建筑结构震害分析及对策_王威苏三庆编著.pdf

书书书建筑结构震害分析及对策王威苏三庆编著陕西出版传媒集团陕西科学技术出版社图书在版编目(C I P)数据建筑结构震害分析及对策/王威，苏三庆编著 西安:陕西科学技术出版社，201310ISBN 978-7-5369-5976-7 建 王 苏 建筑结构抗震结构结构设计 TU3521中国版本图书馆 CIP 数据核字(2013)第 261378 号内容提要本书首先简明扼要地介绍了地震成因及烈度、地震的破坏作用，强调了房屋抗震设计的重要概念与基本要求，论述了如何大概判断房屋的结构类型及专业界定。然后主要对不同结构类型的建筑震害进行分析，并提出具体抗震对策。结合目前抗震结构检测与鉴定技术的发展，介绍了现有房屋的抗震加固方法，并对房屋隔震与消能减震新技术作了特别的阐述。本书适用于关注地震及房屋抗震的读者，以及与土木工程相关的工程技术人员。建筑结构震害分析及对策出 版 者陕西出版传媒集团陕西科学技术出版社西安北大街 131 号邮编 710003电话(029)87211894传真(029)87218236http:www snstp com发 行 者陕西出版传媒集团陕西科学技术出版社电话(029)8721220687260001印刷西安市建明工贸有限责任公司规格787mm 1092mm16 开本印张7 75字数150 千字版次2013 年 10 月第 1 版2013 年 10 月第 1 次印刷书号ISBN 978-7-5369-5976-7定价16 00 元版权所有翻印必究前言为总结房屋建筑结构的震害经验，时刻提醒人们加强抗震设防意识，最大限度地做到科学设防、防患于未然，充分应对下一个可能发生的大地震，集所有的力量来避免严重灾害的重演，特别编写本书。多年来，虽然世界各国一直致力于抵抗地震灾害，但是在一次又一次的地震灾害中仍遭受着惨痛的损失。究其原因，有 3 个方面的问题值得重视:(1)缺乏地震防灾的社会意识。与台风、雪灾等灾害相比，地震虽然破坏性极大，但由于地震的发生具有不可预知性，一些地区短则数十年、长则数百年甚至上千年才发生1 次大地震，因而人们容易忘记地震，“好了伤疤忘了疼”，或抱有侥幸心理，认为地震离自己很远，没有必要太紧张。在购买住房或建造自居住房时，大部分人关心的是房子的价格和环境，而对房子是什么结构，是否抗震却很少顾及。(2)抗震设防的科技水平亟待提高。建筑物的抗震设防标准，是依据科学统计分析而获得的地震危害程度，并综合考虑经济与风险等因素而制定的。但是，现在普遍存在着这样一个问题，就是在极端情况的大规模地震下，实际地震烈度有可能超过建筑物的抗震设防标准。因此，在灾害发生前，还需要进一步分析地震究竟会造成多大的震害，以及进一步研究应该采取什么等级的合理设防措施。(3)经济发展水平制约抗震设防能力。在社会经济条件较差的年代，许多房屋的建造往往是能省则省，抗震安全问题只作为次要因素。目前这种情况在许多地区依然是较为突出的问题。尽管大家十分清楚抵御地震灾害必须加强抗震设防，可是设防工作增加建设成本，是一项需要全社会共同努力的长期任务，没有一定的经济实力作支撑，抗震设防工作将难以做好。据统计，世界上极少有成功预报地震特别是大地震的先例，而且震害中 95%以上的人员伤亡都是因为建筑物受损或倒塌所引起的。因此，科学设防是抵御地震灾害的最直接、最有效的方式。事实证明，通过建筑物的抗震设防，完全可以避免或最大限度地减轻灾害。当前，必须从以下几个方面加强建筑的抗震设防。(1)科学的选址和规范设计。房屋建设应避开不利地段，选择有利于抗震的场地，以防止地震及次生灾害可能造成的破坏。一些地区在建筑体型、平面布置上追求新奇，形成了一些设计很不规则的复杂建筑。理论和实践证明，房屋的外形设计越不规则便越不利于抗震，特别是那些附属突出构件，地震时最容易伤人毁物。因此，房屋设计在追求美观的同时，更要将安全放在首位。1(2)严格执行抗震设防标准。