工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

1、工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第1頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三多層混合結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計第一節(jié) 震害分析磚房震害情況如下1房屋倒塌整體倒塌，上部倒塌，局部倒塌2墻體裂縫、破壞斜裂縫：底層較上部重，山墻、窗間墻易產(chǎn)生交叉裂縫：地震反復(fù)作用下由斜裂縫發(fā)展而成水平裂縫：外縱墻窗口的上下截面處豎向裂縫：縱橫墻交接處，連接不好第2頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三3墻角破壞約束差，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，縱橫墻裂縫相遇4縱橫墻連接破壞咬槎、連接差5樓梯間破壞樓梯間墻體空間剛度差6樓蓋與屋蓋的破壞墻體倒塌，支撐長度過小7附屬構(gòu)件的破壞與主體建筑連接差第3頁，共43頁，2022年，5月2

2、0日，4點31分，星期三第二節(jié) 建筑布置與結(jié)構(gòu)選型1建筑布置和結(jié)構(gòu)體系（1）建筑物平面布置宜規(guī)整、對稱（2）建筑物體型和立面體型宜規(guī)則、對稱，各部分重量和剛度均勻立面宜避免高低錯落、局部突出等（3）建筑物的結(jié)構(gòu)體系1）優(yōu)先采用橫墻承重方案，其次采用縱橫墻混合承重方案，縱墻承重方案不利抗震第4頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三2）大房間的布置宜上下連續(xù)，不宜使抗震墻間斷3）樓梯間不宜布置在房屋盡端或轉(zhuǎn)角處，否則要采取特殊措施4）煙道、風(fēng)道、垃圾道等，不應(yīng)削弱墻體，否則要采取相應(yīng)的加強措施5）不做高門臉、長懸臂雨蓬，不采用無錨固措施的預(yù)制挑檐2房屋總高度和層數(shù)的限值房屋層數(shù)越

3、多，高度越高，震害和破壞率越大3房屋高寬比的限值房屋的高寬比愈大，地震傾覆作用愈大第5頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三4抗震橫墻的間距限值房屋空間剛度對抗震性能影響很大5房屋局部尺寸的限值地震作用下房屋的薄弱部位如窗間墻、盡端墻段等可能首先遭到破壞第6頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三第三節(jié) 多層混合結(jié)構(gòu)房屋抗震計算1計算簡圖1）將水平地震作用在結(jié)的兩個主軸方向分別驗算2）地震作用下結(jié)構(gòu)的變形為剪切型3）各抗側(cè)力構(gòu)件在同一樓層標高處側(cè)移相同2地震作用的計算可采用底部剪力法。3樓層地震剪力在墻體間的分配當(dāng)抗震橫墻間距不超過限值要求時，認為橫向地震作用

4、全部由橫墻承擔(dān)縱向地震作用全部由縱墻承擔(dān)第7頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三各道墻間地震剪力的分配1）剛性樓蓋房屋：橫墻承受的地震剪力按各橫墻的側(cè)移剛度比例分配2）柔性樓蓋房屋：橫墻承受的地震剪力按各橫墻從屬面積上的重力荷載比例分配3）中等剛性樓蓋房屋：各橫墻承受的地震剪力取上述兩種方法的平均值4）縱向地震剪力可按各縱墻的側(cè)移剛度比例分配4同一道墻上各墻段間地震剪力分配地震剪力按各墻段的側(cè)移剛度比例分配第8頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三5墻體抗震承載力驗算（1）各類砌體的抗震抗剪強度設(shè)計值 fvEfvE =N fv式中，fv非抗震設(shè)計的砌體抗剪

