建筑结构抗震设计方案

1、建筑结构抗震设计方案考试范围主要考查前五章的内容，对六、七、八、九章只做主要考查前五章的内容，对六、七、八、九章只做基本概念的掌握和了解。基本概念的掌握和了解。理解地震、场地、地基和基础等与建筑结构抗震理解地震、场地、地基和基础等与建筑结构抗震设计的内在联系，掌握建筑结构的地震反应分析原设计的内在联系，掌握建筑结构的地震反应分析原理和抗震验算方法，掌握建筑抗震概念设计的主要理和抗震验算方法，掌握建筑抗震概念设计的主要特点，掌握多层和高层钢筋混凝土房屋的抗震设计，特点，掌握多层和高层钢筋混凝土房屋的抗震设计，了解其他结构形式房屋的抗震设计以及隔震和耗能了解其他结构形式房屋的抗震设计以及隔震和耗能

2、减震房屋的设计。减震房屋的设计。2第1章 绪论一、地震灾害概述一、地震灾害概述 地震是地球内部构造运动的产物，是一种普遍的自然现象，全世地震是地球内部构造运动的产物，是一种普遍的自然现象，全世界每年发生约界每年发生约500万次地震。同时地震又是一种突发的自然灾害。万次地震。同时地震又是一种突发的自然灾害。 现代科技的发展，虽能对地震的发生进行预测，但准确现代科技的发展，虽能对地震的发生进行预测，但准确地预报何时、何地将发生何种强度的地震一般是很困难的。地预报何时、何地将发生何种强度的地震一般是很困难的。这主要是由于地壳运动的复杂性，以及现代科学技术水平的这主要是由于地壳运动的复杂性，以及现代科

3、学技术水平的局限性。局限性。 因此，破坏性地震常常是突然发生的。因此，破坏性地震常常是突然发生的。 目前的地震形势是世界包括我国目前均处于地震活跃期，抗震任目前的地震形势是世界包括我国目前均处于地震活跃期，抗震任务不容忽视。务不容忽视。3二、地震基本知识二、地震基本知识1 1、掌握地震、震级、烈度、掌握地震、震级、烈度、设计地震分组等基本概念，掌握地震波动理论。设计地震分组等基本概念，掌握地震波动理论。2 2、地震类型、地震类型n按成因分类：构造地震、火山地震按成因分类：构造地震、火山地震 、诱发地震、诱发地震、 陷落地震陷落地震 。其中构造地震约占世界地震总数的其中构造地震约占世界地震总数的

4、90%90%以上，破坏力大，影响以上，破坏力大，影响范围广，建筑结构抗震设计中仅限于讨论构地震作用下建筑的范围广，建筑结构抗震设计中仅限于讨论构地震作用下建筑的设防问题。设防问题。n按震源深度分类：浅源地震、中源地震、按震源深度分类：浅源地震、中源地震、 深源地震深源地震n按地震序列分类：主震型地震、震群型或多发型地震、孤立型按地震序列分类：主震型地震、震群型或多发型地震、孤立型或单发型地震。或单发型地震。第1章 绪论4第1章 绪论三、地震的震害三、地震的震害直接灾害：直接灾害： 由地震的原生现象如地震断层错动、地震波由地震的原生现象如地震断层错动、地震波引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要有

5、：地面破引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要有：地面破坏、建筑物与构筑物的破坏。坏、建筑物与构筑物的破坏。次生灾害：直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平次生灾害：直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳定状态，从而引发出的灾害。有火灾、水灾、毒衡、稳定状态，从而引发出的灾害。有火灾、水灾、毒气泄漏、瘟疫、海啸等。气泄漏、瘟疫、海啸等。 5四、结构的抗震设防四、结构的抗震设防“三水准三水准”抗震设防目标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，即小震不坏；或不需修理可继续使用，即

6、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，即中震可修；般修理或不需修理仍可继续使用，即中震可修；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，即大震不倒。致倒塌或发生危及生命的严重破坏，即大震不倒。 第1章 绪论6第1章 绪论“两阶段两阶段”抗震设计方法抗震设计方法n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

7、对各类结构按规定要求采取抗震措施。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。n第二阶段：对一些第二阶段：对一些规范规定的结构（规范规定的结构（有特殊要求的建筑、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）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。进行大震作用下的弹塑性变形验算。7抗震设防分类及抗震设防标准抗震设防分类及抗震设防标准1 1、抗震设防分类、抗震设防分类建筑类别不同，抗震设防标准也不同。以地震中和地震后房屋的损建筑类别不同，抗震设防标准也不同。以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响的程度大小

