建筑结构抗震设计第11章地下建筑抗震设计ppt课件.ppt

第十一章第十一章地下建筑抗震地下建筑抗震设计§11.1§11.1概述概述1995年日本阪神年日本阪神7. 2级地震，神户市大开地铁车站中柱震损级地震，神户市大开地铁车站中柱震损2021年汶川年汶川8.0 级地震中，都汶公路龙洞子隧道发生较严重损坏级地震中，都汶公路龙洞子隧道发生较严重损坏龙洞子隧道拱顶二衬塌落龙洞子隧道拱顶二衬塌落龙洞子隧道左洞环向剪切破坏带龙洞子隧道左洞环向剪切破坏带§11.2§11.2地下建筑的震害特点地下建筑的震害特点〔一〕地下建筑的地震反响特点〔一〕地下建筑的地震反响特点地地震震反反响响地下建筑地下建筑地面建筑地面建筑 ——周周围围有有围围岩等介岩等介质约质约束束构造需受土构造需受土压压力、地力、地应应力、地下水左右力、构力、地下水左右力、构造造衬衬砌力等作用力及其砌力等作用力及其环环境与地面工程不同境与地面工程不同地震作用下振地震作用下振动动特性与埋置地特性与埋置地层层的反响相关性的反响相关性较较大大——无无围围岩等介岩等介质约质约束，束，经过经过根底与地基根底与地基衔衔接接需思索需思索风风、雪荷、雪荷载载，梁、柱、板，梁、柱、板为为主要主要传传力构件力构件地震作用下振地震作用下振动动特性与地面构造特性与地面构造资资料及几何形状料及几何形状相关性大相关性大 对地下建筑来说，地震反响起主要作用的要素是地基的运动特性，构造外形的改动对地震反响的影响相对较小。

〔一〕地下建筑的地震反响特点〔一〕地下建筑的地震反响特点在地震作用下，地下建筑振在地震作用下，地下建筑振动特性主要表达在：特性主要表达在：反应特点反应特点地下建筑地下建筑地地面面建筑建筑说明说明1自振特性自振特性不明显不明显低阶震型较明显低阶震型较明显地地下建筑结构的振动变形受周围地基土壤下建筑结构的振动变形受周围地基土壤的约束作用明显的约束作用明显2地基震动地基震动影响较小影响较小有较大扰动有较大扰动根据工程波动理论，地下建筑上部场地为根据工程波动理论，地下建筑上部场地为自由场自由场3地震波入射地震波入射方向方向影响较大影响较大影响较小影响较小地下建筑随地震入射播大小及较大变化地下建筑随地震入射播大小及较大变化地地下结构各点的变形和应力可能发生较大下结构各点的变形和应力可能发生较大4结构结构各点相各点相位差位差十分明显十分明显影响不大影响不大5与地震加速与地震加速度大小关系度大小关系不明显不明显衡量地震动反应衡量地震动反应的重要因素的重要因素地下建筑地震反应与地下建筑地震反应与岩土介质在地震作用岩土介质在地震作用下的变形或应变大小的关系密切下的变形或应变大小的关系密切6埋深变化埋深变化不明显不明显影响地震反应影响地震反应7土土-结相互作结相互作用用地基地震地基地震动影响动影响大大自振特性影响自振特性影响大大 根据震害根据震害调查调查，地下建筑构造破坏的主要点有：，地下建筑构造破坏的主要点有：①①地地质质条件条件较较大大变变化区域容易化区域容易发发生破坏；生破坏；②②脆弱土脆弱土层层中的地下工程地震破坏大；中的地下工程地震破坏大；③③上部覆盖土上部覆盖土层层越厚，破坏越越厚，破坏越轻轻；；④④衬衬砌厚度大的破坏的几率相砌厚度大的破坏的几率相对对大；大；⑤⑤外形、外形、刚刚度度发发生生变变化部位易破坏，洞口常受地震破坏；化部位易破坏，洞口常受地震破坏；⑥⑥对对称构造称构造发发生破坏的程度要比非生破坏的程度要比非对对称构造称构造轻轻。

