住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之抗震（2）

　　場(chǎng)地 指建筑物所在地，其范圍大體相當(dāng)于廠區(qū)、居民點(diǎn)和自然村的區(qū)域，并具有相近的反應(yīng)譜特性；場(chǎng)地類別系按場(chǎng)地土類型和場(chǎng)地覆蓋層厚度對(duì)場(chǎng)地地震效應(yīng)的一種劃分，作為表征場(chǎng)地條件的指標(biāo)。場(chǎng)地土指場(chǎng)地范圍內(nèi)的地基土；場(chǎng)地土類型系場(chǎng)地上剛度的一種劃分，不能單獨(dú)作為表征場(chǎng)地條件的指標(biāo)。場(chǎng)地覆蓋層厚度指地面至剪切波速大于500m／s土層或堅(jiān)硬土層面的距離。場(chǎng)地土類型可采用剪切波速分類法或近似分類法，當(dāng)為多層土?xí)r用土層平均剪切波速值劃分。場(chǎng)地類別按場(chǎng)地土類型和場(chǎng)地覆蓋層厚度劃分成I～Ⅳ四類，按規(guī)范表格劃分。當(dāng)有充分依據(jù)時(shí)可以適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)用樁基或深基礎(chǔ)時(shí)不改變?cè)袌?chǎng)地類別。建筑場(chǎng)地的選擇應(yīng)根據(jù)工程需要，掌握地震活動(dòng)情況和工程地質(zhì)的有關(guān)資料，作出綜合評(píng)價(jià)；宜選擇對(duì)建筑抗震有利的地段，避開(kāi)對(duì)建筑抗震不利的地段，不應(yīng)在對(duì)建筑抗震危險(xiǎn)的地段建造甲、乙、丙類建筑。

　　土層的卓越周期 設(shè)基巖為彈性半無(wú)窮體，其剪切模量為G↓巖，密度為P↓巖，橫波在其中通過(guò)的波速為V↓（s巖）；其上覆蓋厚度為H的水平土層，土層的剪切模量為G↓土，密度為P↓土，橫波在其中通過(guò)的波速為V↓（s土）。根據(jù)理論分析，假如有個(gè)自基巖發(fā)射出來(lái)的正弦波形的彈性波，經(jīng)過(guò)土層到達(dá)地面的振幅與基巖振幅的比值可用下式表達(dá)：

　　式中 為巖土阻抗比。當(dāng)表土層剛度比基巖小，即K＜1時(shí)，一般情況下β＞1，地面振幅比基巖中的大；當(dāng)表土層剛度比基巖大，即K＞1時(shí)，一般情況下β＜1，地面振幅比基巖中的小。當(dāng)巖基上覆蓋著軟土層時(shí)，振幅放大系數(shù)β有些類似于單質(zhì)點(diǎn)系共振曲線，在ωH／V↓（s土）＝π／2時(shí)，β出現(xiàn)峰值，相應(yīng)的周

　　期為：

　　一般稱此為土層卓越周期，是場(chǎng)地的重要?jiǎng)恿μ匦灾弧Ｒ话銇?lái)說(shuō)，地基上土卓越周期只是在土層數(shù)少、相鄰?fù)翆拥牟▊鞑ニ俣炔顒e較大時(shí)才較明顯。至于考慮土的阻尼作用以及強(qiáng)震時(shí)土的變形非線性關(guān)系之后，問(wèn)題就更加復(fù)雜。盡管如此，卓越周期公式說(shuō)明，地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用除了地震烈度大小之外，所在地的地基土質(zhì)情況如土的剛度及土層覆蓋厚度是很重要因素。一般軟弱地基地面運(yùn)動(dòng)振幅大，卓越周期長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間亦長(zhǎng)，對(duì)柔性結(jié)構(gòu)不利，建筑物震害有加重趨勢(shì)，這是由于建筑物發(fā)生類共振現(xiàn)象所致，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)使結(jié)構(gòu)的自振周期避開(kāi)卓越周期，以免產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

　　地基液化 地震時(shí)飽和砂土地基會(huì)發(fā)生液化現(xiàn)象，造成建筑物的地基失效，發(fā)生建筑物下沉、傾斜甚或倒塌等現(xiàn)象。地基土的承載能力主要來(lái)自土的抗剪強(qiáng)度，而砂土或粉土的抗剪強(qiáng)度主要取決于土顆粒之間形成的骨架作用。飽和狀態(tài)下的砂土或粉土受到振動(dòng)時(shí)，孔隙水壓力上升，土中的有效應(yīng)力減小，土的抗剪強(qiáng)度降低。振動(dòng)到一定程度時(shí)，土顆粒處于懸浮狀態(tài)，土中有效應(yīng)力完全消失，土的抗剪強(qiáng)度為零。土變成了可流動(dòng)的水土混合物，此即為液化。飽和砂土或粉土液化除了地震的振動(dòng)特性外，還取決于土的自身狀態(tài)：1．土飽和，即要有水，且無(wú)良好的排水條件；2．土要足夠松散，即砂土或粉土的密實(shí)度不好；3．土承受的靜載大小，主要取決于可液化土層的埋深大小，埋深大，土層所受正壓力加大，有利于提高抗液化能力。此外，土顆粒大小，土中粘粒含量的大小，級(jí)配情況等也影響到土的抗液化能力。在地震區(qū)，一般應(yīng)避免用未經(jīng)加固處理的可液化土層作天然地基的持力層。

