地铁抗震设计规范杨林德条文说明.pdf
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1、1 上海市地下铁道建筑结构抗震设计指南条 文 说 明第 1 章总 则1.0.1 对地下铁道(以下简称地铁)建筑结构的抗震设计,我国迄今尚未制定规范。原因主要是1976 年 7 月 28 日发生的唐山地震(里氏7.8 级)中,北京、天津的地铁建筑结构及京、津、唐地区的其他地下建筑结构均仅遭受轻微震害,且在 1995 年 1 月 17 日日本发生阪神地震(里氏7.2级的直下地震)前,世界范围内的地铁建筑结构在历次强震中均未发生严重震害,因而对地铁建筑结构的抗震设计以往并未引起重视。阪神地震发生后,上海市政府对本市地下建筑结构尤其是地铁建筑结构的抗震能力的可靠性已高度重视,先后支持了多项课题的研究,
2、其中项目“上海地铁车站抗震设计方法研究”更直接以通过进行振动台模型试验建立抗震设计计算方法为目的。该项研究对典型地铁车站结构进行的以建立抗震设计计算方法为目的的振动台试验虽然在国内尚属首次,但因准备充分而十分成功,使根据研究成果制定地铁建筑结构抗震设计方法的条件已基本具备。然而由于地铁建筑结构的多样性与环境条件的复杂性,拟对地铁建筑结构的抗震设计先提出指南。1.0.2 震害调查表明,软土地基对建筑结构的震害有放大作用。上海市区的地表被第四纪冲洪积层覆盖,绝大多数地区软土地基的厚度在200300米以上,因而环境条件有明显的特殊性。鉴于构成本指南条文基础的研究成果均以上海市的地质地理环境为背景,因
3、而本条指明本指南适用于上海市软土地铁建筑结构的抗震设计,用于其他城市时有关条文的适用性均应专门研究。2 1.0.3 本条对术语“地铁建筑结构”的含义作了限定,原因主要是术语“地下铁道”的含义通常包括引出地面的线路和车站,其中部分为本指南并未包含的高架线路与车站。高架线路与车站的地震响应既不同于地下建筑结构,与普通地面建筑结构相比也有差异,对其提出抗震设计方法需要专门研究。1.0.4 本指南对地铁建筑结构抗震设防目标的提法,与建筑抗震设计规范GB50011-2001条文 1.0.1相同,故对本条的理解可参见该规范对条文1.0.1 的说明。第 2 章 术语和符号鉴于地铁建筑结构经受的地震作用与一般
4、建筑相同,本指南采用的术语与建筑抗震设计规范 GB50011-2001基本相同,仅增加了术语“设计基本地震动速度”,以方便实用。抗震设防标准,是一种衡量对建筑抗震能力要求高低的综合尺度,既取决于地震强弱的不同,又取决于使用功能重要性的不同。地震作用的涵义,强调了其动态作用的性质,不仅是加速度的作用,还应包括地震动速度和位移的作用。术语“抗震措施”和“抗震构造措施”明确了二者的区别,抗震构造措施只是抗震措施的一个组成部分。第 3 章 抗震设计的基本要求3.1 建筑抗震设防分类和设防标准3.1.13.1.3 本指南的条文根据建筑抗震设防分类标准GB50223 的有关规3 定,对上海市的地铁建筑结构
5、明确了抗震设防标准。地铁枢纽站的抗震设防标准,应按批准的地震安全性评价结果确定。条件许可时,可采用包括基于建筑地震破坏损失和投资关系优化的原则通过专门研究确定。丁类建筑不要求按降低一度采取抗震措施,仅要求适当降低抗震措施。新修订的建筑结构可靠度设计统一标准GB50068,提出了设计使用年限的原则规定。本指南规定的建筑抗震设防标准,已体现建筑重要性及设计使用年限的不同。3.2 地震影响本指南中的“设计基本地震加速度值”,是指 50 年设计基准期超越概率10%的地震加速度的设计取值,7 度取 0.10g;“设计基本地震动速度值”则与取用的设计基本地震加速度值相对应,7 度取 0.13m/sec。同
6、时鉴于地铁建筑结构在地基中埋置,表 3.2.2 表明以上取值均为地表的取值,地基中某一深度处的取值应另行确定。此外,表3.2.2还列出了与 6 度相当的地表设计基本地震加速度值取0.05g,相应的地表设计基本地震动速度值取0.06m/sec。本指南中的“设计特征周期”,是指地震影响系数特征周期(gT)。考虑到震级、震中距和场地条件的影响,上海市按类场地取gT为 0.90s。3.3 场地和地基3.3.1 地震造成地铁建筑破坏,除地震动直接引起结构破坏外,还有场地条件的原因,例如地震引起的地表错动与地裂,地基土的不均匀沉陷、滑坡和粉、砂土液化等。因此地铁工程宜选择有利地段,避开不利地段并不在危险的
