结构抗震概念设计VIP

工程结构抗震设计,主讲教师：尹红宇yhyam木学院,3.1结构抗震计算原则3.2设计地震动3.3水平地震作用计算3.4竖向地震作用计算3.5结构抗震验算,第3章结构抗震计算,工程结构抗震设计-结构抗震计算,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。甲类建筑：重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，（如核电站、核设施、水库、大坝、堤防、贮油、贮气、贮存易燃易爆、剧毒、强腐蚀物质的设施等）；乙类建筑：地震时功能不能中断或需尽快恢复的建筑，即生命线工程建筑，（如消防、急救、供水、供电、通讯等）；丙类建筑：甲、乙、丁类以外的一般建筑，（如一般的公共建筑、住宅、旅馆、厂房等）；丁类建筑：抗震次要建筑，（如储存物品价值低的一般仓库，人员活动少的辅助建筑等）。,3.1结构抗震计算原则,3.1.1.1抗震设防分类,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,3.1.1.2抗震设防标准,基本目的：在一定的经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏，保障人民生命财产的安全。我国根据具体情况，提出了三水准目标，二阶段设计法。原则：小震不坏、中震可修、大震不倒,小震是发生机会较多的地震，小震对应地震烈度概率密度曲线图上的峰值烈度，又叫众值烈度或多遇烈度，超越概率为63.2%；中震对应的地震烈度为基本烈度，50年内的超越概率为10%；大震是发生机会较小的罕遇地震，50年内的超越概率为2-3%。,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,甲类建筑：地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，当抗震设防烈度为68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度更高的要求；乙类建筑：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，当设防烈度为68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度更高的要求；丙类建筑：地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度要求；丁类建筑：地震作用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适当降低，但设防烈度为6度时，不应降低。,3.1.1.2抗震设防标准,工程结构抗震设计-结构抗震计算,三水准设防目标1.当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用（第一水准）；2.当遭受本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，但经一般修理或不需修理仍可继续使用（第二水准）；3.当遭受高于本地区设防烈度预估的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏（第三水准）。,3.1结构抗震计算原则,我国采取6度起设防的方针，地震设防区面积约占国土面积的60,工程结构抗震设计-结构抗震计算,二阶段设计法按地区设防烈度进行构件截面抗震承载力计算（弹性分析）保证了第一水准的强度要求和弹性变形要求按高于本地区设防烈度的预估罕遇地震作用验算构件弹塑性变形（概念设计构造措施）保证结构满足第三水准的抗震设防要求,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,建筑抗震概念设计,3.1结构抗震计算原则,建筑抗震设计包括三个层次的内容与要求：,概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段构造措施在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性,建筑抗震设计在总体上要求把握的基本原则:,注意场地选择，把握建筑体型，利用结构延性，设置多道防线，重视非结构因素,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,一、注意场地选择,地震区宜选择有利地段，避开不利地段，不在危险地段进行工程建设,当确实需要在不利地段或危险地段建筑工程时，应遵循建筑抗震设计的有关要求进行详细的场地评价，并采取必要的抗震措施,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,二、把握建筑体型,建筑物平、立面布置的基本原则：,结构对称有利于减轻结构的地震扭转效应形状规则在地震时应力集中现象较少，有利于抗震质量与刚度变化均匀平面内使结构刚度中心与质量中心相一致，避免扭转效应高度方向均匀变化，避免薄弱层，减小变形集中、鞭梢效应,对称、规则、质量与刚度变化均匀,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,平面不规则的类型,竖向不规则的类型,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,建筑结构平面的扭转不规则示例,建筑结构平面的凹角或凸角不规则示例,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,建筑结构平面局部不连续示例,沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层）,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,竖向抗侧力构件不连续示例,竖向抗侧力结构屈服抗剪强度非均匀化（有薄弱层）,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