5、強度設(shè)計值 N砌體強度的正應(yīng)力影響系數(shù)（2）墻體截面的抗剪強度驗算選擇不利墻段1）承擔(dān)水平地震作用較大的墻段2）豎向壓應(yīng)力較小的墻段3）墻體截面被削弱較多的墻段第9頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三對粘土磚、粉煤灰中砌塊、混凝土中砌塊墻體式中 V 墻體剪力設(shè)計值 A 墻體橫截面面積 RE 承載力抗震調(diào)整系數(shù)第10頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三第四節(jié) 砌體結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施1設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱2設(shè)置鋼筋混凝土圈梁3樓、屋蓋與墻體的連接要求4墻體間的連接5樓梯間的抗震構(gòu)造6采用同一類型基礎(chǔ)7砌塊房屋的抗震構(gòu)造措施第11頁，共43頁，2022年，5月2

6、0日，4點31分，星期三多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第一節(jié) 框架結(jié)構(gòu)震害分析未經(jīng)抗震設(shè)計的框架震害情況如下1柱（1）柱頂震害重于柱底（2）角柱震害重于內(nèi)柱（3）短柱震害重于一般柱2梁：兩端節(jié)點附近產(chǎn)生周圈裂縫，出現(xiàn)塑性鉸3梁柱節(jié)點4填充墻5伸縮縫處第12頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三第二節(jié) 抗震設(shè)計的一般規(guī)定1不同類型結(jié)構(gòu)體系的適用高度及高寬比要求（1）適用高度要求（2）高寬比要求2抗震等級劃分（1）先對各類建筑的設(shè)防烈度進行調(diào)整；（2）根據(jù)調(diào)整后的設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)高度確定抗震等級。例題：a. 某框架結(jié)構(gòu)，乙類，8度設(shè)防，40m，試分別確定地震作用計算、抗震措

7、施的抗震等級。b. 試確定上題改為框-剪、剪力墻結(jié)構(gòu)時的抗震等級。第13頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三3結(jié)構(gòu)布置（1）柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置：要簡單規(guī)整，剛度分布均勻，滿足生產(chǎn)工藝、使用情況下力求經(jīng)濟合理（2）結(jié)構(gòu)平面布置宜簡單、規(guī)則、對稱（3）結(jié)構(gòu)豎向布置體型力求規(guī)則均勻，抗側(cè)力構(gòu)件宜上下連續(xù)貫通。4抗震縫布置當(dāng)建筑平面突出部分較長，結(jié)構(gòu)剛度及荷載相差懸殊或房屋有較大錯層時，可設(shè)置?？拐鹂p最小寬度應(yīng)符合抗震規(guī)定要求。第14頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三5延性框架設(shè)計設(shè)計原則：強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點強錨固6其他問題盡量減輕建筑自重并降低重心位置

8、，減小地震作用；避免出現(xiàn)錯層和夾層，以免造成短柱破壞；剛度沿高度不宜突變，以免造成薄弱層；樓電梯間不宜設(shè)在結(jié)構(gòu)單元的兩端及拐角處。第15頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三第三節(jié) 框架結(jié)構(gòu)抗震計算1豎向荷載作用下框架內(nèi)力計算分層法，彎矩分配法2水平荷載作用下框架內(nèi)力計算反彎點法，D值法（即改進的反彎點法）第四節(jié) 框架結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施1框架梁2框架柱3梁柱節(jié)點區(qū)4砌體填充墻第16頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 第一節(jié) 震害現(xiàn)象及其分析 一、結(jié)構(gòu)倒塌 主要原因是出現(xiàn)薄弱層。 二、構(gòu)件的破壞 1框架柱 翼緣的屈曲、拼接處的裂縫、節(jié)點焊縫處裂