7、地段建设。3.3.2 在地铁隧道与车站、隧道与风井、车站与出入口等的结合部上,结构刚度4 分布常有不同,需要仔细分析各部分地震反应影响的差异,并采取相应措施。3.4 建筑设计和建筑结构的规则性3.4.1 本条主要是对建筑师的建筑设计方案提出的要求。即应符合抗震概念设计的原则,注意采用规则的建筑设计方案,尤应避免采用严重不规则的设计方案。规则的建筑结构体现在体型(平面和立面的形状)简单,抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀,平面布置基本对称。即在平面、竖向图形或抗侧力体系上,没有明显的、实质的不连续(突变)。规则与不规则的区分,本指南在第3.4.2条中规定了一些定量界限,但可引起建筑结构不
8、规则的因素还有很多,很难一一用若干简化的定量指标来划分不规则程度并规定限制范围,需要建筑设计人员根据经验估计建筑方案的抗震性能,区分不规则、特别不规则和严重不规则等不规则程度,避免采用抗震性能差的严重不规则的设计方案。这里,“不规则”指的是超过表3.4.2-1 和表 3.4.2-2 中的一项及以上的不规则指标;“特别不规则”指的是多项指标均超过表3.4.2-1 和表 3.4.2-2 中的不规则指标,或某一项指标超过规定指标较多,使结构具有较明显的抗震薄弱部位,将会引起不良后果者;“严重不规则”指的是体系复杂,多项不规则指标超过第3.4.2 条上限值或某一项大大超过规定值,使结构具有严重的抗震薄
9、弱环节。3.4.23.4.3 本指南对规则与不规则结构作出了定量的划分,并规定了相应的设计计算要求,但对容易避免或危害性较小的不规则问题未作规定。表 3.4.2-1、表 3.4.2-2 和第 3.4.3 条的内容引自建筑结构抗震设计规范GB50011-2001,使用对象原为房屋建筑结构,本指南则主要是形状、结构特征相仿的地铁车站结构。其中对水平地震作用的计算和内力调整的理解,可参见该规范 3.4.3条的说明。5 3.4.43.4.5 有关内容体现了对建筑结构设置防震缝的一般原则,但对地铁建筑结构,地铁车站结构自身一般不宜设置防震缝,区间隧道与车站的接头宜为插孔连接,出入口通道与车站的连接是否设
10、防震缝,可视情况而定。3.5 结构体系3.5.1 抗震结构体系应通过综合分析确定,指南条文列出了应预考虑的因素,然而由于地铁建筑结构是埋置在地层中的线形结构,进行分析时尤应考虑场地和地基条件特征的影响。3.5.23.5.3 受力明确、传力合理且传力路线不间断,对提高结构的抗震性能十分有利,因而是结构选型与布置结构抗侧力体系时需首先考虑的因素。地铁建筑结构抗震设计中,车站结构和区间隧道都易于形成满足上述要求的抗震结构体系,然而由于车站结构常为包含楼板和立柱的框架结构,各组成构件的地震响应常有差异,由此导致抗震性能的安全度互不相同,进行抗震设计时应注意使各结构的刚度互相匹配,以免经受地震时因某个构
11、件失效导致结构整体破坏。3.5.4 钢筋混凝土构件抗震性能较好,但如处理不当,也可造成不可修复的脆性破坏。这种破坏包括:混凝土压碎、构件剪切破坏、钢筋锚固部分拉脱(粘结破坏)等,应力求避免。3.5.5 本条指出了主体结构构件之间的连接应遵守的规则:通过确保连接的承载力发挥各构件的承载力和变形能力,从而使整个结构具有良好的抗震能力。3.5.6 本条支撑系统指屋盖支撑。支撑系统的不完善,往往导致屋盖系统失稳倒塌,使厂房发生灾难性的震害,因此在支撑系统布置上应特别注意保证屋盖系统的整体稳定性。6 3.6 结构分析3.6.1 多遇 地 震 作用下 的内力 和 变 形分 析 是 建 筑 结 构抗 震 设
12、 计规范 GB5001-2001 对结构地震反应、截面承载力验算和变形验算最基本的要求。按本指南第 1.0.4 条,建筑物遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,一般不受损坏或不需修理即可继续使用。与此相应,结构在多遇地震作用下的反应分析的方法,截面抗震验算(按照国家标准建筑结构可靠度设计统一标准GB50068 的基本要求),以及层间弹性位移的验算,都以线弹性理论为基础。因此本条提出,当建筑结构进行多遇地震作用下的内力和变形分析时,可假定结构与构件处于弹性工作状态。3.6.2 按本指南第1.0.4 条,建筑物遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时,应不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。对
