住宅结构设计之抗震
地震及震源和震中
地壳是由各种岩层组成的。由于地球在其运动和发展过程中内部存在大量的能量，地壳中的岩层在这些能量所产生的巨力作用下，使原来成水平状态的岩层发生形变，出现褶皱;随着地应力的逐渐加剧，岩层构造变动也逐渐加剧，当岩层薄弱部位的岩石强度承受不了强大力作用时(或者说其应变已超过了岩石所能容忍的应变时)，岩层发生了突然的断裂和猛烈的错动，此时，岩层在构造变动过程中累积起来的应变能突然得到释放，并以弹性波的形式传到地面，产生强烈的地面运动，此即为构造地震。因其在各种地震中占绝大多数，且影响最大，故一般把构造地震简称为地震。
除构造地震外，还有由于火山爆发、溶洞塌陷、水库蓄水、核爆炸等原因引起的地震，这些地震和构造地震相比，其影响小、频度低。地壳岩层发生断裂产生剧烈的相对运动的地方叫震源。震源正上方向的地面位置叫震中。由震中到观测点的距离叫震中距。一般把震源距地面的深度小于60km的地震称为浅源地震，深度为60～300km的地震称为中源地震，深度大于300km的地震称为深源地震。我国除黑龙江省和吉林省的个别地区有深度为400～600km的深源地震外，绝大部分属于浅源地震。一般说对于同样大小的地震，浅源地震波及面小而破坏程度大，深源地震则相反。多数破坏性地震发生于较浅的地方，深度大于100km的地震在地面上不致引起灾害。由于我国地震2/3发生在大陆地区，而且绝大多数是震源深度为20～30km的浅源地震，故对地面建筑物和工程设施的破坏较重，给人民生命财产和国民经济造成十分严重的损失。
震级
是反映一次地震大小的级别。震级M的原始定义是的1935年里希特给出的：
M=logA
A是标准地震仪(周期为0.8秒、阻尼系数为0.8、放大倍数为2800倍的地震仪)在距震中100km 处记录的以μm(10↑(-3)mm)为单位的最大水平地动位移。例如，在上述条件下测得的A值为10000μm，取其对数等于4，这次地震即定义为4级。震级直接与震源释放出来的能量大小有关。不同震级M与所释放出来的能量E(尔格，1尔格：10↑(-7)焦耳)有如下关系：
log10E=11.8+1.5M
按此式推算，震级每增加一级，地震波能量增加32倍。2级以下地震称为微震，人们感觉不到;2～4级地震称为有感地震;5级以上地震统称为破坏性地震;7级以上的称为强烈地震;8级以上的称为特大地震。至今已发生的最大震级为8.9级。
基本烈度、众值烈度及罕遇烈度 基本烈度指某一地区今后一定时期内在一般场地条件下可能遭受的较大烈度。其实质是某地区今后一定时间内的震害预报，同时也是抗震设防设计的依据。基本烈度的确定是地震主管部门以我国的地震危险区为基础，考虑了地震烈度随震中距增加而衰减的统计分析，结合历史地震调查，制定了我国的地震烈度区划图，烈度区划图中划定的烈度即为基本烈度。一个地区发生的地震是随机事件，而地震烈度更是随机变量。随机变量只能用概率分布规律来描述。我国地震烈度区划图上标定的基本烈度，其概率上的定义为50年设计基准期内具有超越概率为10%的保证率。众值烈度又称常遇烈度或多遇烈度，是该地区出现频度最高的烈度，相当于概率密度曲线上峰值时的烈度，故称众值烈度。具有超越概率为63%的保证率。多遇烈度(众值烈度)比基本烈度低1.5度(严格地说低1.55度)。罕遇烈度：在设计基准期内，遭遇大于基本烈度的大烈度震害的小概率事件还是可能发生的。随着基本烈度的提高，大震烈度增加的幅度有所减少，不同基本烈度对应的大震烈度的定量标准也不应相同。通过对43个城市地震危险性的分析，并结合我国经济实况，可粗略地将50年超越概率2%～3%的烈度作为罕遇地震的概率水平：当基本烈度为6度时为7度强，7度时为8度强，8度时为9度弱，9度时为9度强。
近震和远震
在相同烈度和相同场地条件下的某一地区，当处在中等地震(例如震级M：5.5)的震中区和处在大地震(例如震级M：7.5)距震中较远处(例如震中距为50km)，其所受到的破坏作用很不相同。这是因为长周期地震波比短周期地震波随距离增加衰减得轻，刚性结构在震中的破坏大于震中距远的地方，而高柔结构则相反。此外，同一烈度而地震持续时间不同，震害也不同。例如震级为8级，震中距远的8度区，地震持续时间常达40s以上，而震级为6级，震中区附近的8度区，地震持续时间仅几秒，两者震害很不相同。相同烈度下这种不同地震破坏作用，实质上反映了频谱特性或反应谱的差异。故有必要区分在相同烈度条件下震级或震中距不同时的反应谱差异。经统计，不同震级M时，地震烈度I与震中距D(以km计)的关系为：
I=0.92+1.63M-3.49logD
而在震中区为：
I=0.24+1.29M
规范规定：
