《抗震設計基本概念》課件

抗震設計基本概念抗震設計是建筑物設計中的重要組成部分,旨在確保建筑物在地震災害中能夠承受住各種破壞性力量,保護人們的生命財產安全。這些概念包括地震荷載、承載力、變形控制等,是架構一座安全可靠建筑必不可少的知識基礎。地震發(fā)生原因地殼活動地球內部的熱量和壓力差導致地殼發(fā)生持續(xù)的運動和變形,從而引發(fā)地震。構造板塊碰撞地球表面的大陸板塊和海洋板塊不斷相互碰撞和擠壓,會引發(fā)劇烈的地震活動?；鹕奖l(fā)火山活動所釋放的能量也可能引發(fā)地震,特別是在活躍的火山地區(qū)。人類活動一些人類活動如核試驗、地下開采等也可能誘發(fā)或加劇局部地區(qū)的地震。地震的破壞性地震是一種自然災害,具有突發(fā)性、廣泛性和破壞性強的特點。地震發(fā)生時,會造成房屋倒塌、基礎設施損壞、人員傷亡等嚴重后果。地震的破壞性主要體現(xiàn)在對建筑物、橋梁、水電設施等的損害,以及對人們生命安全的威脅。因此,必須重視抗震設計,采取有效措施來降低地震帶來的損失。防震的重要性保護生命地震可能造成大量人員傷亡,提高建筑物的抗震能力是保護生命的關鍵所在。保護基礎設施良好的抗震設計可以確保道路、橋梁、電力網(wǎng)等基礎設施的安全,保障社會正常運轉。減輕經(jīng)濟損失抗震設計能最大程度減少地震造成的房屋、工廠、設備等財產損失,降低重建成本。我國地震災害概況8地震大區(qū)中國屬于地震頻發(fā)國家，全國分為8個地震活動大區(qū)。2M受災人口每年平均有2百萬人受到地震災害的影響。30Kcasualties近30,000人因地震遇難，是全球地震死亡人數(shù)最高的國家之一。$300B直接損失地震造成的直接經(jīng)濟損失高達300多億美元。設計地震動1地震動特性包括地震加速度、速度、位移等參數(shù)2影響因素震源特征、傳播路徑、場地條件等3獲取方法統(tǒng)計分析歷史地震記錄、理論模擬計算設計地震動是指在抗震設計中需要考慮的地震動特征參數(shù),包括地震加速度、速度和位移等。這些參數(shù)的大小和時程特征受震源特征、傳播路徑以及場地條件等因素的影響,需要通過統(tǒng)計分析歷史地震記錄或理論計算模擬來獲得。地震作用分類靜態(tài)作用包括重力、靜水壓等恒定作用。這些作用相對穩(wěn)定,不會隨時間發(fā)生變化。動態(tài)作用包括地震動、風荷載等可變作用。這些作用隨時間發(fā)生變化,需要考慮振動特性。組合作用由靜態(tài)作用和動態(tài)作用疊加而成。同時考慮多種作用對結構的影響很重要。特殊作用包括爆炸、碰撞等罕見但破壞性強的作用。這些作用需要特別考慮并采取防范措施。地震作用特點巨大破壞力地震釋放的能量可以摧毀建筑物、基礎設施和人類生命,造成巨大損失。它的破壞性源于瞬間的能量釋放。難以預測雖然可以分析地質條件,但具體發(fā)生時間和強度無法精確預測,給防災減災工作帶來挑戰(zhàn)。復雜動力作用地震作用既有水平方向也有垂直方向,且呈現(xiàn)非線性、隨機性和瞬變性特點,給抗震設計帶來很大難度?？拐鹪O計基本原則1保護生命安全抗震設計的首要目標是保護人民生命安全,確保建筑物在地震作用下不會崩塌。2結構可靠性確保建筑結構能夠承受地震作用,避免出現(xiàn)破壞、傾斜或嚴重損壞。3功能連續(xù)性重要建筑物在地震后要能夠繼續(xù)正常使用,不會影響正常運轉。4經(jīng)濟合理性在滿足安全性和功能性的前提下,盡量降低抗震設計的經(jīng)濟成本?？拐鹪O計基本方法1等效靜力分析法通過將動力作用轉換為等效的靜力作用來進行分析和設計。簡單高效，適用于常規(guī)建筑結構。2動力分析法采用動力時程分析或響應譜分析方法,考慮結構的動力特性。適用于復雜結構或重要建筑物。3基于性能的設計方法根據(jù)期望的性能目標,如位移限制、損壞控制等,對結構進行優(yōu)化設計。注重結構行為。4分層設計方法將結構分為承重和抗震層,分別設計以滿足不同功能要求。