T地下建筑的抗震設(shè)計(jì)

地下建筑的抗震設(shè)計(jì)第十八講2010.10.15地下結(jié)構(gòu)的震害及其啟示地下建筑抗震設(shè)計(jì)的基本要求地下建筑抗震計(jì)算的要點(diǎn)地下建筑的抗震構(gòu)造措施

1.1

地下結(jié)構(gòu)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(gòu)、地鐵震害的報(bào)道非常少見(jiàn)，且損壞程度較輕。

1.

地下結(jié)構(gòu)的震害及其啟示

1975年海城地震（ML7.3）中，營(yíng)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(gè)多月?lián)屝薏呕謴?fù)正常供水；盤(pán)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(dá)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(gè)月?lián)屝薏呕净謴?fù)供水；秦京輸油管道發(fā)生5處破壞。開(kāi)灤煤礦井巷工程總長(zhǎng)17.7萬(wàn)m，主體結(jié)構(gòu)震害輕微；噴錨、璇砌工藝支護(hù)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(hù)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(fù)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(gè)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(qiáng)度稍強(qiáng)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(cuò)動(dòng)。因地下水位很高又沒(méi)有排水設(shè)施，結(jié)構(gòu)開(kāi)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(yán)重，影響正常使用。個(gè)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(zāi)，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(kù)縣南部的里氏7.2級(jí)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(chē)場(chǎng)、地下商業(yè)街等大量地下結(jié)構(gòu)都發(fā)生了嚴(yán)重的破壞。A.大開(kāi)站

