建筑结构抗震基本知识

1、 1、相关术语、相关术语 震源：震源：地球内部断层错动并引起周围介质震动的部位称为震源地球内部断层错动并引起周围介质震动的部位称为震源 震中：震中：震源正上方的地面位置叫震中。震源正上方的地面位置叫震中。 震中距：震中距：地面某处至震中水平距离叫震中距。地面某处至震中水平距离叫震中距。 地震按震源的深浅划分，可分为浅源地震（）地震按震源的深浅划分，可分为浅源地震（） 中源地震中源地震 深源地震。深源地震。 2、地震震级与地震烈度、地震震级与地震烈度 地震震级地震震级 衡量一次地震大小的等级，用符号衡量一次地震大小的等级，用符号M表示。直接取决于一次地震所释放出的表示。直接取决于一次地震所释放出

2、的 能量大小。能量大小。 每次地震都有一个确定的震级。每次地震都有一个确定的震级。 地震烈度地震烈度 用来描述某一地区地面和建筑物遭受地震影响的程度的指标。用来描述某一地区地面和建筑物遭受地震影响的程度的指标。 1976年唐山大地震：震级年唐山大地震：震级7.8级，震中烈度级，震中烈度度。震源深度为度。震源深度为12公里公里 。 1964年智利大地震：震级年智利大地震：震级8.9级。级。 基本烈度基本烈度 在工程中为了控制建筑结构的抗震设防，对每一地区都规定了一个基本烈度，在工程中为了控制建筑结构的抗震设防，对每一地区都规定了一个基本烈度， 它是该地区在一定时期内可能遭受的最大烈度。是一个地区

3、进行抗震设计的它是该地区在一定时期内可能遭受的最大烈度。是一个地区进行抗震设计的 依据。依据。 对于一次地震，震级只有一个，而烈度却有无穷多个，烈度随震中距和场地的不同有所不同。一般说来，距对于一次地震，震级只有一个，而烈度却有无穷多个，烈度随震中距和场地的不同有所不同。一般说来，距 震中越近，地震影响越大，烈度就越高；反之，烈度就越低。震中越近，地震影响越大，烈度就越高；反之，烈度就越低。 3、设防指导思想和设防依据、设防指导思想和设防依据 设防目的：设防目的：在一定的经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏，在一定的经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏， 保障人民生命财

4、产的安全。保障人民生命财产的安全。 抗震设防目标是：抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震（众值烈度，（众值烈度，50年超年超 越概率为越概率为63.2）影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用，当遭受相当于本地影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用，当遭受相当于本地 区抗震设防烈度区抗震设防烈度（设防烈度，（设防烈度，50年超越概率为年超越概率为13）的地震影响时，可能损坏，经一般修的地震影响时，可能损坏，经一般修 理或不需修理仍可继续使用，当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震理或不需修理仍可继续使用，当遭受高于本地区抗震设防烈度

5、预估的罕遇地震 （50年超越概率为年超越概率为2）影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。 “小震不坏、中震可修、大震不倒小震不坏、中震可修、大震不倒” 设防烈度：设防烈度：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。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。 为了反映潜在震源远近的影响，给出了设计地震分组。为了反映潜在震源远近的影响，给出了设计地震分组。 抗震规范抗震规范适用于适用于69度进行抗震设防，度进行抗震设防，9度以上按有关专门规定执行。度以上按有关专门规定执行。 我国地震设防区面积约占国土面积的我国地震设防区面积

6、约占国土面积的60%。 4、建筑物重要性分类与设防标准、建筑物重要性分类与设防标准 建筑物重要性分类：建筑物重要性分类：根据建筑使用功能的重要性，按其受地震破坏时产生的后根据建筑使用功能的重要性，按其受地震破坏时产生的后 果，将建筑分为四类：果，将建筑分为四类： 甲类建筑：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；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：乙类建筑：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑；指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑； 丙类建筑：丙类建筑：属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑；属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑； 丁类建筑：丁类建筑