提高整體抗震能力。建筑抗震設計要點整體布局建筑平面布局應避免高大低矮、長短不一的結構體系,以確保結構整體抗震性能。結構體系應選用剛度、強度和耗能能力較好的結構體系,如框架、剪力墻體系等。材料選擇選用性能穩(wěn)定、抗震性能良好的建筑材料,如鋼筋混凝土、鋼材等。構件配置合理布置抗震墻體和抗震支撐,合理控制構件尺寸和配筋,確保足夠的承載能力。結構體系選擇整體性選擇結構體系時應注重整體性,確保建筑結構能夠整體作用,提高抗震能力。對稱性盡量選擇平面和立面對稱的結構,這樣可以均勻分散地震作用,避免扭轉效應。規(guī)則性應該選擇結構布置規(guī)則、構件尺寸協(xié)調一致的體系,這有利于地震力的順暢傳遞。延性能力優(yōu)選具有良好延性的結構體系,能夠在地震作用下發(fā)生可控的塑性變形。樓層高度控制適當?shù)臉菍痈叨群侠砜刂茦菍痈叨?既能滿足功能需求,又能最大限度地降低地震作用,提高建筑抗震性能。結構受力考慮不同高度的建筑結構承受地震作用的程度不同,應當針對性地采取抗震措施。合理的層高設計層高過高容易增加結構高度,從而增大地震作用,但過低又會影響使用功能,需要協(xié)調平衡。布置合理的平面平面布局合理合理規(guī)劃平面布局,既要考慮建筑的使用功能,又要滿足抗震設計的要求,確保建筑物承受地震力時整體性能良好。簡單對稱布置平面盡量采用簡單、對稱的布置方式,避免復雜的幾何形狀,這樣可以更好地抵抗地震力,提高結構的整體穩(wěn)定性。合理分區(qū)布置根據(jù)使用功能合理劃分區(qū)域,并在結構上相互獨立,這樣可以避免地震時相互影響而導致的破壞。布置合理的立面統(tǒng)一的立面風格建筑物的立面應該與周圍環(huán)境協(xié)調一致,體現(xiàn)統(tǒng)一的風格和設計理念。合理的立面設計可以增強建筑物的視覺效果和整體美感。合理的立面構成立面設計應該注重立面比例、窗戶和陽臺的布置、材料的選用等,形成和諧統(tǒng)一的整體效果。要充分考慮建筑物的功能需求和使用者的使用體驗。適當?shù)牧⒚嫜b飾立面可以通過適當?shù)难b飾手法,如運用色彩、紋理、材質等,增加建筑物的美化效果,突出特色風格。但要注意裝飾手法要簡潔大方,不宜過于繁瑣。選用適宜的材料1鋼筋混凝土鋼筋混凝土是最常用的抗震建筑材料,具有良好的強度和剛度。2鋼結構鋼結構具有較高的抗拉、抗壓和抗彎能力,可以承受地震荷載。3抗震砌體采用加強型磚塊和灰漿可以提高砌體的抗震性能。4新型復合材料如碳纖維和玄武巖纖維等新型復合材料在抗震設計中也發(fā)揮重要作用。構件尺寸和配筋合理配筋根據(jù)構件承受力要求合理配置縱向和箍筋,確保承載能力和韌性。適當尺寸綜合考慮結構設計理念、荷載條件和施工要求,確定最佳的構件截面尺寸。安全系數(shù)通過合理的安全系數(shù)設計,確保構件有足夠的抗震余量和可靠性。節(jié)點設計要求關鍵節(jié)點結構抗震性能關鍵取決于關鍵節(jié)點的設計和構造。這些包括柱-梁連接、墻-樓板連接等。節(jié)點受力節(jié)點必須設計足夠的強度和剛度,以承受地震作用下的復雜應力狀態(tài),包括剪力、彎矩等。節(jié)點構造節(jié)點須采用合理的配筋和構造措施,確保足夠的韌性和ductility,防止脆性破壞。構造可靠性節(jié)點施工質量也很關鍵,需要重點關注配筋密集區(qū)的澆筑密實性。連接件設計關鍵位置連接確保建筑物關鍵位置的節(jié)點連接設計,如梁柱接頭、墻體與基礎連接等,是保證整體抗震性能的重點。減震設計采用隔震、減震等技術手段設計連接件,能夠有效降低地震作用對建筑的影響,提高安全性?？煽啃詸z查應嚴格檢查連接件材料、工藝、制造質量,確保其可靠性,滿足抗震性能要求?？拐鹬魏拖尬豢拐鹬魏侠碓O置抗震支撐可以提高建筑物的穩(wěn)定性,限制結構發(fā)生過大位移和振動。剛性支撐采用鋼制或鋼筋混凝土材料制作的剛性支撐,能夠有效傳遞地震載荷。位移限位在關鍵位置設置位移限位裝置,可以減小結構的相對位移,避免破壞。