抗震结构设计 复习.pdf

结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 Contents 第二章 地震学基础 2 1 地震成因与地震类型 2 2 世界地震背景与中国地震区划 2 3 地震波及强震观测 2 4 地震震级及影响 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 2 1 2 地震类型与地震序列 地震类型 存在不同划分方法 发生原因 震源深度 地震强度 等 诱发地震 主要指人工爆破 矿山开采及工程活动所引起 的地震 其中水库地震值得工程界注意 天然地震 主要有构造地震 90 火山地震 7 和冲击地震 陷落地震 3 1 按发震原因划分 可分为天然地震和诱发地震两大类 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 3 3 按地震强度分类 按地震强度分类 按地震强度分类 按地震强度分类 微震 微震 MM 2 2 仪器才能记录到 常人无感 仪器才能记录到 常人无感 有感地震 有感地震 2 2 MM 4 4 常人有感觉 常人有感觉 破坏性地震 破坏性地震 MM 5 5 会引起不同程度的破坏 会引起不同程度的破坏 强烈破坏性地震或大震 强烈破坏性地震或大震 MM 7 7 1976 7 281976 7 28唐山大地震唐山大地震 7 87 8 1995 1 271995 1 27日本阪神日本阪神7 27 2 1999 9 211999 9 21台湾大地震台湾大地震7 67 6级 级 特大地震 特大地震 M 8M 8以上的地震 以上的地震 2008 5 122008 5 12汶川地震汶川地震8 08 0级 级 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 地震序列 地震序列 是指把相互关联的一系列地震按发生时间先 后顺序排列起来的结果 主震 前震 余震 一般有以下 三种基本类型 主震余震型 主震释放能量最大 伴以相当数目的余震和 不完整的前震 约占60 如1999年南投地震 1976年唐 山地震 1975年海城地震等 震群型地震 主要能量通过多次较强地震释放 并伴以大 量小震 约占30 1966年邢台地震 1988澜沧 耿马地 震等 单发型地震 主震突出 前震与余震很少 约占10 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 2 3 地震波及强震观测 2 3 1 地震波 地震波 地壳岩层破裂 引起的振动以波的形式从 震源在地球体内各个方向 传播的波 包括体波和面 波 body waves and surface waves 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 2 3 1 地震波 体波可分为 纵波 胀缩波 Primary waves P波 横波 剪切波 Secondary waves S波 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 地震波的传播特征 体波的传播特点 速度快 周期短 振幅小 衰减 快 传播距离一般较短 体波中纵波速度比横波快 面波的传播特点 周期较长 振幅大 速度较慢 衰 减较慢 传播距离远 VP 1 67VS VP VS VL 2 3 2 体波速度计算公式 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 2 4 地震震级与地震烈度 震级 表征地震强弱或规模的指标 是地震释放 多少能量的尺度 是地震预报的一个重要参数 对于一次地震 表示地震大小的震级只有一 个 地震烈度 是对某一地区的地面和各类建筑物 遭受到一次地震影响的后果和影响强弱程度的一 种度量指标 它与峰值加速度 速度和持续时间 有关 地震烈度除了与震级和震中距有关外 还与震源深 度 地震动持续时间 传播介质 表土性质 建筑物 动力特性 施工质量等许多因素有关 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 烈度与震级的区别 对于一次地震 表示地 震本身大小的震级只有一个 但它对不同地 点的影响 即 烈度 是不一样的 一般 随 距离震中远近的不同 烈度就有差异 距震 中远 地震影响愈小 烈度就愈低 反之 距震中愈近 烈度就愈高 12119 107 86 74 531 2震中烈度 震中烈度 I 88765432震级 震级 M 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 2 4 