温州大学工程结构抗震期末考试复习总结

1、第一章 地震概述体波：纵波（压缩波），横波（剪切波）面波地震动三要素：最大幅值;频率成分;持续时间。设计地震分组近震和远震的影响烈度相同但震中距不同的两个地点的震害不同。地震波的高频成份衰减快，低频衰减慢，所以在宏观烈度大体相同条件下，处于大震级远离震中的高耸建筑物的震害比中小级震级近震中距的情况严重的多。结构反应和地震作用的周期关系(P.28）高层建筑：基本周期长，在远震中更容易破坏低矮建筑：基本周期短，在近震中更容易破坏注意：场地的震动还与场地土固有周期有关。第4章 结构抗震概念设计抗震设计概要目标三水准：“小震不坏、中震可修、大震不倒” 教材P.51中对此有详细解释过程弹性和弹塑性两阶段

2、内容概念设计、构造措施、结构计算前两项合并称为“抗震措施”(P.51)抗震设计的内容建筑抗震设计包括三个层次的内容1. 抗震概念设计：基于震害经验建立的抗震基本原则和思想。包括工程结构的总体布置和细部构造。2. 抗震计算：为抗震设计提供定量手段3. 抗震构造措施：通过保证结构整体性、加强局部薄弱环节，补充抗震计算的不足。注意：抗震措施: 除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容。包括抗震构造措施和抗震概念设计等。第二章 地震作用地震作用地震作用是由地震引起的惯性力，属于间接作用。以前还称为地震力。地震是动力作用。它是一种地震对结构影响的等效力(惯性力)，并不是直接作用于结构上的荷载。设计

3、中通过一系列简化，把地震作用简化为一个等效的静力荷载，称为等效地震荷载。影响地震作用效应的因素：地震动三要素：地震烈度、持续时间和频率特性建筑物的动力特性场地土的特性（场地类别）同一地点同样的地震烈度时，各种结构所受的地震作用一般是不同的。(结构的动力特性不同)所以本章考虑如何简化这些影响因素，得到地震荷载2.2 多自由度弹性体系地震反应结构抗震计算的特点1 结构振动的概念和运动方程2 自由振动固有频率和振型4 强迫振动振型分解法5 抗震(强迫振动)振型分解反应谱法地震作用(随机激励)下的多自由度体系的振动.振型分解法：求解多自由度体系的强迫振动反应谱法：求解最大地震作用效应的方法特点:随机振

4、动获得最大地震响应多自由度体系振动规律要点n个自由度的体系有n个固有周期(频率)每个周期对应一个振型。最大的一个固有周期称为基本周期，对应的振型称为基本振型。基本振型总是与体系的最简单变形形式相近，这种变形形式对应体系较小的势能。任何复杂的振动都是各种振型的线性迭加。振型反应了结构振动在空间的变化形式。 对应不同固有周期的振型是正交的。体系按一个振型振动时，结构的曲线形式不变。各点的振动大小不同，但保持相同的比例。几个特殊的问题1、振型的归一化，与唯一性(P.44)2、振型的加权正交性(P.47)3、阻尼矩阵的处理(瑞利阻尼P.49)4、振型阻尼比及相关问题(每一个振型都有一个阻尼比，但实际上

5、不这样考虑)关于振型的要点一般凡提到振型都是指在归一化以后的那一个。每个频率对应一个振型。有多少个自由度就有多少个频率/振型。不同频率对应的振型是加权正交的。按一个振型振动时，结构的曲线形式保持不变。各点的振动虽然大小不同，但保持相同的比例。 基本振型总是与体系的最简单变形形式相近，这种变形形式对应体系较小的势能。任何复杂的振动都是各种振型的迭加。振型反应了结构振动在空间的变化形式。注意：本教材中总是以i 代表质点，以j 代表振型。5 振型分解反应谱法 P.77动力计算模型：把结构分成多自由度体系自由振动分析：求出各阶频率和振型振型分解法：多自由度体系分解成多个单自由度体系注意：这里每阶振型对

