建筑抗震设计基本知识实用教案

1、第一节第一节 地震地震(dzhn)基本知识基本知识一、地震的类型一、地震的类型二、常用二、常用(chn yn)术语术语第1页/共34页第一页，共35页。一、地震一、地震(dzhn)的类型的类型v地震是由于地壳构造运动(岩层构造状态的变动)或其它原因而引起的地面振动的现象。 v地震按其成因(chngyn)可分为：火山地震，陷落地震和构造地震。v1. 火山地震由于火山爆发而引起的地震；v2. 陷落地震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；v3. 构造地震由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震。v 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

2、第2页/共34页第二页，共35页。二、常用二、常用(chn yn)术语术语1. 地震震级：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里氏震级，其原始定义为1935年由里克特(Richter)给出，即地震震级M为 M = logA 震级与震源释放能量的大小有关(yugun)，震级每差一级，地震释放的能量将差32倍。微震 小于2级的地震；有感地震 2 4级地震，人能感觉到;破坏性地震 5级以上地震，能引起不同程度的破坏；强烈地震 7级以上的地震。第3页/共34页第三页，共35页。2. 地震烈度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。 对于一次

3、地震，表示地震大小的震级只有一个； 随距离(jl)震中的远近不同，烈度就有差异。 评定地震烈度的标准就称为地震烈度表。绝大多数国家包括我国都采用分成12度的地震烈度表。3. 基本烈度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。4.设防烈度：建筑物抗震设防时采用的烈度。第4页/共34页第四页，共35页。v 地震(dzhn)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5页/共34页第五页，共35页。第二节第二节 抗震抗震(kngzhn)设计设计的基

4、本要求的基本要求一、建筑抗震设防一、建筑抗震设防(shfng)分类和设防分类和设防(shfng)标准标准二、抗震设防二、抗震设防(shfng)的目标的目标 三、抗震概念设计三、抗震概念设计第6页/共34页第六页，共35页。一、建筑一、建筑(jinzh)抗震设防分类抗震设防分类和设防标准和设防标准1. 抗震设防(shfng)类别 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(shfng)类别。2. 抗震设防(shfng)标准甲类建筑乙类建筑丙类建筑丁类建筑第7页/共34页第七页，共35页。二、抗震二、抗震(kngzhn)设防的目设防的目标标 v抗震设防的目标 三水准要求：

5、v 所谓的三水准抗震目标，可简单(jindn)的概括为：v1）小震不坏v2）中震可修v3）大震不倒第8页/共34页第八页，共35页。三、抗震三、抗震(kngzhn)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具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，作出判断，以便采取相应的措施。结构破坏机理的概念；力学概念；由震害、试验(shyn)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， 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。 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

6、计的重要组成部分。第9页/共34页第九页，共35页。1. 场地、地基和基础选择场地土的分类(fn li)场地的选择地基和基础选择2. 结构的平面和立面布置3. 结构体系的选择4. 抗震结构构件及其连接5. 非结构构件6. 材料选择和施工第10页/共34页第十页，共35页。第三节第三节 地震作用地震作用(zuyng)的计算的计算一、重力荷载代表值一、重力荷载代表值二、单质点弹性二、单质点弹性(tnxng)体系的地震作用体系的地震作用三、多质点弹性三、多质点弹性(tnxng)体系的地震作用体系的地震作用第11页/共34页第十一页，共35页。一、重力荷载一、重力荷载(hzi)代表值代表值v一般把各层

7、质量集中在楼层处，n n个楼层即形成n n个质 点 。 每 一 楼 面 ( l u ( l u m i n )m i n ) 标 高 位 置 的 重 量（称重力荷载代表值）由以下几部分组成：v 恒 荷 载 （ 本 层 楼 面(lu min)(lu min)结构及上、下各半层墙、柱）的全部；v 雪荷载的5050；v 一般楼面(lu min)(lu min)活荷载的5050，藏书库、档案库活荷载的8080。v简化后的计算简图如图，图中GiGi为第i i层质点的重力荷载代表值。第12页/共34页第十二页，共35页。1.1.单质点体系等高单层厂房、水塔等。该结构中参与振动的所有质量全部折算至顶部；墙、

8、柱视作一无重的弹性(tnxng)(tnxng)杆，这样就形成了一个单质点体系；该体系只作单向振动时，就成为一个单自由度体系。二、单质点二、单质点(zhdin)弹性体系的地弹性体系的地震作用震作用第13页/共34页第十三页，共35页。2.2.单质点弹性(tnxng)(tnxng)体系的地震作用式中：m、G 为单质点体系的质量及重量； g重力加速度； 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； 称为动力系数，表示质点加速度与地面加速度相比(xin b)的放大系数； 为地震影响系数，= k。GGkmgxSgxmSFaamax0max0 max0 x gxk/max0 max0/