地鐵大開(kāi)站，長(zhǎng)120m，側(cè)式站臺(tái)。有兩種斷面類型。標(biāo)準(zhǔn)段斷面1-1為站臺(tái)部分，是寬17m×高7.2m的1層2跨結(jié)構(gòu)；中央大廳段斷面2-2為寬26m×高10m的2層4跨結(jié)構(gòu)，地下一層是檢票大廳，地下二層為站臺(tái)。底板、側(cè)墻和中柱為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。大開(kāi)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(gè)支承平臺(tái)倒塌，上層候車(chē)廳的柱根破壞，使大片地面陷落，最大沉陷約3m。全長(zhǎng)400m，月臺(tái)長(zhǎng)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?chē)?yán)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(chē)站C斷面破壞狀狀況圖(西側(cè)面視圖)上澤車(chē)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(chē)站全全長(zhǎng)306m，為3層構(gòu)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(chē)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(jī)械械室的鋼筋筋混凝土中中柱破壞，，鋼筋壓屈屈。三宮車(chē)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(mén)端墻、、翼墻開(kāi)裂裂襯砌裂縫（（橫向、縱縱向、斜向向）二次襯砌開(kāi)開(kāi)裂，冒頂頂?shù)魤K、偏偏幫防水層破損損，洞周?chē)鷩鷰r坍塌底鼓或鋪砌砌開(kāi)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(kāi)裂洞門(mén)翼墻開(kāi)開(kāi)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(kāi)裂防水層開(kāi)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(cuò)臺(tái)，，裂損等。。錯(cuò)臺(tái)錯(cuò)臺(tái)錯(cuò)臺(tái)地下結(jié)構(gòu)震震害的可能能性歷史上地震震對(duì)地下結(jié)結(jié)構(gòu)的破壞壞是客觀存存在的的，，潛在的地地震災(zāi)害對(duì)對(duì)城市區(qū)域域的生命財(cái)財(cái)產(chǎn)安全以以及地下下結(jié)構(gòu)的安安全使用可可能構(gòu)成嚴(yán)嚴(yán)重影響。。大型地下結(jié)結(jié)構(gòu)建設(shè)較較晚，迄今今尚未遭遇遇強(qiáng)震，使使人誤以為為地下結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震能力力都很好。1.2地下結(jié)構(gòu)震震害的啟示示地下結(jié)構(gòu)震害危危害的嚴(yán)重重性需要原地修修復(fù)，技術(shù)術(shù)難度高，，工期長(zhǎng)，，費(fèi)用貴，，影響大2.地下建筑抗抗震設(shè)計(jì)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(chē)庫(kù)、過(guò)過(guò)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(yùn)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(shè)防防目標(biāo)地下建筑筑種類較較多，有有的抗震震能力強(qiáng)強(qiáng)，有的的使用要要求高，，有的服服務(wù)于人人流、車(chē)車(chē)流，有有的服務(wù)務(wù)于物資資儲(chǔ)藏，，抗震設(shè)設(shè)防應(yīng)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(gòu)的抗抗震等級(jí)級(jí)，6、7度時(shí)不應(yīng)應(yīng)低于四四級(jí)，8、9度時(shí)不宜宜低于三三級(jí)。乙乙類鋼筋筋混凝土土地下結(jié)結(jié)構(gòu)的抗抗震等級(jí)級(jí)，6、7度時(shí)不宜宜低于三三級(jí)，8、9度時(shí)不宜宜低于二二級(jí)。要求略高高于高層層建筑的的地下室室，因?yàn)闉椋海?）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(gòu)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(chǎng)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(fù)，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(yīng)力求求簡(jiǎn)單、、對(duì)稱、、規(guī)則、、平順；；橫剖面面的形狀狀和構(gòu)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(gòu)構(gòu)尤應(yīng)力力求體型簡(jiǎn)單單，縱向、、橫向外形平順順，剖面形形狀、構(gòu)構(gòu)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(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)應(yīng)具具有等強(qiáng)度概概念。阪神地地震中，，地鐵車(chē)車(chē)站中柱柱兩端發(fā)發(fā)生的嚴(yán)嚴(yán)重剪切切破壞，，提醒我我們?cè)诠すこ淘O(shè)計(jì)計(jì)時(shí)不能忽視視柱的剪剪切強(qiáng)度度和延性性設(shè)計(jì)，，同時(shí)應(yīng)應(yīng)加強(qiáng)結(jié)結(jié)構(gòu)的抗抗側(cè)向力力構(gòu)件。。3.