抗震设计基本概念PPT演示课件

单层厂房的结构布置柱网布置M或6M为模数,1,2.定位轴线3.支撑布置,2,二.计算模型及假定,（1）柱上端与屋架（或屋面梁）铰接；（2）柱下端与基础固接；（3）排架横梁为无轴向变形的刚杆，横梁的两端处的水平位移相等；（4）排架柱的高度有固定段支柱顶铰接点处；（5）排架的跨度以厂房的轴线为准。,3,三.内力组合A.控制截面控制截面是指对柱配筋和基础设计起控制作用的截面.上柱底面I-I,牛腿顶面II-II,下柱底面III-III.,B.内力组合一般考虑以下四种内力组合:,1）+Mmax及相应的N、V；2）-Mmax及相应的N、V；3）Nmax及相应的M、V；4）Nmin及相应的M、V；,4,轻钢结构厂房,5,6,第十章抗震设计基本概念,第一节震级、烈度、设防标准第二节抗震设计基本要求第三节地震作用第四节地震作用效应和荷载组合,7,一、地震是群灾之首,人为灾害：,火灾、污染（大气、水、海洋）、核泄漏、战争等,自然灾害：,地震灾害是群灾之首，具有突发性和不可预测性，以及频度高并产生严重次生灾害，对社会也会产生很大影响等特点。,地震灾害概述,8,唐山大地震,1976年7月28日3时42分54秒，在河北省唐山、丰南一带（东经118.0度，北纬39.4度），发生了7.8级强烈地震，震中区烈度11度。地震波及天津市和北京市。这次地震发生在工矿企业集中、人口稠密的城市，极震区内工矿设施大部分毁坏，主要表现为厂房屋顶塌落，围护墙多数倒塌，高层建筑和一般民房几乎全部坍塌。震区内普遍发生铁路路基下沉，铁轨弯曲变形；公路路面开裂；桥墩错动、倾倒，梁体移动及坠落等。但是地下矿井的破坏比地面建筑轻得多。,150万人口中死亡24万，伤16万；直接经济损失100亿元，震后重建费用100亿元。,9,开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），仅西部转角残存。,10,唐山市开滦煤矿救护楼，为砖混结构人字木屋架的三层楼房，墙倒顶塌。,11,唐山地区交通局，砖混结构的三层办公楼遭到破坏。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）,12,唐山市河北省煤矿设计院，砖混结构的楼房局部倒塌。,13,唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）,14,唐山市机车车辆厂震后概貌。,15,震后工厂厂区,16,死亡24人，经济损失94亿美元。,17,云林县六市中山国宝二期大楼座落在大智路上，为12层钢筋混凝土住宅和商务混合大楼，其中二栋自楼梯间相接处分裂，东侧楼6层以下全部塌陷，并向东侧倒在邻房4层楼公寓上。西侧楼5层以下全部倒塌，并向西倾倒在另一栋大楼上，柱子间距介于8米到10米，且柱子数量偏少。,18,彰化县员林镇邦富贵名门大楼座落在中山路惠明街口，为16层钢筋混凝土集合住宅大楼。地震时其中一栋倾倒靠在呈L型平面大楼上，柱子间距7至10米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少，间距太大。,19,20,21,22,印度大地震,当地时间2001年1月26日上午8时46分（北京时间2001年1月26日11时16分36.4秒，国际时间2001年1月26日03时16分40秒），在印度西北部古吉拉特邦发生一次强烈地震。据印度地震部门测定，这次地震为里氏7.9级，震中位于北纬23.6度和东经69.8度。至31日止，地震发生后已发生了196次余震。,死亡人数达16403人，受伤人数达55863人，经济损失45亿美元。,23,为了省钱，近年兴建的建筑物没有抗震结构，使地震的伤亡加重。,24,25,26,27,工程结构破坏现象,1、结构丧失整体性,2、承重结构强度不足,3、结构变形过大导致倒塌,28,座落在活断层上的一座二层小学教学楼被完全摧毁。,29,7.8级地震造成达180公里的破碎带，水平和垂直错距都很大，引起地表沉陷、隆起、裂缝、液化等地表破坏，同时造成建筑物的大量毁坏。,30,31,32,1989年美国LomaPreita地震(7.1级），65人,直接经济损失（建筑物破坏重建）80亿美元，间接经济损失150亿美元。,1994年美国Northridge地震(6.7级),伤亡不多，经济损失为200亿美元。,1995年日本阪神地震(7.2级),经济损失为1000亿美元。,1999年台湾集集地震(7.3级),死亡24人，经济损失为94亿美元。,33,地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动。,地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震，一年约有500万次。其中约5万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有1000次；7级以上的大地震平均一年有十几次。目前记录到的世界上最大地震是8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震。,一.什么是地震,第一节地震、震级、烈度、设防标准,34,什么叫震源、震中、震中距,地球内部发生地震的地方叫震源；,震源在地面上的投影点称为震中；,震中及其附近的地方称为震中区，也称极震区；,从震中到地面上任何一点的距离称为震中距。,35,地震分类,一.按地震成因分类,-天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震,1.构造地震,破坏性地震主要属于构造地震。据统计，构造地震约占世界地震总数的90%以上。,92%的地震发生在地壳中，其余的发生在地幔上部,36,二.按震源深浅分类,浅源地震震源深度小于60千米的称为浅源地震。全世界85%以上的地震都是浅源地震。,中源地震震源深度在60至300千米的称为中源地震。,深源地震震源深度在300千米以上的称为深源地震。,浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震波及范围大，但破坏力小。,目前有记录的最深震源达720公里。,37,地震波,地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。,地震波分为体波和面波。,横波特点:周期长、振幅大、波速慢,100-800m/s,纵波特点:周期短,振幅小,波速快,200-1400m/s,面波比体波衰减慢、振幅大、周期长、传播远。建筑物破坏主要由面波造成。