建筑結(jié)構(gòu)抗震設計 課件

建筑結(jié)構(gòu)抗震設計有關(guān)地震工程學的根底知識建筑抗震的根本概念與原那么地震作用效應的計算與分析常見建筑結(jié)構(gòu)抗震計算方法與構(gòu)造教材與參考資料歷史上的地震災害洛杉磯大地震

1976年7月28日,在河北省唐山、豐南一帶發(fā)生了7.8級強烈地震，這是我國歷史上一次罕見的城市地震災害,北京和天津市受到嚴重涉及，地震破壞范圍超過3萬平方公里，有感范圍廣達14個省、市、自治區(qū)，相當于全國面積的三分之一，這次地震的震中位于唐山市區(qū)。即北緯39.6度，東經(jīng)118.2度，震中烈度為XI度，震源深度為11公里。極震區(qū)內(nèi)幾乎所有建筑物均蕩然無存，在震區(qū)及周圍地區(qū)，出現(xiàn)大量的裂縫帶，噴水冒沙、井噴、重力崩塌，滾石、邊坡崩塌，地基沉陷，巖溶洞陷落以及采空區(qū)坍塌等。唐山地震造成24.2萬人死亡，16.4萬人受重傷，僅唐山市區(qū)終身殘廢者達1700多人，倒塌民房530萬間。唐山地區(qū)總的直接經(jīng)濟損失達54億元，公共設施遭受嚴重破壞，災情之大舉世罕見。

京山線薊運河上行橋。西

側(cè)橋頭鐵軌彎曲變形。開灤煤礦醫(yī)院，磚混結(jié)構(gòu)的五層樓房〔局部七層〕，僅西部轉(zhuǎn)角殘存。地震主要分布在環(huán)太平洋帶，阿爾比斯—喜馬拉雅帶，大西洋中脊和印度洋中脊上?？偟膩碚f，地震主要發(fā)生在洋脊和裂谷、海溝、轉(zhuǎn)換斷層和大陸內(nèi)部的古古板塊邊緣等構(gòu)造活動帶。1995-2001年全球4級以上地震震中分布圖近期全球地震活動分布圖

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PreliminaryEarthquakeReport

Magnitude

5.6

Date-Time

Wednesday,March12,2003at04:47:51(UTC)-CoordinatedUniversalTime

Wednesday,March12,2003at12:47:51PMlocaltimeatepicenter

Location39.47N77.39EDepth10.0kilometers中國地震臺網(wǎng)測定

據(jù)中國臺網(wǎng)測定，2003年04月17日,08時48分41.1秒在青海德令哈(北緯37.5,東經(jīng)96.8)發(fā)生6.6級地震Magnitude6.2Date-TimeThursday,April17,2003at00:48:38(UTC)-CoordinatedUniversalTime

Thursday,April17,2003at08:48:38AMlocaltimeatepicenter

EarthquakeLocationLocation37.51N96.50EDepth10.0kilometers

Magnitude6.3

Date-TimeMonday,February24,2003at02:03:44(UTC)–CoordinatedUniversalTime

Monday,February24,2003at10:03:44AMlocaltimeatepicenter

Location

39.64N77.20E

Depth

33.0kilometers

美國地震臺網(wǎng)測定

Reference100km(65miles)EofKashi,Xinjiang,China

220km(135miles)SSEofNaryn,Kyrgyzstan

310km(190miles)WSWofAksu,Xinjiang,China

3330km(2070miles)WNWofBEIJING,Beijing,China3月22日我國南黃海發(fā)生2.3級地震

3月14日河北省臨城發(fā)生3.4級地震

3月13日河北省唐山發(fā)生3.5級地震

3月7日遼寧省營口發(fā)生4.0級地震

3月2日我國南黃海海域發(fā)生2.1級地震

2月20日我國南黃海發(fā)生2.2級地震

2月20日山西省黎城縣發(fā)生3.4級地震

2月14日山東省濟寧石橋鄉(xiāng)發(fā)生2.0級地震

2月14日山東省濟寧石橋鄉(xiāng)發(fā)生2.5級地震

2月9日山東省長島西海域發(fā)生1.8級地震

2月4日山東省曲阜下雪鎮(zhèn)發(fā)生2.0級地震

2月7日我國南黃海海域發(fā)生2.2級地震

1月20日河北灤縣發(fā)生4.2級地震

1月8日山東省棗莊市陶莊西南發(fā)生2.1級地震

1月6日山東省濰坊央子鎮(zhèn)發(fā)生2.3級地震

1月6日我國北黃海發(fā)生3.5級地震

1月1日山東省乳山近海發(fā)生2.0級地震

第四十五條違反本法規(guī)定，有以下行為之一的，由縣級以上人民政府建設行政主管部門或者其他有關(guān)專業(yè)主管部門按照職責權(quán)限責令改正，處一萬元以上十萬元以下的罰款：

