荷载与结构设计方法 第4章 地震作用

荷载与结构设计方法第4章地震作用适用：土木工程本科《荷载与结构设计方法》课程，对应GB50011《建筑抗震设计规范》4.1地震基础知识4.1.1地震成因与类型构造地震：地壳板块发生断裂错动，释放能量，占地震总数90%以上，工程抗震主要研究对象。火山地震、塌陷地震、诱发地震：影响范围小，一般不做重点考虑。基本术语震源：岩层发生断裂、释放地震能量的位置。震中：震源在地面上的投影点。震源深度：震源到地面的垂直距离。浅源地震（＜70km）对建筑破坏最严重。震级M：衡量地震本身释放能量大小，一次地震只有一个震级（里氏震级）。烈度I：某一地点地面受到的影响和破坏程度，同一地震，不同地点烈度不同。✅考点区分：震级是地震本身能量；烈度是场地破坏程度。4.1.2地震波体波（在地球内部传播）P波（纵波）：压缩波，速度最快，上下颠簸，破坏小。S波（横波）：剪切波，速度次之，左右摇晃，破坏大。面波（沿地表传播）：体波到达地表后激发，速度最慢，振幅最大，造成建筑主要破坏。地震时先感受到上下颠（P波），稍后左右晃（S波、面波），这就是地震预警原理。4.1.3建筑抗震设防基本概念抗震设防目标（三水准）小震不坏：多遇地震，结构不受损坏或不需修理可继续使用。中震可修：设防烈度地震，结构可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。大震不倒：罕遇地震，结构不发生倒塌或危及生命的严重破坏。两阶段设计第一阶段：多遇地震下，进行承载力和弹性变形验算，满足“小震不坏”；第二阶段：罕遇地震下，进行弹塑性变形验算，满足“大震不倒”。设防烈度：作为抗震设计依据的地震烈度；多遇地震（小震）：比设防烈度低约1.55度；罕遇地震（大震）：比设防烈度高约1度。4.2场地与地基4.2.1场地类别划分根据等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类场地。Ⅰ类：坚硬场地；Ⅳ类：软弱场地。

场地越软，地震动放大效应越明显，周期长的建筑地震作用增大。4.2.2不利地段与有利地段有利：稳定岩石、密实碎石土；不利：液化土、软弱土、边坡、古河道、地形突变；

地基土液化：饱和砂土/粉土在地震作用下，孔隙水压力上升，土颗粒悬浮，丧失抗剪强度。液化危害：地基沉降、不均匀沉降、滑移，造成建筑倾斜倒塌。判别分两步：初步判别+标准贯入试验判别。4.3地震作用计算基本原理地震作用本质：结构在地震地面运动下产生的惯性力，不是直接施加在结构上的外力。

F=ma

m：结构质量；a：结构加速度反应。4.3.1反应谱法（规范主流方法）地震反应谱：给定阻尼比下，单自由度体系在地震动作用下，最大反应（加速度、速度、位移）随自振周期T变化的曲线。影响反应谱形状的因素：场地类别；设计地震分组；阻尼比。设计地震分组：反映震中距远近，分为第一、二、三组，影响特征周期Tg4.3.2单自由度体系水平地震作用（底部剪力法基础）FFEkα：地震影响系数；Geq地震影响系数α曲线五段：T＜0.1s：直线上升段；0.1s≤T≤Tg：水平段，α=Tg5TT＞6.0s：另行研究。αmax：地震影响系数最大值，和设防烈度、地震类型（多遇/罕遇）有关。

T重力荷载代表值：永久荷载标准值+可变荷载组合值（活荷载乘以组合系数），地震计算不用全部活荷载。4.4底部剪力法（重点，计算题高频考点）适用条件：高度不超过40m、以剪切变形为主、质量和刚度沿高度分布均匀的建筑。计算步骤计算各层重力荷载代表值Gi求结构等效总重力荷载：Geq确定αmax,T结构总水平地震作用：

F顶部附加地震作用：当T>1.4Tg，需要考虑顶部附加水平地震作用各质点分配地震作用：

Fi=GHi：质点i距基础底面高度；δ物理意义：长周期结构地震作用会集中在顶部，所以附加一项。4.5振型分解反应谱法适用：高度＞40m、刚度质量分布不均匀，不能用底部剪力法的结构。

原理：把多自由度体系振动分解成多个振型，分别计算每个振型地震作用，再用平方和开根号（SRSS）或完全二次型组合（CQC）组合各振型效应。SRSS：各振型频率相差较大；CQC：振型密集、耦合（高层建筑常用）。振型：结构固有的振动形态，多质点有多个振型；第一振型为主振型。4.6时程分析法（补充）属于直接动力分析方法：输入地震加速度时程曲线，一步步积分求解结构随时间的内力变形。

适用：特别不规则、甲类建筑、大跨度结构；作为振型分解法的补充验算。

输入不少于2条天然波+1条人工模拟地震波。4.7竖向地震作用8度（0.20g、0.30g）、9度时，大跨度结构、长悬臂构件、高层建筑要考虑竖向地震；竖向地震影响系数取水平地震影响系数的65%；竖向地震作用采用类似于底部剪力法的方式分配。4.8地震作用组合承载力极限状态表达式：

S=γGγEψw：风荷载组合值系数；

本章核心简答题（考试常考）震级和烈度的区别？抗震设防三水准、两阶段设计是什么？什么是地震影响系数曲线，各段含义？底部剪力法适用条件，什么时候要加顶部附加地震作用？什么是地基土液化，危害？地震作用为什么是惯性力？典型计算题思