结构抗震验算.ppt

工程抗震原理priciplesofseisecengineering，土木工程专业本科专业课程，主要内容，第一章工程抗震基础知识第二章用地和基础抗震原理第三章建筑构造抗震原理第六章桥梁构造抗震原理第七章工程构造抗震控制原理， 第三章建筑结构抗震原理1概要2单自由度系地震反应分析3单自由度系地震反应分析4多自由度系地震反应分析5地震分析振型分解反应谱法6水平地震作用的底剪力法7扭转水平地震作用8结构垂直地震作用9建筑结构抗震管理10结构自振周期和频率的实用计算方法11工程结构地震反应的时间分析方法12地基考虑到结构动力相互作用效果，第三章建筑结构抗震原理1概要2单自由度系统地震反应分析3单自由度系统地震反应分析4多自由度系统地震反应分析5地震分析振型分解反应谱法6水平地震作用的底剪力法7扭转水平地震作用8结构垂直地震作用9建筑结构抗震管理10结构自振周期和频率的实用计算方法11工程结构地震反应的时间分析方法考虑12地基和结构动力相互作用效果，9建筑结构抗震管理，建筑抗震设计规范“小地震不坏，中地震可以修理，大地震不倒塌”的抗震设计目标，通过三水平的防治和两阶段的抗震设计实现。 第一阶段的设计是地震作用下构件的抗震承载力管理和结构弹性变形管理，抑制抗震建设地震作用下的变形管理，满足第一、第二层次的抗震建设要求，保证“小地震不坏，中地震可以修复”的第二阶段的设计是未遇地震结构弱部分的弹塑性变形管理，采取相应的结构措施9建筑结构抗震管理，9.1地震作用和计算方法1 .地震作用的考虑是，地震时地面运动有双向的水平运动和垂直运动，结构的水平振动和垂直振动的结构体型复杂，性质和刚心不一致时，地面的水平运动会引起结构的扭转振动。 因此，建筑抗震设计规范应按以下原则考虑各种建筑结构的地震作用： (1)一般允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用进行抗震管理，各方向的水平地震作用应由该方向的反侧力构件承担，9建筑结构抗震管理，(2) 有斜交抗侧力构件结构，交叉角度大时，必须计算各抗侧力构件方向的水平地震作用，(3)质量和刚性分布明显不对称的结构，必须考虑双向水平地震扭曲的影响，其他情况下， 应允许调整地震作用效应的方法计算扭转的影响(4)8度和9度时的跨度结构和长悬臂梁结构和9度时的高层建筑，应计算垂直地震作用。 9建筑结构抗震管理，2 .抗震计算方法确定目前的抗震计算方法主要有三种：适用于各种工程结构的模态分解反应谱法和时间分析法，以及适用于某些结构的各种简化方法。 高度在40m以下，以剪切变形为主，质量和刚度沿高度分布的比较均匀的结构和接近单点体系的结构，应采用底部剪切力法等简化方法。 上述以外的建筑结构应采用振型分解反应谱法特别不规则的建筑、甲类建筑和下表所示高度范围的高层建筑，应采用时间分析法进行地震补充计算，取多个时间曲线计算结果的平均值和振型分解反应谱法计算结果的较大值。 9建筑结构抗震管理在采用时间分析法时，应根据建筑场所的种类和设计地震的组合，选择两组以上的实际地震记录和一组人工模拟的加速度时间曲线，其平均地震影响系数曲线与振动分解反应谱法采用的地震影响系数曲线统计一致，其加速度时间的最大值可采用如下表所示。9建筑结构抗震管理、弹性时间分析时，各时间曲线计算得到的结构底部剪力不得低于模态分解反应谱法计算结果的80%。 平面不规则类型，工程结构抗震设计原理，11/192，9，9建筑结构抗震管理，平面不规则类型，工程结构抗震设计原理，12/192，9建筑结构抗震管理，纵向不规则类型，工程结构抗震设计原理，13/192， 9、9建筑结构抗震管理，纵向不规则类型，工程结构抗震设计原理，14/192，9，9建筑结构抗震管理合理的建筑结构体系选择抗震结构体系是抗震设计应考虑的重要问题，结构方案选择合理与否对安全性和经济性具有决定性作用。 规范规定：1.结构体系应具有明确的计算图和合理的地震作用传递途径。 受力明确，传动力合理，传动路线不断，抗震分析与实际表现一致。 9建筑结构抗震管理，9建筑结构抗震管理，建筑结构规律和不规则划分表明，建筑结构体型(平面和立面形状)是否简单，抗侧力体系刚度和承载力上下变化是否连续，是否均匀，平面布置是否大致对称等。 