建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)第11章-地下建筑抗震設(shè)計(jì)

1、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)第11章-地下建筑抗震設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)第11章-地下建筑抗震設(shè)計(jì)11.1概述1995年日本阪神7. 2級(jí)地震，神戶市大開地鐵車站中柱震損11.1概述1995年日本阪神7. 2級(jí)地震，神戶市大開地2008年汶川8.0 級(jí)地震中，都汶公路龍洞子隧道發(fā)生較嚴(yán)重?fù)p壞龍洞子隧道拱頂二襯塌落龍洞子隧道左洞環(huán)向剪切破壞帶2008年汶川8.0 級(jí)地震中，都汶公路龍洞子隧道發(fā)生較嚴(yán)重建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)第11章-地下建筑抗震設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)第11章-地下建筑抗震設(shè)計(jì) 根據(jù)震害調(diào)查，地下建筑結(jié)構(gòu)破壞的主要點(diǎn)有：地質(zhì)條件較大變化區(qū)域容易發(fā)生破壞；軟弱土層中的地下工程地震破壞大；上部覆蓋土層越厚，

2、破壞越輕；襯砌厚度大的破壞的幾率相對(duì)大；形狀、剛度發(fā)生變化部位易破壞，洞口常受地震破壞；對(duì)稱結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的程度要比非對(duì)稱結(jié)構(gòu)輕。 根據(jù)震害調(diào)查，地下建筑結(jié)構(gòu)破壞的主要點(diǎn)有：（二）地下建筑的抗震性能及震害1) 地下車庫(kù) 震害形式：主體結(jié)構(gòu)與吸排氣塔、樓梯間等部位的連接處出現(xiàn)了混凝土的剝落和裂縫。 震害原因：主要是由于連接部位的主體結(jié)構(gòu)與吸排氣塔、樓梯間的剛度差異造成了不同的動(dòng)態(tài)反應(yīng)，從而在連接處發(fā)生了相對(duì)位移。 2)過(guò)街通道 震害形式：破壞主要是與電氣、空調(diào)、給水排水和防災(zāi)設(shè)備有關(guān)的破壞。主體結(jié)構(gòu)罕有破壞。 3) 城市地下空間綜合體 震害形式：主要為中柱破壞（地鐵車站），結(jié)構(gòu)主體受損相對(duì)較小。（

3、二）地下建筑的抗震性能及震害1) 地下車庫(kù) 2)過(guò)街通11.3 地下建筑抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定（一）適用范圍單建式地下建筑：地下車庫(kù)、過(guò)街通道、地下變電站和地下空間綜合體等；附建式地下建筑：抗震性能要求通常與地面建筑一致。11.3 地下建筑抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定（一）適用范圍（二）抗震設(shè)防目標(biāo) 單建式鋼筋混凝土地下建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，略高于高層建筑的地下室。1）丙類鋼筋混凝土地下結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)：6、7度時(shí)不應(yīng)低于四級(jí)；8、9度時(shí)不宜低于三級(jí)；2）乙類鋼筋混凝土地下結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)：6、7度時(shí)不宜低于三級(jí)；8、9度時(shí)不宜低于二級(jí)。（二）抗震設(shè)防目標(biāo)（三）地下建筑的規(guī)則性及優(yōu)化選型1）地下建筑抗震設(shè)計(jì)方案：

4、根據(jù)建筑抗震設(shè)防類別、抗震 設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、地下建筑使用要求等條件進(jìn)行綜 合分析對(duì)比后確定。2）地下建筑建筑布置：力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱、規(guī)則、平順，橫剖面的形狀和構(gòu)造不宜沿縱向突變。3）地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)具有等強(qiáng)度的概念。（四）地下建筑的場(chǎng)地要求1）單建式地下建筑宜建造在密實(shí)、均勻、穩(wěn)定的地基上。2）處于軟弱土、液化土或斷層破碎帶等不利地段時(shí)，應(yīng)分析其對(duì)結(jié)構(gòu)抗震穩(wěn)定性的影響，采取相應(yīng)措施。3）位于巖石中的地下建筑，其出入口通道兩側(cè)的邊坡和洞口仰坡，應(yīng)依據(jù)地形、地質(zhì)條件選用合理的口部結(jié)構(gòu)類型，提高其抗震穩(wěn)定性。（三）地下建筑的規(guī)則性及優(yōu)化選型11.4 地下建筑的抗震計(jì)算（一）可不進(jìn)行抗震計(jì)算分析的