8、，将建筑分成甲、乙、丙、坏对社会和经济产生的影响的程度大小，将建筑分成甲、乙、丙、丁丁4 4个抗震设防类别。个抗震设防类别。2 2、抗震设防标准、抗震设防标准针对建筑不同的抗震设防分类针对建筑不同的抗震设防分类, ,规范对抗震措施和地震作用的计规范对抗震措施和地震作用的计算做了专门的规定算做了专门的规定, ,以满足不同抗震设防的要求。以满足不同抗震设防的要求。 第1章 绪论8一、一、 场地场地1 1、建筑场地的类别划分、建筑场地的类别划分n指标一指标一场地土的类型场地土的类型n指标二指标二场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度1 1）场地土类型）场地土类型n场地土类型：为确定场地类别而对场地土刚度所作的

9、类场地土类型：为确定场地类别而对场地土刚度所作的类型划分。两种划分方法：型划分。两种划分方法：n基本划分法基本划分法定量指标（剪切波速）定量指标（剪切波速）n综合划分法综合划分法定性指标（岩土状态）定性指标（岩土状态）第二章 场地、地基与基础9土层的等效剪切波速：土层的等效剪切波速：基本划分法基本划分法tdvse/0综合划分法综合划分法使用范围：使用范围：对丁类建筑及层数不超过对丁类建筑及层数不超过10层和高度在层和高度在30m以下的丙以下的丙类建筑，当无实测剪切波速资料时，可根据岩土名称和类建筑，当无实测剪切波速资料时，可根据岩土名称和性状按下表规定划分土的类别。性状按下表规定划分土的类别。

10、siinivdt/1第二章 场地、地基与基础10淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，粉土， 的填土，流塑黄土的填土，流塑黄土软弱土软弱土稍密的的砾、粗、中砂稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂除松散外的细、粉砂,可塑黄可塑黄土土, 的粘性土和粉土的粘性土和粉土, 的填土的填土中软土中软土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂， 的粘性土和粉土，坚硬黄土的粘性土和粉土，坚硬黄土中硬土中硬土稳定岩石，密实的碎石土稳定岩石，密实的碎石土坚硬土坚硬土或岩石或岩石土层剪切波土层剪切波速范围速

11、范围(m/s) 岩土名称和性状岩土名称和性状土的土的类型类型500sv250500sv140250svsv140200akf200akf130akf130akfakf-地基土静承载力标准值地基土静承载力标准值 土的类别划分和剪切波速范围土的类别划分和剪切波速范围第二章 场地、地基与基础11第二章 场地、地基与基础2 2）场地覆盖层厚度）场地覆盖层厚度覆盖层厚度：是指从地表到地下基岩面的垂直距离，也就是覆盖层厚度：是指从地表到地下基岩面的垂直距离，也就是基岩的埋深。基岩的埋深。我国规范取值规定：我国规范取值规定：一般情况下，地面到剪切波速大于一般情况下，地面到剪切波速大于500m/s500m/s

12、的坚硬土层顶面的坚硬土层顶面的距离为场地覆盖层厚度。的距离为场地覆盖层厚度。12 80 315 3050 0 500sev250500sev140250sevsev140m5m5m3501580m3等效剪切波速等效剪切波速（m/s）场场 地地 类类 型型3 3）场地类别）场地类别我国规范根据场地土等效剪切波速和场地覆盖层厚度我国规范根据场地土等效剪切波速和场地覆盖层厚度（m），按地震对建筑的影响将建筑场地类别划分为），按地震对建筑的影响将建筑场地类别划分为4类类（见下表）。（见下表）。第二章 场地、地基与基础13天然地基地震作用下的承载力验算天然地基地震作用下的承载力验算地基基础抗震设计是通过

13、选择合理的基础体系和抗震验地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗震验算来保证其抗震能力的。算来保证其抗震能力的。1 1、 验算内容：竖向承载力验算（通常认为：基础抗水平地震验算内容：竖向承载力验算（通常认为：基础抗水平地震作用能力足够）作用能力足够）规范规定：基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式规范规定：基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式要求：要求： aEfp aEfp2 . 1max第二章 场地、地基与基础142 2、 地基土抗震承载力确定地基土抗震承载力确定我国规范采用地基土静承载力乘以调整系数后的值作我国规范采用地基土静承载力乘以调整系数后的值作为抗震承载力设计值：为抗震