〔二〕地下建筑的抗震性能及震害〔二〕地下建筑的抗震性能及震害1) 1) 地下车库地下车库 震害方式：主体构造与吸排气塔、楼梯间等部位的衔震害方式：主体构造与吸排气塔、楼梯间等部位的衔接处出现了混凝土的剥落和裂痕接处出现了混凝土的剥落和裂痕 震害缘由：主要是由于衔接部位的主体构造与吸排气震害缘由：主要是由于衔接部位的主体构造与吸排气塔、楼梯间的刚度差别呵斥了不同的动态反响，从而在衔接塔、楼梯间的刚度差别呵斥了不同的动态反响，从而在衔接处发生了相对位移处发生了相对位移 2)过街通道过街通道 震害方式：破坏主要是与电气、空调、给水排水和防灾设备有震害方式：破坏主要是与电气、空调、给水排水和防灾设备有关的破坏主体构造罕有破坏关的破坏主体构造罕有破坏 3) 城市地下空间综合体城市地下空间综合体 震害方式：主要为中柱破坏〔地铁车站〕，构造主体受损相对震害方式：主要为中柱破坏〔地铁车站〕，构造主体受损相对较小§11.3 §11.3 地下建筑抗震地下建筑抗震设计的普通的普通规定定〔一〕适用范围〔一〕适用范围单建式地下建筑：地下车库、过街通道、地下变电站和地下单建式地下建筑：地下车库、过街通道、地下变电站和地下空间综合体等；空间综合体等；附建式地下建筑：抗震性能要求通常与地面建筑一致。

附建式地下建筑：抗震性能要求通常与地面建筑一致〔二〕抗震设防目的〔二〕抗震设防目的 单建式钢筋混凝土地下建筑构造的抗震等级，略高单建式钢筋混凝土地下建筑构造的抗震等级，略高于高层建筑的地下室于高层建筑的地下室1 1〕丙类钢筋混凝土地下构造的抗震等级：〕丙类钢筋混凝土地下构造的抗震等级：6 6、、7 7度时不应低于四级；度时不应低于四级；8 8、、9 9度时不宜低于三级；度时不宜低于三级；2 2〕乙类钢筋混凝土地下构造的抗震等级：〕乙类钢筋混凝土地下构造的抗震等级：6 6、、7 7度时不宜低于三级；度时不宜低于三级；8 8、、9 9度时不宜低于二级度时不宜低于二级〔三〕地下建筑的规那么性及优化选型〔三〕地下建筑的规那么性及优化选型1 1〕地下建筑抗震设计方案：根据建筑抗震设防类别、抗震〕地下建筑抗震设计方案：根据建筑抗震设防类别、抗震 设防烈度、场地条件、地下建筑运用要求等条件进展综设防烈度、场地条件、地下建筑运用要求等条件进展综 合分析对比后确定合分析对比后确定2 2〕地下建筑建筑布置：力求简单、对称、规那么、平顺，横剖面的〕地下建筑建筑布置：力求简单、对称、规那么、平顺，横剖面的外形和构造不宜沿纵向突变。