〔一〕不按照抗震設計標準進行抗震設計的；

〔二〕不按照抗震設計進行施工的。

山東省防震減災條例

（1999年10月25日山東省第九屆人民代表大會常務委員會第11次會議通過）

建筑抗震設計標準GB50011-2001第一章緒論地殼，30km地幔，2900km地核，3470km地球構(gòu)造示意1910年，前南斯拉夫地震學家莫霍洛維奇契提出地殼界面。1914年，德國地震學家古登堡發(fā)現(xiàn)地幔界面地震的產(chǎn)生和類型地震分為天然地震和人工地震兩大類占地震總數(shù)的90%以上。天然地震包括構(gòu)造地震約占地震總數(shù)的7%。陷落地震、大隕石沖擊地面其他地震人工地震是由人為活動引起的地震地下核爆炸深井高壓注水大水庫蓄水地震波發(fā)源的地方，叫作震源震源在地面上的垂直投影，叫作震中震中到震源的深度叫作震源深度震源深度小于60公里的叫淺源地震深度在60-300公里的叫中源地震深度大于300公里的叫深源地震地震波縱波

P周期短，振幅小，地面上下震動橫波

S周期長，振幅大，地面左右震動體波面波瑞雷波

質(zhì)點在前進方向做橢圓運動，即在地面上滾動。樂甫波

質(zhì)點在地平面內(nèi)與前進方向做垂直震動，即在地面上呈現(xiàn)蛇形運動，周期長，傳遞距離遠。地震震級----一次地震強弱程度的量度1935年，C.F.Richter定義：用Wood-Anderson標準地震儀所記錄到的距震中100km處地面最大水平位移〔即振幅，以m計〕的常用對數(shù)。震級與其釋放的能量〔爾格〕之間的關(guān)系2級地震微震；2~4級有感地震5級以上破壞性地震；7級以及以上強烈地震地震烈度—指地震發(fā)生時，對地表和地面建筑物損傷程度的度量。一次地震只有一個震級；一次地震可以有多個烈度；距離震中遠,那么烈度低,距離震中近,那么烈度高.震中烈度=1.5倍的〔震級-1〕不同國家,地震烈度劃分等級不同:中國、俄羅斯采用麥卡西烈度表1~12度歐洲各國采用R-F烈度表1~10度日本采用JMA烈度表0~7度