地震的规模与影响 2 4 1 震级 1935 年 美 国 地 震 学 家 里 克 特 C F Richter 首先引入震级的概念 并提 出以下近震震级计算公式 ML lg A 式中 A 标准地震仪式中 A 标准地震仪 指周期为0 8s 阻尼系数0 8 放 大倍数为2800倍的地震仪 指周期为0 8s 阻尼系数0 8 放 大倍数为2800倍的地震仪 在距震中100km处记录到的以 微米为单位的最大水平地动位移 1mm 10 在距震中100km处记录到的以 微米为单位的最大水平地动位移 1mm 10 3 3mm mm 例如 在距震中100km处标准地震仪记录的振幅是 1mm 即1000 mm 其对数为3 根据定义 这次地震 就是3级 例如 在距震中100km处标准地震仪记录的振幅是 1mm 即1000 mm 其对数为3 根据定义 这次地震 就是3级 查尔斯查尔斯查尔斯查尔斯 里克特里克特里克特里克特 C F RichterC F Richter 19001900 19851985年 年 年 年 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 2 4 1 2 4 1 2 4 1 震级震级震级 地震释放能量与震级存在以下关系 lgEs 1 5M 11 8 上式表明 震级每差一级 地震波最大振幅增加 10倍 地震释放的能量将差32倍 应该注意 震 源深度也是影响地震破坏能力的一个参数 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 2 4 3 地震烈度表 Intensity Table 地震烈度表 为评定地震烈度而建立的表格形式 的通用标准 这个标准就称为地震烈度表 地震烈度表一般包括以下内容 震害宏观现象描述 即根据建筑物的损 坏程度 地貌变化特征 地震时人的感 觉 器物动作反应 定量指标 地振动参数PGA PGV 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 烈度 基本烈度和设防烈度区别 0 40g0 40g0 30g0 30g0 20g0 20g0 15g0 15g0 10g0 10g0 05g0 05g 设计基本地震设计基本地震 加速度值加速度值 9 9 8 8 7 7 6 6 抗震设防烈度抗震设防烈度 抗震设防烈度和设计基本加速度值对应关系 注 g为重力加速度 9 8m s2 1 0 g 1000gal cm s2 类 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 结构抗震设计 刘 阳刘 阳 华侨大学土木工程学院华侨大学土木工程学院 华侨大学工程结构诊断与防灾研究所华侨大学工程结构诊断与防灾研究所 第三章抗震设防目标与设计方法 Seismic Design Objective Philosophy 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 3 1 抗震性能极限状态及抗震设计三因素 3 2 抗震设防目标及设计水准的制订 3 3 基于性能 性态 的抗震设计理论 Performance Based Seismic Design PBSD Contents 第三章抗震设防目标与设计方法 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 3 1 1 抗震设计的三种性能极限状态 可以确定更多水 平 使用极限状态 保持正常使 用或 不坏 性能水平 可修极限状态 保持可经济 修复的性能水平 倒塌极限状态 保证 不倒 和 安全 的性能水平 3 1 抗震性能极限状态及抗震设计三因素 图3 5 三种烈度关系示意 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 图3 5 三种烈度关系示意 使用极限状态的设计地震水平 取决于建筑物维持使 用功能的重要性 对于一般建筑 可以取重演周期较 短的地震 50年 小震 小于基本烈度 对于城市 基础设施 比如 消防大楼 电讯中心 大型桥梁等 需要在地震紧急期间维持其使用功能的建筑 则需要 更高水准的设防 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 3 1 2 抗震设计三要素 强度 刚度 延性 地震作用下建筑的性能评价必须综合考虑建筑三个组成部 分 即结构 非结构和内部设施的性状 而满足某一目标 性能水平即意味着相应设计地震下 建筑三个组成部分的 地震反应必须分别满足相应的控制设计参数 比如 结构的屈服 强度所控制 非结构构件的破坏程度主要由层间位移所控制 