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1、第五篇建筑抗震设计基本知识 本篇主要介绍建筑抗震设计的有关知识和规定 主要包括地震作用和结构的抗震验算 多层砌体结构房屋的抗震设计及多层钢筋混凝土框架的抗震设计 第十四章地震作用和结构的抗震验算 本章内容 地震简介 了解震级 烈度的概念 抗震设计的基本要求 了解建筑抗震设防分类和设防标准 了解我国抗震设防目标 了解建筑抗震概念设计 地震作用的计算 掌握重力荷载代表值的计算 掌握单质点弹性体系和多质点弹性体系的地震作用的计算方法 重点掌握振型分解反应谱法和底部剪力法 结构的自振周期 掌握能量法 顶点位移法计算结构的自振周期 结构的抗震验算 了解结构抗震验算的基本内容和方法 第十四章地震作用和结构
2、的抗震验算 1 4 1地震简介一 地震波二 震级和烈度 一 地震震级 衡量一次地震释放能量大小的尺度 里氏震级 里氏震级 采用标准地震仪在距离震中100km处的坚硬地面上记录的地面水平振幅 第十四章地震作用和结构的抗震验算 震级与能量E 10 7J 震级增加 级 能量增加约 倍 微震 强烈地震 特大地震 8 二 地震烈度 地震烈度的概念地震发生时 在一定地点振动的强烈程度 它表示该 第十四章地震作用和结构的抗震验算 地点地面和建筑物受破坏的程度 也反映该地地面运动速度和加速度峰值的大小 地震烈度的统计分布 第十四章地震作用和结构的抗震验算 众值烈度比基本烈度低1 55度 罕遇烈度比基本烈度高1
3、度左右 设计地震分组 规范 附录 列出了我国抗震设防区各县级及县级以上城镇中心地区的分组 抗震设防烈度是指按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度 一般情况下 它与地震基本烈度相同 14 2抗震设计的基本要求一 建筑抗震设防分类和设防标准 第十四章地震作用和结构的抗震验算 一 抗震设防类别 甲类建筑重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑 乙类建筑地震时使用功能不能中断或需要尽快恢复的建筑 丙类建筑除甲 乙 丁类以外的一般建筑 丁类建筑抗震次要建筑 一般指地震破坏不易造成人员伤亡和较大经济损失的建筑 第十四章地震作用和结构的抗震验算 二 抗震设防标准 甲类建筑地震作用应高于
4、本地区抗震设防烈度的要求 其值应按批准的地震安全性评价结构确定 抗震措施 当抗震设防烈度为 度时 应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求 当为 度时 应符合比 度抗震更高的要求 乙类建筑地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求 抗震措施 一般情况下 当抗震设防烈度为 度时 应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求 当为 度时 应符合比 度抗震设防更高的要求 地基基础的抗 第十四章地震作用和结构的抗震验算 震措施 应符合有关规定 对较小的乙类建筑 当其结构改用抗震性能较好的结构类型时 允许按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施 丙类建筑地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求 丁类建筑一般
5、情况下 地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求 抗震措施允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低 当抗震设防烈度为 度时不应降低 第十四章地震作用和结构的抗震验算 二 抗震设防目标 小震不坏 中震可修 大震不倒 三 建筑抗震概念设计 一 场地 地基和基础的选择 场地的类别等效剪切波速vse 第十四章地震作用和结构的抗震验算 建筑场地的划分 场地的选择选择建筑场地时 应对抗震有利 不利和危险地段作出综合评价 第十四章地震作用和结构的抗震验算 建筑场地的划分 场地的选择选择建筑场地时 应对抗震有利 不利和危险地段作出综合评价 第十四章地震作用和结构的抗震验算 地基和基础的选择 1 同一结构单元的基