9、縫引起的柱翼緣層狀撕裂、框架柱的脆性斷裂， 2框架梁 翼緣屈曲、腹板屈曲和裂縫、截面扭轉(zhuǎn)屈曲 第17頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三3框架柱和梁的破壞原因框架梁或柱的局部屈曲是因為梁或柱在地震作用下反復(fù)受彎，以及構(gòu)件的截面尺寸和局部構(gòu)造如長細比、板件寬厚比設(shè)計不合理造成的；柱的水平斷裂是因為地震動造成的傾覆拉力較大、動應(yīng)變速率較高、材性變脆 第18頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三4支撐 破壞形式主要是軸向受壓失穩(wěn)。主要原因是支撐構(gòu)件為結(jié)構(gòu)提供了較大的側(cè)向剛度，當(dāng)?shù)卣饛姸容^大時，承受的軸向力（反復(fù)拉壓）增加，如果支撐的長度、局部加勁板構(gòu)造與主體結(jié)構(gòu)

10、的連接構(gòu)造等出現(xiàn)問題，就會出現(xiàn)破壞或失穩(wěn)。 第19頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三三、節(jié)點破壞 1. 節(jié)點破壞是地震中發(fā)生最多的一種破壞。 原因：由于節(jié)點傳力集中、構(gòu)造復(fù)雜，施工難度大，容易造成應(yīng)力集中、強度不均衡現(xiàn)象，再加上可能出現(xiàn)的焊縫缺陷、構(gòu)造缺陷，就更容易出現(xiàn)節(jié)點破壞。2. 節(jié)點域的破壞形式比較復(fù)雜，主要有加勁板的屈曲和開裂、加勁板焊縫出現(xiàn)裂縫、腹板的屈曲和裂縫。第20頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三四、基礎(chǔ)錨固破壞 鋼構(gòu)件與基礎(chǔ)的連接錨固破壞主要有螺栓拉斷、混凝土錨固失效、連接板斷裂等。主要是設(shè)計構(gòu)造、材料質(zhì)量、施工質(zhì)量等方面出現(xiàn)問題所

11、致。 第21頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計 一、鋼結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)體系 常用的鋼結(jié)構(gòu)體系有1. 框架結(jié)構(gòu)2. 框架-支撐結(jié)構(gòu)3. 框架-抗震墻板結(jié)構(gòu)4. 筒體結(jié)構(gòu)5. 巨型框架結(jié)構(gòu)第22頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三二、鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計的一般規(guī)定 1. 鋼結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)類型與最大適用高度 2. 鋼結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高寬比 3. 結(jié)構(gòu)平、立面布置以及防震縫的設(shè)置 4. 支撐、加強層的設(shè)置要求 5鋼結(jié)構(gòu)房屋中樓蓋 6鋼結(jié)構(gòu)房屋的地下室 第23頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三第三節(jié) 多層和高層鋼結(jié)

12、構(gòu)抗震設(shè)計簡介 一、地震作用計算方法 底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法、時程分析法 二、鋼結(jié)構(gòu)房屋的阻尼比 1. 多遇地震作用下，超過12層取0.02，不超過12層的取0.035，對單層取0.05； 2. 罕遇地震作用下，不同層數(shù)都取0.05。三、變形驗算 1. 多遇地震下，層間變形應(yīng)不超過層高的1/300； 2. 罕遇地震下，層間變形不應(yīng)超過層高的1/50。 第24頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三工程結(jié)構(gòu)的隔震與減震第一節(jié) 結(jié)構(gòu)控制的基本概念一、抗震理論的發(fā)展階段1靜力理論，即抗側(cè)力系數(shù)法剛性結(jié)構(gòu)體系，無法真正實現(xiàn)2彈性地震反應(yīng)譜分析方法設(shè)計思想：“小震不壞，大震不倒”延

13、性結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)用日益受到限制第25頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三3結(jié)構(gòu)控制理論：初期發(fā)展和初步應(yīng)用階段結(jié)構(gòu)控制主要研究結(jié)構(gòu)工程中控制裝置的設(shè)計理論、方法及其實施。控制結(jié)構(gòu)是根據(jù)給定的控制條件將結(jié)構(gòu)和控制裝置作為一個整體進行優(yōu)化設(shè)計。結(jié)構(gòu)控制可分四類（1）被動控制：不需要外部提供能源 上部減震：如調(diào)頻質(zhì)量阻尼器、耗能裝置等 基礎(chǔ)減震：即基礎(chǔ)隔震（2）主動控制：需要外部提供能源（3）半主動控制：僅需少量外部能源（4）以上幾種控制類型的組合第26頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三第二節(jié) 基礎(chǔ)隔震一、基礎(chǔ)隔震模式豎向支承機構(gòu) 水平隔震機構(gòu)阻尼機構(gòu)基礎(chǔ)地基

