建筑结构第十五章建筑抗震设计基本知识二.ppt

第十五章第十五章 地震作用和结构的抗震验算地震作用和结构的抗震验算第一节第一节 地震基本知识地震基本知识第二节第二节 抗震设计的基本要求抗震设计的基本要求第三节第三节 地震作用的计算地震作用的计算第四节第四节 结构的自振周期结构的自振周期第五节第五节 结构的抗震验算结构的抗震验算第五编第五编 建筑抗震设计基本知识建筑抗震设计基本知识第一节第一节 地震基本知识地震基本知识一、一、地震的类型地震的类型二、二、常用术语常用术语一、一、地震的类型地震的类型v地震是由于地壳构造运动地震是由于地壳构造运动(岩层构造状态的变动岩层构造状态的变动)或其或其它原因而引起的地面振动的现象。它原因而引起的地面振动的现象。v地震按其成因可分为：火山地震，陷落地震和构造地震按其成因可分为：火山地震，陷落地震和构造地震。地震。1.火山地震火山地震由于火山爆发而引起的地震；由于火山爆发而引起的地震；2.陷落地震陷落地震由于地表或地下岩层突然大规模陷落由于地表或地下岩层突然大规模陷落和崩塌而造成的地震；和崩塌而造成的地震；3.构造地震构造地震由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震。弱部位发生断裂错动而引起的地震。v 前二种地震的影响范围和破坏程度相对较小，而后前二种地震的影响范围和破坏程度相对较小，而后一种地震的破坏力大一种地震的破坏力大 二、二、常用术语常用术语1.地震震级：地震震级：1)震级是表示地震本身大小（释放能量多少）的尺度。目前，震级是表示地震本身大小（释放能量多少）的尺度。目前，国际上比较通用的是国际上比较通用的是里氏震级里氏震级，其原始定义为，其原始定义为1935年由里年由里克特克特(Richter)给出，即地震震级给出，即地震震级M为为 M=logA 2)震级与震源释放能量的大小有关，震级每差一级，地震释震级与震源释放能量的大小有关，震级每差一级，地震释放的能量将差放的能量将差32倍。倍。v微震微震 小于小于2级的地震；级的地震；v有感地震有感地震 2 4级地震，人能感觉到级地震，人能感觉到;v破坏性地震破坏性地震 5级以上地震，能引起不同程度的破坏；级以上地震，能引起不同程度的破坏；v强烈地震强烈地震 7级以上的地震。级以上的地震。2.地震烈度地震烈度v 地震烈度是指某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震烈度是指某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。地震影响的强弱程度。对于一次地震，表示地震大小的对于一次地震，表示地震大小的震级只有一个；震级只有一个；v 随距离震中的远近不同，烈度就有差异随距离震中的远近不同，烈度就有差异。v 评定地震烈度的标准就称为评定地震烈度的标准就称为地震烈度表。地震烈度表。绝大多数国家绝大多数国家包括我国都采用分成包括我国都采用分成12度的地震烈度表。度的地震烈度表。3.基本烈度基本烈度v 作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，它是指该地区作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，它是指该地区今后一定时期内，在一般场地土条件下，可能遭受的最今后一定时期内，在一般场地土条件下，可能遭受的最大地震烈度，也就是由国家地震局制定的全国地震烈度大地震烈度，也就是由国家地震局制定的全国地震烈度区划图规定的烈度。区划图规定的烈度。4.设防烈度：设防烈度：建筑物抗震设防时采用的烈度。建筑物抗震设防时采用的烈度。v 地震对建筑物的影响地震对建筑物的影响GgaGamFaaE惯性力建筑物加速度地面加速度地面运动地震0第二节第二节 抗震设计的基本要求抗震设计的基本要求一、一、建筑抗震设防分类和设防标准建筑抗震设防分类和设防标准二、二、抗震设防的目标抗震设防的目标 三、三、抗震概念设计抗震概念设计一、一、建筑抗震设防分类和设防标准建筑抗震设防分类和设防标准1.