建筑工程抗震設(shè)計(jì)原理和方法.ppt

建筑工程抗震設(shè)計(jì)原理和方法,一、概述,（一）震級(jí)和地震烈度,1.震源震源深度 震中震中距 淺源地震(60km) 中源地震(60km300km) 深源地震(300km),2.震級(jí)反映地震能量大小指標(biāo)，每次地震只有一個(gè)震級(jí),3.地震烈度一次地震后，地震區(qū)的地表面和各類建(構(gòu)) 筑物遭受破壞程度、人的感受狀況等因素宏觀確定。它與震級(jí)、震源深度、震中距、傳播介質(zhì)和場(chǎng)地條件有關(guān)。,一、概述,I=0.92+1.63M-3.49lgR 式中 I某地地震烈度； M震級(jí)； R某地的震中距。,（一）震級(jí)和地震烈度,一、概述,4.地震基本烈度50年超越概率為10%地震烈度，相當(dāng)于475年一遇的烈度值。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖GB18306-2001給出地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)與地震基本烈度對(duì)照表,（一）震級(jí)和地震烈度,一、概述,（一）震級(jí)和地震烈度,5.抗震設(shè)防烈度按國(guó)家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度，又稱“偶遇地震”。,6.多遇地震50年超越概率為63%的地震動(dòng)參數(shù)(比設(shè)防烈度低1.55度),7.罕遇地震50年超越概率為2%3%的地震動(dòng)參數(shù)(比設(shè)防烈度高1度),一、概述,（一）震級(jí)和地震烈度,水平地震影響系數(shù)最大值 max,注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g和0.3g,一、概述,（二）地震動(dòng)三要素,1.震幅一般指加速度波、速度波和位移波的峰值大小,2. 頻譜地震波是各種頻率波的集成，可按頻率高低分解出一系列波，每次地震的波均不相同，而傳播到地震影響區(qū)的地震波也各不相同。低頻、中頻或高頻為主。,一、概述,（二）地震動(dòng)三要素,3. 持時(shí)地震最激烈一段的持續(xù)時(shí)間，與震級(jí)與震中距和場(chǎng)地條件有關(guān)。震級(jí)大持時(shí)長(zhǎng)，震級(jí)相同但持時(shí)長(zhǎng)的建筑物破壞重。目前給出的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜還未反應(yīng)持時(shí)的因素。但采用時(shí)程分析法進(jìn)行彈性或彈塑性計(jì)算時(shí)，其地震記錄和人工模擬加速度時(shí)程曲線可考慮持時(shí)的影響。,一、概述,（三）地震小區(qū)別,一般針對(duì)一個(gè)城市、廠區(qū)或一個(gè)重點(diǎn)工程場(chǎng)地，用1/10000或1/50000的比例尺給出區(qū)域的地震動(dòng)參數(shù)、土層液化（或震陷）斷裂活動(dòng)性和分布、滑坡和崩塌等研究成果。 全國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，400萬(wàn)分之一。,一、概述,（三）地震小區(qū)別,1.地震危險(xiǎn)性分析 一般以200km300km為半徑，對(duì)小區(qū)周圍的地震背景資料(歷史地震、地震地質(zhì)構(gòu)造、區(qū)域地質(zhì)等)，把地震事件及其作用看作是隨即事件，用概率理論進(jìn)行分析，給出不同時(shí)段內(nèi)不同超越概率的地震動(dòng)參數(shù)(加速度峰值及其反應(yīng)譜等),2.場(chǎng)地地震反應(yīng)分析 前者給出的是小區(qū)基巖的地震動(dòng)參數(shù)，根據(jù)小區(qū)內(nèi)的不同工程地質(zhì)條件（覆蓋層厚度、不同土層的土性和分布、地下水深度等），按一維或二維模型計(jì)算場(chǎng)地地面的地震反應(yīng)，即給出地面地震動(dòng)參數(shù)。,二、抗震計(jì)算理論和方法,（一）抗震設(shè)計(jì)理論,1.靜力理論 1900年，日本大森房吉教授提出：地震時(shí)，結(jié)構(gòu)的各部分的水平加速度峰值m均相等。,式中：m結(jié)構(gòu)的質(zhì)量； G結(jié)構(gòu)的重量； g重力加速度； k地震系數(shù)，日本稱為“震度”； F地震荷載，現(xiàn)稱”地震作用“。,二、抗震計(jì)算理論和方法,（一）抗震設(shè)計(jì)理論,1.靜力理論 該方法又稱為“震度法”，適用絕對(duì)剛性結(jié)構(gòu)，少數(shù)國(guó)家的設(shè)計(jì)規(guī)范仍采用。 我國(guó)工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范TJ11-78的豎向地震作用計(jì)算采用靜力法。 現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2001的長(zhǎng)懸臂和其他大跨度結(jié)構(gòu)的豎向地震作用，仍采用78規(guī)范的靜力法。 計(jì)算出地震荷載后，按靜力學(xué)原理計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。,二、抗震計(jì)算理論和方法,（一）抗震設(shè)計(jì)理論,2. 