6、应一个单自由度体系在此处用杜哈美积分求解则是振型分解法。但是本课程中的问题的目标是在地震作用下进行结构设计，所以采用反应谱计算最大地震作用反应谱法：求各单自由度体系的最大地震响应。实际上求出的是系统各阶振型的最大地震反应振型组合：把各振型的反应组合结构的响应不是先求出各质点上的最大地震力，然后再求地震反应，而是把各质点地震反应组合后得到系统的地震反应5.1 房屋的抗震等级抗震等级是结构和构件抗震设计的直接依据。抗震等级根据重要性类别、设防烈度、高度、结构型式确定。重要性等级为丙级的结构按表确定。甲、乙、丁类建筑，根据设防标准调整烈度后(提高或降低)，再按表确定。抗震计算和构造措施可能采用不同的

7、等级。同一结构的不同构件的抗震等级可能不同。4.1 场地选择从破坏性质和工程对策角度，地震对结构的破坏作用可分为两种类型：场地、地基的破坏作用和场地的震动作用。1. 场地和地基的破坏作用是指造成建筑破坏的原因直接由场地和地基稳定性引起的（地面破裂、滑坡、坍塌）。这种破坏作用一般是通过场地选择和地基处理来减轻地震灾害的。2. 场地的地震动作用是指由于强烈地面运动引起地面设施振动而产生的破坏作用。减轻它所产生的地震灾害的主要途径是合理的进行抗震和减震设计和采取减震措施。为此要确定工程场地的设计地震动参数。场地及其地震效应 场地土与震害的一般关系场地土对建筑物的震害，主要与场地土的坚硬程度和土层的组

8、成有关。Ø 在同一地震和同一震中距离时，软弱地基地面的自震周期长，振幅大，震动持续时间长，震害也重(地基的震害)。Ø 软弱地基上的各类建筑物震害比坚硬地基上的严重(上部结构的震害)。Ø 坚硬土层上的刚性建筑、软弱土上的柔性建筑破坏严重。场地固有周期(P.31)n 场地固有周期的定义与对结构的抗震的影响n 场地固有的动力特性。与具体的地震无关。n 建筑物固有周期与场地固有周期接近时震害加大。n 影响场地固有周期的因素n 剪切波速越大、场地的固有周期越短。n 覆盖层厚度越大、场地的固有周期越长。n 软(硬)夹层减少(增加)固有周期，距离基础底面越近效果越明显。n 固有

9、周期=剪切波穿越覆盖层四倍的时间或者：n 固有周期 4×土层厚度/剪切波速场地的地震效应(P.58)n 放大作用：场地固有周期与地震动的卓越周期接近时，产生共振现象，使地面振幅加大场地土放大了地震作用。n 滤波作用：对与场地固有周期相差较大的地震波，有滤除减小的作用。n 坚硬场地土震动以短周期为主n 软弱场地土震动以长周期为主5 钢筋混凝土框架结构设计框架设计的基本原则(参考抗震P.138)强柱弱梁：保证塑性铰大部分出现在梁端，梁先于柱破坏；柱是主要承重构件，出现破坏以后比较难以修复。 强剪弱弯；避免梁、柱构件过早剪切破坏，在可能出现塑性铰区段内，梁的剪切破坏是脆性的(剪拉破坏)或延

10、性很小的(剪压破坏)。抗震的延性框架不仅要求在塑性铰出现之前不被剪坏，塑性铰出现以后也不要过早地被剪坏，后者就是提高延性的措施。强节点、强锚固，弱构件。避免出现节点破坏及钢筋的锚固破坏，要保证节点不先于梁和柱破坏；同时在梁中出现塑性铰以后梁柱仍然构成一个整体。框架梁端截面抗震设计要求按强柱弱梁的要求的基础上，在梁端形成塑性铰（梁端弱，跨中强） 梁端形成塑性铰以后，仍然由足够的抗剪承载力。(抗弯弱，抗剪强)梁中钢筋屈服后，塑性铰区应该有较好的延性和耗能能力。 (抗弯承载力弱，抗变形能力强)防止因塑性铰的形成而影响梁柱节点，要解决好锚固问题。(强节点弱构件确保整体性)6.1 延性耗能框架的概念设计

