中华人民共和国国家标准工业构筑物抗震鉴定标准GBJ 117-88 1
主编部门:中华人民共和国冶金工业部
批准部门:中华人民共和国建设部
施行日期:1989年3月1日
关于发布《工业构筑物抗震鉴定标准》的通知
(88)建标字第81号
根据原国家建委(78)建发抗字第113号文的要求,由冶金部会同有关部门共同编制的《工业构筑物抗震鉴定标准》,已经有关部门会审。现批准《工业构筑物抗震鉴定标准》GBJ117-88为国家标准,自1989年3月1日起施行。
本标准由冶金部管理,其具体解释等工作由冶金部建筑研究总院负责。出版发行由中国计划出版社负责。
中华人民共和国建设部
1988年6月13日
编制说明
本标准是根据原国家基本建设委员会(78)建发抗字第113号文的要求,由冶金部建筑研究总院会同本部系统和煤炭、石油、有色金属、化工、电力、机械、建材等部门所属有关科研、设计院(所)共同编制而成。
本标准编制过程中,编制组在认真总结海域、唐山等大地震中工业构筑物实际震害经验的基础上,吸取了国内抗震设计、加固的实践经验和国内外在地震工程方面近期的部分科研成果,并对有关构筑物及其地基的抗震验算和加固方法补充了必要的理论分析和试验研究。本标准经多次广泛征求意见,进行工程试点,最后由我部会同城乡建设环境保护部等有头部门审查定稿。
本标准共分九章和七个附录,包括挡土墙、贮仓、槽罐、皮带通廊、井架和井塔等塔类结构、炉窑结构、变电构架、操作平台等工业构筑物及其地基基础的抗震鉴定和加固内容。
在本标准施行过程中,请各单位结合工程实践,认真总结经验,注意积累资料,如发现有需要修改和补充之处,请将意见和有关资料寄交我部建筑研究总院(北京市学院路43号),以供今后修订时参考。
冶金工业部
1988年2月6日
主要符号
荷载和内力
M--弯矩(kN·m);
N--轴向力,竖向力(kN);
Pi--沿高度作用于i点的水平地震力(kN);
Pij--作用于质点i的j振型水平地震力(kN);
Qo--结构总水平地震力(kN);
w--产生地震力的重力荷载(kN);
γ--容重(kN/);
m--质量(t)。
计算系数
α--地震影响系数;
α1--相应于结构基本周期T1地震影响系数α值;
αmin--地震影响系数α的最大值;
β--放大系数;
γ--振型参与系数;
γs--钢筋屈服强度超强系数;
ε--偏心参数;
ζ,ρ--相关系数;
η--增大(或降低)系数;
λ--杆件长细比;
λv--竖向地震作用系数;
φ--钢杆件轴心受压稳定系数;
Ψ--地基容许承载力调整系数;
ω1--第i液化土层层位影响的权函数;
C--结构影响系数;
Cz--综合影响系数;
K--安全系数。
几何特征
A--截面面积(㎡);
B--构筑物(或基础)总宽度(m);
D--筒型结构(或圆型基础)直径(m);
H--总高度(m);
L--总长度(m);
Kxx--x轴向平移刚度(kN/m);
Kφφ--抗扭刚度(kN/m);
E--钢材弹性模量(kPa);
Eh--混凝土弹性模量(kPa);
G--剪切模量(kPa);
I--转动惯量(t·㎡);
J--截面惯性矩(m4);
Z--截面抵抗矩(m3);
a--距离(m);
b--截面宽度(m);
d--钢筋直径(m)、距离(m);
eo--偏心距(m);
ex--x方向偏心距(m);
h--高度(m);
kxi--第i抗侧力构件沿x轴方向的平动刚度(kN/m);
l--构件长度(m);
