)楼盖对结构的整体性起着非常重要的作用。楼盖体系最重要的作用是提供足够的面内刚度和抗力,并与竖向子结构有效
16、连接,当结构空旷或平面凹凸不规则,或楼盖开大洞时更应注意。(2)设计不能误认为,在多遇地震作用下,考虑了楼板平面内弹性变形影响后,就可以消弱楼盖体系。(3)基础的整体性以及基础与上部结构的可靠连接是结构整体性的重要保证。 1、场地选择。 2、材料:材料强度、延性、可焊性、耐久性。 3、结构强度及刚度设计计算。 4、抗震措施。4.1.7 场地内存在发震断裂时,应对断裂的工程影响进行评价,并应符合下列要求:1 对符合下列规定之一的情况,可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响:1)抗震设防烈度小于8度;2)非全新世活动断裂;3)抗震设防烈度为8度和9度时,前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于60m
17、和90m。2 对不符合本条1款规定的情况,应避开主断裂带。其避让距离不宜小于表4.1.7对发震断裂最小避让距离的规定。 发震断裂的最小避让距离发震断裂的最小避让距离(m) 烈度 建筑抗震设防类别 甲 乙 丙 丁 专门研究 300m 200m 专门研究 500m 300m 8 当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时,除保证其在地震作用下的稳定性外,尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用,其地震影响系数最大值应乘以增大系数。其值可根据不利地段的具体情况确定,但不宜大于1.6。 地球每年发生约500多万次地震,也就是说每天要
18、发生上万次地震。不过绝大多数太小或者离我们太远,人们感觉不到。真正能对人类造成严重危害的地震,全世界每年大约有一二十次。 通常所说的地震是指构造地震。当岩石圈某处岩层发生突然破裂、错动时,便把长期积累起来的能量在瞬间急剧释放出来,巨大的能量以地震波的形式由该处向四面八方传播出去,直到地球表面,引起地表的震动,造成地震。中国是一个地震多发的国家,从公元前2300年至公元2000年,有记录的四级以上的震震中分布图如下:二十世纪我们国家地震大灾难有三个时期: 1)解放前,1920年宁夏地震,死24万人;1927年甘肃地震,死20万人 2)解放以后,唐山地震处于极左年代,死24万人 3)现经济腾飞、和
19、平盛世时期,但汶川地震还是死将近九万人 。 上一个世纪,中国由于地震死忘的人数占全世界60%。 汶川强震属于板块内的地震,因印度洋板块和欧亚大陆板块推挤,断层破裂所引起。中国和美国国家地质调查局测到主震为里氏7.8级 地震震中在川滇地震带(龙门山断裂带),平均每十年发生一次里氏7.0级以上的地震。汶川地震属长周期地震波,传递较远,而且在地表下传,地质较硬,能量无法被吸收,因此,地震波传递到了一千九百公里外的台湾。 20080530_149ef71a4ecda6fa029bmRuO463myioT.gif20080530_40a6795da024bca40bbabgSb9CPLU8GE.gif2
20、0080530_f50cf23e1dca02383492tm6EVNOmdvFC.gif汶川地震烈度计算:震级:里氏8.0级,即 M=8.0震中(10Km以内)烈度: I=0.24+1.29M=10.56度烈度随震中距(R)的增大而衰减:I=0.92+1.63M-3.49LogR距震中25Km处的烈度: 约9度距震中50Km处的烈度: 约8度距震中100Km处的烈度: 约7度距震中200Km处的烈度: 约6度200Km以外,低于6度 当然,震害呈带状分布还与板块的走向有关,如北川青川距汶川分别100km,230Km以上,可震害却与9度10度时相仿. 1、汶川8.0级地震发生后,中国地震局组织专
21、家赴四川、甘肃、陕西、重庆、云南、宁夏等省(自治区、直辖市)开展了现场调查,调查面积达50万平方公里,调查点4150个,在实地调查基础上,编绘了汶川8.0级地震烈度分布图。 2、烈度图的公布较晚,在去年9月初才正式公布,地震波等相关数据已经过认真确认,但还需报总参批准后方可公布。 据调查统计,此次地震最大烈度达11度。 中国地震烈度值划分为112度:3度,门窗轻微作响;6度,房屋出现损坏,个别砖瓦掉落,墙体微裂缝;9度,房屋严重破坏,局部倒塌,修复困难;10度,房屋大部分倒塌,不堪修复;11度,房屋毁灭;12度,山河改观。 汶川8.0级地震6度区以上面积合计440442平方公里,其中: 11度
22、区:面积约2419平方公里(0.55%),以四川省汶川县映秀镇和北川县县城为两个中心呈长条状分布,其中映秀度区沿汶川都江堰彭州方向分布,长轴约66公里,短轴约20公里,北川度区沿安县北川平武方向分布,长轴约82公里,短轴约15公里。 10度区:面积约3144平方公里(0.71%),呈北东向狭长展布,长轴约224公里,短轴约28公里,东北端达四川省青川县,西南端达汶川县。 9度区:面积约为7738平方公里(1.76%),呈北东向狭长展布,长轴约318公里,短轴约45公里。东北端达到甘肃省陇南市武都区和陕西省宁强县的交界地带,西南端达到四川省汶川县。 8度区:面积约27786平方公里(6.3%),
23、呈北东向不规则椭圆形状展布,东南方向受地形影响不规则衰减,长轴约413公里,短轴约115公里,西南端至四川省宝兴县与芦山县,东北端达到陕西省略阳县和宁强县。 7度区:面积约84449平方公里(19.17%),呈北东向不规则椭圆形状展布,东南向受地形影响有不规则衰减,西南端较东北端紧窄,长轴约566公里,短轴约267公里,西南端至四川省天全县,东北端达到甘肃省两当县和陕西省凤县,最东部为陕西省南郑县,最西为四川省小金县,最北为甘肃省天水市麦积区,最南端为四川省雅安市雨城区。 6度区:面积约314906平方公里(71.50%),呈北东向不均匀椭圆形展布,长轴约936公里,短轴约596公里,西南端为
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