,杂波,P波开始,S波开始,面波开始,38,二、地震震级,1.定义,能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差1000倍。,反映一次地震本身大小的等级，用M表示,式中A表示标准地震仪距震中100km纪录的最大水平地动位移，单位为微米。,2.震级与能量的关系,一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。,能量E的单位：尔格（1尔格=）,39,3.按震级的地震分类,微震-2级以下。人感觉不到,有感地震-2-4级人有感觉,破坏性地震-5级以上有破坏,强烈地震-7级以上有破坏,特大地震-8级以上有破坏,由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。,40,三、地震烈度,一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。,1.定义及影响因素,一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度，简称为烈度。用I表示。,2.地震烈度表,地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。,我国在1980年制定了中国地震烈度表。,中国地震烈度表将地震烈度分为1-12度。,41,四.基本烈度,一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。用Ib表示。,相当于475年一遇的最大地震的烈度。,各地区的基本烈度由中国地震动参数区划图（GB18306-2001)确定。,基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。,42,中国地震烈度区划图,43,按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度,规范规定：一般情况下，可采用中国地震动参数区划图中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。,五.设防烈度,设防烈度的取值依据：,规范规定：抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计,44,建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度，用Is表示。其超越概率为63.2%，重现期为50年。,六.多遇烈度,七.罕遇烈度,建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为2000年。,45,通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免人员死亡，减轻经济损失。,一、抗震设防目标和方法,1.总目标,具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗震设计方法实现。,第二节抗震设计基本要求,46,2.“三水准”抗震设防目标,小震不坏当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。,中震可修当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。,大震不倒当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。,47,我国地震烈度的概率分布符合极值型第一水准(众值烈度)：设计基准期为50年，众值烈度的超越概率为63.2%，基本烈度1.55度。第二水准(基本烈度)：50年超越概率为10%。第三水准(罕遇烈度)：50年超越概率为2%，基本烈度+1度。,48,3.“两阶段”抗震设计方法,第一阶段：,对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。,第二阶段：,对一些规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变形验算。,有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等,49,二、抗震设防范围,抗震设防烈度为6度及以上地区的所有新建建筑工程均必需进行抗震设计。,三、抗震设防依据,一般情况下采用抗震设防烈度。在一定条件下可采用抗震设防区划提供的地震动参数。,四、抗震设防分类及抗震设防措施,建筑抗震设计规范GB50011-2001中规定,1.抗震设防分类,50,51,2.抗震设防措施,抗震措施:除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。,抗震构造措施：一般不须计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。,在设防烈度为6度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。住宅除外。,52,根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程称为概念设计。,基本内容有三部分：,1.建筑设计应重视建筑结构的规则性；2.合理的建筑结构体系选择；3.抗侧力结构和构件的延性设计。,五.建筑抗震概念设计,53,54,平面不规则的类型,55,平面不规则的类型,56,竖向不规则的类型,57,2、结构体系的合理选择,抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。,规范规定：,A.结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。,受力明确、传力合理、传力路线不间断、抗震分析与实际表现相符合。,58,B.应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。,由于柱子的数量较少或承载能力较弱，部分柱子退出工作后，整个结构系统丧失了对竖向荷载的承载能力。,抗震设计的一个重要原则是结构应有必要的赘余度和内力重分配的功能。,59,为进一步增加双重抗侧力体系的抗震防线，可增设若干赘余构件，使这些赘余构件可以先达到破坏。,60,C.结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。