9、xSa 第14页/共34页第十四页，共35页。3.3.计反应(fnyng)(fnyng)谱曲线 地震影响系数；地震影响系数；max max 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； Tg Tg 特征周期；特征周期； 曲线下降段衰减曲线下降段衰减(shui jin)(shui jin)指数；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；22阻尼调整系数阻尼调整系数第15页/共34页第十五页，共35页。4.4.单质点体系的地震(dzhn)(dzhn)作用计算方法l计算结构(jigu)(jigu)自振周期l由场地类别、设计地震分组查表,

10、,得场地特征周期Tg;Tg;l由设防烈度查表得水平地震影响系数最大值maxmax；l确定、1 1、2 2；l由T T、TgTg、maxmax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 FEK=g=mg FEK=g=mg。kmTmk/2/2,/第16页/共34页第十六页，共35页。三、多质点弹性体系三、多质点弹性体系(tx)的地震作用的地震作用1.1.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40m40m，以剪切变形为主，刚度与质量(zhling)(zhling) 沿高度分布比较均匀的建筑物，可采用底部

11、剪力法。 高度超过40m40m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(zhling)(zhling)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。第17页/共34页第十七页，共35页。 基本思想：按结构底部总剪力相等的原则，把多质点(zhdin)(zhdin)体系简化为单质点(zhdin)(zhdin)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(zhdin)(zhdin)。 适用条件：结构高度小于40m40m；沿高度方向质量及刚度分布比较均匀；以剪切变形为主（H/BH/B4 4）的高层建筑。3.

12、3.底部剪力法第18页/共34页第十八页，共35页。 计算方法基本自振周期T1T1、按反应(fnyng)(fnyng)谱曲线（T-T-）确定11；（地震影响系数最大值max max ；特征周期TgTg；曲线下降段衰减指数；直线下降段下降斜率调整系数11；阻尼调整系数22）计算底部剪力FEKFEK： FEK=1Geq FEK=1Geq （Geq=0.85GE=0.85Geq=0.85GE=0.85GiGi）FEKFEK分配给各质点：建筑为n n层时，各楼层处地震力为FiFi。顶部附加荷载FnFn近似考虑高振型影响。顶层等效地震力为Fn+Fn+FnFn。多质点体系的水平地震作用分布特点：当质量、刚

13、度沿高度分布较均匀（GiGjGiGj）时，FiFi与HiHi成正比。第19页/共34页第十九页，共35页。第四节第四节 结构结构(jigu)的自振周期的自振周期一、顶点位移法一、顶点位移法二、计算自振周期二、计算自振周期(zhuq)的经的经验公式验公式第20页/共34页第二十页，共35页。一. .顶点(dngdin)(dngdin)位移法v对于(duy)(duy)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：v vT T 结构顶点假想侧移：即把集中在各层楼面处的重量GiGi视为作用于i i层楼面的假想水平荷载，按弹性刚度计算得到的结构顶点侧移( (以m m为单位) )；

14、v0 0 基本周期的缩短系数：框架结构取0=0.60=0.60.70.7；v框架一剪力墙结构取0=0.70=0.70.80.8；剪力墙结构取000.9 0.9 1.0 1.0。TT017 . 1第21页/共34页第二十一页，共35页。二. .计算(j sun)(j sun)自振周期的经验公式v高层钢筋混凝土剪力墙结构v（高度为202050m50m，剪力墙间距为3 36m6m的住宅、旅馆类建筑物）v横墙间距较密时: T1: T1横=0.054n=0.054n；T1T1纵=0.04n =0.04n v横墙间距较疏时： T1 T1横=0.06n=0.06n；T1T1纵=0.05n=0.05nv v式

15、中：n n为建筑物层数；H H为建筑物总高度；B B为建筑物总宽度。 v钢筋混凝土框架(kun ji)(kun ji)、框架(kun ji)(kun ji)一剪力墙结构： v v 或 T1= T1=（0.07-0.090.07-0.09）n n v 式中：H H、B B、n n意义同前。31038. 004. 0BHT32100069. 033. 0BHT第22页/共34页第二十二页，共35页。第五节第五节 结构结构(jigu)的抗震验算的抗震验算一、荷载效应的基本组合一、荷载效应的基本组合 二、抗震验算的设计二、抗震验算的设计(shj)表达式表达式三、抗震变形验算三、抗震变形验算第23页/共