t--壁厚(m);
x、y、z--分别为x、y、z轴方向距离(座标)(m);
δ--单位水平力作用下的水平位移(m/kN);
θ--斜杆与水平线间夹角(°);
φ--土摩擦角(°)。
材料指标和应力
[R]--地基土静容许承载力(kPa);
R--经基础宽深修正的地基土静容许承载力(kPa);
Ra--混凝土轴心抗压设计强度(kPa);
Rg--钢筋抗拉设计强度(kPa);
σ--结构截面应力,地基土应力(kPa);
σs--钢材屈服点(kPa);
τ--剪应力(kPa)。
其 它
N63.5--标准贯入锤击数实测值;
Ncr--饱和土液化判别标准贯入锤击数临界值;
No--饱和土液化判别标准贯入锤击数基准值;
P1--地基液化指数;
Ti--结构基本周期(s);
Tj--结构j振型周期(s);
ωj--结构j振型圆频率(s-1);
ρc--粘粒含量百分率(%);
g--重力加速度(m/s2)。
第一章 总 则
第1.0.1条 根据地震工作要以预防为主的方针,为保障已有工业构筑物在地震作用下的安全,使其在遭受抗震鉴定和加固所取烈度的地震影响时,一般不致于严重破坏,经修理后仍可继续使用,特制定本标准。
第1.0.2条 本标准适用于抗震鉴定和加固的烈度为7度、8度和9度,且未经抗震设计的已有工业构筑物的抗震鉴定和加固。
第1.0.3条 抗震鉴定和加固的烈度宜按所在地区基本烈度采用;对于特别重要的构筑物,当必须提高1度进行抗震鉴定和加固时,应按国家规定的批准权限报请批准。
注:①对于重要厂矿,有条件时可按经批准的地震烈度小区划或设计反应谱进行抗震鉴定和加固。
②对于基本烈度为6度地区,按国家专门规定需要进行抗震设防的工业构筑物,可按本标准7度区的要求进行抗震鉴定和加固。
第1.0.4条 进行抗震鉴定和加固,应从提高厂矿综合抗震能力的全局出发,满足下列要求:
一、对总体加固方案进行可行性和技术经济合理性的综合分析。
二、综合分析场地、地基对构筑物结构抗震性能的影响,进行合理加固。
三、从整条生产线综合考虑建筑物群体的抗震安全性,分析各类相邻建(构)筑物在地震下的相互影响及其震害后果,进行综合治理,减轻次生灾害。
四、严格施工要求,确保工程质量,切实组织验收。
五、在使用过程中应对构筑物进行合理维护。
第1.0.5条 进行抗震鉴定和加固,应根据构筑物的重要性,按下列要求划分等级:
一、A类建筑:大型厂(矿)中,构筑物的地震破坏将对连续生产和人员生命造成严重后果者,包括全厂(矿)性和特别重要生产车间的动力系统构筑物,地震下受损后可能导致严重次生灾害或严重影响震后急救的构筑物,以及矿山的安全出口等。
二、B类建筑:除A、C类以外的其它构筑物。
三、C类建筑:构筑物的破坏不致造成人员伤亡或较大经济损失者,或其它次要构筑物。
第1.0.6条 进行抗震鉴定和加固,应首先调查有关的勘察、设计和施工等原始资料,构筑物的现状和隐患,并结合同类构筑物结构和地基的震害经验,分析场地、地基土条件对构筑物抗震的有利因素和不利因素。
第1.0.7条 各类结构的现状,当不符合下列有关要求时,应结合抗震加固进行处理。
一、钢结构:
1.受力构件、杆件(包括支撑)无短缺,无明显弯曲,无裂缝,无任意切割所形成的孔洞或缺口。
2.受力构件、杆件及其连接和节点无锈蚀。
3.锚栓无损伤、锈蚀,螺帽无松动;对受剪为主的锚栓,其栓杆在托座盖板面处无丝扣。基础混凝土无酥裂、无腐蚀条件。
4.受力构件的支承长度符合非抗震设计要求。
