建筑工程抗震設(shè)計原理和方法

建筑工程抗震設(shè)計原理和方法第一頁，共四十二頁，2022年，8月28日一、概述（一）震級和地震烈度1.震源—震源深度震中—震中距淺源地震(＜60km)中源地震(60km~300km)深源地震(＞300km)2.震級—反映地震能量大小指標(biāo)，每次地震只有一個震級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、震源深度、震中距、傳播介質(zhì)和場地條件有關(guān)。第二頁，共四十二頁，2022年，8月28日一、概述12119~107~86~74~531~2震中烈度8以上8765432震級（M）震級和震中烈度的對應(yīng)關(guān)系（近似）

式中I—某地地震烈度；

M—震級；

R—某地的震中距。（一）震級和地震烈度第三頁，共四十二頁，2022年，8月28日一、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。國家標(biāo)準(zhǔn)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306-2001給出地震動峰值加速度分區(qū)與地震基本烈度對照表地震動峰值加速度分區(qū)（g）＜0.050.050.10.150.20.3≥0.4地震基本烈度＜66789（一）震級和地震烈度第四頁，共四十二頁，2022年，8月28日一、概述（一）震級和地震烈度5.抗震設(shè)防烈度—按國家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個地區(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%的地震動參數(shù)(比設(shè)防烈度高1度)第五頁，共四十二頁，2022年，8月28日一、概述（一）震級和地震烈度烈度6789α

max

多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）0.32偶遇地震0.110.23（0.34）0.45（0.68）0.90罕遇地震—0.50（0.72）0.90（1.20）1.40水平地震影響系數(shù)最大值α

max注：括號內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計基本地震加速度為0.15g和0.3g第六頁，共四十二頁，2022年，8月28日一、概述（二）地震動三要素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。第七頁，共四十二頁，2022年，8月28日一、概述（二）地震動三要素3.持時—地震最激烈一段的持續(xù)時間，與震級與震中距和場地條件有關(guān)。震級大持時長，震級相同但持時長的建筑物破壞重。目前給出的設(shè)計反應(yīng)譜還未反應(yīng)持時的因素。但采用時程分析法進(jìn)行彈性或彈塑性計算時，其地震記錄和人工模擬加速度時程曲線可考慮持時的影響。第八頁，共四十二頁，2022年，8月28日第九頁，共四十二頁，2022年，8月28日一、概述（三）地震小區(qū)別一般針對一個城市、廠區(qū)或一個重點(diǎn)工程場地，用1/10000或1/50000的比例尺給出區(qū)域的地震動參數(shù)、土層液化（或震陷）斷裂活動性和分布、滑坡和崩塌等研究成果。全國地震動參數(shù)區(qū)劃圖，400萬分之一。第十頁，共四十二頁，2022年，8月28日一、概述（三）地震小區(qū)別

1.地震危險性分析一般以200km~300km為半徑，對小區(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，給出不同時段內(nèi)不同超越概率的地震動參數(shù)(加速度峰值及其反應(yīng)譜等)

2.場地地震反應(yīng)分析前者給出的是小區(qū)基巖的地震動參數(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算場地地面的地震反應(yīng)，即給出地面地震動參數(shù)。

第十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法（一）抗震設(shè)計理論1.靜力理論1900年，日本大森房吉教授提出：地震時，結(jié)構(gòu)的各部分的水平加速度峰值αm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“。

第十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法（一）抗震設(shè)計理論1.靜力理論該方法又稱為“震度法”，適用絕對剛性結(jié)構(gòu)，少數(shù)國家的設(shè)計規(guī)范仍采用。我國《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計規(guī)范》TJ11-78的豎向地震作用計算采用靜力法?，F(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001的長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。計算出地震荷載后，按靜力學(xué)原理計算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。第十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法（一）抗震設(shè)計理論2.準(zhǔn)動力理論(反應(yīng)譜理論)20世紀(jì)20年代提出，50年代美國加州《建議的抗側(cè)力要求》正式采用該方法。我國于1964年在《地震區(qū)建筑設(shè)計規(guī)范》中首次應(yīng)用，并給出4類場地上的相應(yīng)反應(yīng)譜?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中的底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法。第十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日3.動力理論兩個分支

隨機(jī)振動——輸入隨機(jī)波(地震波)

確定性振動——輸入諧波時程分析法動力反應(yīng)線性分析

動力反應(yīng)非線性分析二、抗震計算理論和方法（一）抗震設(shè)計理論不規(guī)則結(jié)構(gòu)甲類以及表中規(guī)定的建筑進(jìn)行補(bǔ)充計算第十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法（一）抗震設(shè)計理論3.動力理論加速度時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)計意義上相符。第十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法（一）抗震設(shè)計理論3.動力理論（1）場地類別(Ⅰ～Ⅳ)

（2）設(shè)計地震分組（Tg）（3）峰值加速度α

max（4）時間步長（△t=0.1s

）（5）持時（15s~45s）第十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法（二）地面運(yùn)動反應(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，計算加速度、速度、位移反應(yīng)最大值，如下圖所示。第十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日第十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法(2)《構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》的設(shè)計反應(yīng)譜，選用M≥5級的地震記錄515條。用連續(xù)的場地指數(shù)、周期T計算出加速度最大值(圖)，又稱α(T)譜。(3)β(T)反應(yīng)譜地震部門一般給出β(T)譜。β(T)是將各種地面運(yùn)動(地震記錄)按單質(zhì)點(diǎn)彈性結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05作出結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)放大系數(shù)譜，通常稱β為結(jié)構(gòu)的動力系數(shù)。