当某地区是受震中烈度与该地区给定的基本烈度相等或比它大一度的地震影响时，称为近震;当某地区是受震中烈度比该地区给定的基本烈度大二度或二度以上的地震影响时，称为远震。按现行烈度区划图，我国绝大多数地区只考虑近震影响。
住宅结构设计之抗震（2）
场地 指建筑物所在地，其范围大体相当于厂区、居民点和自然村的区域，并具有相近的反应谱特性;场地类别系按场地土类型和场地覆盖层厚度对场地地震效应的一种划分，作为表征场地条件的指标。场地土指场地范围内的地基土;场地土类型系场地上刚度的一种划分，不能单独作为表征场地条件的指标。场地覆盖层厚度指地面至剪切波速大于500m/s土层或坚硬土层面的距离。场地土类型可采用剪切波速分类法或近似分类法，当为多层土时用土层平均剪切波速值划分。
场地类别按场地土类型和场地覆盖层厚度划分成I～Ⅳ四类，按规范表格划分。当有充分依据时可以适当调整。当用桩基或深基础时不改变原有场地类别。建筑场地的选择应根据工程需要，掌握地震活动情况和工程地质的有关资料，作出综合评价;宜选择对建筑抗震有利的地段，避开对建筑抗震不利的地段，不应在对建筑抗震危险的地段建造甲、乙、丙类建筑。
土层的卓越周期 设基岩为弹性半无穷体，其剪切模量为G↓岩，密度为P↓岩，横波在其中通过的波速为V↓(s岩);其上覆盖厚度为H的水平土层，土层的剪切模量为G↓土，密度为P↓土，横波在其中通过的波速为V↓(s土)。根据理论分析，假如有个自基岩发射出来的正弦波形的弹性波，经过土层到达地面的振幅与基岩振幅的比值可用下式表达：
式中 为岩土阻抗比。当表土层刚度比基岩小，即K<1时，一般情况下β>1，地面振幅比基岩中的大;当表土层刚度比基岩大，即K>1时，一般情况下β<1，地面振幅比基岩中的小。当岩基上覆盖着软土层时，振幅放大系数β有些类似于单质点系共振曲线，在ωH/V↓(s土)=π/2时，β出现峰值，相应的周期为：
一般称此为土层卓越周期，是场地的重要动力特性之一。一般来说，地基上土卓越周期只是在土层数少、相邻土层的波传播速度差别较大时才较明显。至于考虑土的阻尼作用以及强震时土的变形非线性关系之后，问题就更加复杂。尽管如此，卓越周期公式说明，地震对结构的破坏作用除了地震烈度大小之外，所在地的地基土质情况如土的刚度及土层覆盖厚度是很重要因素。一般软弱地基地面运动振幅大，卓越周期长，持续时间亦长，对柔性结构不利，建筑物震害有加重趋势，这是由于建筑物发生类共振现象所致，在结构抗震设计中，应使结构的自振周期避开卓越周期，以免产生共振现象。
地基液化 地震时饱和砂土地基会发生液化现象，造成建筑物的地基失效，发生建筑物下沉、倾斜甚或倒塌等现象。地基土的承载能力主要来自土的抗剪强度，而砂土或粉土的抗剪强度主要取决于土颗粒之间形成的骨架作用。饱和状态下的砂土或粉土受到振动时，孔隙水压力上升，土中的有效应力减小，土的抗剪强度降低。振动到一定程度时，土颗粒处于悬浮状态，土中有效应力完全消失，土的抗剪强度为零。土变成了可流动的水土混合物，此即为液化。饱和砂土或粉土液化除了地震的振动特性外，还取决于土的自身状态：
1.土饱和，即要有水，且无良好的排水条件;
2.土要足够松散，即砂土或粉土的密实度不好;
3.土承受的静载大小，主要取决于可液化土层的埋深大小，埋深大，土层所受正压力加大，有利于提高抗液化能力。此外，土颗粒大小，土中粘粒含量的大小，级配情况等也影响到土的抗液化能力。在地震区，一般应避免用未经加固处理的可液化土层作天然地基的持力层。
三水准的地震设防目标 为贯彻执行地震工作以预防为主的方针，使建筑经抗震设防后，减轻建筑的地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失，结合我国目前的经济能力，规范提出地震设防的三个水准是，第一水准：当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑一般不受损坏或不需修理仍可继续使用，即"小震不坏"。第二水准：当遭受本地区设防烈度的地震影响时，建筑可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，即"中震可修"。第三水准：当遭受高于本地区设防烈度的预估的罕遇地震时，建筑不致倒塌或发生危及生命的严重破坏，即"大震不倒"。
住宅结构设计之抗震(3)
抗震的二阶段设计 用此二阶段设计来实现三水准的设防目标。
第一阶段设计是为了保证在设防烈度地震影响下结构满足预定的设计要求。采用按第一水准的地震动参数计算结构的弹性地震作用和相应的地震作用效应作为标准值，采用分项系数表达式进行结构构件的截面设计。这样，既满足了在第一水准下有必要的强度可靠度，又满足第二水准的设防要求(损坏可修)。对大多数结构来说，可只进行第一阶段设计，而通过概念设计和抗震构造要求来满足第三水准的设计要求。