7、：抗震次要建筑。抗震次要建筑。 设防标准：设防标准： 甲类建筑：甲类建筑：68度，提高一度计算地震作用和采取构造措施；度，提高一度计算地震作用和采取构造措施；9度，设防更高。度，设防更高。 乙类建筑：乙类建筑：按设防烈度进行抗震计算，构造措施上提高一度；按设防烈度进行抗震计算，构造措施上提高一度； 丙类建筑：丙类建筑：抗震计算与构造措施均按设防烈度考虑；抗震计算与构造措施均按设防烈度考虑； 丁类建筑：丁类建筑：按设防烈度进行抗震计算，构造措施可适当降低要求（按设防烈度进行抗震计算，构造措施可适当降低要求（6度时不降）。度时不降）。 抗震设防烈度为抗震设防烈度为6度时，除本规范有具体规定外，对乙

8、、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。度时，除本规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。 5、抗震设计方法、抗震设计方法 三水准、两阶段设计方法三水准、两阶段设计方法 第一阶段设计：第一阶段设计：按多遇地震烈度对应的地震作用效应和其他荷载效应的组合验算按多遇地震烈度对应的地震作用效应和其他荷载效应的组合验算 结构构件的承载能力和结构的弹性变形。结构构件的承载能力和结构的弹性变形。 保证了第一水准的承载力要求和变形要求。保证了第一水准的承载力要求和变形要求。 第二阶段设计：第二阶段设计：按罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构的弹塑性变形。按罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构

9、的弹塑性变形。 旨在保证结构满足第三水准的抗震设防要求。旨在保证结构满足第三水准的抗震设防要求。 如何保证第二水准的要求，尚在研究中。目前一般认为，良好的抗震构如何保证第二水准的要求，尚在研究中。目前一般认为，良好的抗震构 造措施有助于第二水准要求的实现。造措施有助于第二水准要求的实现。 6、抗震设计的总体原则、抗震设计的总体原则 三个层次：概念设计、抗震计算与构造措施三个层次：概念设计、抗震计算与构造措施 概念抗震设计的总体原则：概念抗震设计的总体原则：注意场地选择、把握建筑体型、利用结构延性、设置注意场地选择、把握建筑体型、利用结构延性、设置 多道防线、重视非结构因素。多道防线、重视非结构

10、因素。 （1）注意场地选择注意场地选择 （2）合理规划，避免地震时发生严重的次生灾害合理规划，避免地震时发生严重的次生灾害 （3）把握建筑体型把握建筑体型 （4）增强结构的整体性和空间稳定性增强结构的整体性和空间稳定性 （5）减轻结构自重，降低房屋的重心减轻结构自重，降低房屋的重心 （6）尽量不做或少做诸如高门脸、女儿墙、挑檐等易倒、易脱落的装饰物。尽量不做或少做诸如高门脸、女儿墙、挑檐等易倒、易脱落的装饰物。 1、地震作用、地震作用 地震反应：地震反应：地震振动使工程结构产生内力和变形的动态反应。地震振动使工程结构产生内力和变形的动态反应。 即结构由于地震激发引起的振动，在结构中产生随时间变

11、化的位移、速即结构由于地震激发引起的振动，在结构中产生随时间变化的位移、速 度、加速度、内力和变形等。度、加速度、内力和变形等。 地震作用：地震作用：结构上的质量因加速度的存在而产生的惯性力。结构上的质量因加速度的存在而产生的惯性力。 可视为结构在地震中收到地震影响大小的可视为结构在地震中收到地震影响大小的“等效荷载等效荷载”。 地震反应（作用）的大小：地震反应（作用）的大小： （1）取决于地面运动的强弱程度；）取决于地面运动的强弱程度； （2）取决于结构本身的动力特性（自振周期和阻尼等）取决于结构本身的动力特性（自振周期和阻尼等） 2、结构动力计算简图、结构动力计算简图 动力计算简图的核心内

