抗震等级基础知识

抗震等级基础知识 抗震等级是部门依据国家有关规定，按“建筑物重要性分类与设防”，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。在中国建筑业中，已经开始严格执行这个等级标准。 1 里氏震级的运用里氏震级 1 缺点和改进 1 震级与能量 1 建筑结构抗震等级一般规定抗震等级的确定 1 抗震措施的要求 1 设计钢筋混凝土结构抗震等级 1 梁端加密区 1 柱加密区箍筋 1 框架柱轴压比限值 1 防震缝最小宽度 1 抗震演算(一)免抗震承载力验算情况 1 (二)天然地基抗震承载力计算 1 (三）天然地基要求 1 （四)低承台桩基 1 相关知识地震烈度 1 震级 1 震级与烈度的区别与关联震级与烈度的区别与关联 1 中国历次大地震 抗震设防等级的确定 里氏震级的运用里氏震级 缺点和改进 震级与能量 建筑结构抗震等级一般规定抗震等级的确定 抗震措施的要求 设计规范钢筋混凝土结构抗震等级 梁端加密区 柱加密区箍筋 框架柱轴压比限值 防震缝最小宽度 抗震演算(一)免抗震承载力验算情况 (二)天然地基抗震承载力计算 (三）天然地基要求 （四)低承台桩基 相关知识地震烈度 震级 震级与烈度的区别与关联震级与烈度的区别与关联 中国历次大地震 抗震设防等级的确定 里氏震级的运用 里氏震级   里氏震级原先仅是为了研究美国加州地区发生的地震而设计的，并 抗震等级 用伍德-安德森扭力式地震仪（Wood-Anderson torsion seismometer）测量。里克特设计此标度的目的是区分当时加州地区发生的大量小规模地震和少量大规模地震，而灵感则来自天文学中表示天体亮度的星等。   为了使结果不为负数，里克特定义在距离震中100千米处之观测点地震仪记录到的最大水平位移为1微米（这也是伍德-安德森扭力式地震仪的最大精度）的地震作为0级地震。按照这个定义，如果距震中100千米处的伍德-安德森扭力式地震仪测得的地震波振幅为1毫米（10^3微米）的话，则震级为里氏3级。里氏震级并没有规定上限或下限。现代精密的地震仪经常记录到规模为负数的地震。由于当初设计里氏震级时所使用的伍德-安德森扭力式地震仪的限制，近震规模 ML 若大于约6.8或观测点距离震中超过约600千米便不适用。后来研究人员提议了一些改进，其中面波震级（MS）和体波震级（Mb）最为常用。 缺点和改进   里氏震级的主要缺陷在于它与震源的物理特性没有直接的联 抗震等级 系，并且由于“地震强度频谱的比例定律”（The Scaling Law of Earthquake Spectra）的限制，在8.3-8.5左右会产生饱和效应，使得一些强度明显不同的地震在用传统方法计算后得出里氏震级（如MS）数值却一样。到了21世纪初，地震学者普遍认为这些传统的震级表示方法已经过时，转而采用一种物理含义更为丰富，更能直接反应地震过程物理实质的表示方法即矩震级 （Moment magnitude scale，MW）。地震矩规模是由同属加州理工学院的金森博雄（Hiroo Kanamori）教授于1977年提出的。该标度能更好的描述地震的物理特性，如地层错动的大小和地震的能量等。 震级与能量   改进后的里氏震级直接反映地震释放的能量。其中级能量2.0×10^13 抗震等级 尔格（2.0×10^6焦耳），按几何级数递加，每级相差31.6倍（准确地说是根下1000倍，即差两级能量差1000倍）。   目前世界上已测得的最大震级为里氏9.5级(1960年智利大地震)。另外引发2004年印度洋海啸的地震美国一监测机构称里氏震级为9.0级。 建筑结构抗震等级一般规定 抗震等级的确定   (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。 抗震措施的要求   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。 抗震等级 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)丙类建筑：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：   ⑴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%。   ⑵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%。   ⑶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%。   ⑷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；底部加强部位的剪力设计值，应按考虑地震作用组合的剪力计算值的1.9倍采用，其他部位的剪力设计值，应按考虑地震作用组合的剪力计算值的L.2倍采用；   ②一般部位的水平和竖向分布钢筋最小配筋率应取为0.35%，底部加强部位的水平和竖向分布钢筋的最小配筋率应取为0.4%； 抗震等级 ③约束边缘构件纵向钢筋最小构造配筋率应取为1.4%．配箍特征值宜增大20%；构造边缘构件纵向钢筋的配筋率不应小于1.2%；框支剪力墙结构的落地剪力墙底部加强部位边缘构件宜配置型钢，型钢宜向上、下   各延伸一层。   ⑸剪力墙和简体的连梁应符合下列要求：   ①当跨高比不大于2时，应配置交叉暗撑；   ②当跨高比不大于1时，宜配置交叉暗撑；   ③交叉暗撑的计算和构造宜符合本书第10章10.7条的规定。 设计规范 钢筋混凝土结构抗震等级   钢筋混凝土结构构件的抗震设计，应根据结构类型、房屋高度、设防烈度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造要求。   