11、延性结构：结构在进入塑性状态以后，具有较大的塑性，同时又能维持承载力。结构延性的度量：延性比延性比=维持结构承载力的框架顶点最大位移 / 屈服时框架顶点的位移。设计延性结构的目的：避免出现无先兆的脆性破坏；利用结构的延性在地震中耗能，减轻震害；实现中震可修、大震不倒。实现延性框架的途径 延性结构可以通过合理的设计实现1.延性结构要通过构件的延性和保持结构的整体性来实现；2.梁的剪切破坏为脆性破坏必须避免。斜截面的剪压破坏也不应该过早发生，应先发生正截面的弯曲破坏(适筋梁)。3. 柱本身重要、柱的的延性小，避免柱破坏4. 节点破坏会导致结构整体破坏，要避免实现延性框架的措施：(1) 强柱弱梁；(

12、2) 强剪弱弯；(3)强结点、强锚固、弱构件。6.2框架梁抗震设计要点保证延性框架梁是钢混框架结构的主要耗能构件,是保证设计延性框架的关键。设计要点为：保证梁端正截面弯曲破坏在先强柱弱梁不留抗弯安全储备避免出现斜截面先破坏强剪弱弯保证适筋梁避免正截面少筋和超筋；在适筋梁基础上，减小(限制)受压区高度，提高框架梁延性。采用配受压区钢筋可提高梁的延性；塑性铰区应配受压钢筋形成双筋截面；控制截面尺寸；限制剪压比防止斜压破坏塑性铰区应加密箍筋，加大箍筋直径、采用闭口箍。以保证抗剪强度。（抗震设计）框架梁端采用双筋截面的理由1、底部已有钢筋：钢筋帮助混凝土受压不经济。非抗震设计中，一般不采用双筋截面。但

13、抗震时情况不同，上下两面都可能受拉；所以下部必须配受力钢筋。由于构造要求，必需配置底部(受压区)的钢筋。不宜采用弯起钢筋抗剪所以梁端底部钢筋不会减少。水平荷载的双向作用进一步要求有钢筋抵抗正弯矩。受压区钢筋不是另外添加的，没有不经济的问题。2、必须满足强柱弱梁：不能忽略受压钢筋对梁承载力的提高作用。忽略此作用可能会导致梁端的实际抗弯能力过大，给梁端留了安全储备，可能形成强梁。3、提高延性：双筋截面有利于提高截面延性。由于考虑了受压钢筋，而降低了受拉钢筋配筋率，从而提高了截面的延性4、抗震构造要求：梁端受拉钢筋配筋率2.5%由于这个要求，为保证承载力，有时只能配受压区钢筋减小相对受压区高度 提高

14、适筋梁延性(高层P.148，抗震P.132)受压区高度减小则延性增加(破坏时截面曲率/变形增加)。表达式中减小前一项或者增加后一项都可以减小 。所以：途径1：减小受拉钢筋配筋率，可减小受压区高度途径2：增加受压钢筋配筋率，可减小受压区高度强制规定：抗震设计时，不能大于某个极限值(一、二、三级框架)。6.2.3 梁的抗剪设计和验算1、梁截面箍筋肢距和配筋率2、剪力设计值的强剪弱弯调整3、沿梁长度方向-箍筋间距和加密区4、破坏形态保证剪压破环避免出现斜压和斜拉破坏剪跨比过大出现斜拉破坏剪压比过大出现斜压破坏箍筋防止剪压破坏斜截面抗震和非抗震设计的差异剪力设计值采用强剪弱弯调整后的值Vb。斜截面承载