12、容是结构质量的描述。动力计算简图的核心内容是结构质量的描述。 水塔等构筑物及单层建筑，将全部质量集中水箱质心或屋盖处，使结构成水塔等构筑物及单层建筑，将全部质量集中水箱质心或屋盖处，使结构成 为一单质点体系；为一单质点体系； 多、高层建筑的楼盖部分是结构的主要质量，可将结构的质量集中到各层多、高层建筑的楼盖部分是结构的主要质量，可将结构的质量集中到各层 楼盖标高处，成为一多质点结构体系。楼盖标高处，成为一多质点结构体系。 3、水平地震作用计算方法、水平地震作用计算方法 动力计算简图的核心内容是结构质量的描述。动力计算简图的核心内容是结构质量的描述。 确定地震作用的方法可分确定地震作用的方法可分

13、静力法、反应谱法（拟静力法）和时程分析方法静力法、反应谱法（拟静力法）和时程分析方法 （直接动力法）三大类。（直接动力法）三大类。 目前，我国建筑抗震设计规范规定，一般建筑可按照反应谱方法确定等效目前，我国建筑抗震设计规范规定，一般建筑可按照反应谱方法确定等效 地震力。它考虑地面加速度的作用和房屋的动力特性，按房屋的最大加速度地震力。它考虑地面加速度的作用和房屋的动力特性，按房屋的最大加速度 反应值确定惯性力。把惯性力作为等效静力荷载进行结构分析。少数情况下反应值确定惯性力。把惯性力作为等效静力荷载进行结构分析。少数情况下 需采用时程分析方法进行补充分析。需采用时程分析方法进行补充分析。 反应

14、谱方法：底部剪力法法、振型分解法。反应谱方法：底部剪力法法、振型分解法。 适用条件：适用条件： 1 高度不超过高度不超过40m 、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的 结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。 2 除除1款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。 3 特别不规则的建筑、甲类建筑和表特别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑，应采所列高度范围的高层建筑，应采 用时程分析法进行多遇

15、地震下的补充计算用时程分析法进行多遇地震下的补充计算 4、反应谱理论、反应谱理论 （1）反应谱理论是对如图单质点体系作地震反应分析，得到单质点的最大）反应谱理论是对如图单质点体系作地震反应分析，得到单质点的最大 加速度反应值加速度反应值 ，于是可得惯性力：，于是可得惯性力： 位移位移 最大加速度最大加速度 质点质点 惯性力惯性力 地面运动位移地面运动位移 最大加速度最大加速度 单质点体系地震反应单质点体系地震反应 a s F m maxg x a S a S Ea FmSG （2）地震影响系数：地震影响系数： a S max 1 g T2 T 地震影响系数；地震影响系数； 地震影响系数最大值；

16、地震影响系数最大值； 直线下降段的下降斜率调整系数；直线下降段的下降斜率调整系数；衰减指数；衰减指数； 特征周期；特征周期；阻尼调整系数；阻尼调整系数； 结构自振周期结构自振周期 地震影响系数曲线地震影响系数曲线 设计地震分组设计地震分组 场地类别场地类别 第一组第一组0.250.350.450.65 第二组第二组0.300.400.550.75 第三组第三组0.350.450.650.90 特征周期值特征周期值 水平地震影响系数最大值水平地震影响系数最大值 地震影响地震影响6度度7度度8度度9度度 多遇地震多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）0.32 罕遇地震罕遇地震-0

17、.50（0.72）0.90（1.20）1.40 （3）底部剪力法）底部剪力法 对于建筑物高度不超过对于建筑物高度不超过40m，结构以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布，结构以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布 较为均匀时，结构的地震作用将以第一振型为主，而结构的第一振型接近直较为均匀时，结构的地震作用将以第一振型为主，而结构的第一振型接近直 线。为简化计算，设计时设法求出所有各质点上的全部地震作用，即作用于线。为简化计算，设计时设法求出所有各质点上的全部地震作用，即作用于 基础顶面的总地震作用，然后再把它分配到各质点上。这就是底部剪力法。基础顶面的总地震作用，然后再把它分配到各质点上。这就是底