注：①设防烈度为6度的建筑（建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑除外）可不进行截面抗震验算，但应符合本章有关的抗震构造要求；   ②框架剪力墙结构中，当剪力墙部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的50%时，其框架部分应按框架结构的抗震等级采用；   ③有框支层的剪力墙结构，除落地剪力墙底部加强区外，均可按一般剪力墙结构的抗震等级取用；   ④房屋高度指室外地面至檐口的高度； 抗震等级 ⑤设防烈度为8度的丙类建造且房屋高度不超过12m的规则的一般民用框架结构（体育馆和影剧院除外）和类似的工业框架结构，抗震等级可采用三级；   ⑥对设防烈度为6度、7度的地区，当采用有框支层的剪力墙结构时，其房屋高度分别不宜超过120m、100m。   ⑦本表所列结构，除铰接排架外，均为现浇钢筋混凝土结构；剪力墙即为现行国家标准《建筑抗震设计规范》中的现浇剪力墙。 梁端加密区   梁端加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径应按表6.3.4采用。当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，表中箍筋最小直径数值应增大2mm。   抗震等级 加密区长度（采用较大值） （mm） 箍筋最大间距（采用最小值） （mm） 箍筋最小直径 一 2hb，500 hb/4，6d，100 10 二 1.5hb，500 hb/4，8d，100 8 三 1.5hb，500 hb/4，8d，150 8 四 1.5hb，500 hb/4，8d，150 6   注：d为纵向钢筋直径；hb为梁高。 柱加密区箍筋 柱加密区的箍筋最大间距和最小直径应符合下列要求：   一、一般情况下，箍筋的最大间距和最小直径，应按表6.3.9采用；抗震等级 箍筋最大间距（采用最小值）（mm） 箍筋最小直径 一 6d，100 10 二 8d，100 8 三 8d，150 8 四 8d，150 6   二、三级框架柱中，截面尺寸不大于400mm时，箍筋最小直径可采用?6；二级框架的框架直径不小于?10时，最大间距可采用150mm；   三、框支柱的净高与截面高度之比不大于4的柱，箍筋间距不应大于100mm。 框架柱轴压比限值   根据建筑抗震设计规范GB50011-2010   考虑地震作用组合的框架柱的轴压比N/（fcA)，不宜大于表8.4.8规定的限值。   抗震等级 一级 二级 三级 四级 框架柱 0.65 0.75 0.85 0.90 框支层柱 0.75 0.85 0.90 0.95   注：①对Hn/h（或Hn/d）<4或变形要求高或Ⅳ类场地土上较高的高层建筑的框架柱，其轴压比限值应适当加严，此处，h、d分别为柱截面的高度、直径；   ②框架剪力墙结构，当剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大于本规范第8.1.2条注②的规定值较多时，其框架柱的轴压比限值可适当放宽，但不宜大于0.9；   ③对符合表8.1.2注①中可不进行截面抗震验算的结构，取非抗震设计的轴向压力设计值计算，其可变荷载组合值系数应按国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ11－89中表4.1.3采用。 防震缝最小宽度   钢筋混凝土房屋宜选用合理的建筑结构不设防震缝，当必须设置防震缝时，其最小宽度应符合下列要求：   一、框架房屋和框架－抗震墙房屋，当高度不超过15m时，可采用70mm；当高度超过15m时，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm；   二、抗震墙房屋的防震缝宽度，可采用第一款数值的70%。厂房的平面布置，应符合下列要求：   一、多跨厂房宜采用等高厂房；   二、厂房的贴建房屋，不宜在厂房角部布置；   三、厂房体型复杂或有贴建房屋时，宜设防震缝，其宽度，在厂房纵横跨交接处可采用100～150mm，其他情况可采用50~90mm。   注：这里的“厂房”指的是单层钢筋混凝土柱厂房。 抗震演算 (一)免抗震承载力验算情况   下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算：   1、砌体房屋，多层内框架砖房，底层框架砖房，水塔；   2、地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的一般单层厂房、单层空旷房屋和多层民用框架房屋及与其基础荷载相对的多层框架厂房；   3、7度和8度时，高度不超过100m的烟囱。   4、本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。   注：软弱粘性土层指7度、8度和9度时，地基土静承载力标准值分别小于80、100和120kPa的土层。 (二)天然地基抗震承载力计算   天然地基基础抗震验算时，地基土抗震承载力应按下式计算：   fSE=ξSfS（3.2.2）   式中fSE-----调整后的地基土抗震承载力设计值；   ξS-----地基土抗震承载力调整系数，应按表3.2.2采用；   fS-----地基土静承载力设计值，应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》采用。   