3度：少數(shù)人有感，儀器能記錄到

4-5度：睡覺的人會驚醒吊燈擺動

6度：器皿傾倒，房屋輕微損壞。

7-8度：房屋破壞，

地面裂縫。

9-10度：橋梁水壩損壞、房屋倒塌地面破壞嚴重。

11-12度：消滅性的破壞。1.4工程抗震的根本概念建筑抗震設計的根本原那么(三水準原那么):小震不壞,中震可修,大震不倒.小震:對應于眾值烈度的地震,或稱常遇地震.其超越概率63.2%.中震:或稱根本烈度.其超越概率10%.大震:或稱罕遇地震烈度.其超越概率2-3%.根本烈度：是指一個地區(qū)在一定時期〔50年〕內(nèi)在一般場地條件下，按一定的概率〔10%〕可能遭遇到的最大地震烈度。它是一個地區(qū)抗震設防的依據(jù)。地震烈度的概率分布I—地震烈度；Imax—地震烈度上限值；Im–眾值烈度K–擬合參數(shù)眾值烈度根本烈度罕遇地震烈度1.55度1度概率密度三種烈度概率含義63.2%10%2~3%小震中震大震所謂兩階段設計：第一階段：彈性階段，多遇地震的效應組合，驗算承載能力和彈性變形；第二階段：彈塑性階段，罕遇地震的效應組合，驗算結(jié)構(gòu)的彈塑性變形。建筑物的重要性分類與設防標準甲類建筑提高一度計算地震作用和采取構(gòu)造措施；乙類建筑按照設防烈度計算，構(gòu)造提高一度；丙類建筑按照設防烈度計算和采取構(gòu)造措施；丁類建筑按照設防烈度計算，構(gòu)造降低一度?？拐鹪O計的總體要求幾個根本原那么地震地區(qū)的建筑，宜選擇有利地段，避開不利地段，不在危險地段上建造房屋；有利地段：穩(wěn)定的基巖、堅硬土、均勻的中硬土不利地段：軟弱土、液化土、平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層。危險地段：地震時可能發(fā)生滑坡、坍塌、地陷等嚴重地質(zhì)災害的地段建筑物的平立面宜對稱、規(guī)那么、質(zhì)量和剛度變化均勻。利用結(jié)構(gòu)延性。設置多道防線。第二章場地與地基場地–工程群體所在地，具有相似的反響譜特征。其范圍相當于廠區(qū)、居民小區(qū)和自然村或不小于1平方公里的平面面積由于不同土層結(jié)構(gòu)傳遞地震波頻譜能力不同。在振幅譜中，幅值最大的頻率分量所對應的周期，稱為地震動的卓越周期。它取決于場地土的固有周期。覆蓋層厚度：地下基巖或剪切波速>500m/s的堅硬土層至地表距離。場地類別：根據(jù)土層等效剪切波速和覆蓋層厚度確定。等效剪切波速（m/s）場地類別I類II類III類