α

max=kβmax第二十頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法α

m：7度—0.1，8度—0.2，9度—0.4場地類別ⅠⅡ

Ⅲ地震記錄來源國內(nèi)國外混合國內(nèi)國外混合國內(nèi)國外混合記錄數(shù)量82533516111292938βm2.462.252.262.302.321.832.082.461.72Tm（s）0.130.180.180.170.330.290.230.750.73動力系數(shù)最大值βm與Tm關(guān)系統(tǒng)計表第二十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法不同場地的βm是相近的，平均值為2.25由βm——αm7度α

m=kβm=0.1×2.25≈0.23，0.15×2.25≈0.348度α

m=kβ

m=0.2×2.25≈0.45，0.30×2.25≈0.68

9度α

m=kβ

m=0.4×2.25≈0.90第二十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計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αm

=0.33×0.1×2.25≈0.08，0.33×0.15×2.25≈0.128度αm

=0.33×0.2×2.25≈0.16，0.33×0.30×2.25≈0.24

9度αm=0.33×0.4×2.25≈0.32第二十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法（三）結(jié)構(gòu)地震估用計算方法的演變1.78規(guī)范(《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計規(guī)范》TJ11-78)“小震不壞，大震不倒”

7度～9度三類場地第二十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法式中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，無筋磚結(jié)構(gòu)為0.45；

α1——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。第二十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法·脆性結(jié)構(gòu)μ=1·塑性結(jié)構(gòu)μ》1·一般磚結(jié)構(gòu)μ=2~3一般R.C結(jié)構(gòu)μ=4一般S結(jié)構(gòu)μ=3.5

令△A1A0A`0=□A`0A2△2△0第二十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法（三）結(jié)構(gòu)地震估用計算方法的演變2.89和2001規(guī)范《建筑抗震設(shè)計規(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、丁四類第二十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法抗震設(shè)防烈度6789設(shè)計基本地震加速度值0.05g0.10（0.15）g0.20（0.30）g0.40g抗震設(shè)防烈度和設(shè)計基本地震加速度值的對應(yīng)關(guān)系地震影響6度7度8度9度多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）0.32罕遇地震—0.50（0.72）0.90（1.20）1.40水平地震影響系數(shù)最大值第二十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法特征周期——設(shè)計地震分組（三組)設(shè)計地震組場地分類ⅠⅡⅢⅣ第一組0.250.350.450.65第二組0.300.400.550.75第三組0.350.450.650.90第二十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法反應(yīng)譜的結(jié)構(gòu)自振周期由3.5s→6s阻尼比不等于0.05時，α值進(jìn)行修正。強(qiáng)制性條文水平地震作用第三十頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法式中FEk——結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；

α1——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

δn——頂部附加地震作用系數(shù)，根據(jù)Tg取值不同第三十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法抗震變形驗算（1）多遇地震作用下的彈性層間位移驗算△ue=[θe]結(jié)構(gòu)類型[θe]R.C框架1/550R.C框架-抗震樣、板柱-抗震樣、框架-核心筒1/800R.C抗震樣、筒中筒1/1000R.C框支層1/1000多、高層鋼結(jié)構(gòu)1/300彈性層間位移角限值第三十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法抗震變形驗算（2）罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性變形驗算△up=[θp]h結(jié)構(gòu)類型[θp]單層R.C柱排架1/30R.C框架1/50底部框架磚房中的框架-抗震樣1/100R.C框架-抗震、板柱-抗震樣、框架-核心筒1/100R.C抗震樣、筒中筒1/120多、高層鋼結(jié)構(gòu)1/50彈塑性層間位移限值第三十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法結(jié)構(gòu)類型6、78度9度框架1109050框架-支撐（抗震樣）220200140筒體（筒中筒、束筒）和巨型框架30026018032001規(guī)范增加“多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋”一條烈度6、789最大高寬比6.56.05.5高寬比限制最大高度限制（m）第三十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法（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)場地的選擇：甲、乙類嚴(yán)禁建在危險地段，丙類不應(yīng)建在危險地段；對不利地段，應(yīng)提出避開要求；當(dāng)無法避開時應(yīng)采取有效措施。結(jié)構(gòu)體系（第條和第條）有明確的計算簡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)致整個結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或承重能力第三十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計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)可靠連接或錨固第三十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法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RC框架不應(yīng)低于C30，構(gòu)造柱(240×180)

、芯柱(120×120)不應(yīng)低于C20一、二級框架，縱向受力鋼筋強(qiáng)屈度比不應(yīng)小于1.25實(shí)測的屈強(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率實(shí)測值不應(yīng)小于9%

鋼材屈強(qiáng)比實(shí)測值不應(yīng)大于0.85鋼材應(yīng)有明顯屈服臺階，伸長率不應(yīng)小于20%(標(biāo)距50mm)良好的焊接性和合格的沖擊韌性第三十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、抗震計算理論和方法類別7度8度9度扭轉(zhuǎn)明顯或T1小于3.5s0.016（0.024)0.032(0.048)0.064T1＞5.0s0.012(0.018)0.024(0.032)0.040樓層最小地震剪力系數(shù)值λ——剪力系數(shù)，按表確定最小值Gj——