5.柱间支撑斜杆中心线与柱中心线的交点不位于楼板的上、下柱段和基础以上的柱段。
二、钢筋混凝土结构:
1.受力构件、杆件无短缺,无明显变形,没有因切割、打洞等形成的损伤。
2.受力构件、杆件的混凝土无酥裂、腐蚀、烧损、脱落,无露筋,无超过设计规范限值的裂缝。
3.预制受力构件的支承长度符合非抗震设计要求。
4.连接件无锈蚀。
5.当设有填充墙或柱间支撑时,没有由此增大结构单元质心对刚心的偏心距和沿高度方向水平刚度的突变,没有因半高刚性墙而增大柱的线刚度或形成短柱。
三、砖结构:
1.墙体不空臌,无歪斜和酥碱。
2.承重墙体及纵横墙交接处无裂缝,咬槎良好,无任意开凿而形成明显削弱原结构抗震能力的孔洞。
3.各部位的局部尺寸满足国家现行的建筑抗震鉴定标准规定的限值要求。
4.砖过梁无开裂和变形。
5.没有因地基不均匀沉降而引起的墙体裂缝及其它明显影响墙体质量的缺陷。
第1.0.8条 本标准有关章节中规定可不进行抗震验算和抗震加固的构筑物,应符合下列要求:
一、满足非抗震设计和施工验收规范的要求。
二、使用过程中未改变原设计的基本依据,或虽有改变但不降低构筑物的抗震能力;结构没有重大损伤和缺陷,符合本标准
第1.0.7条 的要求。
三、钢筋混凝土结构或钢结构的抗侧力构件及其节点符合本标准有关构造要求,无先行出现脆性破坏的可能。
四、相邻建(构)筑物、边坡的震害不致危及被鉴定构筑物的安全。
五、没有对建筑抗震危险的场地条件;地基土无液化、失稳或严重不均匀沉降可能。
第1.0.9条 构筑物结构的抗震强度验算,除本条和有关章节另有规定者外,可按工业与民用建筑抗震设计规范的规定执行。
一、构筑物的基本周期,可按同类构筑物的实测周期经验公式计算值、被鉴定构筑物的实测周期值或理论公式计算值确定;对前两类实测周期值,可根据结构的重要性和不同的塑性变形能力,乘以1.1~1.4的震时周期加长系数,但砖结构不得加长。当所采用的加固方案使影响周期的主要因素(结构的侧向刚度、质量等)有明显变化时,应考虑加固对周期值的影响。
二、结构影响系数和抗震强度安全度应按表1.0.9选用。
注:①钢结构,当不能满足对塑性变形能力的抗震构造要求时,应降低表中容许应力值,并应在地震力计算中加大结构影响系数。
②钢筋混凝土结构,当不能满足对塑性变形能力的抗震构造要求时,应提高表中安全系数值,并应在地震力计算中加大结构影响系数。
③砖结构,除按要求进行强度验算外,还应符合抗震结构的配筋等构造要求。
对于的确难以达到抗震鉴定和加固标准的构筑物,应根据技术经济的综合分析结果,或采取措施适当提高其抗震能力,或报请批准后报废;对于尚可使用但无加固价值的次要构筑物,必须对人员和重要生产设备采取安全措施。
三、对大偏心受压(拉)和受弯钢筋混凝土矩形截面构件,当验算正截面抗震强度时,除C类构筑物外,受压区相对高度不应大于0.35(纵向钢筋为3号钢、5号钢)或0.4(纵向钢筋为16锰钢、25锰硅钢);否则,偏心受压(拉)构件应按小偏心受压(拉)计算。
注:如能确切判定所用钢筋的生产厂家,必要时可按附录一采用由相应生产厂的钢筋强度统计资料,得出矩形截面的受压区相对高度值。
第1.0.10条 构筑物结构加固方案的确定,应综合考虑下列要求:
一、构筑物结构的整体性应符合下列要求:
1.楼盖、屋盖等水平结构与有关抗侧力构件具有可靠连接。
2.保证抗侧力构件及其节点的强度,避免出现脆性破坏。
3.传递地震力的途径合理可靠。