IV類V>5000----------500~250<5>=5------250~140<33~50>50---

140>v<33~15>15~80>80各類建筑場地的覆蓋層厚度〔米〕等效剪切波速計算公式d0----計算深度，取覆蓋層厚度和20m兩者的較小者n--計算深度范圍內(nèi)土層數(shù)Vsi--計算深度范圍內(nèi)第i土層的剪切波速di--第i層土的厚度地基抗震驗算基底地震效應組合平均壓力標準值不得超過調(diào)整后的地基土抗震承載力。地基土抗震承載力驗算地基土抗震承載力為抗震調(diào)整系數(shù)與修正后的地基土靜承載力特征值的乘積。巖石、碎石、密實的礫、粗、中砂及300KPa以上的粘性土和粉土。中密的碎石、礫、粗、中砂及150~300KPa的粘性土和粉土。稍密的細粉砂，100~150KPa的粘性土和粉土，可塑黃土。淤泥質(zhì)、松散的砂、雜填土、新近堆積黃土、流塑黃土。地基土液化及防治何謂地基土液化？液化的判斷：初步判斷標準貫入試驗液化地基評價液化地基的抗震措施第三章結(jié)構(gòu)地震反響分析與抗震計算單自由度彈性體系的地震反響分析運動方程令單質(zhì)點彈性體系振動方程微分方程的解非齊次線性二階微分方程〔1〕利用常數(shù)變易法得其解的形式為〔2〕約束條件〔3〕將〔2〕代入方程〔1〕，并利用約束條件〔3〕，得：解〔3〕，〔4〕聯(lián)立方程，得：幾個重要的振動參數(shù)〔動力特征值〕圓頻率頻率周期考慮阻尼的結(jié)構(gòu)自振圓頻率臨界阻尼系數(shù)阻尼比3.3單自由度體系的水平地震作用最大的加速度意味最小的速度，因此忽略速度阻力影響。地震最大加速度反響與其自振周期T的關(guān)系曲線，定義為地震加速度反響譜，簡稱為地震反響譜。影響地震反響譜的主要因素：體系的阻尼比與地震加速度。反映地震強烈程度的量，與結(jié)構(gòu)無關(guān)。反映結(jié)構(gòu)動力反響程度的量，取決于場地、烈度、結(jié)構(gòu)動力特征。設計反應譜單質(zhì)點彈性體系水平地震作用地震影響系數(shù)譜曲線〔反響譜曲線〕水平地震影響系數(shù)最大值阻尼比對地震反響譜曲線形狀的影響多自由度彈性體系地震反響分析多質(zhì)點體系自由振動方程設：得動力特征方程動力特征方程是齊次線性方程組，它有非零解的充分必要條件是其系數(shù)行列式的值為零?！?-69〕式實質(zhì)是關(guān)于w2的n次方程，其解w21，w22，w23，……從小到大排列,那么稱為n個自振圓頻率.將w21，w22，w23，……分別代入原動力特征方程,所得到的n組非零解,稱為結(jié)構(gòu)自振振型曲線.水平地震作用計算方法---振型分解反響譜法J振型i質(zhì)點的水平地震作用力j振型i質(zhì)點的水平位移j振型參與系數(shù)j振型地震影響系數(shù)i質(zhì)點的重力荷載代表值結(jié)構(gòu)體系地震反響振型分解法的理論根底1.振型關(guān)于質(zhì)量、剛度的正交性其力學意義：體系在I振型所產(chǎn)生的慣性力，不會J振型上作功。2.多質(zhì)點體系動力方程在廣義坐標的分解水平地震作用計算方法---底部剪力法底部總地震剪力標準值2.各樓層水平地震力標準值地震影響系數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)根本周期、場地特征周期、地震烈度，利用反響譜曲線確定結(jié)構(gòu)等效總重力荷載1.3591.3210.8181.0810.721-0.800.697-0.5290.1413.4982.6801.359-0.80-0.0791.0020.3090.3880.1413.6522.7091.583第1振型反響組合值第3振型反響第2振型反響關(guān)于底部剪力法的說明利用振型分解法的公式計算第一振型下，I質(zhì)點處水平地震作用假定：第一振型為斜直線各質(zhì)點重力相等樓層層高相等底部總地震剪力多層建筑，系數(shù)變化范圍0.9~0.8,標準取0.85,即：重力荷載代表值當建筑物有突出屋面的局部小房屋時，應將計算的頂層水平地震作用乘以3，以考慮鞭端效應。但其中2倍不向下傳遞。F1+F2+F3+F4F3F2F1F2+F3+F4F3+F43F43F43.9建筑結(jié)構(gòu)抗震驗算各類建筑結(jié)構(gòu)的地震作用，應符合以下規(guī)定:一般情況下,應允許在兩個主軸方向分別計算水平地震作用并進行抗震驗算，各方向的水平地震作用應由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔。有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當斜交角度大于150時，應分別計算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應計入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響；其他情況，應允許采用調(diào)整地震作用效應的方法計入扭轉(zhuǎn)影響。8、9度時的大跨度和長懸臂結(jié)構(gòu)及9度時的高層建筑，應計算豎向地震作用。關(guān)于各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計算方法的規(guī)定高度不超過40米，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點體系的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法等簡化方法。除1款外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反響譜法。特別不規(guī)那么建筑、甲類建筑和一定高度范圍的高層建筑，應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，可取多條時程曲線計算結(jié)果的平均值與振型分解反響譜法計算結(jié)果的較大值。3.9.3重力荷載代表值組合值系數(shù)3.9.6結(jié)構(gòu)抗震驗算內(nèi)容1.多遇地震作用下結(jié)構(gòu)彈性變形驗算2.多遇地震作用下結(jié)構(gòu)強度驗算3.罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗算有關(guān)結(jié)構(gòu)動力特征值計算的補充說明1.求解多質(zhì)點彈性體系自振周期和頻率的計算機方法2.矩陣迭代法3.能量法求解結(jié)構(gòu)根本周期4.折算質(zhì)量法5.頂點位移法求解結(jié)構(gòu)根本周期彎曲型懸臂結(jié)構(gòu)等效單質(zhì)點質(zhì)量剪切型懸臂結(jié)構(gòu)等效單質(zhì)點質(zhì)量uT—以Gi作為水平力計算的頂點位移第4章多層砌體結(jié)構(gòu)抗震設計多層砌體結(jié)構(gòu)震害特點多層砌體結(jié)構(gòu)布置房屋高度的限制房屋層數(shù)的限制房屋高寬比的限制抗震墻的最大間距房屋局部尺寸限制多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震計算確定計算簡圖應注意的幾個問題以變形縫區(qū)段為計算單元各樓層質(zhì)點重力載荷代表值的選取底部固定端如何確定計算內(nèi)容樓層地震剪力同一樓層地震剪力在各片墻肢的分配墻體承載能力驗算4.3多層砌體結(jié)構(gòu)的抗震計算(底部剪力法)1.底部總地震剪力標準值其中:Geq--為結(jié)構(gòu)等效總重力荷載.單質(zhì)點取總重力荷載代表值,多質(zhì)點取總重力荷載代表值的85%.2.各樓層水平地震力標準值3.各樓層地震剪力標準值注:對于突出屋面的屋頂間等,其地震作用應乘以放大系數(shù)3,以考慮鞭梢效應.但是增大的2倍不向下傳遞.4.樓層地震力在各抗震墻體的分配剛性屋蓋中等剛性屋蓋柔性屋蓋其中:Ki–第i道抗震墻的抗側(cè)剛度;Ai--第i道抗震墻的附屬面積;5.墻體抗側(cè)剛度計算定義:墻體高寬比