　　三水準(zhǔn)的地震設(shè)防目標(biāo) 為貫徹執(zhí)行地震工作以預(yù)防為主的方針，使建筑經(jīng)抗震設(shè)防后，減輕建筑的地震破壞，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟(jì)損失，結(jié)合我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)能力，規(guī)范提出地震設(shè)防的三個(gè)水準(zhǔn)是，第一水準(zhǔn)：當(dāng)遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，建筑一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用，即"小震不壞"。第二水準(zhǔn)：當(dāng)遭受本地區(qū)設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，建筑可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用，即"中震可修"。第三水準(zhǔn)：當(dāng)遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的預(yù)估的罕遇地震時(shí)，建筑不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞，即"大震不倒"。

篇2：住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之抗震(3)

　　住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之抗震（3）

　　抗震的二階段設(shè)計(jì) 用此二階段設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)三水準(zhǔn)的設(shè)防目標(biāo)。第一階段設(shè)計(jì)是為了保證在設(shè)防烈度地震影響下結(jié)構(gòu)滿足預(yù)定的設(shè)計(jì)要求。采用按第一水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用和相應(yīng)的地震作用效應(yīng)作為標(biāo)準(zhǔn)值，采用分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)式進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)。這樣，既滿足了在第一水準(zhǔn)下有必要的強(qiáng)度可靠度，又滿足第二水準(zhǔn)的設(shè)防要求（損壞可修）。對(duì)大多數(shù)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可只進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)，而通過(guò)概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造要求來(lái)滿足第三水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。第二階段設(shè)計(jì)，即薄弱部位和地震時(shí)易倒塌的柔性建筑物，除進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)外，尚需進(jìn)行第二階段設(shè)計(jì)，以找出薄弱部位，采取相應(yīng)構(gòu)造措施，以防止倒塌，實(shí)現(xiàn)第三水準(zhǔn)的設(shè)防要求。

　　抗震概念設(shè)計(jì) 概念設(shè)計(jì)是指一些在計(jì)算中或在規(guī)范中難以作出具體規(guī)定的問(wèn)題，必須由工程師運(yùn)用"概念"進(jìn)行分析，作出判斷，以便采取相應(yīng)的措施。例如結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理的概念，力學(xué)概念以及由震害試驗(yàn)現(xiàn)象等總結(jié)提供的各種宏觀和具體的經(jīng)驗(yàn)等，這些概念及經(jīng)驗(yàn)要貫穿在方案確定及結(jié)構(gòu)布置過(guò)程中，也體現(xiàn)在計(jì)算簡(jiǎn)圖或計(jì)算結(jié)果的處理中。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，是以現(xiàn)有科學(xué)水平和經(jīng)濟(jì)條件為前提的。目前地震及結(jié)構(gòu)所受地震作用還有許多規(guī)律未被認(rèn)識(shí)，人們?cè)诳偨Y(jié)歷次大地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)到：一個(gè)合理的抗震設(shè)計(jì)，在很大程度上取決于良好的"概念設(shè)計(jì)"。抗震概念設(shè)計(jì)主要有如下幾點(diǎn)：1．建筑的體型力求簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱、質(zhì)量和剛度變化均勻。2．抗震結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)符合以下要求：（1）具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑；（2）具有多道抗震防線，避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力；（3）應(yīng)具備必要的強(qiáng)度、良好的變形能力和耗能能力；（4）具有合理的剛度和強(qiáng)度分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力集中或塑性變形集中；對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。3．抗震結(jié)構(gòu)的各類構(gòu)件應(yīng)具有必要的強(qiáng)度和變形能力（或延性）。4．抗震結(jié)構(gòu)的各類構(gòu)件之間應(yīng)具有可靠的連接。5．抗震結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)應(yīng)能保證地震時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。6．非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（圍護(hù)墻、隔墻、填充墻）要合理設(shè)置。

　　抗震結(jié)構(gòu)體系 是抗震設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的最關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)安全和經(jīng)濟(jì)起決定性的作用，是綜合的系統(tǒng)決策。體系的選擇要符合抗震概念設(shè)計(jì)的幾條基本原則。主要的抗震結(jié)構(gòu)體系有：1．多層砌體房屋。是以砌體（無(wú)筋砌體或配筋砌體）抗震墻為抗震結(jié)構(gòu)體系，其中以橫墻承重為主的結(jié)構(gòu)體系較有利，承重橫墻兼作橫向抗震墻，縱向自承重墻作為縱向抗震墻，必要時(shí)也可以采用縱、橫墻混合承重。2．多層內(nèi)框架房屋。指外墻為磚墻垛（或壁柱）承重，內(nèi)柱為鋼筋砼柱承重的房屋，適用于工藝上需要較大空間或使用上要求有較空曠的大廳的輕工廠房和民用公共建筑等。3．底層框架磚房。底層要求有較大空間作商店、服務(wù)大廳等，上部則為隔墻較多的住宅或辦公樓，是一種上下材料不同、強(qiáng)度和剛度不連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系，在抗震設(shè)計(jì)中有較嚴(yán)格的要求。4．框架結(jié)構(gòu)。多應(yīng)用于多層及高層民用建筑和多層的工業(yè)建筑，建筑平面布置靈活，易于布置較大房間。但純框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度小，屬柔性結(jié)構(gòu)，故其層數(shù)和高度都受到一定限制。5．框架－抗震墻結(jié)構(gòu)。在多層和高層鋼筋混凝土房屋的縱向和橫向布置適當(dāng)?shù)目拐饓Γ⑴c框架結(jié)構(gòu)形成框架－抗震墻協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在地震作用下層間位移比純框架結(jié)構(gòu)顯著減小，故其建筑高度可以高很多。6．抗震墻結(jié)構(gòu)。是全部由縱、橫抗震墻組成的結(jié)構(gòu)體系，其抗震性能較好，在高層住宅、公寓、旅館等建筑中廣泛應(yīng)用。