15、力计算公式中的系数不同。不采用弯起钢筋抗剪。需进行梁端的剪压比验算，以确认尺寸。增加对梁端箍筋加密区及其构造要求。最大间距限制(加密区s100)最小箍筋配筋率限制(非加密区)最大肢距限制(可能需要采用复合箍筋)纵筋的搭接和锚固长度要求更加严格注意：剪跨比、剪压比验算应事先进行框架梁抗剪设计步骤(配箍筋) 强剪弱弯调整获得加密区剪力设计值Vb用Vb进行剪压比验算截面尺寸(避免斜压破坏)确定加密区长度和箍筋肢数(复合箍筋的情况)加密区抗剪承载力验算(小震不坏) Av/s构造要求决定加密区箍筋间距(100mm)用组合剪力设计值计算非加密区Av/s按最小箍筋配筋率要求和200mm决定非加密区箍筋间距s

16、沿梁长度箍筋间距与加密区梁端塑性铰区：12倍梁高箍筋加密区长度：1.5倍(二四级)或2倍(一级)梁高或500mm加密区箍筋的作用1.提高塑性铰区的延性约束混凝土的作用2.防止混凝土压溃前受压钢筋屈曲3.抗剪实现强剪弱弯注意：高度大于350mm时，加密区长度就大于500mm6.2.4 框架梁的构造措施对框架梁截面尺寸和材料的限制· 如果不能满足以下任何一个限制，则需要修改初选的材料或尺寸。· (1) 承载力对截面尺寸和材料的限制n 在承载力验算中需满足要求· (2)剪压比限值· (3)构造要求框架梁截面尺寸要求在一般荷载情况下，框架梁截面高度可按(1/10

17、1/18)梁跨度， 且不小于400mm,也不宜大于1/4净跨，梁的宽度不宜小于1/4梁高，且不应小于200mm。具体表达如下：截面尺寸bb×hb （1） bb200mm （薄腹梁易剪切破坏,绝对值限制） （2） hb/bb4(或hb/bb0.25) （薄腹梁易剪切破坏，相对值） （3） ln/hb4 （深梁容易产生剪切破坏） 三、四级框架箍筋构造要求 · 关于箍筋加密的简单记忆：· 梁柱端箍筋加密区长度不小于500mm(梁高>300加密区必大于500)· 梁柱端加密区箍筋间距不小于100mm· 梁柱非加密区箍筋间距都不能大于2倍加密区间距

18、。纵向钢筋的构造要求(1) 梁截面上部和下部至少应各配置两根通长纵向钢筋，其截面面积不应小于梁支座处上部钢筋中较大截面面积的四分之一；且对抗震等级为一、二级时，钢筋直径不应小于14mm；三、四级时，钢筋直径不应小于12mm。这个规定主要是考虑在地震作用时，楼面可能无活荷载，梁端弯矩变号点可能会向跨中延伸。 (2)  一、二级抗震等级的框架梁，贯通中柱的每根纵向钢筋的直径，分别不宜大于与纵向钢筋相平行的柱截面尺寸的1/20；对圆形截面柱，不宜大于纵向钢筋所在位置柱截面弦长的1/20。 这个规定主要是考虑地震作用时，防止梁的纵向滑移，或锚固失效而产生的破坏。6.3 框架柱抗震设

19、计柱压弯承载力验算框架柱正截面设计步骤验算轴压比抗震设计轴压比限值更严格获得柱端截面组合弯矩计算值进行强柱弱梁调整得到弯矩设计值。按一般钢筋混凝土偏心受压柱进行设计（角柱按双向受弯构件设计）计算偏心距、判断大小偏心受压确定纵向钢筋面积决定配筋注：此过程种需要满足配筋率等抗震构造要求。框架柱的概念设计要点减小轴压比：加大断面、提高砼强度柱的最终破坏是混凝土被压碎，所以采用等级较高的混凝土对提高柱的抗压能力有利。防止出现小偏心受压破坏。改善混凝土的受力状态：加密箍筋强柱弱梁，使柱尽量不出现塑性铰；出现塑性铰后要有足够的延性和耗能能力强柱弱梁不能完全保证在柱端不出现塑性铰。在弯曲破坏前不发生剪切破坏