6.墻體抗震承載力驗算一般的承重墻兩端有構(gòu)造住約束墻體自承重墻4.5底框-砌體結(jié)構(gòu)抗震設計底框結(jié)構(gòu)布置應符合以下要求規(guī)定:上部砌體抗震墻應與底部框架梁或抗震墻根本對齊底層在縱橫方向應對稱布置一定數(shù)量剪力墻.第二層與底層側(cè)向剛度比應滿足:6,7度1<r<=2.58度1<r<=2.04.應采用混凝土條形根底、片筏根底或樁根底。原那么嚴格控制相鄰樓層側(cè)移剛度；合理布置上下樓層墻體；加強托墻梁和過渡層墻體；提高底層框架抗震等級。4.5.2底框結(jié)構(gòu)的抗震計算采用底部剪力法,取地震影響系數(shù)的最大值,不考慮頂部附加地震影響系數(shù),底層(假設兩層底框,那么包括第二層)地震剪力應乘以放大系數(shù):底層地震剪力全部由抗震墻承擔:底層框架承擔的地震剪力:底框頂面承受的地震傾覆力矩底框中一片抗震墻承擔的傾覆力矩底框中一片框架承擔的傾覆力矩框架轉(zhuǎn)動剛度抗震墻轉(zhuǎn)動剛度4.4多層砌體房屋抗震構(gòu)造構(gòu)造連接混凝土構(gòu)造柱設置混凝土芯柱圈梁的作用及合理布置樓梯間以及附屬建筑底框—砌體結(jié)構(gòu)的假設干要求第5章多高層混凝土結(jié)構(gòu)抗震設計現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)適用的最大高度抗震墻之間樓蓋的最大長寬比房屋的高寬比以及局部尺寸限制變形縫的設置原那么最低材料等級混凝土結(jié)構(gòu)抗震等級5.3框架結(jié)構(gòu)抗震設計

框架結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的內(nèi)力計算(略).本節(jié)重點介紹框架結(jié)構(gòu)彈性階段的和彈塑性階段位移計算.

多遇地震下結(jié)構(gòu)彈性層間位移驗算

多遇地震作用標準值產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)彈性層間位移

彈性層間位移角限值1/500~1/300層高

罕遇地震下結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移驗算

層間彈塑性位移層間彈塑性位移角限值1/30~1/50所謂“屈服強度系數(shù)〞，是指根據(jù)框架梁柱的實際截面、實際配筋和材料強度標準值計算的樓層抗剪承載力與罕遇地震下樓層的彈性地震剪力的比值如何計算薄弱層的彈塑性位移？如何計算樓層抗剪承載力？根據(jù)可能出現(xiàn)的破壞機制利用結(jié)構(gòu)力學的方法計算。罕遇地震按照彈性分析的層間位移彈塑性位移增大系數(shù)抗震標準關(guān)于結(jié)構(gòu)變形驗算的假設干規(guī)定由于砌體結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度大，廠房對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件要求低，因此以上兩類結(jié)構(gòu)不必進行多遇地震作用下的彈性變形驗算。需要進行罕遇地震薄弱層變形驗算的結(jié)構(gòu)：8度III、IV類場地和9度時，單層廠房橫向排架，7~9度，樓層屈服強度系數(shù)小于0.5的混凝土框架結(jié)構(gòu)；高度大于150m的鋼結(jié)構(gòu)；甲類建筑和9度時的乙類建筑的混凝土或鋼結(jié)構(gòu)；采用隔震和耗能減震設計的結(jié)構(gòu)；3.其