T地下建筑的抗震設計

地下建筑的抗震設計第十八講2010.10.15地下結(jié)構的震害及其啟示地下建筑抗震設計的基本要求地下建筑抗震計算的要點地下建筑的抗震構造措施

1.1

地下結(jié)構的震害

1.1.1

阪神地震以前的震害1995年1月17日日本阪神地震之前，地下結(jié)構、地鐵震害的報道非常少見，且損壞程度較輕。

1.

地下結(jié)構的震害及其啟示

1975年海城地震（ML7.3）中，營口市（8度區(qū)）150多公里管道破壞372處，配水管網(wǎng)大量漏水，不能保證正常的供水量和水壓，有的地方甚至供水中斷，平均震害率為2.4處/km，經(jīng)一個多月?lián)屝薏呕謴驼９┧槐P錦地區(qū)（7度區(qū)）直埋大口徑鋼管66.5km，焊口斷裂21處，破壞率達0.31處/km；絲扣聯(lián)結(jié)的小口徑管道破壞率為16處/km；鑄鐵管道為0.8處/km。

1976年唐山地震（ML7.8）中，唐山市給水系統(tǒng)全部癱瘓，經(jīng)一個月?lián)屝薏呕净謴凸┧?；秦京輸油管道發(fā)生5處破壞。開灤煤礦井巷工程總長17.7萬m，主體結(jié)構震害輕微；噴錨、璇砌工藝支護比梯形支架震害輕；斷面形狀和尺寸或坡度變化、拐彎、不同支護材料交接處等剛度變化的薄弱部位震害較重；地質(zhì)條件復雜地段震害重；采空區(qū)附近震害重；停電水淹加重震害。

唐山地區(qū)烈度11度，除陡河沿岸的人防次干道破壞較重（拱頂未倒塌）外，僅個別薄弱部位出現(xiàn)裂縫；

寧河、漢沽區(qū)烈度9度，塘沽烈度8度，人防工程大多位于濱海相沉積層，除表層土強度稍強外均為淤泥質(zhì)土或粉土，其人防地道裂縫較大，普遍每隔12m左右出現(xiàn)寬1~3cm的環(huán)向裂縫，少數(shù)工事出現(xiàn)縱向裂縫，并在接頭轉(zhuǎn)角處多處發(fā)生斷裂和錯動。因地下水位很高又沒有排水設施，結(jié)構開裂和部分防水砂漿抹面脫落造成漏水，以致工事內(nèi)積水嚴重，影響正常使用。個別地段的工事底部有噴砂冒水現(xiàn)象，未覆土的人防通道有的局部坍塌。1985年墨西哥地震（ML8.1）中，地震引起不同質(zhì)材的各種管道均有破壞（其中包括鋼管道），其中煤氣干管斷裂引起煤氣爆炸，市政管網(wǎng)煤氣管道斷裂引起火災，且因供水管網(wǎng)損壞，救火很困難。1.1.2

阪神地震中地下鐵道的震害

1995年1月17日發(fā)生在日本兵庫縣南部的里氏7.2級的“阪神地震”最具有代表性。在這次地震中，神戶市內(nèi)采用明挖法建造、上覆土層較淺的地下鐵道、地下停車場、地下商業(yè)街等大量地下結(jié)構都發(fā)生了嚴重的破壞。A.大開站

