建筑結(jié)構(gòu)第十五章建筑抗震設(shè)計(jì)基本知識(shí)二-課件

第十五章地震作用和結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算第一節(jié)地震基本知識(shí)第二節(jié)抗震設(shè)計(jì)的基本要求第三節(jié)地震作用的計(jì)算第四節(jié)結(jié)構(gòu)的自振周期第五節(jié)結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算第五編建筑抗震設(shè)計(jì)基本知識(shí)2020/11/241第一節(jié)地震基本知識(shí)一、地震的類(lèi)型二、常用術(shù)語(yǔ)2020/11/242精品資料3你怎么稱(chēng)呼老師？如果老師最后沒(méi)有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會(huì)認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽(yáng)曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒(méi)有學(xué)問(wèn)無(wú)顏見(jiàn)爹娘……”“太陽(yáng)當(dāng)空照，花兒對(duì)我笑，小鳥(niǎo)說(shuō)早早早……”4一、地震的類(lèi)型地震是由于地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(巖層構(gòu)造狀態(tài)的變動(dòng))或其它原因而引起的地面振動(dòng)的現(xiàn)象。地震按其成因可分為：火山地震，陷落地震和構(gòu)造地震。1.火山地震——由于火山爆發(fā)而引起的地震；2.

陷落地震——由于地表或地下巖層突然大規(guī)模陷落和崩塌而造成的地震；3.構(gòu)造地震——由于地殼運(yùn)動(dòng)，推擠地殼巖層使其薄弱部位發(fā)生斷裂錯(cuò)動(dòng)而引起的地震。前二種地震的影響范圍和破壞程度相對(duì)較小，而后一種地震的破壞力大2020/11/245二、常用術(shù)語(yǔ)1.地震震級(jí)：震級(jí)是表示地震本身大小（釋放能量多少）的尺度。目前，國(guó)際上比較通用的是里氏震級(jí)，其原始定義為1935年由里克特(Richter)給出，即地震震級(jí)M為M=logA

震級(jí)與震源釋放能量的大小有關(guān)，震級(jí)每差一級(jí)，地震釋放的能量將差32倍。微震——

小于2級(jí)的地震；有感地震——

2~4級(jí)地震，人能感覺(jué)到;破壞性地震——

5級(jí)以上地震，能引起不同程度的破壞；強(qiáng)烈地震——

7級(jí)以上的地震。2020/11/2462.地震烈度地震烈度是指某一地區(qū)的地面和各類(lèi)建筑物遭受到一次地震影響的強(qiáng)弱程度。對(duì)于一次地震，表示地震大小的震級(jí)只有一個(gè)；隨距離震中的遠(yuǎn)近不同，烈度就有差異。評(píng)定地震烈度的標(biāo)準(zhǔn)就稱(chēng)為地震烈度表。絕大多數(shù)國(guó)家包括我國(guó)都采用分成12度的地震烈度表。3.基本烈度作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度，它是指該地區(qū)今后一定時(shí)期內(nèi)，在一般場(chǎng)地土條件下，可能遭受的最大地震烈度，也就是由國(guó)家地震局制定的全國(guó)地震烈度區(qū)劃圖規(guī)定的烈度。4.設(shè)防烈度：建筑物抗震設(shè)防時(shí)采用的烈度。2020/11/247

地震對(duì)建筑物的影響2020/11/248第二節(jié)抗震設(shè)計(jì)的基本要求一、建筑抗震設(shè)防分類(lèi)和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)二、抗震設(shè)防的目標(biāo)

三、抗震概念設(shè)計(jì)2020/11/249一、建筑抗震設(shè)防分類(lèi)和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)1.抗震設(shè)防類(lèi)別根據(jù)建筑的使用功能的重要性，分為甲類(lèi)、乙類(lèi)、丙類(lèi)、丁類(lèi)四個(gè)抗震設(shè)防類(lèi)別。2.抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)甲類(lèi)建筑乙類(lèi)建筑丙類(lèi)建筑丁類(lèi)建筑2020/11/2410二、抗震設(shè)防的目標(biāo)