内部设施的破坏程度主要与楼层加速度有关 结构倒塌的主要受结构的弹塑性变形能力所控制 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 满足结构性能的抗震设计三要素满足结构性能的抗震设计三要素 满足结构性能的抗震设计三要素满足结构性能的抗震设计三要素满足结构性能的抗震设计三要素满足结构性能的抗震设计三要素 刚度 结构刚度是影响结构在设计地震作用下非 结构构件性能 结构强度需求 以及弹塑性变形需求 的一个关键设计参数 设计过程早期的关键工作将是确定一个合理的刚度 值 主要通过检查典型楼层的层间位移和合理的结 构周期 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 满足结构性能的抗震设计三要素满足结构性能的抗震设计三要素 满足结构性能的抗震设计三要素满足结构性能的抗震设计三要素满足结构性能的抗震设计三要素满足结构性能的抗震设计三要素 强度 结构的强度应该与设防目标相符 合适的 强度应该能够避免结构在小震下产生破坏和在大震下 出现超出结构变形能力的过大非线性变形 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 延性 所谓延性 即结构 构件和材料 屈服后 在承载 力不明显降低的前提下所能承受 变形的能力 图图图图3 2 RC 3 2 RC 3 2 RC 3 2 RC 结构典型荷载 位移曲线结构典型荷载 位移曲线结构典型荷载 位移曲线结构典型荷载 位移曲线 当遭受强烈地震时 结构势必进入大的当遭受强烈地震时 结构势必进入大的 弹塑性变形 为了最大限度避免严重破弹塑性变形 为了最大限度避免严重破 坏 并确保建筑物免于倒坍 结构 或坏 并确保建筑物免于倒坍 结构 或 其构件必须具有较好的其构件必须具有较好的 延性延性 延性一般用延性比来表示延性一般用延性比来表示延性一般用延性比来表示 构件 曲率延性 延性一般用延性比来表示 构件 曲率延性 m y 位移延性位移延性 f fu fy 结构 顶点位移延性比 结构 顶点位移延性比 m y 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 设计地震力折减系数与延性需求的关系设计地震力折减系数与延性需求的关系 长周期结构 指结构的基本周期大于反应谱峰值 周期 其在某一屈服荷载Fy下的延性要求与Fy Fe 的关系为 R F F y e y m 而对于短周期结构 指结构的基本周期处于 加速度反应谱的常加速度区域的结构 其延 性系数与Fy Fe的关系 1 2 1 1 2 1 2 2 R F F y e 12 R 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 3 2 抗震设防目标及设计水准的制订 抗震设计的目的 在统筹考虑经济与安全这两个因素前提 下 使地震可能引起的经济损失减小到最低限度并避免生 命的丧失 同时使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和 进行 由于地震的不确定性 要使所设计的结构在未来可能遭 遇的地震下不发生破坏是不现实和不经济的 所有的抗 震设计必须统筹考虑经济和安全两个因素 如果一味追求安全 正如Mexico地震工程学家E Rosenbluth 所说 为了满足我们的要求 人类所有财富 可能都是不够的 大量的一般结构将成为碉堡 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 一般建筑结构的抗震设防目标 小震不坏 中震可修 大震不倒小震不坏 中震可修 大震不倒 小震不坏 遭遇强度小 频度高的地震 小震 避免非 结构构件破坏 建筑能够维持正常使用 中震可修 遭遇相当基本烈度的地震 中等强度地震 建筑物的破坏能够控制在可经济修复范围内 大震不倒 遭遇罕遇的强烈地震 不发生倒塌或危及生命 安全的破坏 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 大震 中震与小震的取值及相互关系大震 中震与小震的取值及相互关系 既然把大震 中震和小震作为设计地 震水平 就必须要有一个取值的标 准 经大量的数据统计发现 我国地 震烈度的概率分布符合极值 型 表表表表3 3 3 3 3 3 3 3 我国抗震规范大震 中震 小震的取值标准我国抗震规范大震 中震 小震的取值标准我国抗震规范大震 中震 小震的取值标准我国抗震规范大震 中震 小震的取值标准 图3 5 三种烈度关系示意 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 3 2 3 