準(zhǔn)動(dòng)力理論(反應(yīng)譜理論) 20世紀(jì)20年代提出，50年代美國(guó)加州建議的抗側(cè)力要求正式采用該方法。 我國(guó)于1964年在地震區(qū)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中首次應(yīng)用，并給出4類場(chǎng)地上的相應(yīng)反應(yīng)譜。 現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法。,3. 動(dòng)力理論 兩個(gè)分支 隨機(jī)振動(dòng)輸入隨機(jī)波(地震波) 確定性振動(dòng)輸入諧波 時(shí)程分析法 動(dòng)力反應(yīng)線性分析 動(dòng)力反應(yīng)非線性分析,二、抗震計(jì)算理論和方法,（一）抗震設(shè)計(jì)理論,不規(guī)則結(jié)構(gòu)甲類以及表中規(guī)定的建筑進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算,二、抗震計(jì)算理論和方法,（一）抗震設(shè)計(jì)理論,3. 動(dòng)力理論 加速度時(shí)程曲線的選用 至少有2組實(shí)際強(qiáng)震記錄和1組人工模擬波 每組水平二向和豎向，共3條波 平均地震影響系數(shù)曲應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符。,二、抗震計(jì)算理論和方法,（一）抗震設(shè)計(jì)理論,3. 動(dòng)力理論 （1）場(chǎng)地類別() （2）設(shè)計(jì)地震分組（Tg） （3）峰值加速度 max （4）時(shí)間步長(zhǎng)（t=0.1s ） （5）持時(shí)（15s45s）,二、抗震計(jì)算理論和方法,（二）地面運(yùn)動(dòng)反應(yīng)譜,“譜” 將包含有復(fù)雜成分的東西，分解成單純的成分 按特征值大小一次排列形成的圖形如光譜、頻譜,1.設(shè)計(jì)反應(yīng)譜 單質(zhì)點(diǎn)體系 結(jié)構(gòu)阻尼比0.05 彈性結(jié)構(gòu) （1）用每條地震記錄，均可改變結(jié)構(gòu)基本自振周期和阻尼比，計(jì)算加速度、速度、位移反應(yīng)最大值，如下圖所示。,二、抗震計(jì)算理論和方法,(2)構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，選用M5級(jí)的地震記錄515條。用連續(xù)的場(chǎng)地指數(shù)、周期T計(jì)算出加速度最大值(圖3.2.4)，又稱(T)譜。,二、抗震計(jì)算理論和方法, m：7度0.1，8度0.2，9度0.4,動(dòng)力系數(shù)最大值m與Tm關(guān)系統(tǒng)計(jì)表,二、抗震計(jì)算理論和方法,不同場(chǎng)地的m是相近的，平均值為2.25 由mm 7度 m=km=0.12.250.23，0.152.250.34 8度 m=k m=0.22.250.45，0.302.250.68 9度 m=k m=0.42.250.90,二、抗震計(jì)算理論和方法,多遇地震(50年超越概率63%)為設(shè)防烈度降低1.55度，即設(shè)防烈度乘以平均結(jié)構(gòu)影響系數(shù)(c)0.33后的烈度值 7度 m =0.330.12.250.08，0.330.152.250.12 8度 m =0.330.22.250.16，0.330.302.250.24 9度 m =0.330.42.250.32,二、抗震計(jì)算理論和方法,（三）結(jié)構(gòu)地震估用計(jì)算方法的演變,1. 78規(guī)范 (工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范TJ11-78) “小震不壞，大震不倒” 7度9度 三類場(chǎng)地,二、抗震計(jì)算理論和方法,式中 Pi適用于i質(zhì)點(diǎn)的水平地震荷載； P底部剪力（總地震荷載）； C結(jié)構(gòu)影響系數(shù)，鋼結(jié)構(gòu)為0.25，R.C結(jié)構(gòu)為0.3，無(wú)筋磚結(jié)構(gòu)為0.45； 1結(jié)構(gòu)基本自振周期T1的地震影響系數(shù)； W產(chǎn)生地震荷載的總重量。,二、抗震計(jì)算理論和方法,脆性結(jié)構(gòu)=1 塑性結(jié)構(gòu)1 一般磚結(jié)構(gòu)=23 一般R.C結(jié)構(gòu)=4 一般S結(jié)構(gòu)=3.5,令A(yù)1A0A0=A0A220,二、抗震計(jì)算理論和方法,（三）結(jié)構(gòu)地震估用計(jì)算方法的演變,2. 89和2001規(guī)范 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ11-89和GB50011-2001 “小震不壞，中震可修，大震不倒” 6度9度 抗震設(shè)防類別：甲、乙、丙、丁四類,二、抗震計(jì)算理論和方法,抗震設(shè)防烈度和設(shè)計(jì)基本地震加速度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系,水平地震影響系數(shù)最大值,二、抗震計(jì)算理論和方法,特征周期設(shè)計(jì)地震分組（三組),二、抗震計(jì)算理論和方法,反應(yīng)譜的結(jié)構(gòu)自振周期由3.5s6s 阻尼比不等于0.05時(shí)， 值進(jìn)行修正。 