4.非受力结构(如维护墙体等)与主体受力结构之间具有可靠的拉结。
二、综合考虑强度加固和满足塑性变形能力的要求。
三、综合分析加固措施的有效性及可能产生的不利作用,避免薄弱环节转移。
四、选用合适的加固工艺和设备,例如,保证负荷条件下施焊的安全、钻孔打洞时避免或减少对结构的损伤等。
五、避免非受力结构倒塌伤人。
第1.0.11条 对于有技术改造或大修需要的构筑物,抗震加固宜与技术改造或大修结合,同时进行。
第1.0.12条 对构筑物结构单元与相邻建(构)筑物之间原有的变形缝(包括温度缝、沉降缝和防震缝)处,应清理缝隙中的硬杂物;变形缝宽度应符合工业与民用建筑抗震设计规范的要求,不足时,应根据两相邻结构单元相向水平振动和扭转振动移位时可能碰撞而产生的危害性大小,采取必要的措施。例如,适当提高两相邻单元的侧向刚度,而当平面内结构的质心对刚心有较大偏心时,尚宜采取减小偏心、提高抗扭刚度的措施;对可能碰撞的部位,缝隙中填入耐久性好的柔性吸能材料或提高该部位结构的强度等。
当构筑物支承于相邻建(构)筑物上而支座连接强度不足或采用滑动支座、滚动支座时,尚应对两相邻结构单元在相背水平振动时有无落梁的可能进行鉴定;当有落梁可能时,应采取措施,如加强支座连接,适当加长支承长度,设置用以限制过大移动的构造措施等。
第1.0.13条 全厂(矿)的固定测量基准点至少应有四个位于对抗震有利的地段。不符合要求时,应补设或采取措施,并应予以妥善保护。当全厂(矿)均位于软弱土或可液化土地段时,可将固定测量基准点设置在桩基上,而桩基应深至软弱土或可液化土的下界面以下,或对设置固定测量基准点部位的地基进行局部加固。
第1.0.14条 进行构筑物的抗震鉴定和加固,有关砖结构、木屋盖的抗震构造要求,尚应符合国家现行工业与民用建筑抗震鉴定标准的有关规定。抗震验算中,除本标准另有规定者外,均应按下列国家标准执行:
《建筑结构抗震设计规范》;
《室外给水排水和煤气热力工程抗震设计规范》;
《混凝土结构设计规范》;
《砖石结构设计规范》;
《钢结构设计规范》;
《建筑地基基础设计规范》。
第二章 场地、地基和基础
第一节 场 地
第2.1.1条 进行抗震鉴定时,场地土的分类宜符合下列规定:
一、I类--坚硬土,包括岩石,密实的碎石类土,坚硬的老粘性土。
二、Ⅱ类--中等土,除I、Ⅲ类以外的一般稳定土。
三、Ⅲ类--软弱土,包括淤泥,淤泥质土,松散的砂,新近沉积的粘性土和轻亚粘土(粉土),可液化土,静基本容许承载力小于130kPa的填土。
注:场地土一般可按基础底面(或端承桩支承面以下)10m范围内或摩擦桩桩长范围内土的类别划分;当上述范围内的土为多层土时,可按厚度加权平均的方法确定土的类别。
第2.1.2条 在8度和9度地区,对基岩上的构筑物,除基本周期小于或等于0.3s的A类构筑物外,其抗震构造措施可按鉴定加固的烈度降低1度采用,但地震力应按原鉴定加固的烈度计算。
第2.1.3条 Ⅲ类场地土上基本周期等于或大于1.2s的A类构筑物和各类重要性等级构筑物的突出屋面小型结构,除应满足本标准有关章节的抗震要求外,还宜适当提高薄弱部位的安全系数,并应设有具有良好吸能能力的抗侧力结构(当采用交叉支撑时,斜撑杆的长细比不宜大于120),或设有先行出现塑性变形的辅助(或赘余)抗侧力结构体系。
