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1、b抗震结构设计抗震结构设计抗震工程学是将地球物理学、地质学、地震学、工程力学（材料力学、结构静力学、结构动力学）、结构工程学（钢筋混凝土结构学、钢结构学、地基与基础）、施工技术等多方面理论予以综合，针对建造的建筑物在地震作用下必须安全这一目的而产生一门科学体系。学习本门课要达到如下目的1掌握抗震的基本知识、基本理论、基本技能，了解抗震设计的一般规律；2培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力和抗震计算能力；3了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震理论、方法的发展趋势。第一章绪论学习要求：1了解地震震害2了解地震分类3理解地震波、地震震级与地震烈度的定义4深刻理解抗震设防烈度的概念5理解多遇地震、
2、罕遇地震的定义6了解地震震害7掌握“三水准”抗震设防目标，了解建筑结构抗震设计方法8了解抗震设计的基本要求要点、难点分析：一、“三水准”抗震设防目标当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。（小震不坏）。当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。（中震可修）。当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。（大震不倒）。二、建筑结构抗震设计方法第一阶段：对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。对于大多数结构一般可只进行
3、第一阶段的设计。第二阶段：对一些规范规定的结构（有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等）进行大震作用下的弹塑性变形验算。第二章场地、地基和基础学习要求：1理解场地的概念2了解地震对结构的破坏作用3了解建筑地段的划分4 .熟悉场地土的类型5 掌握建筑场地的类别及划分依据6 了解天然地基的震害特点、天然地基与基础的抗震验算7 理解场地土的液化现象与震害，掌握液化判别与危害程度估计&熟悉可液化地基的抗震措施9.了解桩基的抗震设计要点、难点分析一、建筑场地类别的确定划分依据：表层场地土地类型和场地覆盖层厚度将场地划分为I、n、川、w四类场地例1已知某建筑场地的钻孔土层资
4、料如表所示，试确定该建筑场地的类别。层底深度（m）土层厚度（m）土的名称剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥质粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥质粘土200632.9细砂31069.56.5砾混粗砂520、液化地基的抗震措施解：（1）确定地面下20m表层土的场地土类do/tdodii1vsi属于中软土20146.3577m/s9.5/17010.5/130（2）确定覆盖层厚度d063m（3）确定建筑场地类别属于川类场地1、全部消除地基液化沉陷；1）采用桩基时，桩端伸入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖部分）应按计算确定，对碎石土、粗、中砂、坚硬粘性土和
5、密实粉土尚不应小于500mm，对其他非岩石土尚不宜小于1.5m;2）采用深基础时，基础底面埋入深度以下稳定土层中的深度，不应小于0.5m；3）采用加密法（如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等）加固时，应处理至液化深度下界，且处理后土层的标准贯入锤击数的实测值不宜大于相应的临界值m;4）挖除全部液化土层；5）采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的1/2且不小于基础宽度的1/5。2、部分消除地基液化沉陷的措施应符合：1）在对地基进行处理时，处理深度应使处理后的地基液化指数减小，当判别深度为15m时，其值不宜大于4，当判别深度为20m时，其值不宜大于5;对独立基
6、础与条形基础，尚不应小于基础底面下液化特征深度和基础宽度的较大值。2）采用振冲或挤密碎石桩加固后，复合地基的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准贯入锤击数临界值。3）基础边缘以外的处理宽度与全部清除地基液化沉陷时的要求相同。即采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的1/2且不小于基础宽度的1/53、减轻液化影响的基础和上部结构处理，可综合考虑采用下列措施：1）选择合适的基础埋置深度；2）调整基础底面积，减小基础偏心；3）加强基础的整体性和刚性，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土十字形基础，加设基础圈梁、基础梁系等；4）减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，
7、合理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等；5）管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。第三章结构地震反应分析与抗震验算学习要求：1.理解地震反应、地震作用的定义2 .理解地震系数、地震影响系数的概念3 .掌握地震作用下单自由度体系的运动方程4 .掌握单自由度弹性体系的水平地震作用及其反应谱5 .了解标准反应谱、设计反应谱及两者的区别6 .熟悉多自由度体系的计算简图、运动方程及主振型的正交性7 .掌握多自由度弹性体系地震反应分析的振型分解法&理解底部剪力法的适用范围、掌握多自由度弹性体系地震反应分析的底部剪力法9.了解竖向地震作用、结构地震反应的时程分析法要点、难点分析：一、地