对平面不规则型、九层建筑结构抗震管理、纵向不规则型、九层建筑结构抗震管理、不规则建筑结构，应按照以下要求进行水平地震作用计算和内力调整，对脆弱部分采取有效的抗震结构措施： (1)平面不规则纵向规则建筑结构， 应采用空间结构计算模型，满足以下要求： (1)不规则扭转时，考虑计算和扭转的影响，楼层纵向构件的最大弹性水平位移和层间位移分别不得超过楼层两端水平位移和层间位移平均值的1.5倍凹凸不规则或楼层部分不连续时，楼层平面9建筑结构抗震管理，(2)平面规律中垂直不规则的建筑结构应采用空间结构计算模型，其弱层地震剪应力乘以1.15的增大系数，按照以下关系规定进行弹塑性变形分析，满足以下要求：垂直抗力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震应力为1 楼层承载力突变时，弱楼层承载力结构的剪切承载力不得小于相邻楼层的65%。 (3)平面不规则且垂直不规则的建筑结构应同时满足上述(1)、(2)项的规定。 9、建筑结构抗震管理，9.2重力荷载代表值为建筑结构抗震设计中，荷载代表值为设计时考虑荷载变动而给出的规定大小。 设计建筑结构时，每个载荷必须采用不同的代表值。在抗震设计中，计算地震作用的基准值，计算结构构件的地震作用效果与其他载荷效果的基本组合时，作用于结构的重力载荷采用重力载荷代表值，通过下式计算：9建筑结构抗震管理，式中， ge-重力载荷代表值GK-构造或构件自重基准值Qki构造或构件的第I个可变载荷基准值ei -第I个可变载荷的组合系数根据地震时的相遇概率决定，参照下表： 9建筑构造抗震管理、9.3建筑构造抗震强度管理建筑构造构件的截面抗震管理， 应采用地震作用效应与其他载荷效应的基本组合，用下式计算：式中s-结构构件内力(弯矩、轴向力和剪力)组合的设计值； g-重力荷载分区系数一般应采用1.2，如果重力荷载效应有利于构件承载力，则不得超过1.0，9建筑结构抗震管理，Eh地震水平作用分区系数根据下表采用Ev垂直地震作用分区系数， 根据下表采用w-风荷载部分系数，采用1.4的SGE重力荷载的代表值的效果，起重机时尚中应包含吊物的重力基准值的效果的SEhk水平地震的作用基准值的效果，必须乘以相应的增加系数或调整系数，9建筑结构抗震管理， SEvk垂直地震作用基准值的效应应乘以相应的增加系数或调整系数的Swk风荷载基准值的效应w风荷载组合值系数，一般结构为0.0，风荷载发挥控制作用的高层建筑可采用0.2。 9建筑结构抗震管理由于地震影响系数在长周期下降，与基本周期为3.5s以上的结构相比，计算出的水平地震结构效应可能过小。 在长周期结构中，地震动态作用下的地面运动速度和位移可能对结构的破坏有很大影响，但模态分解反应谱法尚不可估计。 为了安全起见，建筑抗震设计规范规定在抗震管理的情况下，结构的哪一层的水平地震剪力应当满足以下规定：9建筑结构抗震管理，式中，VEki第I层对应于水平地震作用的基准值的层剪力gi-i层的重力载荷表示值-剪力系数小于下表规定的层的最小地震剪力系数的值纵向不规则结构的弱层还要乘以1.15的增加系数。 注： (1)基本周期在3.5s和5.0s之间的构造，可以插入值取得(2)括号内的数值，用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。 9建筑结构抗震管理、结构构件截面抗震管理，式中r-结构构件承载力设计值应按现行有关规范规定计算。 RE承载力抗震调整系数，除另有规定外，仅计算下表所采用的垂直地震作用时，各结构构件的承载力抗震调整系数应采用1.0。 9建筑结构抗震管理、9建筑结构抗震管理、9.4建筑结构抗震变形管理建筑结构抗震变形管理包括地震造成的结构弹性变形管理和少见的地震造成的结构弹塑性变形管理。 前者是第一阶段的抗震设计内容后者是第二阶段的抗震设计内容。 9建筑结构抗震管理，1 .多遇地震下的结构弹性变形管理是多遇地震，主体结构一般处于弹性状态。 弹性变形过大时，非结构部件(包括围墙、隔墙、内部装饰等)被过度破坏。因此，必须对下表所示各种结构进行地震引起的抗震变形管理，其楼层内的最大弹性层间位移应满足下式的要求：式中，e弹性层间位移角的限制值计算应如下表所示采用的h-层高，9建筑结构抗震管理， ue在计算地震作用基准值产生的楼层内最大弹性层间位移时，在以弯曲变形为主的高层建筑之外，在不减去整个构造的弯曲变形的情况下，应计算扭曲变形的各作用区系数为1.0的钢筋混凝土构件的截面刚性可以采用弹性刚性。 