抗震設(shè)防的目標(biāo)——三水準(zhǔn)要求：

所謂的三水準(zhǔn)抗震目標(biāo)，可簡(jiǎn)單的概括為：1）小震不壞2）中震可修3）大震不倒2020/11/2411三、抗震概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)——指一些在計(jì)算中或在規(guī)范中難以作出具體規(guī)定的問(wèn)題，必須由工程師運(yùn)用“概念”進(jìn)行分析，作出判斷，以便采取相應(yīng)的措施。結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理的概念；力學(xué)概念；由震害、試驗(yàn)現(xiàn)象等總結(jié)提供的各種宏觀的和具體的經(jīng)驗(yàn)等。★概念及經(jīng)驗(yàn)要貫穿在方案確定及結(jié)構(gòu)布置過(guò)程中，★應(yīng)體現(xiàn)在計(jì)算簡(jiǎn)圖或計(jì)算結(jié)果的處理中，★對(duì)某些薄弱部位的配筋構(gòu)造起作用。

概念設(shè)計(jì)帶有一定的經(jīng)驗(yàn)性。但它和抗震計(jì)算、構(gòu)造設(shè)計(jì)等是不可分割、互為補(bǔ)充的抗震設(shè)計(jì)的重要組成部分。2020/11/24121.場(chǎng)地、地基和基礎(chǔ)選擇場(chǎng)地土的分類(lèi)場(chǎng)地的選擇地基和基礎(chǔ)選擇2.結(jié)構(gòu)的平面和立面布置3.結(jié)構(gòu)體系的選擇4.抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接5.非結(jié)構(gòu)構(gòu)件6.材料選擇和施工2020/11/2413第三節(jié)地震作用的計(jì)算一、重力荷載代表值二、單質(zhì)點(diǎn)彈性體系的地震作用三、多質(zhì)點(diǎn)彈性體系的地震作用2020/11/2414一、重力荷載代表值一般把各層質(zhì)量集中在樓層處，n個(gè)樓層即形成n個(gè)質(zhì)點(diǎn)。每一樓面標(biāo)高位置的重量（稱(chēng)重力荷載代表值）由以下幾部分組成：①恒荷載（本層樓面結(jié)構(gòu)及上、下各半層墻、柱）的全部；②雪荷載的50％；③一般樓面活荷載的50％，藏書(shū)庫(kù)、檔案庫(kù)活荷載的80％。簡(jiǎn)化后的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖，圖中Gi為第i層質(zhì)點(diǎn)的重力荷載代表值。2020/11/24151.單質(zhì)點(diǎn)體系等高單層廠(chǎng)房、水塔等。該結(jié)構(gòu)中參與振動(dòng)的所有質(zhì)量全部折算至頂部；墻、柱視作一無(wú)重的彈性桿，這樣就形成了一個(gè)單質(zhì)點(diǎn)體系；該體系只作單向振動(dòng)時(shí)，就成為一個(gè)單自由度體系。

二、單質(zhì)點(diǎn)彈性體系的地震作用2020/11/24162.單質(zhì)點(diǎn)彈性體系的地震作用式中：m、G——為單質(zhì)點(diǎn)體系的質(zhì)量及重量；g——重力加速度；

——為地面運(yùn)動(dòng)最大加速度；

——稱(chēng)為地震系數(shù)，表示地面運(yùn)動(dòng)的相對(duì)強(qiáng)度；

——稱(chēng)為動(dòng)力系數(shù)，表示質(zhì)點(diǎn)加速度與地面加速度相比的放大系數(shù)；

α

——為地震影響系數(shù)，α=kβ。2020/11/24173.計(jì)反應(yīng)譜曲線(xiàn)α—地震影響系數(shù)；αmax—地震影響系數(shù)最大值；