阻尼裝置液壓阻尼器、摩擦阻尼等可以有效降低結構振動,提高抗震性能。保證結構整體性1合理設置伸縮縫合理設置伸縮縫,將大型建筑劃分為若干獨立的整體,可有效減少地震作用對結構的破壞。2確保各構件連接可靠加強主要構件之間的連接,確保各個構件能在地震作用下相互配合,形成一個整體。3注重樓面與支撐體系的協(xié)調合理布置梁柱、樓面板以及基礎,確保建筑在水平、垂直方向上整體受力性能良好。4采用抗震支撐系統(tǒng)在建筑物中增設抗震支撐,能夠增強整體抗震性能,提高建筑物的整體剛度。抗震檢查和驗收1施工質量檢查在建筑施工過程中,需要對混凝土強度、鋼筋焊接、墻體砌筑等關鍵工序進行嚴格檢查,確保質量符合抗震設計要求。2結構安全檢測在建成后,對建筑結構進行靜力和動力試驗,評估結構的承載能力、剛度以及延性等性能,確保其抗震性能達標。3抗震驗收標準根據(jù)相關規(guī)范,制定詳細的抗震驗收標準,涵蓋建筑結構、建筑構件、建筑材料等多個方面,確保整體抗震性能達到設計水平。地震動時程分析獲取地震動數(shù)據(jù)收集實測地震記錄或模擬計算得到的地震動數(shù)據(jù),作為輸入條件。時域響應分析將地震動加載到結構模型上,計算結構在時域內的動力響應。處理分析結果對計算得到的位移、加速度、內力等響應進行整理和分析,為設計提供依據(jù)。地震響應譜分析1確定地震動根據(jù)場址特征定義合適的地震動2建立響應譜將地震動轉換為響應譜模型3進行分析利用響應譜分析結構的動力響應4評估結果根據(jù)分析結果優(yōu)化設計并確保安全地震響應譜分析是一種常用的結構抗震設計方法。它通過將地震動轉換為標準化的響應譜模型，可以有效評估結構在地震作用下的動力響應。該方法簡單易行，為工程設計提供了科學依據(jù)。等效靜力分析法1.轉換為等效靜載荷根據(jù)地震響應譜或時程分析得到的內力包絡,將其轉換為等效的靜載荷分布。2.進行靜力分析采用靜力分析方法對結構進行分析計算,得到結構在等效靜載荷作用下的內力和變形。3.評估抗震性能根據(jù)計算結果檢查結構是否滿足抗震設計要求,必要時進行優(yōu)化設計。動力分析法1時程分析直接考慮地震動的時間歷程2響應譜分析基于建筑物和地震動的響應譜3模態(tài)分析分析各階模態(tài)的振型和周期動力分析法是一種更加精確的抗震設計方法。它通過建立動力學模型,直接分析建筑物在地震作用下的時域和頻域響應,可以更全面地評估建筑物的抗震性能。廣泛應用于高層建筑、大型工業(yè)廠房等重要建筑物的抗震設計中。地基基礎抗震設計堅固基礎地基基礎是建筑物抗震的基礎。采用足夠深度和面積的基礎,可以確保建筑物與地基之間有良好的傳力性能。合理布置合理的基礎平面布置和柱位置是關鍵。這可以確保建筑物在地震作用下不會發(fā)生過大的扭轉。防止傾覆基礎設計應考慮地震作用下建筑物的傾覆穩(wěn)定性。通過調整基礎尺寸和鋼筋配置可以提高抗傾覆能力。避免基礎破壞采用抗剪強度高的基礎材料,并加強基礎與上部結構的連接,可以避免基礎在地震中發(fā)生破壞。管線設備抗震設計關鍵管線的保護及時采取有效措施保護重要管線設備,如水、電、氣等基礎設施管線,以確保在地震發(fā)生時能夠維持基本運轉。靈活連接設計采用柔性連接和滑動支承等措施,提高管線設備與建筑物之間的相對變形能力,減少地震作用下的應力集中。合理布置位置根據(jù)建筑物的抗震性能,合理規(guī)劃管線設備的位置和敷設路徑,降低地震動對其的影響。設備固定牢固采用可靠的固定措施,如抗震支架等,確保管線設備在地震作用下不會發(fā)生位移或損壞?？拐鹪O計示例通過實際案例展示抗震設計的具體應用,包括建筑平面布置、結構形式選擇、構件尺寸和配筋、節(jié)點設計以及基礎施工等方面。以某商業(yè)綜合樓為例,展示如何根據(jù)地震動特點和建筑物屬性,采用合理的結構形式和合理的抗震設計措施,確保建筑物在地震作用下可以安全可靠地承受地震力。抗震設計的注意事項結構完整性檢查確保建筑結構各部分連接牢固,不存在結構缺陷或薄弱環(huán)節(jié),