在 2008 年汶川特大地震中，按照抗震设防标准设计和施工的建筑受损普遍较轻，这进一步证明严格执行抗震设防标准的重要性和必要性。因此，我们一定要把抗震设防管理纳入工程审批、规划、勘察、设计、施工、验收等各个环节中，重点加强管理住宅和大型公共建筑设施以及超过抗震设计规范适用范围的工程，准确把握可能存在的安全隐患，严格按照抗震设防标准进行设计和施工。要加大抗震设防标准实施和监督检查力度，严格执行工程建设技术标准规定的最基本安全要求。(3)重视全寿命周期质量安全。在做好新建工程质量管理的同时，还要定期对在设计使用年限内的房屋进行使用维护，重点对超过了设计使用年限的房屋开展全面检查，做到科学鉴定和及时维修，确保建设工程在合理的年限中安全使用。尤其是在大地震后，要对那些早期建造、抗震设防不足的房屋认真进行检测和鉴定，对达不到抗震标准的，应尽早进行抗震加固，防患于未然。(4)加强村镇建设工程管理。近几年，地震灾害使村镇建筑遭受了很大的损失。农民的经济条件相对较弱，加之抗震设防的意识不强，因此要重点加强对民居工程建设的管理，做好抗震设防技术服务。要逐步提高农村民居的抗震、抗风和抵御其他自然灾害的设防水平，对现有农村民居进行必要的抗震加固，逐步提高村镇综合抗震防灾能力。(5)正确处理抗震设防与经济水平的关系。房屋建筑的抗震设防，要严格执行国家的法律、法规和强制性技术标准，同时应该根据我国的国情和各地经济发展水平，因地制宜、量力而行，要防止不讲科学、过高设防造成的浪费。农村民居建设，可采用砖石结构并辅以必要的抗震措施;有的地方还可以充分利用本地的有利资源，采用竹、木等环保结构材料。为此，本书首先简明扼要地介绍了地震成因及烈度、地震的破坏作用，强调了房屋抗震设计的重要概念与基本要求，论述了如何大概判断房屋的结构类型及专业界定。然后主要对不同结构类型的建筑震害进行了分析，并提出了具体抗震对策。结合目前抗震结构检测与鉴定技术的发展，介绍了现有房屋的抗震加固方法，并对房屋隔震与消能减震新技术作了特别的阐述。本书承蒙西安建筑科技大学梁兴文教授审阅，提出了不少宝贵意见，在此深表感谢。本书出版得到了陕西省教育厅自然科学研究项目(12JK0913)，国家自然科学基金(No51208416，No51378413)，西安建筑科技大学土木工程学院学科建设基金的资助，在此一并致谢。限于作者水平和时间的关系，书中不足之处恳望读者批评指正。王威2012 年 6 月于美国俄亥俄州立大学2目录第 1 章地震及抗震术语简介(1)11地震简介(1)12抗震术语(5)13小结(6)第 2 章地震的破坏作用(8)21直接灾害与次生灾害(8)211直接灾害(8)212次生灾害(11)22对中国地震灾害的基本认识(12)23小结(13)第 3 章房屋的抗震设防标准与抗震设计的基本要求(14)31房屋的抗震设防标准(14)32三正常三水准与性能化设计(14)33房屋抗震设计的基本要求(16)331对建筑形体及其构件布置的规则性的要求(16)332对结构体系的要求(16)333对非结构构件的要求(16)334对结构材料与施工的要求(17)335具体要求(17)34不同房屋结构高度及总层数限值(21)35混凝土结构防连续倒塌设计要求(21)36小结(22)第 4 章房屋的结构类型及常见抗震隐患分析(23)41房屋的结构类型(24)42建筑结构常见抗震隐患分析(30)43小结(31)第 5 章砌体结构震害分析及对策(32)51砌体结构的震害情况(32)52砌体结构的震害规律(39)53砌体结构抗震启示(40)1目录531必须坚持砌体结构抗震设计的一般原则(40)532应注意的几个重点抗震问题(40)54砌体结构抗震对策(42)55小结(43)第 6 章框架结构震害分析及对策(44)61框架柱和梁柱节点的破坏(44)62“强梁弱柱”震害及未能实现“强柱弱梁”的原因(47)63填充墙震害(48)64框架结构抗震对策(51)65小结(51)第 7 