20、，使柱由足够的抗剪能力；注：以上两项通过要求较高的构造措施实现。 不宜用高强度钢筋作受压钢筋混凝土的极限压应变为0.33%，采用低强度的钢筋则破坏时，钢筋已经达到屈服，充分发挥了作用，而若用高强度钢筋，混凝土破坏时，钢筋仍保持弹性，没有充分发挥作用。6.3.1 影响柱延性耗能的主要因素· (1) 剪跨比：不能过小· (2) 轴压比：不能过大· (3) 重视箍筋的作用n 抗剪n 约束混凝土n 防止纵筋压屈· 与梁相比，柱子的变形能力比较差，但是柱子在结构中的地位比梁重要，所以要对它的变形能力作更多的要求。框架柱抗弯设计要点和步骤1. 截面尺寸的规定 400

21、mm2. 轴压比：延性、不能过大。决定截面尺寸。3. 强柱弱梁调整。4. 抗弯承载力验算(小震不坏，对称配筋)5. 纵筋构造要求(保证中震可修和大震不倒)1. 配筋率（最大、最小）2. 纵筋间距200mm框架柱截面尺寸的规定(抗震P.142)为保证框架柱的延性，截面尺寸，有具体限制：高度和宽度可以不同，但：1、一、二、三级框架柱：最小尺寸不小于4002、长边和短边之比不大于3.3、柱截面尺寸最终由轴压比控制（剪压比容易满足）更详细的规定可见教材。关于轴压比的若干结论(抗震P.141)1、轴压比对柱的破坏形态和延性有重要影响(a)轴压比较小时，柱截面受压区高度较小，受拉钢筋首先屈服，属大偏心受压

22、破坏，破坏时柱有较大变形，属于延性破坏。框架柱一般应控制为大偏心受压。(b)轴压比较大时，柱截面受压区高度较大，破坏时受拉钢筋并未屈服，属小偏心受压破坏，破坏时柱的变形较小，属于脆性破坏2、尽管加密箍筋对提高柱的延性会有作用，随着轴压比的增加，这种作用会愈来愈小。3、满足轴压比限值可以保证框架柱有足够的延性，但不一定能保证大偏压。4、不能满足轴压比限值时，应增加柱截面面积或提高混凝土强度等级。6.3.2 柱压弯承载力验算框架柱正截面设计步骤1. 验算轴压比抗震设计轴压比限值更严格2. 获得柱端截面组合弯矩计算值3. 进行强柱弱梁调整得到弯矩设计值。4. 按一般钢筋混凝土偏心受压柱进行设计（角柱

23、按双向受弯构件设计）l 计算偏心距、判断大小偏心受压l 确定纵向钢筋面积l 按配筋率要求最终决定配筋量Asl 按最小间距200mm的要求决定根数l 注：此过程种需要满足配筋率等抗震构造要求。有侧移框架和无侧移框架· 无侧移框架有可靠水平支撑的框架n 类型：三根柱(两跨以上)，且有较多非轻质墙n 或构造设置有剪力墙时。n 特点：不考虑竖向荷载的二阶效应(不增加柱端弯矩)· 有侧移框架无可靠水平支撑的框架n 类型：没有任何墙体或墙体可以拆除的框架n 墙体均采用轻质材料的框架n 有一定非轻质墙的单跨框架n 特点：竖向荷载会引起二阶效应(增加柱端弯矩)框架柱纵筋配置的构造要求P.145Ø 抗震设计时宜采用对称配筋；Ø 抗震设计时，截面尺寸大于400mm的柱