第2.1.4条 对建在不均匀地基(如故河道,暗藏的塘浜沟谷的边缘地带,边坡的半挖半填地段,山区中岩石与土交接地带,以及成因、岩性或状态明显不同的其它严重不均匀地层)或不同型式基础上的同一构筑物结构单元,除应满足有关章节的抗震要求外,尚应考虑不均匀沉降和不同地震反应对结构的不利影响,可在不均匀地基交界处或不同型式基础处及其附近,对结构的薄弱部位(强梁弱柱纯框架结构中的柱,强柱弱梁纯框架结构中的梁,以及梁柱节点,大偏心结构单元的角柱,沿主轴方向杆件长细比值大的柱间支撑等),采取提高其承载能力和对不均匀沉降适应能力的措施;采取调整不同区段结构侧向刚度等以减少地震反应差异的措施,设置先行出现塑性变形的辅助(或赘余)抗侧力结构体系。
注:不均匀地基上地震受损后可能形成严重次生灾害的刚性管线,也应设有减轻不均匀沉降影响的措施。例如,对管道采用柔性接头;设有可伸缩段;当管道穿过墙体时墙体具有较大的孔洞尺寸,并填有柔性吸能材料等。
第2.1.5条 对建在条形突出的山脊、高耸孤立的山丘上的A、B类长周期构筑物,宜采取符合本标准第2.1.3条 规定的措施,并宜提高其侧向刚度。
第2.1.6条 对有全地下室、箱形基础或筏片基础的构筑物,除主要受力层有软弱土和可液化土外,一般可适当降低结构的抗震构造要求。
第二节 非液化土地基和基础
第2.2.1条 在非地震组合力作用下,当构筑物沉降已经稳定且现有状况良好,或沉降虽未稳定但已确定其地基基础能够满足非地震组合力作用下的设计要求时,除下列情况外,可不进行其地基基础的抗震验算和抗震加固:
一、8度或9度区,使用条件下受较大的水平推力且地震时水平力有较大增加的结构(如挡土墙等)或构件(如拱脚、井架的斜架等),宜进行其基础的抗滑稳定性验算。
二、对要求进行结构抗震强度验算的高重心的高耸构筑物,宜验算其地基的抗震强度。
三、当构筑物结合抗震加固进行改建而荷载有较大增加时,应对其地基基础进行静承载力计算和抗震验算。
第2.2.2条 进行非液化土地基的抗震强度验算时,地震组合力作用下的地基承载力应满足下列公式要求:
式中σ、σmax--分别为基础底面的平均压应力和基础边缘的最大压应力(kPa);
R--地基基础设计规范规定的经基础宽度和深度修正的地基土静容许承载力(kFa);
Ψ1--地震短暂作用对地基土容许承载力的调整系数,可按表2.2.2.2-1取用;
Ψ2--地基土长期受压后容许承载力的提高系数。对岩石、碎石土、新近沉积粘性土、淤泥及地下水位以下的淤泥质土、可液化土,应取Ψ2=1;对其它土类,在地基沉降已经稳定,且构筑物未出现因地基变形引起的裂缝等损坏和超过容许的地基变形值时,可按已有构筑物基础下地基土承载力试验值与原地质勘察资料中相应标高土层试验值(或在自由场地相应标高同类土的试验值),的对比结果取值;当无勘察资料时,也可按表2.2.2-2取值。
注:σo系已有构筑物基础底面的实际平均压应力(kPa)。
第2.2.3条 对结合抗震加固进行改建的构筑物,如作用于基础上的重力荷载有较大增加时,除应验算地震组合力作用下的地基承载力外,尚应按下列公式验算非地震组合力作用下的地基承载力:
2.2.3-1和2.2.3-2公式中,地基土经长期受压容许承载力提高系数Ψ2应按第2.2.2条取值,但静力验算中的可液化土也可按试验对比值或表2.2.2-2取值。
对A、B类构筑物,当选用的Ψ2值大于1时,应按国家的《地基和基础工程施工及验收规范》进行沉降观测。