強(qiáng)制性條文 水平地震作用,二、抗震計(jì)算理論和方法,式中 FEk結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值； 1相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù) Geq結(jié)構(gòu)總重力荷載，單質(zhì)點(diǎn)100%總重力荷載代表值，多質(zhì)點(diǎn)85% Fi質(zhì)點(diǎn)i水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值 n頂部附加地震作用系數(shù)，根據(jù)Tg取值不同,二、抗震計(jì)算理論和方法,抗震變形驗(yàn)算 （1）多遇地震作用下的彈性層間位移驗(yàn)算 ue=e,彈性層間位移角限值,二、抗震計(jì)算理論和方法,抗震變形驗(yàn)算 （2）罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性變形驗(yàn)算 up=ph,彈塑性層間位移限值,二、抗震計(jì)算理論和方法,3 2001規(guī)范增加“多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋”一條,高寬比限制,最大高度限制（m）,二、抗震計(jì)算理論和方法,（四）強(qiáng)制性條文（部分）,所有建筑均按重要性劃分：甲、乙、丙、丁四類 四類建筑的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 場(chǎng)地的選擇：甲、乙類嚴(yán)禁建在危險(xiǎn)地段，丙類不應(yīng)建在危險(xiǎn)地段；對(duì)不利地段，應(yīng)提出避開(kāi)要求；當(dāng)無(wú)法避開(kāi)時(shí)應(yīng)采取有效措施。 結(jié)構(gòu)體系（第3.5.2條和第3.5.4條） 有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途經(jīng) 避免因部分構(gòu)件或結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或承重能力,二、抗震計(jì)算理論和方法,必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力 對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取提高抗震能力的措施 砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)按規(guī)定設(shè)置RC圈梁和構(gòu)造柱、芯柱，或采用配筋砌體等 混凝土預(yù)制裝配式樓、屋蓋，應(yīng)從樓蓋體系和構(gòu)造上采取保證各預(yù)制板之間連接的整體性,5非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、樓梯間的非承重墻體，應(yīng)與主結(jié)構(gòu)可靠連接或錨固,二、抗震計(jì)算理論和方法,6.材料性能指標(biāo) 燒結(jié)磚不應(yīng)低于MU10，砂漿不應(yīng)低于M5 混凝土、砌塊不應(yīng)低于MU7.5，砂漿不應(yīng)低于M7.5 一級(jí)RC框架不應(yīng)低于C30，構(gòu)造柱(240180) 、芯柱(120120)不應(yīng)低于C20 一、二級(jí)框架，縱向受力鋼筋強(qiáng)屈度比不應(yīng)小于1.25 實(shí)測(cè)的屈強(qiáng)(標(biāo)準(zhǔn)值)比不應(yīng)大于1.3 鋼筋最大拉力下的總伸長(zhǎng)率實(shí)測(cè)值不應(yīng)小于9% 鋼材屈強(qiáng)比實(shí)測(cè)值不應(yīng)大于0.85 鋼材應(yīng)有明顯屈服臺(tái)階，伸長(zhǎng)率不應(yīng)小于20%(標(biāo)距50mm) 良好的焊接性和合格的沖擊韌性,二、抗震計(jì)算理論和方法,樓層最小地震剪力系數(shù)值,剪力系數(shù)，按表確定最小值 Gj第j層的重力荷載代表值,7.剪重比要求：結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應(yīng)滿足：,二、抗震計(jì)算理論和方法,8. R.C房屋(丙類)按烈度，結(jié)構(gòu)類型和高度確定抗震等級(jí)一級(jí)四級(jí) 9. 梁柱的鋼筋配置 梁的縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2.5%；底面與頂面縱向鋼筋配筋量之比，一級(jí)不應(yīng)小于0.5，二級(jí)不應(yīng)小于0.3；框筋加密區(qū)長(zhǎng)度、最大間接和最小直徑 柱的縱向鋼筋的最小配筋率，每一側(cè)不應(yīng)小于0.2%，類場(chǎng)地應(yīng)增加0.1%；箍筋加密區(qū)范圍、最大間距、最小直徑；框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋間距不應(yīng)大于100mm,10. 一、二、三級(jí)抗震墻、豎向和橫向分布筋最小配筋率均不應(yīng)小于0.25%；四級(jí)不應(yīng)小于0.20%；最大間距不應(yīng)小于300mm；最小直徑不應(yīng)小于8mm 部分框支