外形和构造不宜沿纵向突变3 3〕地下建筑构造设计应具有等强度的概念〕地下建筑构造设计应具有等强度的概念〔四〕地下建筑的场地要求〔四〕地下建筑的场地要求1 1〕单建式地下建筑宜建造在密实、均匀、稳定的地基上〕单建式地下建筑宜建造在密实、均匀、稳定的地基上2 2〕处于脆弱土、液化土或断层破碎带等不利地段时，应分析其对构〕处于脆弱土、液化土或断层破碎带等不利地段时，应分析其对构造抗震稳定性的影响，采取相应措施造抗震稳定性的影响，采取相应措施3 3〕位于岩石中的地下建筑，其出入口通道两侧的边坡和洞口仰坡，〕位于岩石中的地下建筑，其出入口通道两侧的边坡和洞口仰坡，应根据地形、地质条件选用合理的口部构造类型，提高其抗震稳应根据地形、地质条件选用合理的口部构造类型，提高其抗震稳定性§11.4 §11.4 地下建筑的抗震地下建筑的抗震计算算〔一〕可不〔一〕可不进展抗震展抗震计算分析的范算分析的范围 采取了抗震措施的以下地下建筑，可不采取了抗震措施的以下地下建筑，可不进展地震作用展地震作用计算：算：1) 71) 7度度ⅠⅠ、、ⅡⅡ类场地的丙地的丙类地下建筑地下建筑2) 82) 8度度(0.20g)Ⅰ(0.20g)Ⅰ、、ⅡⅡ类场地地时，不超越，不超越2 2层、体型、体型规那么的中小跨那么的中小跨度丙度丙类地下建筑。

地下建筑〔二〕〔二〕 计算模型和算模型和设计参数的参数的选取取1) 1) 周周围土土层的模的模拟应能能较准确地反映周准确地反映周围挡土构造和内部各构件的土构造和内部各构件的实践受力情况；践受力情况；与周与周围挡土构造完全分土构造完全分别的内部构造，那么可采用与地上建筑同的内部构造，那么可采用与地上建筑同样的的计算模型2) 2) 构造模型的构造模型的选选取取平面平面应变应变分析模型：地分析模型：地层层分布均匀、分布均匀、规规那么且具有那么且具有对对称称轴轴 的的纵纵向向较长较长的地下建筑的地下建筑〔 〔反响位移法、等效程度地震反响位移法、等效程度地震 加加速度法、等效速度法、等效侧侧力法力法〕 〕空空间间构造分析构造分析计计算模型：算模型：长宽长宽比和高比和高宽宽比均小于比均小于3 3及不适用平面及不适用平面应应变变分析模型的分析模型的〔 〔土土层层––构造构造时时程分析法程分析法〕 〕与周与周围挡围挡土构造完全分土构造完全分别别的内部构造，可采用与地上建筑同的内部构造，可采用与地上建筑同样样的的计计算模型3) 地震作用的方向地震作用的方向程度地震作用：程度地震作用：长条形地下构造：按平面应变问题分析时，普通可仅思索沿构长条形地下构造：按平面应变问题分析时，普通可仅思索沿构造横向的程度地震作用；造横向的程度地震作用；体型复杂的地下建筑构造：同时计算构造横向和纵向的程度地体型复杂的地下建筑构造：同时计算构造横向和纵向的程度地震作用。

震作用竖向地震作用：竖向地震作用：8、、9度时宜计及竖向地震作用必要时，设防度时宜计及竖向地震作用必要时，设防烈度为烈度为7度，也可思索竖向地震作用效应的综协作用度，也可思索竖向地震作用效应的综协作用采用土层采用土层-构造时程分析法或等效程度地震加速度法时，土、岩构造时程分析法或等效程度地震加速度法时，土、岩石的动力特性参数可由实验确定石的动力特性参数可由实验确定〔三〕地下建筑抗震计算方法〔三〕地下建筑抗震计算方法 无论何种计算方法，只需计算模型反映地下构造实践无论何种计算方法，只需计算模型反映地下构造实践 受力情况，就可以选用受力情况，就可以选用 各种适用的地下建筑抗震分析方法都是以这两种方法为根各种适用的地下建筑抗震分析方法都是以这两种方法为根底开展起来的底开展起来的地地下下建建筑筑抗抗震震分分析析方方法法动摇法动摇法相互作用法相互作用法以解动摇方程为根底，将介质与构造作为以解动摇方程为根底，将介质与构造作为一个整体以求解其动摇场与应力场一个整体以求解其动摇场与应力场。