8、震反应、地震作用地震反应：是指地震引起的结构振动，它包括地震在结构中引起的速度、加速度、位移和内力等。地震作用：结构上的质量由于地震产生的加速度的存在而产生的惯性力。二、地震系数、地震影响系数及二者关系地震系数：地面运动的最大加速度与重力加速度之比。地震影响系数：作用于单质点弹性体系上的水平地震力与结构重力之比。学习中注意地震影响系数不等于地震系数，而等于地震系数和动力系数的乘积。三、单自由度弹性体系的水平地震作用的计算例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，1类场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚度，cEljh2.610
9、4kNm，阻尼比为0.05,h=5m。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。解：（1）求结构体系的自振周期12iK2尹21248024960kN/mh2mG/g700kN/9.8m/s271.4tT2m/K271.4/249600.336s（2）求水平地震影响系数查表确定maxmax0.16查表确定TgTg0.3TgT5TgTg（）2max0.9辽0.550.90.0510.061.7(O.3/O.336)0.90.160.144(3)计算结构水平地震作用FG0.144700100.8kN四、主振型的正交性例：求图示体系的频率、振型并验证其主振型的正交性。k15104kN/m,k23104kN/
10、m已知.mi60t,m250t解：（1）结构的频率与振型444knk1k2510310810kN/m4k12k21k2310kN/mk22k23104kN/m8104602310431043104502420.000030.05815022T4X1kX210T0.488831.7101331i307.6;21625.8117.54rad/s;240.32rad/s相应的周期分别为：T1220.358s117.54T2220.156s240.32第一振型：X12m11kn60307.681041X11k1231040.488X22m-i2K1601625.881041第二振型：X21K23104
11、1.71(2)验算主振型的正交性T0.4886001.71对于质量矩阵：X1mX2105001T对于刚度矩阵:五、多自由度弹性体系地震反应分析的振型分解法例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。抗震设防烈度为8度，n类场地，设计地震分组为第二组。m3180tm2270tm270tK3K2Ki98MN/m195MN/m245MN/m解：(1)求体系的自振周期和振型0.334X,0.667X21.000Ti0.467sT2计算各振型的地震影响系数查表得max0.16Tg0.4s第一振型：TgTi5Tg第二振型：0.1sT2Tg0.6674.0190.666X33.0351.000
12、1.0000.208sT30.134sTg1()20.1392max22max0.16第三振型:0.1sT3Tg32max0.160.90.050.550.050.061.7计算各振型的振型参与系数第一振型第二振型33,2miX2i/miX2i第三振型33,2miX3i/miX3i2700.3342700.66718012221.3632700.3342700.6671801270(0.667)270(0.666)1801222270(0.667)270(0.666)18012704.019270(3.035)18012704.0192270(3.035)2180120.4280.063(4)
13、计算各振型各楼层的水平地震作用FjijXjijG1第一振型：F110.1391.3630.3342709.8167.4kNF120.1391.3630.6672709.8334.4kNF130.1391.3631.0001809.8334.2kN第二振型:F21F220.16(0.428)(0.667)2709.8120.9kN0.16(0.428)(0.666)2709.8120.7kN120.8kNF230.16(0.428)1.0001809.8第三振型：F310.160.0634.0192709.8107.2kNF320.160.063(3.035)2709.880.9kNF330.1
14、60.0631.0001809.817.8kN(5)计算各振型的地震作用效应(层间剪力)第一振型：Vn167.4334.4334.2836kNV12334.4334.2668.6kNV13334.2kN第二振型：V21120.9120.7120.8120.8kNV22120.7120.80.1kNV23120.8第三振型：V31107.280.917.844.1kNV3280.917.863.1kNV3317.8kN(6)计算地震作用效应(层间剪力)V1JV*V2V845.8kNV2(V；V2；V3；671.6kNV3vV1|V22V335.8kN六、底部剪力法适用范围底部剪力法适用于一般的多层砖房等砌体结构、内框架和底部框架抗震砖房、单层空旷房屋、单层工业厂房及多层框架结构等低于40m以剪切变形为主的规则房屋。注意：以剪切变形”为主：是指在结构侧移曲线中，楼盖出平面转动产生的侧移所占的比例较小。规则房屋”：1相邻层质量的变化不宜过