T—結(jié)構(gòu)自振周期；

Tg—特征周期；γ—曲線(xiàn)下降段衰減指數(shù)；η1—直線(xiàn)下降段下降斜率調(diào)整系數(shù)；η2—阻尼調(diào)整系數(shù)2020/11/24184.單質(zhì)點(diǎn)體系的地震作用計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)自振周期由場(chǎng)地類(lèi)別、設(shè)計(jì)地震分組查表,得場(chǎng)地特征周期Tg;由設(shè)防烈度查表得水平地震影響系數(shù)最大值αmax；確定、1、2；由T、Tg、αmax按圖計(jì)算水平地震影響系數(shù)α；作用在單質(zhì)點(diǎn)上的水平地震作用為FEK=αg=αmg。2020/11/2419三、多質(zhì)點(diǎn)彈性體系的地震作用1.多質(zhì)點(diǎn)體系的振型和自振周期2.多質(zhì)點(diǎn)體系的地震作用的計(jì)算方法應(yīng)按不同情況分別采用相應(yīng)的地震作用計(jì)算方法：①高度不超過(guò)40m，以剪切變形為主，剛度與質(zhì)量沿高度分布比較均勻的建筑物，可采用底部剪力法。②高度超過(guò)40m的高層建筑物一般可采用振型分解反應(yīng)譜方法。③剛度與質(zhì)量分布特別不均勻的建筑物、甲類(lèi)建筑物等，宜采用時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。2020/11/2420①基本思想：按結(jié)構(gòu)底部總剪力相等的原則，把多質(zhì)點(diǎn)體系簡(jiǎn)化為單質(zhì)點(diǎn)體系，只用基本自振周期確定總底部剪力，然后按照一定規(guī)律將地震力（總底部剪力）沿高度沿高度分配給各質(zhì)點(diǎn)。②適用條件：結(jié)構(gòu)高度小于40m；沿高度方向質(zhì)量及剛度分布比較均勻；以剪切變形為主（H/B＜4）的高層建筑。3.底部剪力法2020/11/2421③計(jì)算方法基本自振周期T1、按反應(yīng)譜曲線(xiàn)（T-α）確定α1；（地震影響系數(shù)最大值αmax；特征周期Tg；曲線(xiàn)下降段衰減指數(shù)γ；直線(xiàn)下降段下降斜率調(diào)整系數(shù)η1；阻尼調(diào)整系數(shù)η2）計(jì)算底部剪力FEK：

FEK=α1Geq（Geq=0.85GE=0.85Gi）FEK分配給各質(zhì)點(diǎn)：建筑為n層時(shí)，各樓層處地震力為Fi。頂部附加荷載△Fn近似考慮高振型影響。頂層等效地震力為Fn+△Fn。多質(zhì)點(diǎn)體系的水平地震作用分布特點(diǎn)：當(dāng)質(zhì)量、剛度沿高度分布較均勻（Gi≈Gj）時(shí)，F(xiàn)i與Hi成正比。2020/11/2422第四節(jié)結(jié)構(gòu)的自振周期一、頂點(diǎn)位移法二、計(jì)算自振周期的經(jīng)驗(yàn)公式2020/11/2423一.頂點(diǎn)位移法對(duì)于質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的框架結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)：

ΔT—結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)假想側(cè)移：即把集中在各層樓面處的重量Gi視為作用于i層樓面的假想水平荷載，按彈性剛度計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移(以m為單位)；α0—基本周期的縮短系數(shù)：框架結(jié)構(gòu)取α0=0.6～0.7；框架一剪力墻結(jié)構(gòu)取α0=0.7～0.8；剪力墻結(jié)構(gòu)取α0＝0.9～1.0。2020/11/2424二.計(jì)算自振周期的經(jīng)驗(yàn)公式高層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)（高度為20～50m，剪力墻間距為3～6m的住宅、旅館類(lèi)建筑物）橫墻間距較密時(shí):T1橫=0.054n；T1縱=0.04n橫墻間距較疏時(shí)：T1橫=0.06n；T1縱=0.05n