16、34页第二十三页，共35页。一、荷载效应的基本一、荷载效应的基本(jbn)组组合合 1.1.无地震作用组合：无地震作用组合： S=GSGK + QQSQK + WWSWk S=GSGK + QQSQK + WWSWk 式中式中: : S S 无地震组合时荷载效应组合的设计无地震组合时荷载效应组合的设计(shj)(shj)值；值； SGK SGK 永久荷载效应标准值；永久荷载效应标准值； SQk SQk 楼面活荷载效应标准值；楼面活荷载效应标准值； SWK SWK 风荷载效应标准值；风荷载效应标准值； G G、QQ、W W 分别为永久荷载、楼面活荷分别为永久荷载、楼面活荷载、载、 风荷载分项系数

17、；风荷载分项系数； Q Q、W W 分别为楼面活荷载和风荷载组合值分别为楼面活荷载和风荷载组合值系数。系数。第24页/共34页第二十四页，共35页。荷载分项系数应按下列规定采用：1)1)承载力计算时： 永久荷载的分项系数GG： 当其效应对结构不利时： 对由可变荷载效应控制的组合应取1.21.2； 对由永久荷载效应控制的组合应取1.351.35。 当其效应对结构有利时，应取1.01.0； 楼面活荷载的分项系数QQ： 一般情况(qngkung)(qngkung)下应取1.41.4； 风荷载的分项系数WW：应取1 14 4。2)2)位移计算时： 公式中各分项系数均应取1.01.0。第25页/共34页

18、第二十五页，共35页。 楼面活荷载和风荷载组合(zh)(zh)值系数QQ、WW： 当永久荷载效应起控制作用时应分别取0.70.7和0.00.0； 当可变荷载效应起控制作用时应分别取1.01.0和0.60.6或 0.7 0.7和1.01.0； 对书库、档案库、储藏室、通风机房和电梯机房，本条楼面活荷载组合(zh)(zh)值系数取0.70.7的场合应取为0.900.90。 第26页/共34页第二十六页，共35页。2.有地震作用有地震作用(zuyng)组合时：组合时： SE= GSGE+EhSEhk+EvSEvk+WWSWk式中：式中： SE荷载效应和地震作用效应组合的设计值；荷载效应和地震作用效应

19、组合的设计值； SGE重力荷载代表值的效应重力荷载代表值的效应重力荷载代表重力荷载代表值包括下列荷载：值包括下列荷载：100自重标准值，自重标准值，50雪雪荷载标准值，荷载标准值，5080楼面活荷载楼面活荷载(在书库及在书库及档案库中取档案库中取80楼面活荷载楼面活荷载)； SEhk水平地震作用标准值的效应，尚应乘水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大以相应的增大(zn d)系数或调整系数；系数或调整系数； SEvk竖向地震作用标准值的效应，尚应乘竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大以相应的增大(zn d)系数或调整系数；系数或调整系数； G重力荷载分项系数；重力荷载分项系数；

20、W风荷载分项系数；风荷载分项系数； Eh水平地震作用分项系数；水平地震作用分项系数； Ev竖向地震作用分项系数；竖向地震作用分项系数； W风荷载的组合值系数，应取风荷载的组合值系数，应取0.20 第27页/共34页第二十七页，共35页。v有地震作用效应组合时，荷载效应和地震作用效应的分项系数应按下列规定采用：v1) 1) 承载力计算时，分项系数应按下表采用。当重力荷载效应对结构承载力有利时，表中GG不应大于1.01.0。v2) 2) 位移(wiy)(wiy)计算时，公式中各分项系数均应取1.01.0。第28页/共34页第二十八页，共35页。第29页/共34页第二十九页，共35页。按极限状态(z

21、hungti)(zhungti)设计的要求，各种构件承载力验算的一般表达式为：不考虑地震作用的组合时 0SR 0SR 考虑地震作用的组合时 SERE/RE SERE/RE 式中：S S、SESE构件内力； R R、RERE不考虑抗震及考虑抗震时构件承载力设计值。 地震作用下，构件承受反复作用力及变形，承载力RERE要降低， 0 0 结构重要性系数，可按结构的重要程度( (即安全等级) )分别取1.11.1、1.01.0、0.90.9； 抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数； RE RE 承载力抗震调整系数，考虑到地震作用的偶然性与短时性，对承载能力作相应的调整，按下表采用。二、抗震验算二、抗震验算(yn sun)的设计表达的设计表达式式第30页/共34页第三十页，共35页。三、抗震变形三、抗震变形(bin xng)验算验算1)1)正常使用条件下的结构水平位移，按风荷载(hzi)(hzi)和地震作用，用弹性方法计算。2)2)以楼层层间最大位移与层高h h之比作为限制条件，即：/h/ h/h/ h高度为250m250m及250m250m以上的高层建筑，楼层层间最大位移与层高之比的限值为1 1500500。高度150m150m及150m150m以下的高层建筑楼层层间最大位移与层高之比不宜大于下表的