抗震建筑重要性分类及其设防标准 一 抗震建筑重要性分类 根据使用功能的重要性 地震破坏后的危害程度及其在抗 震救灾中的作用对建筑所作的分类 划分为甲 乙 丙 丁四个类别 建筑抗震设防类别的划分 应符合国家标准 建筑抗震设防分类标准 GB50223的规定 甲类甲类 属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑 乙类乙类 属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑 重要属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑 重要 部门 重点抗震城市的生命线工程等 部门 重点抗震城市的生命线工程等 丙类丙类 甲 乙 丁以外的大量一般建筑 甲 乙 丁以外的大量一般建筑 丁类丁类 抗震次要建筑 地震时不易造成伤亡和较大经济损失 抗震次要建筑 地震时不易造成伤亡和较大经济损失 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 甲类甲类 地震作用地震作用取值应按批准的地震安全性评价结果确定的设防烈 度 取值应按批准的地震安全性评价结果确定的设防烈 度 抗震措施抗震措施 当抗震设防烈度为6 8度时 应符合本地区抗震设防烈 度提高一度的要求 当为9度时 应符合比9度抗震设防更高的要求 当抗震设防烈度为6 8度时 应符合本地区抗震设防烈 度提高一度的要求 当为9度时 应符合比9度抗震设防更高的要求 乙类乙类 地震作用地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求 应符合本地区抗震设防烈度的要求 抗震措施抗震措施 一般 情况下 当抗震设防烈度为6 8度时 一般应符合本地区抗震设防烈度 提高一度的要求 当为9度时 应符合比9度抗震设防更高的要求 一般 情况下 当抗震设防烈度为6 8度时 一般应符合本地区抗震设防烈度 提高一度的要求 当为9度时 应符合比9度抗震设防更高的要求 对 于较小乙类建筑 当结构改用抗震性能较好的结构类型时 可仍按本地 区抗震设防烈度要求采取抗震构造措施 对 于较小乙类建筑 当结构改用抗震性能较好的结构类型时 可仍按本地 区抗震设防烈度要求采取抗震构造措施 丙类丙类 地震作用地震作用和和抗震措施抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求 均应符合本地区抗震设防烈度的要求 丁类丁类 地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求 抗震措施应允 许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低 但抗震设防烈度为6度时不 应降低 地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求 抗震措施应允 许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低 但抗震设防烈度为6度时不 应降低 二 不同重要性类别的抗震设防标准 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 建筑场地类别对上述抗震设防标准的调整 建筑场地为 类时 甲 乙类应允许仍按本地区抗震设 防烈度的要求采取抗震措施 丙类建筑应允许按本地区 抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施 但抗 震设防烈度为6度时不应降低 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 3 2 4 3 2 4 3 2 4 3 2 4 现行规范的抗震设计方法现行规范的抗震设计方法现行规范的抗震设计方法现行规范的抗震设计方法 三水准两阶段设计方法三水准两阶段设计方法三水准两阶段设计方法三水准两阶段设计方法 为实现三水准抗震设防目标 中国抗震规为实现三水准抗震设防目标 中国抗震规 范采用范采用 两阶段两阶段 设计方法 主要思路设计方法 主要思路 通通 过控制第一和第三水准的抗震设防目标 过控制第一和第三水准的抗震设防目标 使第二水准得以满足 不需另行计算 使第二水准得以满足 不需另行计算 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 3 2 4 3 2 4 3 2 4 3 2 4 现行规范的抗震设计方法现行规范的抗震设计方法现行规范的抗震设计方法现行规范的抗震设计方法 