5、范圍 采取了抗震措施的下列地下建筑，可不進(jìn)行地震作用計(jì)算：1) 7度、類場(chǎng)地的丙類地下建筑。2) 8度(0.20g)、類場(chǎng)地時(shí)，不超過(guò)2層、體型規(guī)則的中小跨度丙類地下建筑。（二） 計(jì)算模型和設(shè)計(jì)參數(shù)的選取1) 周圍土層的模擬應(yīng)能較準(zhǔn)確地反映周圍擋土結(jié)構(gòu)和內(nèi)部各構(gòu)件的實(shí)際受力狀況；與周圍擋土結(jié)構(gòu)完全分離的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，則可采用與地上建筑同樣的計(jì)算模型。11.4 地下建筑的抗震計(jì)算（一）可不進(jìn)行抗震計(jì)算分析的范2) 結(jié)構(gòu)模型的選取平面應(yīng)變分析模型：地層分布均勻、規(guī)則且具有對(duì)稱軸 的縱向較長(zhǎng)的地下建筑。（反應(yīng)位移法、等效水平地震 加速度法、等效側(cè)力法）空間結(jié)構(gòu)分析計(jì)算模型：長(zhǎng)寬比和高寬比均小于3及不適用

6、平面應(yīng)變分析模型的。（土層結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法）與周圍擋土結(jié)構(gòu)完全分離的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可采用與地上建筑同樣的計(jì)算模型。2) 結(jié)構(gòu)模型的選取3) 地震作用的方向水平地震作用：長(zhǎng)條形地下結(jié)構(gòu)：按平面應(yīng)變問(wèn)題分析時(shí)，一般可僅考慮沿結(jié)構(gòu)橫向的水平地震作用；體型復(fù)雜的地下建筑結(jié)構(gòu)：同時(shí)計(jì)算結(jié)構(gòu)橫向和縱向的水平地震作用。豎向地震作用：8、9度時(shí)宜計(jì)及豎向地震作用。必要時(shí)，設(shè)防烈度為7度，也可考慮豎向地震作用效應(yīng)的綜合作用。采用土層-結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法或等效水平地震加速度法時(shí)，土、巖石的動(dòng)力特性參數(shù)可由試驗(yàn)確定。3) 地震作用的方向（三）地下建筑抗震計(jì)算方法 無(wú)論何種計(jì)算方法，只要計(jì)算模型反映地下結(jié)構(gòu)實(shí)際 受力情況，就可

7、以選用。 各種實(shí)用的地下建筑抗震分析方法都是以這兩種方法為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。地下建筑抗震分析方法波動(dòng)法相互作用法以解波動(dòng)方程為基礎(chǔ)，將介質(zhì)與結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體以求解其波動(dòng)場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)。以求解結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程為基礎(chǔ)，地基對(duì)結(jié)構(gòu)影響作用等效為彈簧和阻尼器，以相互作用力的方式出現(xiàn)。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中采用較多的是等效側(cè)力法、等效水平地震加速度法、反應(yīng)位移法和土層結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法四種方法。（三）地下建筑抗震計(jì)算方法地下建筑抗震分析方法波動(dòng)法以解波動(dòng)（l）等效側(cè)力法。計(jì)算原理：將地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)簡(jiǎn)化為作用在結(jié)構(gòu)上 的等效水平地震慣性力的作用效應(yīng)，再用靜力計(jì)算模型 對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行分析的方法。水平地震力的組成：結(jié)構(gòu)自身的慣

8、性力；地震時(shí)上覆土對(duì)頂板的水平剪應(yīng)力；地震引起的結(jié)構(gòu)一側(cè)地層的主動(dòng)土壓力增量?；炯俣ǎ航Y(jié)構(gòu)與土體均為各向同性的線彈性體；結(jié)構(gòu)計(jì)算模型簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問(wèn)題；忽略土與結(jié)構(gòu)之間的相互作用。適用條件：地下結(jié)構(gòu)與地面建、構(gòu)筑物合建，即作為上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)時(shí)；與圍巖的重量相比，結(jié)構(gòu)自身的重量較大時(shí)。（l）等效側(cè)力法。（2）等效水平地震加速度法計(jì)算原理：將地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)簡(jiǎn)化為沿垂直向線性 分布的等效水平地震加速度的作用效應(yīng)。適用條件：用于平面應(yīng)變問(wèn)題的地震反應(yīng)分析計(jì)算模型：土體用平面應(yīng)變單元、結(jié)構(gòu)用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，模型的底面用固定邊界，側(cè)面用水平滑移邊界。等效水平地震加速度法的平面應(yīng)變計(jì)算模型（2）等效水