第2.2.4条 对非液化土地基上的基础进行地震组合力作用下的抗滑验算时,抗滑阻力可考虑基础底面与地基土之间的摩擦力与基础正侧面被动土压力的1/3;经验算不符合要求时,应采取适当措施,例如,设置符合本标准附录二要求的混凝土地坪,增设抗滑趾;增设基础梁(或联系梁),其与基础的连接应按能承受地震时出现的拉力和压力,其值对杆系结构可取与其相连的支撑斜杆按实际截面出现屈服和压曲时内力的水平分量。
第2.2.5条 对要求验算结构抗震强度的高位贮仓、高架砖混通廊、塔类结构等高重心的高耸构筑物,应按下列公式进行地震组合力作用下的抗倾覆验算:
式中 eo--地震组合力作用下基础底面竖向力和弯矩的合力作用点对基础底面截面形心的偏心距(m);
B--验算方向的矩形基础宽度(m);
D--圆形基础直径(m);
不符合要求时,应采取扩大基础、减少偏心距等措施。
第三节 可液化土地基
第2.3.1条 当构筑物地基土在室外地面以下15m范围内有饱和砂土或轻亚粘土时,应对其地震时是否可能液化及地基液化危害性进行鉴定,并应按地基的液化等级和构筑物类别确定工程处理原则。
(Ⅰ)液化判别
第2.3.2条 饱和砂土层和轻亚粘土层可按下列单项指标进行液化判别:
一、地质年代为第四纪晚更新世(Q3)或其以前的砂土或轻亚粘土,可判为非液化土。
二、7度、8度和9度区,粒径小于0.005mm颗粒的含量百分率分别不小于10、13和16的轻亚粘土,可判为非液化土。
注:用于液化判别的粘粒含量系采用六偏磷酸钠作分散剂时的测定数值;当采用其它方法测定时,应按有关规定换算。
三、对天然地基上基础埋置深度不超过2m的构筑物,根据其地基土上覆非液化土层厚度和地下水位深度在图2.3.2的位置,确定是否考虑液化影响;当基础埋置深度超过2m时,应将上覆非液化土层厚度和地下水位深度各减去超过值后查图确定。
经初判确定为可能液化或需考虑液化影响的饱和砂土或轻亚粘土,应按第2.3.2条或第2.3.4条的要求作进一步鉴定。
第2.3.3条 当饱和砂土层和轻亚粘土层的标准贯入锤击数实测值N63.5(未经杆长修正)小于下式算出的液化临界标准贯入锤击数Ncr时,则可判为可液化土层。
式中 ds--饱和土标准贯入点深度(m);
dw--地下水位深度(m);
ρc--粘粒含量的百分率(%),当ρc<3时,取ρc=3;
No--饱和土的液化临界标准贯入锤击数,对7、8、9度区可分别取6、10和16。
第2.3.4条 当利用原有地质勘察资料进行饱和轻亚粘土液化判别而缺少粘粒含量指标时,可按式2.3.4-1或2.3.4-2进行鉴定,当标准贯入锤击数N63.5小于由下列公式算出的临界标准贯入锤击数Ncr值时,确定为可液化轻亚粘土层:
式中 αc--考虑粘粒含量影响的修正系数,对7、8和9度区,分别取0.68、0.63和0.56;
αIp--考虑塑性指数影响的经验系数,
(Ⅱ)地基液化危害性鉴定
第2.3.5条 当地面以下15m深度范围内经判定有液化土层时,应按地基液化指数由表2.3.5确定地基液化等级和据此判断液化沉降危害性。
地基液化指数可按下式确定:
当(1-Ni/Ncri)≤0时为不液化点,均取零。
式中 P1--地基液化指数;
Ni和Ncri--分别为土层中第i个标准贯入点的标准贯入锤击数实测值和临界值;
n--每个钻孔中饱和土层的标准贯入点总数;
di--第i个标准贯入点所代表的土层厚度(m),按图2.3.5(a)确定;
ωi--di层中点深度处考虑第i液化土层层位影响的权函数(m-1),按图2.3.5(b)取用。
液化土地基所产生的不均匀沉降对构筑物的危害程度可按表2.3.5粗略判断。
(Ⅲ)液化土地基的工程处理原则和措施