臺灣地震分析及計算舉例

1、1、臺灣9.21地震建筑震害分析建筑抗震基本要求1地震實(shí)際烈度高于設(shè)防烈度按臺灣地區(qū)當(dāng)時的地震區(qū)劃圖，位于震中的南投縣和臺中縣屬二區(qū)，其對應(yīng)加速度峰值相當(dāng)于我國地震區(qū)劃烈度8度。而實(shí)際等震線表示PGA已經(jīng)達(dá)到910度，在日月潭和名間鄉(xiāng)新街國小測得最大加速度分別高達(dá)11度，遠(yuǎn)高于區(qū)劃的設(shè)防烈度。2建設(shè)場地特性影響斷層影響：斷層兩側(cè)六公里地區(qū)內(nèi)建筑物受損分布密集，占總數(shù)的60。液化現(xiàn)象嚴(yán)重：員林白果山麓、大里市區(qū)和臺中港最嚴(yán)重，原因是場地土層中含飽和粉沙土、地下水位高或系人工填海造地。盆地效應(yīng)：臺北地區(qū)距震中150KM,地震烈度相當(dāng)8-9度，有300多棟建筑物損壞；埔里鎮(zhèn)距震中20KM，烈度相當(dāng)與

2、1011度，建筑損壞嚴(yán)重；破壞均由于場地特征周期與建筑結(jié)構(gòu)周期相近，在地震波長周期分量作用下產(chǎn)生共振所導(dǎo)致。軟弱地沉陷：鄰近河川和故河道地區(qū)，如臺中港碼頭的破壞。3建筑結(jié)構(gòu)(人為因素)問題規(guī)劃設(shè)計問題在破壞的房屋建筑中，1974年以前建造者占40，19751982年建造者占20。這是因為臺灣的建筑耐震設(shè)計規(guī)范是于1974年參考美國UBC規(guī)范修訂并于1982年大幅度修正后頒布的，在此之前缺乏專門的抗震設(shè)計與施工法規(guī)，大部分木、磚、土坯結(jié)構(gòu)、低層老舊磚砌體房屋和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不抗震。在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方面，存在以下一些問題：(a)結(jié)構(gòu)體系不良：平、立面不規(guī)則、高寬比太大、軟弱樓層存在，使水平剪力的傳遞

3、與分布不均勻；(b)含薄弱層結(jié)構(gòu)：底樓為騎樓或挑高，店面大開間用于商業(yè)用途，辦公樓底層挑高成開放空間，墻體不落地或被拆除、地下室抽梁抽柱形成停車場或休閑設(shè)施。墻體總量較上部樓層少，破壞總數(shù)占25；柱數(shù)量太少，結(jié)構(gòu)體系的冗余度不足，個別柱破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體倒塌；柱斷面過小：有些新建低層鋼筋混凝土建筑為了美觀將柱子寬度縮至墻體厚度(異型柱)；柱配筋問題：主筋排列太密，混凝土握裹力不夠；主筋搭接在同一標(biāo)高處，形成薄弱截面：柱中預(yù)埋管管徑過大或偏心，導(dǎo)致柱有效斷面減??；短柱效應(yīng)集中表現(xiàn)在學(xué)校建筑中由于縱墻，開窗，窗臺將柱下部約束，使柱原有的抗彎有效長度變短：或填充墻不到頂，對柱子起約束作用形成短柱；商住

4、和學(xué)校建筑底層縱向(平行于騎樓或走廊方向)墻量太少，成為軟弱層；二層以上采用懸臂樓層或外走廊(學(xué)校)，當(dāng)樓層較多時重心不穩(wěn)，地震時傾覆或破壞一層的墻、柱；地下室為了增加停車位或車道布置，取消部分上層剪力墻或核心筒墻體，地下形成薄弱層；地震時相鄰建筑物相互碰撞，造成破壞。施工質(zhì)量問題不按圖施工：柱子主筋搭接長度不夠、在梁柱接頭處搭接(應(yīng)在樓層中間)、搭接高度沒錯開、節(jié)點(diǎn)處箍筋對混凝土約束不夠)梁柱端部箍筋彎鉤沒達(dá)到135度，且間距太大(200300),甚至未配箍筋;鋼筋保護(hù)層厚度太小，握裹力不夠，混凝土裂縫過寬，鋼筋銹蝕；鋼筋保護(hù)層厚度過大，使柱核心區(qū)面積減小，承載力和延性嚴(yán)重折減；混凝土中混有

5、雜物、振搗時加水或時間太長己初凝仍然使用：樓梯沒用鋼筋或小梁與墻體連接，地震時斷裂，影響逃生；飾面板材沒采用掛鉤，采用直接粘貼方式；擋土墻與主體結(jié)構(gòu)之間距離太近，擋土墻滑移導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。使用管理問題(a)裝修工程擅自拆墻，甚至破壞梁、柱，改變結(jié)構(gòu)體系，形成軟弱層(如住宅變?yōu)闋I業(yè)場所等)；(b)違法違規(guī)進(jìn)行不當(dāng)?shù)脑鰧?、擴(kuò)建，增加原有建筑物的梁、柱和基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)，或產(chǎn)生偏心，而原結(jié)構(gòu)沒有同時加固；(c)維護(hù)知識和文件不全，造成緊急救難及補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)的困難。2、全部消除地基液化沉陷措施：1、樁基，樁端伸入穩(wěn)定土層內(nèi)一定深度。2、深基礎(chǔ)，基底位于穩(wěn)定土層內(nèi)一定深度。3、加密法、振沖法等進(jìn)行處理，處理到液化土