14、上部結(jié)構(gòu)隔震層 基礎(chǔ)隔震建筑基本模式第27頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三二、隔震機構(gòu)及隔震原理1 疊層鋼板橡膠支座隔震（1）普通疊層鋼板橡膠支座（2）鉛芯疊層鋼板橡膠支座（3）高阻尼疊層鋼板橡膠支座（4）堆疊型疊層鋼板橡膠支座隔震基本原理（1）延長結(jié)構(gòu)基本自振周期，遠離場地卓越周期，使結(jié)構(gòu)基頻處于地震能量高的頻段之外，從而有效地降低建筑物的地震反應(yīng)。（2）適度增大橡膠支座的阻尼，以更多地吸收傳入結(jié)構(gòu)的地震能量，抑制地震波中長周期成分可能給建筑物帶來的大變形。第28頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三2滑動支座隔震（1）普通滑動支座（2）雙層滑動支座

15、（3）回彈滑動支座隔震基本原理：通過隔震層控制傳入上部結(jié)構(gòu)的地震力，地震力不超過隔震層摩擦力3螺旋彈簧支座隔震4滾動支座隔震5擺動柱隔震第29頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三第三節(jié) 結(jié)構(gòu)消能減震一、消能減震機構(gòu)消能減震體系：把結(jié)構(gòu)物的某些非承重構(gòu)件設(shè)計成消能桿件，或在結(jié)構(gòu)的某些部位裝設(shè)消能裝置。消能裝置按照其構(gòu)造形式可以做成（1）消能支撐：替代一般的結(jié)構(gòu)支撐（2）消能剪力墻：替代一般的結(jié)構(gòu)剪力墻（3）消能節(jié)點：在結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點處裝設(shè)消能裝置（4）消能聯(lián)結(jié)：在結(jié)構(gòu)的縫隙處或結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的聯(lián)結(jié)處設(shè)置消能裝置第30頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三消能裝置

16、的功能：當(dāng)構(gòu)件或節(jié)點發(fā)生相對位移或轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生較大阻尼，從而發(fā)揮消能減震作用。消能裝置的消能形式（1）摩擦消能：摩擦消能支撐，摩擦節(jié)點（2）鋼件（梁、板、棒）非彈性消能裝置（3）材料塑性變形消能：鉛阻尼器（4）材料粘彈性消能裝置（5）液體阻尼消能：液體阻尼缸（6）混合式：幾種消能形式混合應(yīng)用。二、消能減震設(shè)計法循環(huán)設(shè)計法：根據(jù)設(shè)計目標進行循環(huán)多次的設(shè)計計算，不斷調(diào)整消能構(gòu)件或消能裝置的設(shè)計和布置，直到滿足設(shè)計目標。第31頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 第一節(jié) 橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本知識 一、梁式橋震害表現(xiàn)及原因 1上部結(jié)構(gòu)震害(1)由于橋墩傾倒而引起落

17、梁(2)由于梁柱之間的相對錯位而引起的落梁(3)由于上部結(jié)構(gòu)橫向位移和轉(zhuǎn)動引起落 2下部結(jié)構(gòu)震害 橋墩、橋臺、支座破壞第32頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三二、抗震設(shè)計的基本知識 (一)公路工程重要性分類 第一檔次：高速公路和一級公路上的抗震重點工程；第二檔次：高速公路、一級公路的一般工程和二級公路的抗震重點工程以及二三級公路上橋梁的支座。第三檔次：二級公路上的一般工程和三級公路上的抗震重點工程以及四級公路上的梁端支座、梁端連接、支檔措施； 第四檔次：三級公路上的一般工程和四級公路上的抗震重點工程；第五檔次：四級公路上的一般工程。 第33頁，共43頁，2022年，5月2