地鐵大開站，長120m，側(cè)式站臺。有兩種斷面類型。標準段斷面1-1為站臺部分，是寬17m×高7.2m的1層2跨結(jié)構；中央大廳段斷面2-2為寬26m×高10m的2層4跨結(jié)構，地下一層是檢票大廳，地下二層為站臺。底板、側(cè)墻和中柱為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構。大開站覆土2m，約有30根截面0.4m×1.0m間距3.5m的中柱折斷，且鋼筋屈曲，35個支承平臺倒塌，上層候車廳的柱根破壞，使大片地面陷落，最大沉陷約3m。全長400m，月臺長125m。橫截面在在線路方向向上分3層2跨和2層2跨兩種形式式。其中上層的的受害程度度都很嚴重重，中柱出出現(xiàn)了典型型的剪切破破壞和斜向向的龜裂。。B.上澤站上澤車站C斷面破壞狀狀況圖(西側(cè)面視圖)上澤車站G2斷面破壞狀狀況圖(西側(cè)面視圖圖)上澤站中柱柱毀壞情況況三宮車站全全長306m，為3層構造。外外部尺寸為為寬15～38m×高20～22m。C.三宮站三宮站的被被害情況和和上澤站的的情況相似似。以車站中央央稍偏西的的位置為中中心100m左右的區(qū)間間內(nèi)，中柱柱的受損程程度很高。。在地鐵三宮宮站約有20根中柱破壞壞；地下一一層的電氣氣室和機械械室的鋼筋筋混凝土中中柱破壞，，鋼筋壓屈屈。三宮車站破破壞狀況圖圖(西側(cè)面視圖圖)1.1.3汶川地震中中公路隧道道的震害震害類型：：洞頂滾石，，滑坡，洞洞門端墻、、翼墻開裂裂襯砌裂縫（（橫向、縱縱向、斜向向）二次襯砌開開裂，冒頂頂?shù)魤K、偏偏幫防水層破損損，洞周圍圍巖坍塌底鼓或鋪砌砌開裂、隆隆起等。典型工程：：龍溪隧道、、龍洞子隧隧道等。洞頂滾石龍洞子隧道道滑坡龍洞子隧道道端墻開裂洞門翼墻開開裂龍溪隧道-洞口裂縫龍溪隧道-洞內(nèi)塌方底鼓、冒頂頂、防水層層開裂防水層開裂裂底鼓、鋪砌砌破壞縱縫橫縫斜縫1.1.4汶川地震中中地下鐵道道的震害區(qū)間隧道管管片錯臺，，裂損等。。錯臺錯臺錯臺地下結(jié)構震震害的可能能性歷史上地震震對地下結(jié)結(jié)構的破壞壞是客觀存存在的的，，潛在的地地震災害對對城市區(qū)域域的生命財財產(chǎn)安全以以及地下下結(jié)構的安安全使用可可能構成嚴嚴重影響。。大型地下結(jié)結(jié)構建設較較晚，迄今今尚未遭遇遇強震，使使人誤以為為地下結(jié)構構抗震能力力都很好。1.2地下結(jié)構震震害的啟示示地下結(jié)構震害危危害的嚴重重性需要原地修修復，技術術難度高，，工期長，，費用貴，，影響大2.地下建筑抗抗震設計的的基本要求求1)適用范圍14.1.1本章主要適適用于地下下車庫、過過街通道、、地下變電電站和地下下空間綜合合體等單建建式地下建建筑。不包包括地下鐵鐵道、城市市公路隧道道等。地下鐵道道、城市市公路隧隧道等屬屬于交通通運輸類類工程。。附建式地地下建筑筑(如地下室)的性能要求通常常與地面面建筑一致致。2)抗震設防防目標地下建筑筑種類較較多，有有的抗震震能力強強，有的的使用要要求高，，有的服服務于人人流、車車流，有有的服務務于物資資儲藏，，抗震設設防應有有不同的的要求。。14.1.4………….丙類鋼筋筋混凝土土地下結(jié)結(jié)構的抗抗震等級級，6、7度時不應應低于四四級，8、9度時不宜宜低于三三級。乙乙類鋼筋筋混凝土土地下結(jié)結(jié)構的抗抗震等級級，6、7度時不宜宜低于三三級，8、9度時不宜宜低于二二級。要求略高高于高層層建筑的的地下室室，因為為：（1）單建式式地下建建筑在附附近房屋屋倒塌后后，有的的仍常有有繼續(xù)服服役的必必要，其其使用功功能的重重要性常高高于高層層建筑地地下室；；（2）地下結(jié)結(jié)構一般般不宜帶帶縫工作作，尤其其是在地地下水位位較高的的場合，，其整體體性要求求高于地地面建筑筑；（3）地下空空間通常常是不可可再生的的資源，，損壞后后一般需需原地修修復，難難度較大大。3)地下建筑筑的規(guī)則則性及優(yōu)優(yōu)化選型型14.1.3地地下建建筑的建建筑布置置應力求求簡單、、對稱、、規(guī)則、、平順；；橫剖面面的形狀狀和構造造不宜沿沿縱向突突變。與地面建建筑的區(qū)區(qū)別是，，地下建建筑結(jié)構構尤應力力求體型簡單單，縱向、、橫向外形平順順，剖面形形狀、構構件組成成和尺寸寸不沿縱縱向經(jīng)常常變化，，使其抗抗震能力力提高。。地下建筑筑結(jié)構設設計應具具有等強度概概念。阪神地地震中，，地鐵車車站中柱柱兩端發(fā)發(fā)生的嚴嚴重剪切切破壞，，提醒我我們在工工程設計計時不能忽視視柱的剪剪切強度度和延性性設計，，同時應應加強結(jié)結(jié)構的抗抗側(cè)向力力構件。。3.