抗震设防以现有的科学水平和经济条件为前提,总体目标是:通过抗震设防,减轻建筑的破坏,避免人员死亡,减轻经济损失。
抗震设防的发展可分为3个阶段,即:单一水准设防、“三水准”的抗震设防及“性能设计”。
单一水准设防思想是我国《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ 11—74)、《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ 11—78)和目前许多国家采用的设防思想。其设防目标是:当遭遇相当于设计烈度的地震时,建筑物的损坏不致使人民生命财产和重要生产设备遭受危害,建筑物不需修理或经一般修理仍可继续使用。
“三水准”的抗震设防要求为:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,主体结构不受损伤或不需修理仍可继续使用;当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时,可能发生损坏,但经一般性修理仍可继续使用;当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。简称为“小震不坏,设防烈度可修,大震不倒”。
我国现行的抗震设防目标是根据不同的水准用不同的抗震设计方法和要求来实现的,称为“三水准、两阶段”抗震设计方法,具体阐述如下:
(1)第一水准。建筑物在遭受频度较高、强度较低的多遇地震时,一般不损坏也不需修理。结构在弹性阶段工作,可按线弹性理论进行分析,用弹性反应谱求地震作用,按强度要求进行截面设计。
(2)第二水准。建筑物在遭受基本烈度的地震影响时,允许结构部分达到或超过屈服极限,或者结构的部分构件发生裂缝,结构通过塑性变形消耗地震能量,结构的变形和破坏程度发生在可以修复使用的范围之中。本水准的设防要求主要通过概念设计和构造措施来实现。
(3)第三水准。建筑物在遭受预估的罕遇的强烈地震时,不至于发生结构倒塌或危及生命安全的严重破坏,这时应该按防止倒塌的要求进行抗震设计。对脆性结构,主要从抗震措施上来考虑加强;对延性结构,特别是地震时易倒塌的结构,要进行弹塑性变形验算,使之不超过容许的变形限值。
两阶段设计方法,即建筑结构在多遇地震作用下应进行抗震承载能力验算以及在罕遇地震作用下应进行薄弱部位弹塑性变形验算的抗震设计要求,具体如下:
(1)第一阶段设计:对于结构设计,首先应满足第一和第二水准的抗震要求,先按多遇地震的地震动参数设计地震作用,进行结构分析和地震内力计算,考虑各分析系数和荷载组合系数等进行荷载与地震作用产生内力的组合,进行截面、配筋计算以及结构弹性位移控制,并采取构造措施保证结构的延性,使之满足第二水准的变形能力。这一阶段设计对所有抗震设计的建筑结构都必须进行。
(2)第二阶段设计:在大震(罕遇地震)作用下,验算结构薄弱部位的弹塑性变形,对特别重要的建筑和地震时易倒塌的结构除进行第一阶段的设计外,还要按第三水准烈度(大震)的地震动参数进行薄弱层(部位)的弹塑性变形验算,并采取相应的构造措施,以满足第三水准的设防要求(大震不倒)。
“三水准、两阶段”抗震设防是对单一水准设防的改进,是向“性能设计”发展的重要步骤。“性能设计”指的是根据工程的具体情况,确定合理的抗震性能目标、采取恰当的计算和抗震措施,实现抗震性能目标的要求。其要点如下:
(1)对抗震设计,规定相应的地震作用标准及重现期,见表6.1。
表6.1 地震作用标准(www.xing528.com)
(2)建立建筑应满足的性能水准,见表6.2。
表6.2 建筑性能水准
(3)确立设防性能目标,见表6.3。
表6.3 设防性能目标
抗震设计的基本目标如下:一般使用要求的建筑应具备a、b、c、d项的组合;重要性较高或地震破坏后危险性较大的性能目标为e、f、g项的组合;对安全有十分危险影响的性能目标为h、i、j项的组合。
(4)规定地震作用下结构变形的允许指标。应建立结构构件在规定的地震作用下的允许破坏水平,结构和非结构构件宏观破坏状态的描述和允许变形指标。为使建筑物达到规定的抗震设防要求,必须采取相应的抗震防灾措施,这些措施基本原理是:增强强度、提高延性、加强整体性和改善传力途径等。
2.建筑抗震设计的基本要求
抗震设计时应尽可能地满足以下要求和原则:
(1)场地的选择原则:避免地震时可能发生地基失效的松软场地,选择坚硬场地。在地基稳定的条件下,还可以考虑结构与地基的振动特性,力求避免共振现象。
(2)体形均匀规整,无论是在平面或立面上,结构的布置都要力求使几何尺寸、质量、刚度、延性等均匀、对称、规整,避免突然变化。
(3)提高结构和构件的强度和延性。
(4)防止脆性与失稳破坏,增加延性。
(5)多道抗震防线,使结构具有多道支撑和抵抗水平力的体系,以保证强地震过程中,一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构,避免倒塌。
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