三水准两阶段设计方法三水准两阶段设计方法三水准两阶段设计方法三水准两阶段设计方法 第一阶段设计第一阶段设计 小震下的强度与变形验算小震下的强度与变形验算 在方案布置符合抗震设计原则的前提下 按与基本烈度在方案布置符合抗震设计原则的前提下 按与基本烈度 相对应的众值烈度 小震 的地震动参数 用弹性反应相对应的众值烈度 小震 的地震动参数 用弹性反应 谱法求得结构在弹性状态下的地震作用标准值和相应的谱法求得结构在弹性状态下的地震作用标准值和相应的 地震作用效应 然后与其他荷载效应按一定的组合系数地震作用效应 然后与其他荷载效应按一定的组合系数 进行组合 据此进行组合 据此 对构件截面承载能力进行验算 对构件截面承载能力进行验算 对除砌体结构外的大量建筑物还要进行变形验算 以对除砌体结构外的大量建筑物还要进行变形验算 以 满足小震下设防目标的要求 满足小震下设防目标的要求 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 按与基本烈度相对应的罕遇烈度 大震 验算结构的按与基本烈度相对应的罕遇烈度 大震 验算结构的 弹塑性层间变形是否满足规范要求 如果有变形过大的薄弹塑性层间变形是否满足规范要求 如果有变形过大的薄 弱层 或部位 则应该修改设计或采取相应的构造措弱层 或部位 则应该修改设计或采取相应的构造措 施 以使其满足第三水准的设防要求 大震不倒 施 以使其满足第三水准的设防要求 大震不倒 第二阶段设计第二阶段设计 验算罕遇烈度 大震 下结构的抗震验算罕遇烈度 大震 下结构的抗震 性能 主要进行大震下的弹塑性变形验算 性能 主要进行大震下的弹塑性变形验算 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 通过第一阶段设计 既保证第一水准下的通过第一阶段设计 既保证第一水准下的 小震不小震不 坏坏 的承载能力要求 也可满足第二水准的承载能力要求 也可满足第二水准 中震可修中震可修 的设防要求 的设防要求 对于大多数结构 一般只进行第一阶段设计 而通对于大多数结构 一般只进行第一阶段设计 而通 过概念设计和抗震构造措施以满足第三水准的设防过概念设计和抗震构造措施以满足第三水准的设防 要求 要求 而对于特殊要求的建筑 地震时易倒塌的结构 有而对于特殊要求的建筑 地震时易倒塌的结构 有 明显薄弱层的不规则结构 超限建筑 除进行第一明显薄弱层的不规则结构 超限建筑 除进行第一 阶段设计外 还要进行第二阶段设计 以确保满足阶段设计外 还要进行第二阶段设计 以确保满足 第三水准的设防要求 第三水准的设防要求 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 YES YES 确定结构方案确定结构方案 初选结构构件尺寸及材料初选结构构件尺寸及材料 计算小震下的地震作用和风荷载计算小震下的地震作用和风荷载 计算周期及振型计算周期及振型 计算各层竖向荷载 集中重量及侧移刚度计算各层竖向荷载 集中重量及侧移刚度 分别进行结构在各种荷载作用下的内力分析分别进行结构在各种荷载作用下的内力分析 小震下层间弹性变形满足 小震下层间弹性变形满足 修改结构参数 是否进行弹塑性变形验算是否进行弹塑性变形验算 延性抗震构造措施延性抗震构造措施 结 束结 束 结构构件内力组合结构构件内力组合 截面强度验算截面强度验算 或特殊延性措施 强度调整 YES NO YES 大震下弹塑性变形满足 大震下弹塑性变形满足 计算罕遇地震下的地震作用 NO NO 结构抗震 两阶段 设计方法流程图 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 抗震验算的范围 截面抗震验算 多遇地震作用下 6度时建造于 类场地上 较高的高层建筑 7度和7度以上的建筑结构 生土房屋和 木结构房屋等除外 3 3 结构抗震验算 弹性变形验算 多遇地震作用下 所有钢筋混凝土建筑结 构和钢结构均应进行多遇地震作用下的弹性变形验算 弹塑性变形验算 罕遇地震作用下 部分有特殊要求建 筑 楼层屈服强度系数分布严重不均匀的建筑 较高的竖 向不规则高层建筑 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 3 3 1 结构构件截面强度抗震验算 小震 结构构件截面强度抗震验算 小震 一 截面强度验算基本公式 一 截面强度验算基本公式 非地震作用内力组合设计值起控制的截面 其强度验算采用下式 地震作用效应内力组合设计值起控制的截面 抗震验算采用下式 RS RE RS 式中式中 S 构件内力组合的设计值 尚须考虑各种抗震设计值调整系数 R 构件承载力设计值 按有关规范取用 RE 承载力抗震调 整系数 