6、層的下界面，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)判別為非液化土。4、用非液化土全部替換液化土層。5、處理到基礎(chǔ)邊緣外一定寬度。3、部分消除地基液化沉陷措施：1、加密法、振沖法或換土等方法進(jìn)行處理，處理到液化土層的一定深度。2、地基處理后的液化指數(shù)應(yīng)小于5。3、處理到基礎(chǔ)邊緣一定寬度。4、加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的措施：1、選擇合理的基礎(chǔ)埋置深度，調(diào)整基礎(chǔ)底面以減小偏心。2、加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛度。3、減輕上部結(jié)構(gòu)的重量和荷載。4、增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)整體剛度和均勻性、對稱性，合理設(shè)置沉降縫，避免采用對沉降不均勻敏感的結(jié)構(gòu)形式。5、管道穿墻，要留有足夠的沉降量或采用柔性接頭。5、可不進(jìn)行樁基礎(chǔ)抗震設(shè)計的建筑1、砌體房屋2、上

7、部結(jié)構(gòu)可不進(jìn)行抗震驗算的建筑3、設(shè)防烈度7、8度時的下列建筑：（1）、一般單層廠房和單層空曠建筑（2）、不超過8層和高度不超過25m的一般民用框架建筑（3）、基礎(chǔ)荷載與上述建筑相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房例：用振型分解法求結(jié)構(gòu)的層間剪力。設(shè)防烈度為8度第一組，III類場地。in3=180t振型求解2、求各振型水平地震影響系數(shù)g,3計算各振型的參與系數(shù)4、計算各振型各樓層的地震作用5、計算各振型各樓層的作用效應(yīng)6、計算各樓層的作用效應(yīng)K3=98MN/扔K2=195MN/inK、二245MN/加O-1.001.000.6671振型求解Tl=0.467s,T2=0.208szT3=0.134s第一振型半X1=

8、0.3340.6671.00第二振型:X2=-0.667-0.6661.00第三振型；X3=4.019-3.0351.00-3.0354.0190.667-0.6670.3342v計算各振型的地震影響系數(shù)09amax=0.16,Tg=0.45s當(dāng)阻尼比=0.05時，尸0.9,q2=l計算得:aO.139Jji計算振型參與系數(shù)b=卡一工旳2f=l各振型參與系數(shù)：九=1.363,72=-0.428,y3=0.063計算各振型各樓層的地震作用Fji=WKiGij=1?2,刃i=192?77第一振型地震作用F11=167.4KNF12=334.4KNF13=334.2KN第二振型地震作用F21=120

9、.9KNF22=120.7KNF23=-120.8KN第三振型地震作用F31=107.2KNF32=-80.9KNF33=17.8KN5、計算各振型的層間剪力色（作用效應(yīng)）（第1振型）Vn=836KNV12=668.6KNV13=334.2KN（第2振型）V21=120.8KNV22=-O.1KNV23=-120.8KN（第3振型）V31=44.1KNV32=-63.1KNV33=17.8KN=V8362+120.82+44.12=845.8第一振型第二振型第三振型總剪力計算地屢絕蘭間剪力組合第一層的剪力V1=845.8KN同理得：V2=671.6KNV3=335.8KN上例解：結(jié)構(gòu)的基本自振

10、周期7773=180fm2=2701T=0.467s,Tg=O.45s777L=270t1）、計算等效總重力荷載代表值:Geq=0.85Gj=5997.6KNK3=98MN（注意：G=m.g）K2=195MNIivK=245MN/刃2）.水平地amax=0.16a2=0.1393）、計算FerFEk=Geq=833.7KN4）、計算各層的水平地霞作用標(biāo)準(zhǔn)值T1=0.467s1.4Tg=0.63s,6n=0F1=166.7KNF?=3335KN0=3335KNV1=F1+F2+F3=8337KNVI二845.8V2=F2+F3=667.OKNV2二671.6V3=F3=333.5KNV3二335.8振型分解法的結(jié)果例：一兩層框架，求其基本周期K2GGi=400KN,G2=300KN,=14280KN/m,K210720KN/m,計算各層剪力V產(chǎn)700KN,V2300KN計算水平位移皿=/1/叫=0_049口u2V1/K1+V2/K2*0.077mT1=0.508s鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的破壞形式1、框架柱（柱端彎剪破壞；柱身剪切破壞；角柱破壞；短柱破壞；柱牛腿破壞）。2、抗彎、抗剪承載力不足，箍筋太稀，對混凝土約束差，在壓、彎、剪作用下達(dá)到極限承載力。3、框架梁（梁端垂