9建筑结构抗震管理，2 .少数地震中的结构弹塑性变形管理因为少数地震中地面运动加速度的峰值是少数地震的46倍，所以少数地震中处于弹性阶段的结构在少数地震中必定进入弹塑性阶段，结构接近或屈服。 进入屈服阶段后的结构没有多大的强度储备，为了抵抗地震的持续作用，结构要求较高的延展性，发展塑性变形消耗了地震输入能量，结构变形能力不足的话一定会倒塌。 经过第一阶段的抗震设计，构件具有必要的延性，许多结构可以满足少数地震不倒塌的要求，但对于某些特定条件下的结构，必须计算少数地震下的弹塑性变形，即进行第二阶段的抗震设计，弹塑性变形低于某些限制值，结构不倒塌9建筑结构抗震管理，建筑抗震设计规范规定对以下结构进行弹塑性变形管理： (1)8度，类场地和9度时，高单层钢筋混凝土柱现场横向排架(2)79度楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构(3)采用隔震和消能减震设计的结构(4)甲类建筑9在建筑结构抗震管理的同时，规定对下列结构进行弹塑性变形管理： (1)在下表所示的高度范围内，满足上表所示纵向不规则类型的高层建筑结构；(2)7度、类场地和8度乙类建筑中的钢筋混凝土和钢结构；(3)板柱抗震墙结构和底框砖房(155 ) 9建筑结构抗震管理、结构遭遇地震时脆弱层(部位)的弹塑性变形计算，可采用以下方法： (1)12层以下，层刚性无突变的钢筋混凝土框架结构、单层钢筋混凝土柱现场、下述简单的计算方法(2)、(1)以外的建筑结构， 可采用静力弹塑性分析方法和弹塑性时间分析法等(3)规则结构可采用弯曲断层模型或平杆模型，与前表所列平面垂直的不规则结构应采用空间结构模型。 9建筑结构抗震管理、弹塑性层间位移角限值、 第三章建筑结构抗震原理1概要2单自由度系地震反应分析3单自由度系地震反应分析4多自由度系地震反应分析5地震分析振型分解反应谱法6水平地震作用的底部剪切法7扭转水平地震作用8结构垂直地震作用9建筑结构抗震管理10结构自振周期和频率的实用计算方法12地基与结构动力的相互作用效果， 10采用自振周期和频率的实用计算方法、振分反应谱法计算水平地震作用所需的多个自振周期/频率的底部剪切法计算水平地震作用时，也需要知道结构的基本周期/频率，因此计算与多质点系统的自振周期/频率相对应的模向量是工程结构抗震设计的基础。 本节中，多质点系基频的能量法，能量平衡的原理，即无衰减的弹性系统自由振动时，其总能量(变形能和动量之和)随时都不变。另一方面，能量法(求出基本频率)系统在I模式下为自由振动，t时刻的位移以速度为动能，能量为最大动能的能量保存为能量保存，具有10自振周期和频率实用计算方法，通常将重力作为载荷引起的位移代入上式，求出基本频率的近似值10自振周期和频率实用计算方法，解：(1)计算各层间剪切力，(2)计算各层水平位移，(3)计算基本周期，使用10自振周期和频率实用计算方法，10自振周期和频率实用计算方法，*能量法求出图像结构的基本周期， 解：各楼层的重力载荷为以各楼层的重力载荷为水平力产生的楼层剪切力：10自振周期和频率实用计算方法，以楼层重力载荷为水平力产生的楼层水平位移为：基本周期：与精密解T1=0.433s的相对误差为-2%。 二、自振周期的经验公式，可以根据实测统计，忽略填充墙的布置、质量分布的差异等，在初步设计时按以下公式进行估计。 (1)高度不到25m，有很多填充墙框架办公楼、宾馆的基本周期。 (2)高度不足50m的钢筋混凝土框架-抗震墙结构的基本周期，H-房屋总高度； B-考虑的方向房屋总宽度。 (3)高度不足50m规则钢筋混凝土抗震墙结构的基本周期；(4)高度不足35m的工业钢筋混凝土框架现场基本周期(3)钢筋混凝土抗震墙或筒中筒结构；(4)钢与钢筋混凝土混合结构；(5)高层钢结构，10自振周期和频率的实用计算方法； 第三章建筑结构抗震原理1概要2单自由度系地震反应分析3单自由度系地震反应分析4多自由度系地震反应分析5地震分析振型分解反应谱法6水平地震作用的底剪力法7扭转水平地震作用8结构垂直地震作用9建筑结构抗震管理10结构自振周期和频率的实用计算方法11