按下表取用 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 G 重力荷载分项系数 一般情况取 1 2 有利时不大于 1 0 Eh Ev 为水平和竖向地震作用分项系数 1 3 0 0 1 3 1 3 0 5 w 风荷载分项系数 一般情况取1 4 SGE 重力荷载代表值的效应 SEhk 水平地震作用标准值的效应 尚应乘以相应增大系数和调整系数 Sw 风荷载标准值的效应 w 风荷载组合值系数 一般结构取0 0 风控高层取0 2 wkwwEvkEvEhkEhGEg SSSSS 结构地震作用效应内力组合设计值按下式确定 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 3 3 2 结构抗震变形验算 结构的抗震变形验算包括 多遇地震作用下的弹性变形验算 罕遇地震作用下的弹塑性变形验 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 hu ee 一 多遇地震作用下的弹性变形验算 验算目的 控制多遇地震作用下结构和非结构 的破坏程度 验算范围 7度及以上 框架 高层等 验算方法 小震下楼层最大层间侧移 平动 扭转 弹性层间位移角限值 e e u 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 四种变形成分 a 整体剪切变形 s b 整体弯曲变形 b c 整体平移 d d 整体转动 r 一 多遇地震作用下的弹性变形验算 s十 十 b十 十 d十 十 r Fig 地震下结构侧移组成 楼层最大层间侧移 平动 扭转 结构扭转示意图结构扭转示意图 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 hu pp 二 罕遇地震作用下的弹塑性变形验算 验算目的 验算范围 应 宜 验算方法 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 up的计算 12层以下的规则框架 简化方法 静力弹塑性方法 弹塑性时程分析方法 楼层屈服强度系数 y iV iV i e y y 第 楼层屈服强度系数 y为楼层实 际抗剪承载力与罕遇地震下该楼层弹 性层间地震剪力的比值 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 up的简化计算方法 0 30 30 30 30 40 40 40 40 50 50 50 5 1 61 61 61 6 2 02 02 02 0 1 651 651 651 65 1 41 41 41 4 1 31 31 31 3 1 81 81 81 8 1 51 51 51 5 1 31 31 31 3 y 上柱上柱 8 8 8 8 12121212 5 5 5 5 7 7 7 7 2 2 2 2 4 4 4 4 总层数总层数n n 或部位或部位 2 02 02 02 0单层厂房单层厂房 2 22 22 22 2 1 81 81 81 8 1 61 61 61 6 多层均匀多层均匀 框架结构框架结构 结构类型结构类型 y i 不小于相邻层 平均值的0 8 按下 表取值 epp uu D iV u e e y i 不大于相邻层平 均值的0 5 按表中数 值的1 5倍取值 在在0 5 0 8 按上述 两种情况内插取值 P 弹塑性位移增大系数 iV iV i e y y 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 1 1201 1201 1201 120RCRC抗震墙 筒中筒抗震墙 筒中筒 1 501 501 501 50多 高层钢结构多 高层钢结构 1 1001 1001 1001 100RCRC框 墙 框 筒框 墙 框 筒 1 1001 1001 1001 100底框砖房的框架底框砖房的框架 抗震墙抗震墙 1 501 501 501 50RCRC框架框架 1 301 301 301 30单层单层RCRC排架排架 P P 结构类型结构类型 弹塑性层间位移角限值 P hu pp 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 3 4 基于性能 性态 的抗震设计理论 Performance Based Seismic Design 近期世界上几次强烈地震表明 现行的以保证生命安全为一 级设计准则的抗震设计理念在避免建筑造成人员伤亡的破坏 方面确实具有一定的可靠性 但却不能在强烈地震中有效地 控制地震造成的经济损失 1989年10月美国加州洛马普里埃塔 Loma Prieta 7 