章钢结构震害分析及对策(52)71钢结构震害情况(52)72钢结构震害规律(59)73钢结构抗震对策(59)74提高钢结构抗震性能的新途径(60)75小结(61)第 8 章工业厂房结构的震害分析及对策(62)81厂房结构震害的共同点(62)811屋盖构件破坏(63)812柱及支撑破坏(67)813围护墙震害(70)814地基破坏(73)82结构缝(74)83工业建筑结构的震害特征(74)84工业厂房结构设计对策(75)85工业厂房结构加固对策(76)86小结(76)第 9 章建筑楼梯震害分析及对策(78)91砌体结构的楼梯间震害分析(78)92框架结构楼梯的震害分析(79)93框架剪力墙结构的楼梯间震害分析(82)94不同结构形式楼梯间的震害特征(82)95建筑楼梯抗震启示(83)96建筑楼梯设计改进建议(83)97框架结构楼梯参与抗震作用的有限元算例(86)2建筑结构震害分析及对策98建筑楼梯的抗震对策(87)99小结(87)第 10 章特种结构及文物建筑震害分析及对策(89)101烟囱震害分析及对策(89)102水塔震害及对策(91)103文物建筑震害分析及对策(92)1031古塔建筑震害分析及对策(92)1032木结构古建筑震害分析及对策(95)1033教堂建筑震害分析及对策(96)104小结(98)第 11 章房屋的抗震加固(99)111房屋抗震加固的必要性(99)112抗震加固的基本步骤(100)113常用的抗震加固方法(101)114混凝土结构加固方法与技术(103)1141混凝土结构加固方法(103)1142与混凝土结构加固改造配套使用的技术(104)115砌体结构加固方法(105)116小结(106)第 12 章房屋抗震新技术(107)121隔震技术(107)122消能减震技术(109)123小结(112)参考文献(113)3目录第 1 章地震及抗震术语简介地球是一个近似圆形的球体，平均半径为 6400km，主要由地核、地幔和地壳组成(图1-1)。其中地壳最薄，由各种不均匀的岩石组成，厚度仅有30 40km，大多数破坏性地震就发生在这个薄薄的地壳层内部。图 1 1地球组成的结构图1 1地震简介(1)地震的发生地震与风、电一样，是一种自然现象。地震的成因有多种，根据不同成因，人们将地震分为构造地震、火山地震、塌陷地震以及诱发地震等。在地球的不断运动中，来自天体(如太阳、月亮)以及地球内部和外部等的各种能量，综合作用在地壳的不同部位，产生了应力和应变，积累了大量的应变能量，当应变超过某一极限时，在地壳比较脆弱的部位便会突然发生破裂，释放出大量的能量，其中一部分以地震波的形式传播开来，于是地震就随之发生了，我们称之为构造地震。世界上90%以上的地震都属于构造地震。火山地震是因火山活动时岩浆喷发或热力作用而引起的，通常只对局部地区产生破坏。塌陷地震是指因地下出现空洞，造成岩石和土层崩塌陷落而引起的地震，易发于采矿地区。诱发地震和人类活动有着密切的关系，大都是由于水库蓄水、油田注水等活动所引发的。(2)地震三要素地震有 3 个要素:发震时间、震级、震源位置(经纬度和深度)。地震发生后，1第 1 章地震及抗震术语简介地震观测台网应能很快定位，报告这 3 个参数。(3)地震波的传播断裂带所释放的能量以波的形式从震源向各个方向传播，人们称之为地震波。地震波分为体波和面波。体波在地下传播，分为纵波和横波。纵波传播得快，先到地面，引起地面物体做上下振动;横波传播得慢，传到地面使物体左右摇晃。面波沿地球表面传播，使地面物体颠簸扭摆。地震波在传播过程中使地面产生剧烈振动，这是导致房屋破坏的主要原因。(4)地震震级与地震烈度每次地震(包括主震和余震)都有一个震级，通常称为里氏震级。地震的发源地称为震源，用地球的经纬度表示。震源在地球表面上的投影称为震中，从震源到震中的距离称为震源深度，地面上某一处到震中的距离称为震中距，见图 1-2所示。震源深度在0 30km 范围的地震属浅源地震，浅源地震对地面上的建筑物破坏较大。发生在2008 年5 月12