抗震设防类别抗震设防类别v 根据建筑的使用功能的重要性，分为甲类、根据建筑的使用功能的重要性，分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。2.抗震设防标准抗震设防标准v甲类建筑甲类建筑v乙类建筑乙类建筑v丙类建筑丙类建筑v丁类建筑丁类建筑二、二、抗震设防的目标抗震设防的目标 v抗震设防的目标抗震设防的目标 三水准要求：三水准要求：所谓的三水准抗震目标，可简单的概括为：所谓的三水准抗震目标，可简单的概括为：1）小震不坏）小震不坏2）中震可修）中震可修3）大震不倒）大震不倒三、抗震概念设计三、抗震概念设计 概念设计概念设计 指一些在计算中或在规范中难以作出指一些在计算中或在规范中难以作出具体规定的问题，必须由工程师运用具体规定的问题，必须由工程师运用“概念概念”进行进行分析，作出判断，以便采取相应的措施。分析，作出判断，以便采取相应的措施。v 结构破坏机理的概念；结构破坏机理的概念；v 力学概念；力学概念；v 由震害、试验现象等总结提供的各种宏观的和具体的经验等。由震害、试验现象等总结提供的各种宏观的和具体的经验等。概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置过程中，概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置过程中，应体现在计算简图或计算结果的处理中，应体现在计算简图或计算结果的处理中，对某些薄弱部位的配筋构造起作用。对某些薄弱部位的配筋构造起作用。概念设计带有一定的经验性。但它和抗震计算、构概念设计带有一定的经验性。但它和抗震计算、构造设计等是不可分割、互为补充的抗震设计的重要造设计等是不可分割、互为补充的抗震设计的重要组成部分。组成部分。1.场地、地基和基础选择场地、地基和基础选择v场地土的分类场地土的分类v场地的选择场地的选择v地基和基础选择地基和基础选择2.结构的平面和立面布置结构的平面和立面布置3.结构体系的选择结构体系的选择4.抗震结构构件及其连接抗震结构构件及其连接5.非结构构件非结构构件6.材料选择和施工材料选择和施工第三节第三节 地震作用的计算地震作用的计算一、一、重力荷载代表值重力荷载代表值二、二、单质点弹性体系的地震作用单质点弹性体系的地震作用三、三、多质点弹性体系的地震作用多质点弹性体系的地震作用一、一、重力荷载代表值重力荷载代表值v一般把各层质量集中在楼一般把各层质量集中在楼层处，层处，n n个楼层即形成个楼层即形成n n个个质点。每一楼面标高位置质点。每一楼面标高位置的重量（称重力荷载代表的重量（称重力荷载代表值）由以下几部分组成：值）由以下几部分组成：恒荷载（本层楼面结构及上、恒荷载（本层楼面结构及上、下各半层墙、柱）的全部；下各半层墙、柱）的全部；雪荷载的雪荷载的5050；一般楼面活荷载的一般楼面活荷载的5050，藏，藏书库、档案库活荷载的书库、档案库活荷载的8080。v简化后的计算简图如图，简化后的计算简图如图，图中图中G Gi i为第为第i i层质点的重力层质点的重力荷载代表值。荷载代表值。1.1.单质点体系单质点体系v等高单层厂房、水塔等。等高单层厂房、水塔等。v该结构中参与振动的所有质量全部折算至顶部；该结构中参与振动的所有质量全部折算至顶部；v墙、柱视作一无重的弹性杆，这样就形成了一个单质点体系；墙、柱视作一无重的弹性杆，这样就形成了一个单质点体系；v该体系只作单向振动时，就成为一个单自由度体系。该体系只作单向振动时，就成为一个单自由度体系。二、二、单质点弹性体系的地震作用单质点弹性体系的地震作用2.2.单质点弹性体系的地震作用单质点弹性体系的地震作用式中：式中：m m、G G 为单质点体系的质量及重量；为单质点体系的质量及重量；g g重力加速度；重力加速度；为地面运动最大加速度；为地面运动最大加速度；称为地震系数，表示地面运动的相对强度；称为地震系数，表示地面运动的相对强度；称为动力系数，表示质点加速度与地面加速称为动力系数，表示质点加速度与地面加速度相比的放大系数；度相比的放大系数；为地震影响系数，为地震影响系数，=k=k。GGkmgxSgxmSFaamax0max0 max0 x gxk/max0 max0/xSa 3.3.