1级地震造成的 经济损失达70亿美元 1994年1月美国加州北岭 Nothridge 6 9级地震所造成的经济损失达 300亿美元 1995年1月日本神户7 2级地震所造成的经济损失则高达1000亿美元 1999年9月我国台湾省南投县集集大地震 7 6级 也造成了4400亿新台 币的经济损失 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 4 1 抗震概念设计的重要性 4 2 抗震概念设计的一般原则 Contents 第四章抗震概念设计 4 3 结构体系选择及相关规定 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 4 2 抗震概念设计的一般原则 选择对抗震有利的建筑场地选择对抗震有利的建筑场地 减少地震能量输入减少地震能量输入 充分考虑建筑体形和结构布置对抗震性能的影响充分考虑建筑体形和结构布置对抗震性能的影响 遵守抗震结构及构件的设计原则遵守抗震结构及构件的设计原则 重视非结构构件的影响重视非结构构件的影响 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 抗震规范对不规则建筑的判定 一 平面不规则的类型 说明 1 扭转不规则可以采用结构的平面偏心率是否超过0 2来判定 偏 心率定义为质量中心与刚度中心的距离与相应宽度之比 2 凹凸不规则可以根据图3 9所示的限制来判定 3 当楼板局部不连续出现 楼板平面内刚度无穷大假定不再成 立 必须考虑楼板变形对抗侧构件间内力分配的影响 抗震设计规范的相关规定 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 二 竖向不规则的类型 说明 1 立面形状局部收进不规则的判定可以参考图4 10的限制 2 一般情况下竖向抗侧力构件在其平面内断缩的尺寸不大于该构件 的平面长度 超出此范围 必须通过水平转换构件传递 为竖向构 件不联系 3 按照楼层屈服承载力系数 y的差值来判定更加合理 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 防震缝设置原则防震缝设置原则 设置抗震缝必须保证足够缝宽 也可不设缝但须保证整体 性和空间作用 忌连又连不牢 分又分不清 三缝合一 的设置原则 伸缩缝 沉降缝 防震缝三缝合 一 对于抗震设防烈度为6度以上的房屋 所有伸缩缝 沉 降缝均应符合防震缝的宽度要求 必须根据具体情况认真考虑设缝位置和合理抗震缝宽度 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 抗震设计规范规定的RC结构的防震缝最小宽度 框架的防震缝宽度 当高度不超过 15m时 可采用 70mm 当高度超过 15m时 6度 7度 8度和9度相应 每增加高度 5m 4m 3m和2m 宜加宽20mm 框架一剪力墙房屋的防震缝宽度 可采用上述规定值 的 70 剪力墙结构的防震缝宽度 可采用上述规 定的50 且均不宜小于 70mm 防震缝最小宽度 防震缝两侧结构类型不同时 宜按防震缝两侧结构类型不同时 宜按 需要较宽防震缝的结构类型和较低需要较宽防震缝的结构类型和较低 房屋高度确定缝宽 如右图 按框房屋高度确定缝宽 如右图 按框 架结构并取房屋高度架结构并取房屋高度H H 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 4 2 4 2 4 2 抗震概念设计的一般原则抗震概念设计的一般原则抗震概念设计的一般原则 四 抗震结构体系及构件的设计原则抗震结构体系及构件的设计原则 应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径 宜具有多道抗震防线 宜具有多道抗震防线 质量 刚度 强度和延性沿竖向分布应规则 质量 刚度 强度和延性沿竖向分布应规则 构件间强度 刚度 延性必须相互协调 匹配 其能力与 地震需求也须匹配 必须充分考虑非结构构件对整体结构抗震性能的影响 结构必须具备良好的整体性 尽量采用轻质材料 降低重心 并剔除不必要重量 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 各种结构体系房屋高度限值 不同结构体系房屋高度的确定 主要综合考虑抗 震性能 承载能力 刚度 稳定性 延性等 经济和使用合理 地基条件以及震害经验等 从经济和技术方面考虑 各种结构体系均有最从经济和技术方面考虑 各种结构体系均有最 佳适用高度 佳适用高度 随着研究工作的进展和设计方法的改进 房屋 高度的规定也将相应变动 房屋适用高度系指从室外地坪算起至檐口高度的高度 