18、0日，4點31分，星期三(二)抗震設(shè)防標準 公路工程的設(shè)防依據(jù)是基本烈度。1. 在基本烈度為7，8，9度地區(qū)的抗震設(shè)計，根據(jù)我國交通部標準公路工程抗震設(shè)計規(guī)范進行；2. 對于大于9度的地區(qū)，應(yīng)進行專門研究；3. 基本烈度為6度的地區(qū)，除國家特別規(guī)定外，可采用簡易設(shè)防，或不進行抗震驗算。 第34頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三(三)抗震設(shè)防目標 按規(guī)范要求進行抗震設(shè)計的公路工程在發(fā)生與之相當(dāng)?shù)幕玖叶鹊卣鹩绊憰r1. 位于一般地段的高速公路、一級公路工程，經(jīng)一般整修即可正常使用；2. 位于一般地段的二級公路及位于軟弱粘性土層或液化土層上的高速公路、二級公路工程，經(jīng)短期搶修即

19、可恢復(fù)使用；3. 三四級公路工程和位于地震危險地段、軟弱粘性土層或液化土層上的二級公路以及位于抗震危險地段的高速公路、一級公路工程，保證橋梁、隧道及重要的構(gòu)造物不發(fā)生嚴重破壞。第35頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三(四)抗震設(shè)計基本要求 1選擇對抗震有利地段布設(shè)線路和選定橋位； 2避免或減輕在地震影響下因地基變形或地基失效對公路工程造成的破壞；3本著減輕震害和便于修復(fù) (搶修)的原則，確定合理的設(shè)計方案: (1) 盡量減輕結(jié)構(gòu)的自重和降低其重心，以減小結(jié)構(gòu)物內(nèi)力，提高穩(wěn)定性。 (2) 力求使結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量中心與剛度中心重合，以減小在地震中因扭轉(zhuǎn)引起的附加地震力，第36頁，

20、共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三(3) 應(yīng)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)物的長度和高度，以減少各部分不同性質(zhì)的振動所造成的危害作用。(4) 適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度，使用延性材料提高其變形能力，從而減小地震荷載。(5) 加強地基的調(diào)整和處理，以減小地基變形和防止地基失效。4加強結(jié)構(gòu)物的整體性。第37頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三(四)抗震設(shè)計一般規(guī)定 1下列構(gòu)造物可不進行抗震強度和穩(wěn)定性驗算，但應(yīng)采取抗震措施（1）簡支梁的上部構(gòu)造；（2）基本烈度低于9度，基礎(chǔ)位于I、II類場地上的跨徑不大于30m的單孔板拱拱圈；（3）基本烈度低于8度，二、三、四級公路上位于非液化土和非軟弱粘性土地基上的實體墩臺。2驗算橋梁的抗震強度和穩(wěn)定性時，地震荷載應(yīng)與結(jié)構(gòu)重力、土的重力和水的浮力相組合，其它荷載可不考慮。 第38頁，共43頁，2022年，5月20日，4點31分，星期三3計算橋梁地震荷載時，應(yīng)分別考慮順橋和橫橋兩個方向的水平地震荷載。對于位于基本烈度為9度區(qū)的大跨徑懸臂梁橋，還應(yīng)考慮上、下兩個方向豎向地震荷載和水平地震荷載的不利組合。4立體交叉的跨線工程，其抗震設(shè)計不應(yīng)低于下線工程的要求。5季節(jié)性河流上的橋梁，可不考慮水流影響；常年有水的河流上的橋梁，應(yīng)按常水位計算水的浮力；位于常水位水深超