第十二章建筑抗震设计基本知识
第一节概述
一、名词术语含义
1．地震。由于地下岩层构造状态突然破裂、或由于局部岩层塌落、火山喷发、核爆炸等原因产生振动，并以波的形式传到地面引起地面颠簸和摇晃，这种地面运动就叫做地震。在建筑抗震设计中所指的地震是由于岩层构造状态突然发生破裂引起的地震
2．震级。是衡量一次地震大小的等级。用符号M表示，一般称为里氏震级。
M＝2～4的地震为有感地震。
M>5的地震，对建筑物有不同程度的破坏，，
M>7的地震，称为强烈地震或大地震。
3．地震烈度。指地震时某一地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。
4．多遇地震烈度。设计基准期50年内，超越概率为63．2%的地震烈度。
5．基本烈度。指中国地震烈度区划图标明的地震烈度。1990年颁布的地震烈度区划图标明的基本烈度为50年限期内，一般场地条件下，可能遭遇超越概率为10％的地震烈度。
6．罕遇地震烈度。设计基准期内，超越概率为2％-3％的地震烈度。
7．抗震设防烈度。按国家规定的权限批准，作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，一般情况可采用中国地震烈度区划图标明的基本烈度。
8．地震作用。地震作用是地震动影响结构后，结构产生的动态反应(如速度，加速度，变形)。地震作用不是直接的外力作用，而是结构在地震时的动力反应，是一种间接作用，过去曾称为地震荷载，它与重力荷载的性质是不同的。地震作用的大小是与地震动的性质和工程结构的动力特性有关；地震作用分为水平地震作用、竖向地震作用和扭转地震作用。
9．超越概率。一定地区范围和时间范围内，发生的地震烈度超过给定地震烈度的概率。
10．抗震设防标准：衡量抗震设防要求的尺度，由抗震设防烈度和建筑使用功能的重要性确定。
11．设计地震动参数：抗震设计用的地层加速度(速度、位移)时程曲线，加速度反应谱和峰值加速度。
12．设计基本地震加速度：50年设计基准期超越概率10％的地震加速度的设计值。13．建筑抗震概念设计：根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，
进行建筑和结构总体布置，并确定细部构造的过程。
14．抗震措施：除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。
15．抗震构造措施：根据抗震概念设计原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。 二、建筑抗震设防分类与设防目标
(一)建筑物抗震设防类别
从安全与经济两个方面综合考虑，根据建筑物在地震发生后在政治、经济和社会影响大小分为四类：
1．甲类建筑
甲类建筑应届于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑。对于甲类建筑必须经国家规定的批准权限批准。
2．乙类建筑
国家重点抗震城市的生命线工程的建筑或其他重要建筑。这类建筑主要是使用功能不能中断或需要尽快恢复及地震破坏会造成社会重大影响和国民经济重大损失的建筑。包括：医疗、广播、通讯、交通、供水、供电、供气、消防、粮食等等。这类建筑地震作用按本地区抗震设防烈度计算；抗震措施；当设防烈度为6～8度时，应提高一度设计；当为9度时应比9度设防时更高的抗震措施。
3．丙类建筑
甲、乙、丁类以外的建筑，为大量的一般工业与民用建筑，抗震设计和抗震措施均按当地的设防烈度考虑。
4．丁类建筑
次要建筑，一般指地震破坏或倒塌不易造成人员伤亡和较大经济损失的建筑。如储存价值低的物品或人员活动少的单层仓库建筑。抗震计算按当地的设防烈度，抗震措施则降低一度考虑，6度时不应降低。
(二)抗震设防目标
抗震设计要达到的目标是在不同频数和强度的地震时，要求建筑具有不同的抵抗能力，对一般较小的地震，发生的可能性大，故又称多遇地震，这时要求结构不受损坏，在技术上和经济上都可以做到；而对于罕遇的强烈地震，由于发生的可能性小，但地震作用大，在此强震作用下要保证结构完全不损坏，技术难度，经济投入也大，是不合算的，这时若允许有所损坏，但不倒塌，则将是经济合理的。我国抗震规范根据这些原则提出了“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，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用
第二水准：当遭受本地区设防烈度的地震影响时，可能损坏。经一般修理或不需修理仍可继续使用
第三水准：当遭受到高于本地区设防烈度的罕遇地震(大震)时，建筑不致倒塌或危及生命财产的严重破坏。
通常将其概括为：“小震不坏．中震可修、大震不倒”。
在抗震设计时，为满足上述三水准的目标采用两个阶段设计法。
第一阶段设计：按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力，以及在小震作用下验算结构的弹性变形。满足第一水准设防目标。又满足第二水准的设防要求(损坏可修)。对大多数的结构，可只进行第一阶段设计，而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的迓迁要求。
第二阶段设计是弹塑性变形验算，对特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构，除进行第一阶段设计外，还要按大震作用时进行薄弱部位的弹塑性层间变形验算和采取相应的构造措施，实现第三水准的设防要求。
上面提到的小震、基本烈度、大震之间的大致关系为：
小震比基本烈度低1．55度：
大震比基本烈度高1度左右。 三、抗震设计标准
抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进抗震设计，我国现行《建筑抗震设计规范》(CB500ll一2001)(以下简称《抗震规范》)适用于抗震设防烈度为6，7、8和9度地区建筑的抗震设计和隔震、消能减震设计。大于9度地区的建筑，其抗震设计应按有关专门规定进行抗震设计。