式中：n為建筑物層數(shù)；H為建筑物總高度；B為建筑物總寬度。

鋼筋混凝土框架、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)：

或T1=（0.07-0.09）n

式中：H、B、n意義同前。2020/11/2425第五節(jié)結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算一、荷載效應(yīng)的基本組合

二、抗震驗(yàn)算的設(shè)計(jì)表達(dá)式三、抗震變形驗(yàn)算2020/11/2426一、荷載效應(yīng)的基本組合

1.無(wú)地震作用組合：

S=γGSGK+ψQγQSQK+ψWγWSWk

式中:

S—無(wú)地震組合時(shí)荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值；

SGK—永久荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

SQk—樓面活荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

SWK—風(fēng)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

γG、γQ、γW—分別為永久荷載、樓面活荷載、風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)；

ψQ、ψW—分別為樓面活荷載和風(fēng)荷載組合值系數(shù)。2020/11/2427荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按下列規(guī)定采用：1)承載力計(jì)算時(shí)：①永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)γG：

當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.2；對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.35。當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，應(yīng)取1.0；②樓面活荷載的分項(xiàng)系數(shù)γQ：

一般情況下應(yīng)取1.4；③風(fēng)荷載的分項(xiàng)系數(shù)γW：應(yīng)取1．4。2)位移計(jì)算時(shí)：

公式中各分項(xiàng)系數(shù)均應(yīng)取1.0。2020/11/2428樓面活荷載和風(fēng)荷載組合值系數(shù)ψQ、ψW：

當(dāng)永久荷載效應(yīng)起控制作用時(shí)應(yīng)分別取0.7和0.0；當(dāng)可變荷載效應(yīng)起控制作用時(shí)應(yīng)分別取1.0和0.6或0.7和1.0；對(duì)書(shū)庫(kù)、檔案庫(kù)、儲(chǔ)藏室、通風(fēng)機(jī)房和電梯機(jī)房，本條樓面活荷載組合值系數(shù)取0.7的場(chǎng)合應(yīng)取為0.90。

2020/11/24292.有地震作用組合時(shí)：

SE=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψWγWSWk式中：

SE—荷載效應(yīng)和地震作用效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值；

SGE—重力荷載代表值的效應(yīng)[重力荷載代表值包括下列荷載：100％自重標(biāo)準(zhǔn)值，50％雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，50％～80％樓面活荷載(在書(shū)庫(kù)及檔案庫(kù)中取80％樓面活荷載)]；

SEhk—水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；

SEvk—豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；

γG—重力荷載分項(xiàng)系數(shù)；

γW—風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)；

γEh—水平地震作用分項(xiàng)系數(shù)；

γEv—豎向地震作用分項(xiàng)系數(shù)；

ψW—風(fēng)荷載的組合值系數(shù)，應(yīng)取0.20

2020/11/2430有地震作用效應(yīng)組合時(shí)，荷載效應(yīng)和地震作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按下列規(guī)定采用：1)承載力計(jì)算時(shí)，分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按下表采用。當(dāng)重力荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)承載力有利時(shí)，表中γG不應(yīng)大于1.0。2)位移計(jì)算時(shí)，公式中各分項(xiàng)系數(shù)均應(yīng)取1.0。2020/11/24312020/11/2432按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的要求，各種構(gòu)件承載力驗(yàn)算的一般表達(dá)式為：不考慮地震作用的組合時(shí)

γ0S≤R

考慮地震作用的組合時(shí)

SE≤RE/γRE

式中：S、SE——構(gòu)件內(nèi)力；

R、RE——不考慮抗震及考慮抗震時(shí)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值。地震作用下，構(gòu)件承受反復(fù)作用力及變形，承載力RE要降低，

γ0

——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，可按結(jié)構(gòu)的重要程度(即安全等級(jí))分別取1.1、1.