14、承载力设计值：aaaEfffaE-aE-调整后的地基抗震承载力设计值；调整后的地基抗震承载力设计值； - -地基抗震承载力调整系数；地基抗震承载力调整系数；fa -a -深宽修正后的地基静承载力特征值，按建筑地基深宽修正后的地基静承载力特征值，按建筑地基基础设计规范基础设计规范GB50007GB50007采用。采用。a第二章 场地、地基与基础15第二章 场地、地基与基础三、液化土与软土地基三、液化土与软土地基1 1、液化定义、液化震害、液化的影响因素。、液化定义、液化震害、液化的影响因素。2 2、液化的判别液化的判别（1 1）液化判别和处理的一般原则：）液化判别和处理的一般原则： 1 1）对存

15、在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基，除）对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基，除6 6度外，应进度外，应进行液化判别。对行液化判别。对6 6度区一般情况下可不进行判别和处理，但对液度区一般情况下可不进行判别和处理，但对液化敏感的乙类建筑可按化敏感的乙类建筑可按7 7度的要求进行判别和处理。度的要求进行判别和处理。 2 2）存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化）存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级结合具体情况采取相应的措施。等级结合具体情况采取相应的措施。（2 2）对一般工程项目砂土或粉土液化判别及危害程度估计可按）对一般工程项目砂土或粉土液化判别及

16、危害程度估计可按以下步骤进行：以下步骤进行： 初步判别初步判别 标准贯入试验判标准贯入试验判16 液化地基的初步判别液化地基的初步判别以地质年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土厚度等作以地质年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土厚度等作为判断条件。为判断条件。标准贯入试验判别标准贯入试验判别当初判后，认为需要进一步进行液化判别时，则应采用标准当初判后，认为需要进一步进行液化判别时，则应采用标准贯入试验判别法进行贯入试验判别法进行“再判再判”。规范规定：当饱和可液化土的标贯击数规范规定：当饱和可液化土的标贯击数N63.5N63.5的值小于的值小于NcrNcr值时，值时，判为液化，否则判为不液化

17、。判为液化，否则判为不液化。 )15(/3)( 1 . 09 . 00mdddNNscwscr)2015(/3)1 . 04 . 2(0mddNNscwcr第二章 场地、地基与基础17 3、液化地基的评价、液化地基的评价为了鉴别场地土液化危害的严重程度，抗震规范给出了液化指数为了鉴别场地土液化危害的严重程度，抗震规范给出了液化指数的概念，的概念，采用土层柱状液化等级判定。采用土层柱状液化等级判定。iicriinilEWdNNI)1 (1由液化指数，按下表确定液化等级由液化指数，按下表确定液化等级判别深度判别深度20m时的液化指标时的液化指标判别深度判别深度15m时的液化指标时的液化指标 严重严

18、重 中等中等 轻微轻微 液化等级液化等级50lEI60lEI155lEI186lEI15lEI18lEI第二章 场地、地基与基础184、抗液化措施、抗液化措施当液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施。当液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施。地基和上部结构处理，或地基和上部结构处理，或其它经济的措施其它经济的措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施丁类丁类全部消除液化沉陷，或部全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理和上部结构处理基础和上部结构处理，或更高要基础和上部结构处理，或更高要求的措施求的措施基础和上部结构处理，基础和

19、上部结构处理，亦可不采取措施亦可不采取措施丙类丙类全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消除液化全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理沉陷且对地基和上部结构处理部分消除液化沉陷，或对部分消除液化沉陷，或对地基和上部结构处理地基和上部结构处理乙类乙类严重严重中等中等轻微轻微地基的液化等级地基的液化等级建筑建筑类别类别甲类建筑：要特殊考虑，但不得低于乙类甲类建筑：要特殊考虑，但不得低于乙类第二章 场地、地基与基础19 一、概述一、概述 结构的地震反应：地震引起的结构振动，包括速度、加结构的地震反应：地震引起的结构振动，包括速度、加速度位移和内力等。速度位移和内

20、力等。 地震作用和结构抗震验算是建筑抗震设计的重要环节，是地震作用和结构抗震验算是建筑抗震设计的重要环节，是确定所设计的结构满足最低抗震设防安全要求的关键步骤。确定所设计的结构满足最低抗震设防安全要求的关键步骤。 由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确定性，以及结构和体形的差异等，地震作用的计算方法是定性，以及结构和体形的差异等，地震作用的计算方法是不同的。主要有底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分不同的。主要有底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法、静力弹塑性方法。析法、静力弹塑性方法。 主要掌握底部剪力法、振型分解反应谱法。主要掌握底