第二阶段设计，即薄弱部位和地震时易倒塌的柔性建筑物，除进行第一阶段设计外，尚需进行第二阶段设计，以找出薄弱部位，采取相应构造措施，以防止倒塌，实现第三水准的设防要求。
抗震概念设计 概念设计是指一些在计算中或在规范中难以作出具体规定的问题，必须由工程师运用"概念"进行分析，作出判断，以便采取相应的措施。例如结构破坏机理的概念，力学概念以及由震害试验现象等总结提供的各种宏观和具体的经验等，这些概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置过程中，也体现在计算简图或计算结果的处理中。建筑结构的抗震设计，是以现有科学水平和经济条件为前提的。目前地震及结构所受地震作用还有许多规律未被认识，人们在总结历次大地震灾害经验中认识到：一个合理的抗震设计，在很大程度上取决于良好的"概念设计"。抗震概念设计主要有如下几点：
1.建筑的体型力求简单、规则、对称、质量和刚度变化均匀。
2.抗震结构体系，应符合以下要求：
(1)具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径;
(2)具有多道抗震防线，避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力;
(3)应具备必要的强度、良好的变形能力和耗能能力;
(4)具有合理的刚度和强度分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中;对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。3.抗震结构的各类构件应具有必要的强度和变形能力(或延性)。
4.抗震结构的各类构件之间应具有可靠的连接。
5.抗震结构的支撑系统应能保证地震时结构稳定。
6.非结构构件(围护墙、隔墙、填充墙)要合理设置。
抗震结构体系 是抗震设计应考虑的最关键问题，对安全和经济起决定性的作用，是综合的系统决策。体系的选择要符合抗震概念设计的几条基本原则。
主要的抗震结构体系有：
1.多层砌体房屋。是以砌体(无筋砌体或配筋砌体)抗震墙为抗震结构体系，其中以横墙承重为主的结构体系较有利，承重横墙兼作横向抗震墙，纵向自承重墙作为纵向抗震墙，必要时也可以采用纵、横墙混合承重。
2.多层内框架房屋。指外墙为砖墙垛(或壁柱)承重，内柱为钢筋砼柱承重的房屋，适用于工艺上需要较大空间或使用上要求有较空旷的大厅的轻工厂房和民用公共建筑等。
3.底层框架砖房。底层要求有较大空间作商店、服务大厅等，上部则为隔墙较多的住宅或办公楼，是一种上下材料不同、强度和刚度不连续的结构体系，在抗震设计中有较严格的要求。
4.框架结构。多应用于多层及高层民用建筑和多层的工业建筑，建筑平面布置灵活，易于布置较大房间。但纯框架结构侧向刚度小，属柔性结构，故其层数和高度都受到一定限制。
5.框架-抗震墙结构。在多层和高层钢筋混凝土房屋的纵向和横向布置适当的抗震墙，并与框架结构形成框架-抗震墙协同工作的结构体系。在地震作用下层间位移比纯框架结构显着减小，故其建筑高度可以高很多。
6.抗震墙结构。是全部由纵、横抗震墙组成的结构体系，其抗震性能较好，在高层住宅、公寓、旅馆等建筑中广泛应用。
篇2:建筑抗震等级地震烈度震级及建筑结构抗震等级
建筑抗震等级、地震烈度、震级及建筑结构抗震等级
一、抗震等级
1、抗震等级:是设计部门依据国家有关规定,按“建筑物重要性分类与设防标准”,根据烈度、结构类型和房屋高度等,而采用不同抗震等级进行的具体设计。以钢筋混凝土框架结构为例,抗震等级划分为四级,以表示其很严重、严重、较严重及一般的四个级别
2、地震烈度:是国家主管部门根据地理、地质和历史资料,经科学勘查和验证,对我国主要城市和地区进行的抗震设防与地震分组的经验数值,是地域概念。抗震设防类别分为甲、乙、丁类建筑,全国大部分地区的房屋抗震设防烈度一般为8度。
3、震级是表示地震强度所划分的等级,中国把地震划分为六级:小地震3级,有感地震3-4.5级,中强地震4.5-6级,强烈地震6-7级,大地震7-8级,大于8级的为巨大地震。
二、建筑结构抗震等级的一般规定
(1)多高层建筑结构的抗震措施是根据抗震等级确定的,抗震等级的确定与建筑物的类别相关,不同的建筑物类别在考虑抗震等级时取用的抗震烈度与建筑场地类别有关,也就是考虑抗震等级时取用烈度与抗震计算时的设防烈度不一定相同。
(2)建筑结构应根据其使用功能的重要性分为甲、乙、丙、丁类四个抗震设防类别。