9、平地震加速度法等效水平地震加速度法的平面應(yīng)變計(jì)算（3）反應(yīng)位移法計(jì)算原理：求得地下結(jié)構(gòu)所在位置土層動(dòng)力反應(yīng)位移的 最大值，再把周圍土體對(duì)地下結(jié)構(gòu)的作用假設(shè)為彈簧， 將土層動(dòng)力反應(yīng)位移的最大值作為強(qiáng)制位移施加于地基彈簧上，同時(shí)對(duì)地下結(jié)構(gòu)施加地震慣性力，然后按靜力原理計(jì)算內(nèi)力。需考慮的力：側(cè)向力P(z)：土地層變形（即強(qiáng)制位移的計(jì)算），及地震時(shí)結(jié)構(gòu)兩側(cè)土層變形形成的側(cè)向力P(z) ；慣性力：結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的慣性力；剪切力：結(jié)構(gòu)與周圍土層之間的剪切力。（3）反應(yīng)位移法長(zhǎng)條形地下建筑反應(yīng)位移法的等效側(cè)向荷載長(zhǎng)條形地下建筑反應(yīng)位移法的等效側(cè)向荷載（4）土層結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法計(jì)算原理：將結(jié)構(gòu)和周圍地基作為一個(gè)體

10、系，通過(guò)直接 輸人地震加速度記錄，在滿足變形協(xié)調(diào)條件的前提下分 別計(jì)算結(jié)構(gòu)物和巖土體介質(zhì)在各時(shí)刻的位移、速度、加速度，以及應(yīng)變和內(nèi)力，并進(jìn)而驗(yàn)算場(chǎng)地的穩(wěn)定性和進(jìn)行結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)。適用條件：具有普遍適應(yīng)性。周圍土層分布不規(guī)則、不對(duì)稱，長(zhǎng)寬比和高寬比均小于3的地下建筑，及采用平面應(yīng)變分析模型不能反映結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況均適用。計(jì)算需關(guān)注的問(wèn)題：計(jì)算區(qū)域及邊界條件；地面以下地震作用的大??；地下結(jié)構(gòu)的重力荷載；土層的計(jì)算參數(shù)。（4）土層結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法（四）地下建筑抗震驗(yàn)算地下建筑的抗震驗(yàn)算尚應(yīng)符合下列規(guī)定： (1) 應(yīng)進(jìn)行多遇地震作用下截面承載力和構(gòu)件變形的抗 震驗(yàn)算。 (2) 對(duì)于不規(guī)則的地下建筑以及地下

11、變電站和地下空間綜合體等，尚應(yīng)進(jìn)行罕遇地震作用下的抗震變形驗(yàn)算。 (3) 在有可能液化地基中建造地下建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意驗(yàn)算液化時(shí)其抗浮穩(wěn)定性。（四）地下建筑抗震驗(yàn)算11.5地下建筑的抗震措施（一）地下建筑結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施地下建筑的抗震驗(yàn)算尚應(yīng)符合下列規(guī)定： (1) 鋼筋混凝土地下建筑宜采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。需要設(shè)置部分裝配式構(gòu)件時(shí)，應(yīng)使其與周圍構(gòu)件有可靠的連接。 (2)地下建筑的頂板、底板和樓板宜采用梁板結(jié)構(gòu)。（二）地下建筑的抗液化措施地下建筑周圍土體和地基存在液化土層時(shí)，應(yīng)采取下列措施：(1）對(duì)液化土層采取注漿加固和換土等消除或減輕液化影響的措施。(2) 進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)液化上浮驗(yàn)算，必要時(shí)采取增設(shè)抗拔樁、配置壓重等相應(yīng)的抗浮措施。(3) 存在液化土薄夾層，或施工中深度大于20m的地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)遇到液化土層時(shí)，可不做地基抗液化處理。 11.5地下建筑的抗震措施（一）地下建筑結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施（三）其它抗震構(gòu)造措施穿越滑