,足够的承载力和变形能力是需要同时满足的。,有较大的变形能力而缺少较高的抗侧向力的能力如钢或钢筋混凝土纯框架，由于在不大的地震作用下会产生较大的变形，导致非结构构件的破坏或结构本身的失稳。,61,有较高的承载能力而缺少较大变形能力如不加约束的砌体结构，很容易引起脆性破坏而倒塌。,必要的承载能力和良好的变形能力的结合便是结构在地震作用下具有的耗能能力。,足够的承载力和变形能力是需要同时满足的。,62,3、结构构件的延性,结构的变形能力取决于组成结构的构件及其连接的延性水平。,规范对各类结构采取的抗震措施，基本上是提高各类结构构件的延性水平。,这些抗震措施是：,A.采用水平向（圈梁）和竖向（构造柱、芯柱）混凝土构件，加强对砌体结构的约束，或采用配筋砌体；使砌体在发生裂缝后不致坍塌和散落，地震时不致丧失对重力荷载的承载能力；,B.避免混凝土结构的脆性破坏（包括混凝土压碎、构件剪切破坏、钢筋同混凝土粘结破坏）先于钢筋的屈服；,C.避免钢结构构件的整体和局部失稳，保证节点焊接部位（焊缝和母材)在地震时不致开裂。,63,4、非结构构件,非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。,A.附着于楼、屋面结构上的非结构构件，应与主体结构有可靠的连接或锚固，避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备。,B.围护墙和隔墙应考虑对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。,C.幕墙、装饰贴面与主体结构应有可靠连接，避免地震时脱落伤人。,D.安装在建筑上的附属机械、电气设备系统的支座和连接，应符合地震时使用功能的要求，且不应导致相关部件的损坏。,64,场地和地基的破坏作用一般是指造成建筑破坏的直接原因是由于场地和地基稳定性引起的。,场地和地基的破坏作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。,这种破坏作用一般是通过场地选择和地基处理来减轻地震灾害的。,场地的地震动作用是指由于强烈地面运动引起地面设施振动而产生的破坏作用。,减轻它所产生的地震灾害的主要途径是合理的进行抗震和减震设计和采取减震措施。,六.场地、地基和基础,1.地震破坏作用,65,2.建筑场地的类别,场地土的类型,66,场地类别,场地覆盖层厚度的确定：,1.一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面；,2.当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的下卧土层，且下卧土层的剪切波速不小于400m/s时，可按地面至该下卧土层顶面的距离确定；,3.剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层；,4.土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。,67,工程地质条件对地震破坏的影响很大。,常有地震烈度异常现象,产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。,“重灾区里有轻灾，轻灾区里由重灾”,地段划分,3.建筑地段的选择,68,临近悬崖，容易滑落,谷地或低地，这里的建筑物容易在地震发生时，受土石崩塌破坏。,萨尔瓦多地震引发了一巨大的泥石流，数百户人家被埋在泥石里，估计有1200多人遇难,地裂,69,4.地基基础抗震设计,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。,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,70,1.液化现象与震害,处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实，使空隙水压力急剧上升，而在地震作用的短暂时间内，这种急剧上升的空隙水压力来不及消散，使原有土颗粒通过接触点传递的压力减小，当有效压力完全消失时，土颗粒处于悬浮状态之中。这时，土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性。这种现象称为液化。,液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。,场地土的液化与抗液化措施,71,抗液化措施,存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基,1）采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定土层中,2）采用深基础时，基础底面埋入深度以下稳定土层中,3）采用加密法（如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等）,4）挖除全部液化土层,72,73,74,1、“抗震设防烈度为6度地区的建筑物可按非抗震设防地区的建筑物计算和构造”的概念是否正确（）A正确B不正确C对甲类建筑不正确，但对乙、丙、丁类建筑正确D对甲、乙类建筑不正确，但对丙、丁类建筑正确,75,地震作用和结构抗震验算是建筑抗震设计的重要环节，是确定所设计的结构满足最低抗震设防安全要求的关键步骤。,由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确定性，以及结构和体形的差异等，地震作用的计算方法是不同的。可分为简化方法和较复杂的精细方法。,底部剪力法,振型分解反应谱法,时程分析法,静力弹塑性方法,第三节地震作用,一.概述,76,与各类型结构相应的地震作用分析方法,不超过40m的规则结构：底部剪力法,一般的规则结构：两个主轴的振型分解反应谱法,质量和刚度分布明显不对称结构：考虑扭转或双向地震作用的振型分解反应谱法,8、9度时的大跨、长悬臂结构和9度的高层建筑：考虑竖向地震作用,特别不规则、甲类和超过规定范围的高层建筑：一维或二维时程分析法的补充计算,77,二、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；,78,1.单自由度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。,结构在地震持续过程中经受的最大地震作用为,-集中于质点处的重力荷载代表值；,-重力加速度,-动力系