建筑结构抗震设计
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1.2 建筑工程抗震设防

1.2.1 抗震设防的目标

建筑工程抗震设防的目标是在一定的经济条件下,最大限度地限制或减轻由地震引起的建筑物破坏,保障人员的安全,减少经济损失。为了实现这一目标,我国《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB 50011—2010)提出了“小震不坏,中震可修,大震不倒”三个水准的抗震设防目标。

第一水准:当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。对应于“小震不坏”,要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算要求与建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。

第二水准:当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时,建筑物可能损坏,但经一般修理或不需修理仍可继续使用。对应于“中震可修”,要求建筑结构具有相当的延性能力(变形能力),不发生不可修复的脆性破坏。

第三水准:当遭受高于本地区设防烈度预估的罕遇地震影响时,建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。对应于“大震不倒”,要求建筑结构具有足够的变形能力,其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。

根据对我国一些主要地震区的地震危险性分析,50年内的超越概率为63.2%的地震烈度称为多遇地震烈度(又称为小震烈度),所对应的地震水准为多遇地震(小震);50年内的超越概率为10%的地震烈度为抗震设防烈度(又称为基本烈度),所对应的地震水准为设防烈度地震(中震);50年内的超越概率为2%~3%的地震烈度称为罕遇地震烈度,所对应的地震水准为罕遇地震(大震)。根据统计分析,若以基本烈度为基准,则多遇地震烈度比基本烈度约低1.55度,而罕遇地震烈度比基本烈度约高1度。

1.2.2 两阶段设计方法

建筑结构的抗震设计应满足上述三水准的抗震设防要求。为实现此目标,我国《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB 50011—2010)采用了简化的两阶段设计方法。

第一阶段设计是承载力验算,按第一水准多遇地震烈度对应的地震作用效应和其他荷载效应的组合验算结构构件的承载能力和结构的弹性变形。

第二阶段设计是弹塑性变形验算,按第三水准罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构的弹塑性变形。

通过第一阶段设计,将保证第一水准下的“小震不坏”要求;通过第二阶段设计,使建筑结构满足第三水准下的“大震不倒”要求。在抗震设计中,通过良好的抗震构造措施使第二水准的要求得以实现,从而满足“中震可修”的要求。

在实际抗震设计中,对有特殊要求的建筑、地震时易倒塌的结构以及有明显薄弱层的不规则结构,除进行第一阶段设计外,还要进行结构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。

1.2.3 建筑抗震设防分类和设防标准

对于不同使用功能的建筑物,地震破坏造成后果的严重性也是不一样的。因此,建筑物的抗震设防应根据其使用功能的重要性和破坏后果而采用不同的设防标准。根据我国《建筑抗震设防分类标准》(GB 50223—2008)的规定,根据建筑使用功能的重要性程度,将建筑抗震设防分为甲、乙、丙、丁四个类别。

甲类建筑(特殊设防类):是指使用上有特殊设施,涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果,需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。如可能产生大爆炸、核泄漏、放射性污染、剧毒气体扩散的建筑。

乙类建筑(重点设防类):是指地震时使用功能不能中断或需要尽快恢复的生命线相关建筑,以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果,需要提高设防标准的建筑。简称乙类。如城市生命线工程(供水、供电、交通、消防、医疗、通信等系统)的核心建筑。

丙类建筑(标准设防类):是指大量的除甲、乙、丁类以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。如一般的工业与民用建筑、公共建筑等。

丁类建筑(适度设防类):是指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害,允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。如一般的仓库、人员较小的辅助建筑物等。

对于不同的抗震设防类别,在进行建筑抗震设计时,应采用不同的抗震设防标准。《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB 50011—2010)规定如下:

甲类建筑(特殊设防类):地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求,其值应按批准的地震安全性评价结果确定。抗震措施,当抗震设防烈度为6~8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求;当抗震设防烈度为9度时,应符合比抗震设防烈度9度抗震设防更高的要求。

乙类建筑(重点设防类):地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求(抗震设防烈度6度时可不进行计算)。抗震措施,一般情况下,当抗震设防烈度为6~8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求;当抗震设防烈度为9度时,应符合比抗震设防烈度9度抗震设防更高的要求。

丙类建筑(标准设防类):地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求(抗震设防烈度6度时可不进行计算)。抗震措施,应符合本地区抗震设防烈度的要求。

丁类建筑(适度设防类):一般情况下,应符合本地区抗震设防烈度的要求(抗震设防烈度6度时可不进行计算)。抗震措施,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。