建筑抗震设计包括：地震作用，抗震承载力计算和采取抗震构造措施，以达到抗震效果。抗震设计首先要确定设防烈度，一般取基本烈度。
各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求：
(一)甲类建筑，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一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。
(二)乙类建筑，地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；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一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。
对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。
(三)丙类建筑，地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。
(四)丁类建筑，一般情况下，地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施应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。
(五)抗震设防烈度为6度时，除《抗震规范》有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。
四、抗震设计的基本要求
(一)选择对抗震有利的场地、地基和基础
1．应根据工程需要掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。应选择有利地段；避开不利地段。当无法避开时应采取有效措施。
有利地段是指：坚硬土或开阔平坦密实均匀边中硬土地段。
不利地段是指：软弱土、液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩质的陡坡、河岸和边坡边缘、故河道、断层破碎带等。
危险地段是指：地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位等地段。对甲、乙、丙类建筑不应建在危匿地段。
2．同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上；也不宜部分采用天然地基、部分采用桩基。当地基有软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应措施。
(二)建筑设计和建筑结构的规则性
1．建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。
注：①高层建筑(10层及10层以下)的平面宜简单、规则、对称、减少偏心；
②高层建筑的平面长度L不宜过长，突山部分长度l不宜过大；L、l等值宜满足图12—1及表12—2的要求。
注：高层建筑当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度与房屋高度之比大于0．2时，上部楼层收进后的水平尺寸不宜小于下部楼层水平尺寸的0．75倍[图12—2(a)、(b)]
当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸D1的0．9倍，且水平外挑尺寸d不宜大于4m[图12—2(c)、(d)]。
3．不规则的建筑结构，应按下列要求进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施：
(1)平面不规则而竖向规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，并应符合下列要求：
1)扭转不规则时，应计及扭转影响，且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位 移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层问位移平均值的1．5倍；
2)凹凸不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模 型，当平面不对称时尚应计及扭转影响。
(2)平面规则而竖向不规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，其薄弱层的地震剪力应乘以1．15的增大系数，应按《抗震规范》有关规定进行弹塑性变形分析，并应符 合下列要求：
1)竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以1．25～ 1．5的增大系数；
2)楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的 65％。
(3)平面不规则且竖向不规则的建筑结构，应同时符合本条(1)、(2)款的要求。
4．砌体结构和单层工业厂房的平画不规则性和竖向不规则性，应分别符合《抗震规范》有关章节的规定。
5．体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元。
6．防震缝应根据抗震设防烈度—结构材料种类，结构类型、结构单元的高度和高差情况，留有足够的宽度，其两侧的上部结构应完全分开。
当设置伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要求.