21、部剪力法、振型分解反应谱法。 第三章 结构地震反应分析和抗震验算20二、单自由度体系的水平地震作用二、单自由度体系的水平地震作用 对于单自由度体系，把惯性力看作反映地震对结构体系影对于单自由度体系，把惯性力看作反映地震对结构体系影响的等效力，用它对结构进行抗震验算。响的等效力，用它对结构进行抗震验算。 结构在地震持续过程中经受的最大地震作用为结构在地震持续过程中经受的最大地震作用为GFEKG-集中于质点处的重力荷载代表值；集中于质点处的重力荷载代表值；-水平地震影响系数水平地震影响系数第三章 结构地震反应分析和抗震验算21地震影响系数曲线地震影响系数曲线)(sT01 . 0gTgT50 . 6

22、max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT 第三章 结构地震反应分析和抗震验算22第三章 结构地震反应分析和抗震验算例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为盖处。已知设防烈度为8 8度，设计地震分组为二组，度，设计地震分组为二组，类类场地；屋盖处的重力荷载代表值场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kNG=700kN，框架柱线刚，框架柱线刚度度 , ,阻尼比为阻尼比为0.050.05。试求该结构多。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。遇地震时的水平地震作用。 mkN106 . 2/4hE

23、Iicch=5mh=5m解：解：（1 1）求结构体系的自振周期）求结构体系的自振周期kN/m249601248021222hiKct4 .71s/m8 . 9/kN700/2gGms336. 024960/4 .712/2KmT23（2 2）求水平地震影响系数）求水平地震影响系数查表确定查表确定max16. 0max地震影响系数最大值（阻尼比为地震影响系数最大值（阻尼比为0.050.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-罕遇地震罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震多遇地震 9 8 7 6地震影响地震影响烈度烈度查表确定查表确定gT3 . 0

24、gT地震特征周期分组的特征周期值（地震特征周期分组的特征周期值（s s）0.90 0.65 0.450.35第三组第三组0.75 0.55 0.400.30第二组第二组0.65 0.45 0.35 0.25第一组第一组 场地类别场地类别ggTTT5第三章 结构地震反应分析和抗震验算24)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT max2)(TTg9 . 055 . 005. 09 . 017 . 106. 005. 012144. 016. 0)336. 0/3 . 0(9 . 0kN8 .100700144.0GF（3

25、3）计算结构水平地震作用）计算结构水平地震作用第三章 结构地震反应分析和抗震验算25三、重力荷载代表值的确定三、重力荷载代表值的确定 结构的重力荷载代表值等于结构和构配件自重标准值结构的重力荷载代表值等于结构和构配件自重标准值G Gk k加加上各可变荷载组合值。上各可变荷载组合值。niikQikQGG1ikQ-第第i i个可变荷载标准值；个可变荷载标准值；Qi-第第i i个可变荷载的组合值系数；个可变荷载的组合值系数；第三章 结构地震反应分析和抗震验算26四、多自由度弹性体系的地震反应分析四、多自由度弹性体系的地震反应分析 振振型分解反应谱法型分解反应谱法体系体系j j振型振型i i质点水平地

26、震作用标准值质点水平地震作用标准值jjjijjiGxF nijiinijiijTjTjjxmxmXMXIMX121-相应于相应于j j振型自振周期的地震影响系数；振型自振周期的地震影响系数；jjix- j- j振型振型i i质点的水平相对位移；质点的水平相对位移；j- j- j振型的振型参与系数；振型的振型参与系数；iG- i- i质点的重力荷载代表值。质点的重力荷载代表值。第三章 结构地震反应分析和抗震验算27 地震作用效应（弯矩、位移等）：地震作用效应（弯矩、位移等）：mjjEKSS12jS-j-j振型地震作用产生的地震效应；振型地震作用产生的地震效应；m -选取振型数选取振型数 一般只取

27、一般只取2-32-3个振型，当基本自振周期大于个振型，当基本自振周期大于1.5s1.5s或房屋高或房屋高宽比大于宽比大于5 5时，振型个数可适当增加。时，振型个数可适当增加。第三章 结构地震反应分析和抗震验算28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。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。 抗震设防烈度为抗震设防烈度为8 8度，度，类场地，设计地震分组为第二组。类场地，设计地震分组为第二组。tm2701tm2702tm1803MN/m2451KMN/m1952KMN/m983K解：解： （1 1）求体系的自振周期和振型）求体系的自振周期和振型000.166

28、7.0334.01X 000. 1666. 0667. 02X 000. 1035. 3019. 43Xs467.01Ts208.02Ts134.03T第三章 结构地震反应分析和抗震验算29第三章 结构地震反应分析和抗震验算（2 2）计算各振型的地震影响系数）计算各振型的地震影响系数1.400.90(1.20)0.50(0.72)-罕遇地震罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震多遇地震 9 8 7 6地震影响地震影响烈度烈度地震影响系数最大值（阻尼比为地震影响系数最大值（阻尼比为0.050.05）查表得查表得16.0max地震特征周期分组的特征周期值（地震特征