以求解构造运动方程为根底，地基对构造影响作以求解构造运动方程为根底，地基对构造影响作用等效为弹簧和阻尼器，以相互作用力的方式出用等效为弹簧和阻尼器，以相互作用力的方式出现实践工程践工程设计中采用中采用较多的是等效多的是等效侧力法、等效程度地力法、等效程度地震加速度法、反响位移法和土震加速度法、反响位移法和土层–构造构造时程分析法四种方法程分析法四种方法〔〔l l〕等效〕等效侧力法计算原理：将地下构造的地震反响算原理：将地下构造的地震反响简化化为作用在构造上作用在构造上 的的等效程度地震等效程度地震惯性力的作用效性力的作用效应，再用静力，再用静力计算模型算模型 对构造内力构造内力进展分析的方法展分析的方法程度地震力的程度地震力的组成：成：①①构造本身的构造本身的惯性力；性力；②②地震地震时上覆土上覆土对顶板的程度剪板的程度剪应力；力；③③地震引起的构造一地震引起的构造一侧地地层的自的自动土土压力增量根本假定：根本假定：①①构造与土体均构造与土体均为各向同性的各向同性的线弹性体；性体；②②构造构造计算模型算模型简化化为平面平面应变问题；；③③忽略土与构造之忽略土与构造之间的相互作用。

的相互作用适用条件：适用条件：①①地下构造与地面建、构筑物合建，即作地下构造与地面建、构筑物合建，即作为上部构造的根底上部构造的根底时；；②②与与围岩的分量相比，构造本身的分量岩的分量相比，构造本身的分量较大大时〔〔2 2〕等效程度地震加速度法〕等效程度地震加速度法计算原理：将地下构造的地震反响简化为沿垂直向线性计算原理：将地下构造的地震反响简化为沿垂直向线性 分分布的等效程度地震加速度的作用效应布的等效程度地震加速度的作用效应适用条件：用于平面应变问题的地震反响分析适用条件：用于平面应变问题的地震反响分析计算模型：土体用平面应变单元、构造用梁单元进展模拟，模型的计算模型：土体用平面应变单元、构造用梁单元进展模拟，模型的底面用固定边境，侧面用程度滑移边境底面用固定边境，侧面用程度滑移边境等效程度地震加速度法的平面应变计算模型等效程度地震加速度法的平面应变计算模型〔〔3 3〕反响位移法〕反响位移法计算原理：求得地下构造所在位置土算原理：求得地下构造所在位置土层动力反响位移的力反响位移的 最最大大值，再把周，再把周围土体土体对地下构造的作用假地下构造的作用假设为弹簧，簧， 将将土土层动力反响位移的最大力反响位移的最大值作作为强迫位移施加于地基迫位移施加于地基弹簧上，同簧上，同时对地下构造施加地震地下构造施加地震惯性力，然后按静力原理性力，然后按静力原理计算内力。

算内力需思索的力：需思索的力：①①侧向力向力P(z)P(z)：土地：土地层变形〔即形〔即强迫位移的迫位移的计算〕，及地震算〕，及地震时构造构造两两侧土土层变形构成的形构成的侧向力向力P(z) P(z) ；；②②惯性力：构造自重性力：构造自重产生的生的惯性力；性力；③③剪切力：构造与周剪切力：构造与周围土土层之之间的剪切力的剪切力长条形地下建筑反响位移法的等效侧向荷载长条形地下建筑反响位移法的等效侧向荷载〔〔4 4〕土〕土层––构造构造时程分析法程分析法计算原理：将构造和周算原理：将构造和周围地基作地基作为一个体系，一个体系，经过直接直接 输人地震加速度人地震加速度记录，在，在满足足变形形协调条件的前提下分条件的前提下分 别计算构造物和岩土体介算构造物和岩土体介质在各在各时辰的位移、速度、加速度，辰的位移、速度、加速度，以及以及应变和内力，并和内力，并进而而验算算场地的地的稳定性和定性和进展构造截面展构造截面设计适用条件：具有普遍适用条件：具有普遍顺应性周围土土层分布不分布不规那么、不那么、不对称，称，长宽比和高比和高宽比均小于比均小于3 3的地下建筑，及采用平面的地下建筑，及采用平面应变分析模分析模型不能反映构造型不能反映构造实践受力情况均适用。