计反应谱曲线计反应谱曲线 地震影响系数；地震影响系数；maxmax 地震影响系数最大值；地震影响系数最大值；T T 结构自振周期；结构自振周期；T Tg g 特征周期；特征周期；曲线下降段衰减指数；曲线下降段衰减指数；1 1 直线下降段下降斜率调整系数；直线下降段下降斜率调整系数；2 2阻尼调整系数阻尼调整系数4.4.单质点体系的地震作用计算方法单质点体系的地震作用计算方法l计算结构自振周期计算结构自振周期l由场地类别、设计地震分组查表由场地类别、设计地震分组查表,得场地特征周期得场地特征周期T Tg g;l由设防烈度查表得水平地震影响系数最大值由设防烈度查表得水平地震影响系数最大值maxmax；l确定确定、1、2；l由由T T、T Tg g、maxmax按图计算水平地震影响系数按图计算水平地震影响系数；l作用在单质点上的水平地震作用为作用在单质点上的水平地震作用为 F FEKEK=g=g=mgmg。kmTmk/2/2,/三、三、多质点弹性体系的地震作用多质点弹性体系的地震作用1.1.多质点体系的振型和自振周期多质点体系的振型和自振周期2.2.多质点体系的地震作用的计算方法多质点体系的地震作用的计算方法v应按不同情况分别采用相应的地震作用计算方法：应按不同情况分别采用相应的地震作用计算方法：高度不超过高度不超过40m，以剪切变形为主，刚度与质量以剪切变形为主，刚度与质量 沿高度分布比较均匀的建筑物，可采用底部剪力法。沿高度分布比较均匀的建筑物，可采用底部剪力法。高度超过高度超过40m的高层建筑物一般可采用振型分解反的高层建筑物一般可采用振型分解反 应谱方法。应谱方法。刚度与质量分布特别不均匀的建筑物、甲类建筑物刚度与质量分布特别不均匀的建筑物、甲类建筑物 等，宜采用时程分析法进行补充计算。等，宜采用时程分析法进行补充计算。基本思想：基本思想：按结构底部总剪力相等的原则，把多按结构底部总剪力相等的原则，把多质点体系简化为单质点体系，只用基本自振周期确质点体系简化为单质点体系，只用基本自振周期确定总底部剪力，然后按照一定规律将地震力（总底定总底部剪力，然后按照一定规律将地震力（总底部剪力）沿高度沿高度分配给各质点。部剪力）沿高度沿高度分配给各质点。适用条件：适用条件：结构高度小于结构高度小于4040m m；沿高度方向质量及刚度分布比较均匀；沿高度方向质量及刚度分布比较均匀；以剪切变形为主（以剪切变形为主（H/BH/B4 4）的高层建筑。的高层建筑。3.3.底部剪力法底部剪力法 计算方法计算方法基本自振周期基本自振周期T T1 1、按反应谱曲线（按反应谱曲线（T-T-）确定确定1 1；（；（地震影地震影响系数最大值响系数最大值maxmax ；特征周期特征周期T Tg g；曲线下降段衰减指数曲线下降段衰减指数；直直线下降段下降斜率调整系数线下降段下降斜率调整系数1 1；阻尼调整系数阻尼调整系数2 2）计算底部剪力计算底部剪力F FEKEK：F FEKEK=1 1G Geqeq （G Geqeq=0.85G=0.85GE E=0.85=0.85 G Gi）FEK分配给各质点：分配给各质点：建筑为建筑为n n层时，各楼层处地震力为层时，各楼层处地震力为F Fi i。顶部附加荷载顶部附加荷载Fn近似考虑高振型影响。顶层等效地震力为近似考虑高振型影响。顶层等效地震力为Fn+Fn。多质点体系的水平地震作用分布特点：多质点体系的水平地震作用分布特点：当质量、刚度沿高度当质量、刚度沿高度分布较均匀（分布较均匀（GiGj）时，时，Fi与与Hi成正比。成正比。第四节第四节 结构的自振周期结构的自振周期一、顶点位移法一、顶点位移法二、计算自振周期的经验公式二、计算自振周期的经验公式一一.顶点位移法顶点位移法v对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构、对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构、框架一剪力墙结构和剪力墙结构：框架一剪力墙结构和剪力墙结构：T T 结构顶点假想侧移：结构顶点假想侧移：即把集中在各层楼面处的重即把集中在各层楼面处的