18、部剪力法。 总水平地震作用标准值：总水平地震作用标准值： 第第i个楼层处作用的等效地震力：个楼层处作用的等效地震力： 顶点附加力：顶点附加力： a S 1EKeq FG EK 1 (1) ii in n jj j G H FF G H nnEK FF 1 n EK F eq G i F i G j G i H j H 相应于结构基本周期相应于结构基本周期T1的地震影响系数（图的地震影响系数（图2-3）；）； T1结构基本自振周期；结构基本自振周期； 顶点附加作用系数。顶点附加作用系数。 结构总水平地震作用标准值；结构总水平地震作用标准值； 结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值，多质点

19、可取总重力荷载代表值的结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值，多质点可取总重力荷载代表值的85%； 质点质点i的水平地震作用标准值；的水平地震作用标准值； 分别为集中于质点分别为集中于质点i、j的重力荷载代表值；的重力荷载代表值； 分别为质点分别为质点i、j的计算高度。的计算高度。 顶部附加地震作用系数顶部附加地震作用系数 Tg（s）T11.4TgT11.4Tg 0.350.08T1+0.070.0 0.350.550.08T1+0.01 0.550.08T1-0.02 注：T1为结构基本自振周期。 （3）底部剪力法）底部剪力法 地震力沿高度的分布地震力沿高度的分布 例题：例题： 某工

20、程为某工程为8层框架结构，梁柱、楼板为现浇，设防列度为层框架结构，梁柱、楼板为现浇，设防列度为7度，近震，地基为度，近震，地基为 III类场地，尺寸如图所示。现已计算出结构自振周期为类场地，尺寸如图所示。现已计算出结构自振周期为T10.56s；集中在；集中在 屋盖和楼盖的恒载为顶层屋盖和楼盖的恒载为顶层5400kN，2层层7层层5000kN，底层，底层6000kN；活载为；活载为 顶层顶层600kN，1层层7层层1000kN。要求按底部剪力法计算各楼层的地震作用标。要求按底部剪力法计算各楼层的地震作用标 准值与地震剪力标准值。准值与地震剪力标准值。 解：解： 1、楼层重力荷载标准值、楼层重力荷

21、载标准值 根据规范规定，计算地震荷载时，重力荷载代表值取全部恒载，根据规范规定，计算地震荷载时，重力荷载代表值取全部恒载，50活载，活载， 因此各楼层重力荷载代表值为：因此各楼层重力荷载代表值为： 顶层：顶层：G85400+506005700kN 2层层7层：层：G 2 7 5000+5010005500kN 底层：底层：G16000+5010006500kN 总重力荷载代表值为：总重力荷载代表值为：G5700+55006+650045200kN 2、总地震作用标准值、总地震作用标准值 根据根据III类场地土、近震等条件可得：类场地土、近震等条件可得：Tg0.4s； 由由7度设防烈度可得：度设

22、防烈度可得： 0.08，因此，因此 结构等效总重力荷载代表值为：结构等效总重力荷载代表值为： 总地震作用标准值为：总地震作用标准值为： max 0.90.9 1max 1 0.4 ()()0.080.059 0.56 g T T 0.850.854520038420kN eq GG 1 0.059384202266.78kN EKeq FG 3、计算各楼层的地震作用标准值、计算各楼层的地震作用标准值 由于由于 应考虑顶部附加水平地震作用应考虑顶部附加水平地震作用 因此，顶部附加水平地震作用为：因此，顶部附加水平地震作用为： 1 0.561.41.40.40.56, g TT 1 0.080.0

23、10.080.560.010.548 n T 0.05482266.78124.22kN nnEK FF 各楼层的水平地震作用为：各楼层的水平地震作用为： ，计算结果列于下表及下图中。，计算结果列于下表及下图中。 EK 1 (1) ii in n jj j G H FF G H 层层 8255700142500647000471.89596.11 7225500121000647000400.70996.81 6195500104500647000346.051342.86 516550088000647000291.421634.28 413550071500647000236.771871