6、础不宜设置在性质截然不同的地基上 2 同一结构单元不宜部分采用天然地基 部分采用桩基 3 对饱和砂土和饱和粉土的地基 除6度设防外 应进行液化判别 4 存在液化土层的地基 应采取消除或减轻液化影响的措施 5 当地基出要受力范围内为软弱粘性土层与湿陷性黄土时 应结合具体情况进行处理 第十四章地震作用和结构的抗震验算 二 结构的平面和立面布置 三 结构体系的选择基本要求 1 应具有明确的计算简图和合理的地震作用的传递途径 2 应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力 3 应具备必要的抗震承载力 良好的变形能力和消耗地震能量的能力 4 对可能出现的薄弱部位 应采取
7、措施提高抗震能力 第十四章地震作用和结构的抗震验算 四 抗震结构构件及连接 五 非结构构件 六 材料选择和施工14 3地震作用的计算地震反应 结构振动时的速度 加速度及位移等地震作用 在振动过程中作用于建筑结构上的惯性力 第十四章地震作用和结构的抗震验算 一 重力荷载代表值牛顿第二定律 重力荷载代表值GE 结构和构配件自重标准值和各可变荷载的组合值之和 第十四章地震作用和结构的抗震验算 二 单质点弹性体系的地震作用单质点弹性体系 一 水平地震作用标准值FEK 质点的最大反应加速度 第十四章地震作用和结构的抗震验算 地面运动加速度最大值 地震系数 动力系数 地震影响系数 规范 根据烈度 场地类别
8、 结构自振周期及阻尼比等绘出了地震影响系数曲线 下图 第十四章地震作用和结构的抗震验算 第十四章地震作用和结构的抗震验算 单质点水平地震作用标准值为 二 自振周期的计算单质点自振周期 单质点弹性体系的刚度系数 单质点弹性体系的柔度系数 第十四章地震作用和结构的抗震验算 第十四章地震作用和结构的抗震验算 第十四章地震作用和结构的抗震验算 三 多质点弹性体系的地震作用多质点弹性体系 一 多质点体系的振型和自振周期 第十四章地震作用和结构的抗震验算 在一般初始条件下 任一质点的振动都是由各主振型叠加而成的复合振动 而振型越高时 由于阻尼造成的振动衰减得越快 因此通常只需要考虑较低的几个振型 二 多质
9、点弹性体系的地震作用 时程分析法 直接动力法 对于特别不规则的建筑 甲类建筑以及某些高层建筑 度时房屋高度超过 m 度 类场地时超过 m 度 场地和 度时超过 m 需采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算 振型分解反应谱法主振型的正交性 任意两个不同主振型的对应位置上的位移相乘 再乘以该质点的质量 求出的各质点的上述 第十四章地震作用和结构的抗震验算 乘积的代数和为零 即每个主振型情形下的各质点的水平地震作用标准值 相应于j振型自振周期的地震影响系数 j振型i质点的水平地震作用标准值 j振型i质点的水平相对位移 集中于质点i的重力荷载代表值 j振型的参与系数 按下式计算 第十四章地震作用和结构
10、的抗震验算 水平地震作用标准值的效应 水平地震作用标准值的效应 j振型水平地震作用标准值的效应 可只取前 个振型 即j 当基本自振周期大于 s或房屋高宽比大于 时 振型个数应相应增加 第十四章地震作用和结构的抗震验算 第十四章地震作用和结构的抗震验算 第十四章地震作用和结构的抗震验算 第十四章地震作用和结构的抗震验算 底部剪力法适用范围 建筑高度不超过 m 以剪切变形为主 房屋高宽比不超过 质量和刚度沿高度分布比较均匀 以及近似于单质点体系的结构 第十四章地震作用和结构的抗震验算 结构的振动特点 位移反应以基本振型 第一振型 为主 基本振型的各质点位移接近直线 基本计算公式结构底部总剪力 各质
11、点的水平集中荷载 第十四章地震作用和结构的抗震验算 公式的误差修正 顶部附加水平地震作用 顶部附加地震作用系数 第十四章地震作用和结构的抗震验算 说明 结构的底部总剪力是在各质点水平地震作用前就需要求出 对于突出屋面的屋顶间 女儿墙 烟囱等 其地震作用效应宜乘以增大系数 此增大部分不应往下传递 但与该突出部分项链的构件应予计入 第十四章地震作用和结构的抗震验算 第十四章地震作用和结构的抗震验算 结构的自振周期一 能量法能量守恒定律 得 第十四章地震作用和结构的抗震验算 二 顶点位移法对于质量 刚度沿竖向分布比较均匀的框架结构 抗震墙结构 框架 抗震墙结构 可按下式计算基本自振周期 考虑非结构墙