地下建筑筑抗震計計算的要要點3.1可不進行行抗震計計算分析析的范圍圍14.2.1按本章要要求采取取抗震措措施的下下列地下下建筑，，可不進進行地震震作用計計算：1、7度度Ⅰ、ⅡⅡ類場地地的丙類類地下建建筑。主要參考考唐山地地震中天天津市人人防工程程震害調(diào)查查的資料2、8度度（0.20g）Ⅰ、、Ⅱ類場場地時，，不超過過二層、體型型規(guī)則的的中小跨跨度丙類類地下建建筑。這類結(jié)構構剛度相相對較大大，抗震震能力相相對較強強，具有設計計經(jīng)驗時時也可不不進行地地震作用用計算。。3.2地下建筑筑結(jié)構的的抗震計計算模型型1）周圍土土層的模模擬可采用地地基彈簧簧模型，，或建立立土層—結(jié)構模型型。巖土材料料的動力力性能對其宜通通過試驗驗測定對軟土介紹Davidenkov模型及土動力力特性參參數(shù)的估估算式2）結(jié)構模模型的選選取周圍地層層分布均均勻、規(guī)規(guī)則且具具有對稱稱軸的縱縱向較長長的地下下建筑，，結(jié)構分分析可選選擇平面面應變分分析模型型，并采采用反應應位移法法或等效效水平地地震加速速度法、、等效側(cè)側(cè)力法計計算。一般適用用于離端端部或接接頭的距距離達1.5倍結(jié)構跨跨度以上上的地下下建筑結(jié)結(jié)構斷面面。端部、接接頭及不不符合上上款條件件的地下下結(jié)構，，應選用用空間結(jié)結(jié)構模型型，采用用時程分分析法計計算。3)計算范圍圍和邊界界條件平面問題分析析中，側(cè)向邊邊界宜取至離離相鄰結(jié)構邊邊墻至少3倍結(jié)構寬度處處，底部邊界界取至基巖表表面，或經(jīng)時時程分析試算算結(jié)果趨于穩(wěn)穩(wěn)定的深度處處，上部邊界界取至地表。。計算的邊界界條件，側(cè)向向邊界可采用用自由場邊界界，底部邊界界離結(jié)構底面面較遠時可取取為可輸入地地震加速度時時程的固定邊邊界，地表為為自由變形邊邊界?？臻g問題分析析中，側(cè)向邊邊界位置可與與平面問題分分析相同，縱縱向邊界可取取為離結(jié)構端端部2倍結(jié)構斷面積積當量寬度處處的橫剖面，，邊界條件均均宜為自由場場邊界。4)地面下設計基基本地震加速速度值地面下設計基基本地震加速速度值隨深度度逐漸減小已已被公認，但但取值各國有有不同的規(guī)定定。一般在基巖面面取地表的1/2，基巖至地表表按深度線性性內(nèi)插。我國《水工建筑物抗抗震設計規(guī)范范》規(guī)定地表為基基巖面時，基基巖面下50m及其以下部位位的設計地震震加速度代表表值取為地表表規(guī)定值的1/2，不足50m處可按深度由由線性插值確確定。對于進行地震震安全性評價價的場地，則則可根據(jù)具體體情況按一維維或多維的模模型進行分析析后確定其減減小的規(guī)律。。5)地震作用的方方向一般可僅考慮慮沿結(jié)構橫向向的水平地震震作用。對于于地下空間綜綜合體等體型型復雜的地下下建筑結(jié)構，，宜同時計算算結(jié)構橫向和和縱向的水平平地震作用。。地下空間綜合合體等體型復復雜的地下結(jié)結(jié)構，8、9度時尚宜計及及豎向地震作作用。體型復雜的地地下空間結(jié)構構或地基地質(zhì)質(zhì)條件復雜的的長條形地下下結(jié)構，都易易產(chǎn)生不均勻勻沉降并導致致結(jié)構裂損，，因而即使設設防烈度為7度，必要時也也需考慮豎向向地震作用效效應的綜合作作用。3.3地下建筑結(jié)構構抗震計算的的方法進行多遇地震作用下下的截面承載載力和構件變變形抗震驗算算時，平面問問題可采用彈性時程分析法，反應應位移法、等等效水平地震震加速度法或或等效側(cè)力法法計算。空間間問題可采用用彈性時程分析析法。進行罕遇地震作用下的抗震震變形驗算時時，可采用彈塑性時程分分析法，或簡化方法法計算結(jié)構的的彈塑性變形形。3.4地下建筑的抗抗震驗算地下建筑應進進行多遇地震震作用下的截截面承載力和和構件變形的的抗震驗算。。對于不規(guī)則的的地下建筑以以及地下變電電站和地下空空間綜合體等等，尚應進行行罕遇地震作作用下的抗震震變形驗算；；混凝土結(jié)構構彈塑性層間間位移角限值值[θp]宜宜取1/250。液化地基中的的地下建筑，，應驗算土層層液化時的抗抗浮穩(wěn)定性。。液化土層對對地下連續(xù)墻墻和抗拔樁等等的摩阻力，，宜根據(jù)實測的標準貫入錘錘擊數(shù)與臨界界標準貫入錘錘擊數(shù)的比值值,確定液化折減減系數(shù)。4.地下建筑的抗抗震構造措施施1)對框架結(jié)構，注意使中柱剛度滿足抗震構造要求，包包括：宜采用現(xiàn)澆結(jié)結(jié)構;最小尺寸應不不低于同類地地面結(jié)構構件件;中柱縱向鋼筋筋的最小總配筋率率，應增加0.2%;中柱與梁或頂頂板、中間樓樓板及底板連連接處的箍筋筋應加密