,三、利用结构延性,利用结构弹塑性阶段的性能通过塑性变形来消耗地震时输入结构的能量,脆性结构尽管抗力很大，但吸收地震能量的能力并不强延性结构却因可以吸收更多地震输入能量而有利于抗御结构倒塌的发生,增强结构与构件的延性的措施：,钢筋砼结构强剪弱弯、强节点弱构件设计，促使梁以受弯曲形式产生较大变形砌体结构墙体配筋、构造柱圈梁体系等措施，增加结构的延性,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,四、设置多道防线,是抗震概念设计的一个重要组成部分,局部机制（L机制）,强梁弱柱型框架,单肢剪力墙结构,强柱弱梁型框架,双肢剪力墙加连系梁结构,总体机制（T机制）,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,设置多道防线的手段：,应注意的原则：,采用超静定结构有目的地设置人工塑性铰利用框架的填充墙设置耗能元件或耗能装置等,1.不同的设防阶段应使结构周期有明显差别，以利避免共振2.最后一道防线要具备一定的强度和足够的变形潜力,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,五、注意非结构因素,最主要的是非结构构件的处理,非结构构件的影响：影响主体结构的动力特性如阻尼、周期等地震中先期破坏如玻璃幕墙、吊顶、室内设备等,抗震设计中应注意：非结构构件与主体结构之间要有可靠的连接或锚固对可能对主体结构振动造成影响的非结构构件，应注意分析或估计其对主体结构可能带来的影响，并采取相应的抗震措施,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,建筑场地、地基和基础,我国建筑抗震设计规范：地下基岩或剪切波速大于500m/s的坚硬土层至地表面的距离，称为“覆盖层厚度”,土层等效剪切波速Vse计算：,d0计算深度，取覆盖层厚度和20m两者的较小值；n计算深度范围内土层的分层数；Vsi第i层土的剪切波速；di第i层土的厚度。,当计算深度以下有明显的软弱土夹层时应适当提高场地类别,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,对于10层和高度30米以下的丙类建筑及丁类建筑，当无实测剪切波速时，也可以根据岩土性状按下表划分土的类型，并利用当地经验在该表所示的波速范围内估计各土层的剪切波速。,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗震验算来保证其抗震能力的。,地基基础抗震设计的一般要求：1）同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上；2）同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分采用桩基；3）地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚性；4）根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算时应尽量考虑结构、基础和地基的相互作用影响，使之能反映地基基础在不同阶段上的工作状态。,重力荷载代表值的确定,结构的重力荷载代表值等于结构和构配件自重标准值Gk加上各可变荷载组合值。,-第i个可变荷载标准值；,-第i个可变荷载的组合值系数,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,单自由度弹性体系的水平地震作用,对于单自由度体系，把惯性力看作反映地震对结构体系影响的等效力，用它对结构进行抗震验算。,地震影响系数，即单自由度体系在地震时最大反应加速度；F地震作用；Sa加速度反应谱。,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,抗震设计反应谱,地震影响系数取决于场地类别、建筑物的自振周期和阻尼比等许多因素，反映这些因素的曲线成为反应谱曲线。,体系阻尼比越大,体系地震加速度反应越小地震反应谱值越小,阻尼比对地震反应谱的影响,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,不同场地条件下的平均反应谱,不同震中距条件下的平均反应谱,地震反应谱峰值对应的周期也越长,场地越软,震中距越大,地震动主要频率成份越小（或主要周期成份越长）,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,地震影响系数max地震影响系数最大值T结构周期,1.曲线下降段衰减指数的调整,2.直线下降段斜率的调整系数,3.阻尼调整系数,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,设计特征周期Tg(s),注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度取0.15g和0.30g的地区,地震影响系数最大值（阻尼比0.05）,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,多自由度弹性体系的水平地震作用,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40m，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。高度超过40m的高层建筑物一般可采用振型分解反应谱方法。刚度与质量分布特别不均匀的建筑物、甲类建筑物等，宜采用时程分析法进行补充计算。,3.1结构抗震计算原则,工程结构抗震设计-结构抗震计算,底部剪力法,基本思想：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。,应用条件,建筑物高度不超过40m,结构以剪切变形为主,质量和刚度沿高度分布较均匀,结构的地震反应将以第一振型反应为主结构的第一振型接近直线,假定（1）结构