12、体刚度的周期调整系数 当采用实砌填充墙时取0 6 0 7 当采用轻质墙 外挂墙板时或仅有纵墙时 取0 8 无纵墙时 取0 9 结构顶点的假想位移值 m 即以各质点的重力荷载代表值Gi作为水平荷载求得的结构顶点水平位移 第十四章地震作用和结构的抗震验算 第十四章地震作用和结构的抗震验算 14 5结构的抗震验算一 荷载效应的基本组合结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合按下式计算 第十四章地震作用和结构的抗震验算 结构构件内力组合的设计值 包括组合的弯矩 轴力和剪力设计值 重力荷载分项系数 一般情况下取1 2 当重力荷载对构件承载力有利时 不应大于1 0 重力荷载代表值的效应 分别为水平
13、竖向地震作用分项系数 当仅计算水平地震作用或计算竖向地震作用时 对该作用取1 3 同时计算水平与竖向地震作用时 分别取1 3 0 5 分别为水平 竖向地震作用标准值的反应 风荷载标准值的反应 风荷载组合值系数 一般结构取0 0 风荷载起 第十四章地震作用和结构的抗震验算 控制作用时的高层建筑应采用0 2 二 抗震验算的设计表达式 承载力抗震提高系数 除有关规定外 按下表采用 第十四章地震作用和结构的抗震验算 三 抗震变形验算对需要验算的结构 其楼层内最大的层间弹性位移应符合下式要求 第十四章地震作用和结构的抗震验算 小结 由于地壳运动造成局部岩层变形积累 应力过大 而使其薄弱部位断裂错动引起的
14、地震称为构造地震 是抗震研究的重点 地震释放的能量以波的形式传播 地震波分为体波和面波 体波又分为纵波和横波 各有其特点并引起地面不同的振动 地震震级是衡量一次地震本身强弱程度的等级 通常用里式震级表示 同一震级对不同地点的建筑物的影响是不相同的 地震烈度反映某一地区地面和建筑物遭受一次地震影响的强弱程度 众值烈度 基本烈度 罕遇烈度在抗震设计中各有不同的意义 根据建筑物的使用功能的重要性 建筑分为甲类 乙类 丙类 丁类四个抗震设防类别 分别采用不同的设防标准 进行抗震设计的建筑 应满足 小震不坏 中震可修 第十四章地震作用和结构的抗震验算 大震不倒 的抗震设防目标 按照不同的烈度 不同的房屋
15、建筑分别采取相应的抗震措施 并按规定进行抗震承载力计算 弹性变形验算或弹塑性变形验算 在进行抗震设计前 应先进行抗震的概念设计 地震作用不是一般的荷载 既取决于地面运动状况 还取决于结构本身的动力特性 进行地震作用计算的思路是 将质点的质量集中于楼盖和屋顶处 利用牛顿第二定律建立运动微分方程或微分方程组并进行求解 得出解答 并进行简化 作用于质点上的水平地震最大作用即地震作用标准值 单质点可表达为 为地震影响系数 是地震系数和动力系数的乘积 是地震作用的重要参数 水平地震作用的计算是进行抗震计算的重要内容 其基本方法是振型分解反应谱法 满足一定条件时 可采用底部剪力法 时程分析法仅用于某些结构
16、的补充计算 第十四章地震作用和结构的抗震验算 思考题 1 什么是构造地震 2 什么是地震波 地震波包含哪几种 有何特点 3 什么是地震震级 震级与地面振幅 释放的能量有什么关系 4 什么是地震烈度 什么是抗震设防烈度 5 建筑抗震设防类别是如何分类的 6 抗震设防的目标是什么 7 什么是重力荷载代表值 什么是地震系数 动力系数 地震影响系数 8 什么情况下 多质点体系可采用底部剪力法进行水平地震作用的计算 第十四章地震作用和结构的抗震验算 9 在采用底部剪力法计算时 为什么在有的情况下要对顶部水平地震作用进行修正 10 在什么情况下可不进行结构的抗震验算但要采取抗震措施 第十五章多层砌体结构房屋的抗震设计 主要内容 1 了解多层砌体结构房屋抗震设计的一般规定 2 掌握多层砌体结构房屋的抗震构造措施 3 了解多层砌体结构房屋的抗震计算要点 15 1一般规定1 多层砌体房屋的结构体系 应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系 2 对底部框架 抗震墙 上部为砌体结构房屋的结构 上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐 房屋的底部 应沿纵横两方向 第十五章多层砌体结构房屋的抗