建筑的抗震设防类别划分见国家标准《建筑抗震设防分类标准》GB 50223的规定,也可见《建筑抗震设计手册》(1994年版)高层建筑没有丁类抗震设防。
各抗震设防类别的高层建筑结构,其抗震措施应符台下列要求:
1)甲类、乙类建筑:当本地区的抗震设防烈度为6~8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求;当本地区的设防烈度为9度时,应符合比9度抗震设防更高的要求。当建筑场地为Ⅰ类时,应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施;
2)而类建筑:应符合本地区抗震设防烈度的要求。当建筑场地为I类时,除6度外,应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施.按建筑类别及场地调整后用于确定抗震等级烈度,按调整后的抗震等级烈度。
(3)抗震设计时,多高层建筑钢筋混凝土结构构件应根据设防烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算和构造措施要求。A级高度丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震等级应按表3.11确定。当本地区的设防烈度为9度时,A级高度乙类建筑的抗震等级应按本节第9条规定的特一级采用,甲类建筑应采取更有效的抗震措施。
注:本规程“特一级和一、二、三、四级”即“抗震等级为特一级和一、二、三、四级”的简称。
(4)抗震设计时,B级高度丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震等级应按表3-12确定。
(5)建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时,对设计基本地震加速度为0 15G和O.30G的地区,宜分别按抗震设防烈度8度(0.20G)和9度(0.40G)时各类建筑的要求采取抗震构造措施。
(6)抗震设计的多高层建筑,当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时,地下一层的抗震等级应按上部结构采用,地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级,地下室柱截而每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外,不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍;地下室中超出上部主楼范围且无上部结构的部分,其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。9度抗震设计时.地下室结构的抗震等级不应低于二级。
(7)抗震设计时、与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级;主楼结构在裙房顶部上、下各一层应适当加强抗震构造措施。
(8)房屋高度大、柱距较大而柱中轴力较大时,宜采用型钢混凝土柱、钢管混凝土柱,或采用高强度混凝土柱。
(9)高层建筑结构中,抗震等级为特一级的钢筋混凝土构件,除应符合一级抗震等级的基本要求外,尚应符台下列规定:
1)框架柱应符合下列要求:
①宜采用型钢混凝土柱或钢管混凝土柱;
②柱端弯矩增大系数`Η_C`、柱端剪力增大系数`Η_VC`.应增大20%;
③钢筋混凝土柱柱端加密区最小配箍特征值`Λ_V`,应按表5-13的数值增大O.02采用;全部纵向钢筋最小构造配筋百分率,中、边柱取1.4%,角柱取1.6%。
2)框架梁应符合下列要求:
①梁端剪力增大系数≈“应增大20%;
②梁端加密区箍筋构造最小配箍率应增大10%。
3)框支柱应符合下列要求:
①宜采用型钢混凝士柱或钢管混凝土柱;
②底层柱下端及与转换层相连的柱上端的弯矩增大系数取L.8,其余层柱端弯矩增大系数`Η_R`应增大20%;柱端剪力增大系数`Η_VR`应增大2U%;地震作用产生的柱剪力增大系数取1.8,但计算柱轴压比时可不计该项增大;
③钢筋混凝土柱柱端加密区最小配箍特征值`Λ_R`应按表5-13的数值增大0.03采用,且箍筋体积配箍率不应小于1.6%;全部纵向钢筋最小构造配筋百分率取1.6%。
4)筒体、剪力墙应符合下列要求:
①底部加强部位及其上一层的弯矩设计值应按墙底截面组合弯矩计算值的1.L倍采用,其他部位可按墙肢组合弯矩计算值的L.3倍采用;