践受力情况均适用计算需关注的算需关注的问题：：①①计算区域及算区域及边境条件；境条件；②②地面以下地震作用的大小；地面以下地震作用的大小；③③地下构造的重力荷地下构造的重力荷载；；④④土土层的的计算参数〔四〕地下建筑抗震验算〔四〕地下建筑抗震验算地下建筑的抗震验算尚应符合以下规定：地下建筑的抗震验算尚应符合以下规定： (1) (1) 应进展多遇地震作用下截面承载力和构件变形的抗应进展多遇地震作用下截面承载力和构件变形的抗 震震验算 (2) (2) 对于不规那么的地下建筑以及地下变电站和地下空间综对于不规那么的地下建筑以及地下变电站和地下空间综合体等，尚应进展罕遇地震作用下的抗震变形验算合体等，尚应进展罕遇地震作用下的抗震变形验算 (3) (3) 在有能够液化地基中建造地下建筑构造时，应留意验算在有能够液化地基中建造地下建筑构造时，应留意验算液化时其抗浮稳定性液化时其抗浮稳定性§11.5§11.5地下建筑的抗震措施地下建筑的抗震措施〔一〕地下建筑构造的抗震构造措施〔一〕地下建筑构造的抗震构造措施地下建筑的抗震验算尚应符合以下规定：地下建筑的抗震验算尚应符合以下规定： (1) (1) 钢筋混凝土地下建筑宜采用现浇构造。

需求设置部分装配钢筋混凝土地下建筑宜采用现浇构造需求设置部分装配式构件时，应使其与周围构件有可靠的衔接式构件时，应使其与周围构件有可靠的衔接 (2) (2)地下建筑的顶板、底板和楼板宜采用梁板构造地下建筑的顶板、底板和楼板宜采用梁板构造〔二〕地下建筑的抗液化措施〔二〕地下建筑的抗液化措施地下建筑周围土体和地基存在液化土层时，应采取以下措施：地下建筑周围土体和地基存在液化土层时，应采取以下措施：(1(1〕对液化土层采取注浆加固和换土等消除或减轻液化影响的措〕对液化土层采取注浆加固和换土等消除或减轻液化影响的措施2) (2) 进展地下构造液化上浮验算，必要时采取增设抗拔桩、配置进展地下构造液化上浮验算，必要时采取增设抗拔桩、配置压重等相应的抗浮措施压重等相应的抗浮措施3) (3) 存在液化土薄夹层，或施工中深度大于存在液化土薄夹层，或施工中深度大于20m20m的地下延续墙围护的地下延续墙围护构造遇到液化土层时，可不做地基抗液化处置构造遇到液化土层时，可不做地基抗液化处置 〔三〕其它抗震构造措施〔三〕其它抗震构造措施穿越滑坡和地质条件猛烈变化的地段，应采取改换脆弱穿越滑坡和地质条件猛烈变化的地段，应采取改换脆弱 土或设置桩根底等措施；土或设置桩根底等措施；对于位于岩石中的地下建筑，要求在断层破碎带中采用钢筋混凝对于位于岩石中的地下建筑，要求在断层破碎带中采用钢筋混凝土内衬构造，不得采用素混凝土衬砌。

土内衬构造，不得采用素混凝土衬砌采用离壁式衬砌时，内衬构造应在拱墙相交处设置程度撑抵紧围采用离壁式衬砌时，内衬构造应在拱墙相交处设置程度撑抵紧围岩；岩；采用钻爆法施工时，初期支护和围岩地层间应密实回填；采用钻爆法施工时，初期支护和围岩地层间应密实回填；干砌块石回填时应注浆加强干砌块石回填时应注浆加强第十一章终了！第十一章终了！。