房屋适用高度系指从室外地坪算起至檐口高度的高度 超过规范规定的结构 应进行专门研究和论证 并采取 加强措施 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 建筑的高宽比限值建筑的高宽比限值 抗规 关于房屋高宽比的规定 抗规 关于房屋高宽比的规定 建筑高宽比大 则侧移大 倾覆作用严重 倾覆力矩大 在结构 柱 墙 基础 中引起较大拉 压应力 二 钢筋混凝土结构体系的高宽比限值 三 钢结构体系的高宽比限值 一 砌体结构的高宽比限值 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 第五章 场地 地基与基础第五章 场地 地基与基础 本章重点 5 1场地类别划分 5 2天然地基和基础的抗震验算 5 3场地液化及处理措施 5 1场地类别划分 5 2天然地基和基础的抗震验算 5 3场地液化及处理措施 场地土类型 场地类别的划分及工程意义 天然地基及基础抗震承载力验算的一般原则 地基土液化的概念 原因及危害 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 有利地段 包括稳定基岩 坚硬土 开阔 平坦 密实均匀的中硬土等 不利地段 包括 易震陷 软弱士 液化土 局部不稳定 条状突出 山嘴 高耸孤立山丘 非岩质的陡 坡 边坡边缘 平面分布明显不 均匀的土层等 如故河道 断层破碎 带 暗埋沟谷 半填半挖地基等 危险地段 包括地震时可能发生滑 坡 崩塌 地陷 地裂 泥石流等及 发震断裂带上可能发生地表错位的部 位 5 1 1 5 1 1 有利 不利和危险抗震地段的划分 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 多次震害表明 即使在同一烈度区内 由于场地土质 条件 软硬程度和厚度 建筑物的破坏程度有很大 差异 比如 5 1 2 不同场地条件下震害的启示 5 1 2 不同场地条件下震害的启示 1923年日本关东大地震中 木结构房屋的破坏率明显随 着冲积层厚度的增加而加重 1967年委内瑞拉地震 同一地区不同覆盖层上的震害明 显差异 9 12层的房屋在冲积层上的破坏率高 1975年海城地震 7 3级 海城与营口砖烟囱的破坏率 相当 而海城一般砖房的破坏率则比营口高得多 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 软弱地基 地面自振周期长 振幅大 放大 振动持时 长 震害较重 但并不绝对 坚硬地基 地面自振周期较短 振幅小 振动持时短 震 害一般较轻 但并不绝对 一些短周期结构 比如砖 砌体结构可能破坏较重 地基土的振动特征 以上震害规律 可以发现在同一地震和同一震中距离 时 软弱地基与坚硬地基相比有以下特点 软弱地基土在振动情况下容易产生不稳定状态和不均匀沉 降 陷 甚至会发生液化 滑动 开裂等严重现象 而 坚硬地基则没有这种危险 对地基稳定的影响 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 我国 抗震规范 规定 建筑场地类别划分 应以 土 层等效剪切波速V Vse se和 和 场地覆盖层厚度为准 5 1 3 场地类别划分场地类别划分 多层地基上按其地震效应进行分类则是一个较为复杂 的问题 目前还没有找到比较满意的解决方法 比较常 见的说法是 上部土层作用大 土层厚的作用大 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 土层的等效剪切波速vse可根据常规勘察钻孔实测剪切 波速vs 按下列公式计算 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 场地类别划分 场地类别划分 场地类别划分场地类别划分场地类别划分场地类别划分 tdvse 0 1 si n i i vdt 式中 式中 vse 土层等效剪切波速土层等效剪切波速 d0 计算深度 m 取计算深度 m 取覆盖层厚度和覆盖层厚度和20m20m的较小值的较小值 t t 剪切波速在地面和计算深度之间的传播时间 剪切波速在地面和计算深度之间的传播时间 di 计算深度范围内 第计算深度范围内 第i土层的厚度 土层的厚度 一 等效剪切波速的确定 1 5 a 1 5 b 结构抗震设计 第二章 地震学基础第二章 地震学基础华侨大学土木工程学院刘 阳2010 我国 建筑抗震设计规范 综合了国外经验并在震害经 验 理论分析 和实际勘察资料的基础上提出 建筑的场 地类别应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