13、地铁车站结构,体型和抗侧力体系复杂时,结构薄弱部位将发生应力集中和弹塑性变形集中,严重时会导致重大破坏甚至有倒塌的危险,故有必要对其采用弹塑性(即非线性)分析方法检验结构抗震的薄弱部位。考虑到非线性分析的难度较大,本指南建议仅对构造特殊(如因采光目的顶盖开孔面积较大)的地铁车站结构,采用简化方法进行非线性分析。即将地震荷载取为等代荷载,并允许构件截面进入弹塑性受力状态。3.6.3 刚性、半刚性、柔性横隔板分别指在平面内不考虑变形、考虑变形、不考虑刚度的楼、屋盖。3.6.5 附属于地下铁道的地面建筑及竖向通风口等属于地面建筑,抗震设计的计算方法应于地面结构相同。3.6.6 本条规定主要依据建筑工
14、程设计文件编制深度规定,要求使用计算机进行抗震分析时,应对软件的功能有切实的了解,计算模型的选取必须符合结7 构的实际工作情况,计算软件的技术条件应符合规范及有关强制性标准的规定,设计时应对所有计算结果进行判别,确认其合理有效后方可在设计中应用。3.7 非结构构件非结构构件包括建筑非结构构件和附属机电设备的支架等。建筑非结构构件在地震中的破坏允许大于结构构件,其抗震设防目标可低于本指南第1.0.4 条的规定。但非结构构件的地震破坏同样会影响安全和使用功能,对其需引起重视,通过进行抗震设计处理好非结构构件和主体结构的关系,以防止附加灾害和减少损失。3.8 结构材料与施工本节条文引自建筑结构抗震设
15、计规范GB50011-2001,条文说明可参见该规范 3.9.13.9.5 条的说明。3.9 建筑的地震反应观测系统3.9.1 对建筑物设置地震反应观测系统,有助于通过采集地震响应信息发展抗震设计方法,因而本指南对地铁建筑结构设置地震反应观测系统的要求。第 4 章 场地、地基和基础4.1 场 地4.1.1 有利、不利和危险地段的划分,取决于建筑场地的地形、地质条件,尤其是工程场地是否存在古河道或活动断裂,以及邻近古河道或活动断裂在地震作用下对于地铁建筑结构的影响。4.1.2 本条内容是上海市业界对全市场地类型划分的基本共识。4.1.3 断裂对工程影响的评价问题,不同学科的专家长期来持有不同的看
16、法。经8 过近年来的不断研究与交流,认为在地震烈度8 度或 8 度以上的地区,需要考虑断裂对于工程的影响,这主要是因地震时原有断裂的重新错动直通地表,对建于位错带上的建筑结构的破坏不易用工程措施加以避免。也就是说,上海市在罕遇地震作用下,存在断裂破坏地铁建筑结构的可能性,因此在规划中划为危险的地段应予避开。活动断裂的时间下限定为1 万年(全新世)以来活动过的断裂。关于隐伏断裂的震害评价问题,还需要地震资料的不断积累和进行专题研究,才能对震害机理提出比较科学、合理的见解,并提出合适的防范措施。4.2 天然地基和基础4.2.1 在天然地基抗震验算中,对地基土承载力调整系数的规定,主要参考国内外资料
17、和相关规范的规定,考虑了地基土在有限次循环动力作用下强度一般较静强度提高,以及在地震作用下结构可靠度容许有一定程度降低这两个因素的综合影响。4.2.3 地基基础的抗震验算,一般采用“拟静力法”,即假定地震作用如同静力,在这种条件下验算地基和基础的承载力和稳定性。所列公式主要参考相关规范的规定提出,压力的计算应采用地震作用效应标准组合,即各作用分项系数均取 1.0的组合。4.3 液化土和软土地基4.3.1 本条规定是在建筑结构抗震设计规范GB50011-2001中,有关液化判别和处理的强制性条文。4.3.2 1995年 1 月 17 日发生的日本阪神地震,显示了地下20 米深处也发生了砂土液化现
18、象,由此使深层液化判别问题已引起地铁工程界的重视。4.3.3 本条规定主要参考了岩土工程勘查规范DGJ08-37-2002的相关规定。9 4.3.4 由于 15 米以下深层液化的资料较少,根据实际液化与非液化资料进行统计分析尚不具备条件,因而对15 米以下深层液化的判别,仍宜基于原有判别方法和工程技术人员的熟悉程度。4.3.5 本条条文主要参考建筑结构抗震设计规范GB50011-2001 撰写,有关注释可参见该规范4.3.4 条的条文说明。4.3.64.3.7 这二条条文引自岩土工程勘查规范DGJ08-37-2002,有关注释可参见该规范 7.2.67.2.7条的条文说明。4.3.84.3.9
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