24、.05 310550055000647000182.142053.19 27550038500647000127.492180.68 1465002600064700086.102266.78 计算结果计算结果 (m) i H(kN) i G ii G H ii G H (kN) i F(kN) i V 水平地震作用与地震剪力图水平地震作用与地震剪力图 86.10 127.49 182.14 236.77 291.42 346.05 400.70 471.89 2266.78 2180.68 2053.19 1871.05 1634.28 1342.86 996.81 596.11 22 1、

25、关于结构的抗震等级，下列说法错误的是（、关于结构的抗震等级，下列说法错误的是（ ）。）。 A决定抗震等级时所考虑的设防烈度与抗震设防可能不一致决定抗震等级时所考虑的设防烈度与抗震设防可能不一致 B只有多高层钢筋混凝土房屋才需划分结构的抗震等级只有多高层钢筋混凝土房屋才需划分结构的抗震等级 C房屋高度是划分结构抗震等级的条件之一房屋高度是划分结构抗震等级的条件之一 D抗震等级越小，要求采用的抗震措施愈严格抗震等级越小，要求采用的抗震措施愈严格 2、设计近震与设计远震，下列说法哪条是正确的（、设计近震与设计远震，下列说法哪条是正确的（ ）。）。 A近震指距震中距离较近的地震近震指距震中距离较近的地

26、震B远震的地震影响比近震要小远震的地震影响比近震要小 C远震是某地区所遭受的烈度比震中低二度或二度以上时的地震远震是某地区所遭受的烈度比震中低二度或二度以上时的地震 D震级较大、震中距较远的地震，对周期较短的刚性结构的破坏，比同样烈度震级较小，震中距较近的破震级较大、震中距较远的地震，对周期较短的刚性结构的破坏，比同样烈度震级较小，震中距较近的破 坏要重坏要重 3、地震作用的大小与下列（、地震作用的大小与下列（ ）因素有关。）因素有关。 建筑物的质量；建筑物的质量； 地震烈度；地震烈度；建筑本身的动力特性；建筑本身的动力特性；地震持续时间；地震持续时间；远、近震情况。远、近震情况。 A、B、

27、C、D、 4、下列说法中，哪条不属于抗震概念设计的内容（、下列说法中，哪条不属于抗震概念设计的内容（ ）。）。 A人选择对抗震有利的建筑立面、平面人选择对抗震有利的建筑立面、平面 B选择技术上、经济上合理的抗震结构体系选择技术上、经济上合理的抗震结构体系 C注意材料的选择和施工质量注意材料的选择和施工质量 D改变建筑物的周期，使其避开场地的卓越周期改变建筑物的周期，使其避开场地的卓越周期 （一）选择题：（一）选择题： 23 5、以下关于地震震级和地震烈度的叙述，何者是错误的（、以下关于地震震级和地震烈度的叙述，何者是错误的（ ）。）。 A一次地震的震级通常用基本烈度表示一次地震的震级通常用基本

28、烈度表示 B地震烈度表示一次地震对各个不同地区的地表和各类建筑的影响的强弱程度地震烈度表示一次地震对各个不同地区的地表和各类建筑的影响的强弱程度 C里氏震级表示一次地震释放能量的大小里氏震级表示一次地震释放能量的大小 D1976年唐山大地震为里氏年唐山大地震为里氏7-8级，震中烈度为级，震中烈度为11度度 6、地震发生时第一个地震波的发源点称为：、地震发生时第一个地震波的发源点称为： A震中震中B震源震源C震中区震中区D发震区发震区 7、关于地震震源和震中的关系，下列哪一条叙述是正确的（、关于地震震源和震中的关系，下列哪一条叙述是正确的（ ）。）。 A震源和震中是同一个概念震源和震中是同一个概念B震中是震源在地球表面上的竖直投影点震中是震源在地球表面上的竖直投影点 C震中是指震源周围一定范围内的地区震中是指震源周