地基土抗震承载力调整系数 表3.2.2   岩土名称和性状 ξs 岩土，密实的碎石土，密实的砾、粗、中砂，fk≥300粘性土和粉土 1.5 中密、稍密的碎石土，中密和稍密的砾、粗、中砂，密实和中密的细、粉砂，150≤fk<300粘性土和粉土 1.3 稍密的细、粉砂，150≤fk<300粘性土和粉土，新近沉积的粘性土和粉土 1.1 淤泥，淤泥质土，松散的砂，填土 1.0 (三）天然地基要求   验算天然地基地震作用下的竖向承载力时，基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下列各式要求，且基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的25%，烟囱基础零应力区宜符合现行国家标准《烟囱设计规范》的要求。   p≤fSE（3.2.3－1）   pmax≤1.2fSE（3.2.3－2）   式中p-----基础底面地震组合的平均压力设计值；   pmax---基础边缘地震组合的最大压力设计值； （四)低承台桩基   承受竖向荷载为主的低承台桩基，当地面下无液化土层，且桩承台周围无淤泥、淤泥质土和地基土静承载力标准值不大于100kPa的填土时，下列建筑可不进行桩基抗震承载力验算：   1、本节第3.2.1条第一、三、四款规定的建筑；   2、7度和8度时，一般单层厂房、单层空旷房屋和多层民用框架房屋及与其基础荷载相当地多层框架厂房。 相关知识 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、丙、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。 震级   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。 震级与烈度的区别与关联 震级与烈度的区别与关联   地震震级与地震烈度是不同的概念。   地震烈度是指某一地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响破坏的强烈程度，是衡量某次地震对一定地点影响程度的一种度量。同一地震发生后，不同地区受地震影响的破坏程度不同，烈度也不同，受地震影响破坏越大的地区，烈度越高。判断烈度的大小，是根据人的感觉、家具及物品振动的情况、房屋及建筑物受破坏的程度以及地面出现的破坏现象等。影响烈度的大小有下列因素：地震等级、震源深度、震中距离、土壤和地质条件、建筑物的性能、震源机制、地貌和地下水等。例如，在其它条件相同的情况下，震级越高，烈度也越大。地震烈度（例如麦加利地震烈度）是表示地震破坏程度的标度，与地震区域的各种条件有关，并非地震之绝对强度。 中国历次大地震   2010年4月14日青海玉树发生7.1级地震   2008年6月2日0时59分台湾省台北市发生6.0级地震   2008年5月12日四川省汶川地震（8.0级）   2007年6月3日云南省普洱（6.4级）   2004年5月4日青海省德令哈地区发生(5.5级)   2001年11月14日青海省昆仑山地区(8.1级)   1999年9月21日台湾省花莲西南地震（7.6级）   1998年1月10日河北省尚义地震（6.2级）   1996年5月3号内蒙古自治区包头市地震（6.4级）   1996年2月3日云南省丽江地震（7.0级）   1976年8月16日四川省松潘—平武地震（7.2级）   1976年7月28日河北省唐山地震（7.8级）死亡24万人   1976年5月29日云南省龙陵地震（7.4级）   1975年2月4日辽宁省海城地震（7.3级）   1974年5月11日云南省大关地震（7.1级）   1973年2月6日四川省炉霍地震（7.6级）   1970年1月5日云南省通海地震（7.7级）   1969年7月18日渤海湾地震（7.4级）   1966年年3月8日至29日河北省邢台地震（7.2级）   1950年8月15日西藏自治区墨脱地震（8.6级）   1920年12月16日宁夏回族自治区南部海原县地震（8.5级）死亡23万人   1556年中国陕西省华县地震（8.0级）死伤达83万人   现在，全球最大的地震是1960年智利9.5级地震 抗震设防等级的确定   (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)丙类建筑：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： ⑴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`∧_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%。 ⑵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%。 ⑶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`∧_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%。 ⑷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；底部加强部位的剪力设计值，应按考虑地震作用组合的剪力计算值的1.9倍采用，其他部位的剪力设计值，应按考虑地震作用组合的剪力计算值的L.2倍采用； ②一般部位的水平和竖向分布钢筋最小配筋率应取为0.35%，底部加强部位的水平和竖向分布钢筋的最小配筋率应取为0.4%； ③约束边缘构件纵向钢筋最小构造配筋率应取为1.4%．配箍特征值宜增大20%；构造边缘构件纵向钢筋的配筋率不应小于1.2%；框支剪力墙结构的落地剪力墙底部加强部位边缘构件宜配置型钢，型钢宜向上、下 各延伸一层。 ⑸剪力墙和简体的连梁应符合下列要求： ①当跨高比不大于2时，应配置交叉暗撑； ②当跨高比不大于1时，宜配置交叉暗撑； ③交叉暗撑的计算和构造宜符合本书第10章10.7条的规定。