地下建筑筑抗震計(jì)計(jì)算的要要點(diǎn)3.1可不進(jìn)行行抗震計(jì)計(jì)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(jìn)進(jìn)行地震震作用計(jì)計(jì)算：1、7度度Ⅰ、ⅡⅡ類場(chǎng)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(chǎng)場(chǎng)地時(shí)，，不超過(guò)過(guò)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(gòu)構(gòu)剛度相相對(duì)較大大，抗震震能力相相對(duì)較強(qiáng)強(qiáng)，具有設(shè)計(jì)計(jì)經(jīng)驗(yàn)時(shí)時(shí)也可不不進(jìn)行地地震作用用計(jì)算。。3.2地下建筑筑結(jié)構(gòu)的的抗震計(jì)計(jì)算模型型1）周?chē)镣翆拥哪ＤM可采用地地基彈簧簧模型，，或建立立土層—結(jié)構(gòu)模型型。巖土材料料的動(dòng)力力性能對(duì)其宜通通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)測(cè)定對(duì)軟土介紹Davidenkov模型及土動(dòng)力力特性參參數(shù)的估估算式2）結(jié)構(gòu)模模型的選選取周?chē)貙訉臃植季鶆?、?guī)規(guī)則且具具有對(duì)稱稱軸的縱縱向較長(zhǎng)長(zhǎng)的地下下建筑，，結(jié)構(gòu)分分析可選選擇平面面應(yīng)變分分析模型型，并采采用反應(yīng)應(yīng)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(jì)計(jì)算。一般適用用于離端端部或接接頭的距距離達(dá)1.5倍結(jié)構(gòu)跨跨度以上上的地下下建筑結(jié)結(jié)構(gòu)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(gòu)，，應(yīng)選用用空間結(jié)結(jié)構(gòu)模型型，采用用時(shí)程分分析法計(jì)計(jì)算。3)計(jì)算范圍圍和邊界界條件平面問(wèn)題分析析中，側(cè)向邊邊界宜取至離離相鄰結(jié)構(gòu)邊邊墻至少3倍結(jié)構(gòu)寬度處處，底部邊界界取至基巖表表面，或經(jīng)時(shí)時(shí)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(jì)算的邊界界條件，側(cè)向向邊界可采用用自由場(chǎng)邊界界，底部邊界界離結(jié)構(gòu)底面面較遠(yuǎn)時(shí)可取取為可輸入地地震加速度時(shí)時(shí)程的固定邊邊界，地表為為自由變形邊邊界?？臻g問(wèn)題分析析中，側(cè)向邊邊界位置可與與平面問(wèn)題分分析相同，縱縱向邊界可取取為離結(jié)構(gòu)端端部2倍結(jié)構(gòu)斷面積積當(dāng)量寬度處處的橫剖面，，邊界條件均均宜為自由場(chǎng)場(chǎng)邊界。4)地面下設(shè)計(jì)基基本地震加速速度值地面下設(shè)計(jì)基基本地震加速速度值隨深度度逐漸減小已已被公認(rèn)，但但取值各國(guó)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(guó)《水工建筑物抗抗震設(shè)計(jì)規(guī)范范》規(guī)定地表為基基巖面時(shí)，基基巖面下50m及其以下部位位的設(shè)計(jì)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(duì)于進(jìn)行地震震安全性評(píng)價(jià)價(jià)的場(chǎng)地，則則可根據(jù)具體體情況按一維維或多維的模模型進(jìn)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(gòu)橫向向的水平地震震作用。對(duì)于于地下空間綜綜合體等體型型復(fù)雜的地下下建筑結(jié)構(gòu)，，宜同時(shí)計(jì)算算結(jié)構(gòu)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(fù)復(fù)雜的地下結(jié)結(jié)構(gòu)，8、9度時(shí)尚宜計(jì)及及豎向地震作作用。體型復(fù)雜的地地下空間結(jié)構(gòu)構(gòu)或地基地質(zhì)質(zhì)條件復(fù)雜的的長(zhǎng)條形地下下結(jié)構(gòu)，都易易產(chǎn)生不均勻勻沉降并導(dǎo)致致結(jié)構(gòu)裂損，，因而即使設(shè)設(shè)防烈度為7度，必要時(shí)也也需考慮豎向向地震作用效效應(yīng)的綜合作作用。3.3地下建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震計(jì)算的的方法進(jìn)行多遇地震作用下下的截面承載載力和構(gòu)件變變形抗震驗(yàn)算算時(shí)，平面問(wèn)問(wèn)題可采用彈性時(shí)程分析法，反應(yīng)應(yīng)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(jì)算?？臻g間問(wèn)題可采用用彈性時(shí)程分析析法。進(jìn)行罕遇地震作用下的抗震震變形驗(yàn)算時(shí)時(shí)，可采用彈塑性時(shí)程分分析法，或簡(jiǎn)化方法法計(jì)算結(jié)構(gòu)的的彈塑性變形形。3.4地下建筑的抗抗震驗(yàn)算地下建筑應(yīng)進(jìn)進(jìn)行多遇地震震作用下的截截面承載力和和構(gòu)件變形的的抗震驗(yàn)算。。對(duì)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(yīng)進(jìn)行行罕遇地震作作用下的抗震震變形驗(yàn)算；；混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)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(yīng)驗(yàn)算土層層液化時(shí)的抗抗浮穩(wěn)定性。。液化土層對(duì)對(duì)地下連續(xù)墻墻和抗拔樁等等的摩阻力，，宜根據(jù)實(shí)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘錘擊數(shù)與臨界界標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)造措施施1)對(duì)框架結(jié)構(gòu)，注意使中柱剛度滿足抗震構(gòu)造要求，包包括：宜采用現(xiàn)澆結(jié)結(jié)構(gòu);最小尺寸應(yīng)不不低于同類地地面結(jié)構(gòu)構(gòu)件件;中柱縱向鋼筋筋的最小總配筋率率，應(yīng)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(yīng)加密