29、周期分组的特征周期值（s s）0.90 0.65 0.450.35第三组第三组0.75 0.55 0.400.30第二组第二组0.65 0.45 0.35 0.25第一组第一组 场地类别场地类别s4.0gT30)(sT0 1 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT第一振型第一振型ggTTT51max21)(TTg139.0第二振型第二振型gTT2s1.016.0max22第三振型第三振型gTT 3s1.016.0max23第三章 结构地震反应分析和抗震验算31第三章 结构地震反应分析和抗震验算（3 3）计算各振型的振型参与系数）计算

30、各振型的振型参与系数第一振型第一振型31213111/iiiiiixmxm363.11180667.0270334.02701180667.0270334.0270222第二振型第二振型31223122/iiiiiixmxm428.01180)666.0(270)667.0(2701180)666.0(270)667.0(270222第三振型第三振型31233133/iiiiiixmxm063. 01180)035. 3(270019. 42701180)035. 3(270019. 427022232（4 4）计算各振型各楼层的水平地震作用）计算各振型各楼层的水平地震作用ijjijjiGxF

31、kN4 .1678 .9270334.0363.1139.011F第一振型第一振型kN4 .3348 .9270667.0363.1139.012FkN2 .3348 .9180000.1363.1139.013FkN4 .167kN4 .334kN2 .334第一振型第一振型第三章 结构地震反应分析和抗震验算33第三章 结构地震反应分析和抗震验算kN9 .1208 .9270)667.0()428.0(16.021F第二振型第二振型kN7 .1208 .9270)666.0()428.0(16.022FkN8 .1208 .9180000.1)428.0(16.023FkN2 .1078 .

32、9270019.4063.016.031F第三振型第三振型kN9 .808 .9270)035.3(063.016.032FkN8 .178 .9180000.1063.016.033FkN8 .17kN9 .80kN2 .107第三振型第三振型kN8 .120kN7 .120kN9 .120第二振型第二振型34kN4 .167kN4 .334kN2 .334第一振型第一振型（5 5）计算各振型的地震作用效应（层间剪力）计算各振型的地震作用效应（层间剪力）第一振型第一振型kN8362 .3344 .3344 .16711VkN6 .6682 .3344 .33412VkN2 .33413V2.

33、3346.6688361 1振型振型第三章 结构地震反应分析和抗震验算35第三章 结构地震反应分析和抗震验算kN8 .120kN7 .120kN9 .120第二振型第二振型kN8 .17kN9 .80kN2 .107第三振型第三振型8 .1201 .08 .1202 2振型振型kN8 .1208 .1207 .1209 .12021VkN1 .08 .1207 .12022V8 .12023V8 .171 .631 .443 3振型振型第三振型第三振型kN1 .448 .179 .802 .10731VkN1 .638 .179 .8032VkN8 .1733V第二振型第二振型36kN4 .1

34、67kN4 .334kN2 .334第一振型第一振型kN8 .120kN7 .120kN9 .120第二振型第二振型kN8 .17kN9 .80kN2 .107第三振型第三振型2.3346.6688361 1振型振型8 .1201 .08 .1202 2振型振型8 .171 .631 .443 3振型振型（6 6）计算地震作用效应（层间）计算地震作用效应（层间剪力）剪力）kN8.8452312212111VVVVkN6.6712322222122VVVVkN8.3352332232133VVVV8.3356.6718.845组合后各层地震剪力组合后各层地震剪力第三章 结构地震反应分析和抗震验算

35、37五、计算水平地震作用的底部剪力法五、计算水平地震作用的底部剪力法1 1、适用范围：、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墙砖房、单层空旷房屋、单层工业厂房及多层框和底部框架抗震墙砖房、单层空旷房屋、单层工业厂房及多层框架结构等低于架结构等低于40m40m以剪切变形为主的规则房屋。以剪切变形为主的规则房屋。地震反应以基本振型为主，而基本振型接近于倒三角形。地震反应以基本振型为主，而基本振型接近于倒三角形。第三章 结构地震反应分析和抗震验算38EKnkkkiiiFGHGHF1地震作用下各楼层水平地震层间剪力为地

36、震作用下各楼层水平地震层间剪力为nikkiFV2 2、各质点的水平地震作用标准值的计算：、各质点的水平地震作用标准值的计算：eqEKGF1G Geqeq结构等效总重力荷载代表值，结构等效总重力荷载代表值， G Geqeq =0.85G =0.85G， 0.85 0.85为等效重力荷载系数，单质点体系为为等效重力荷载系数，单质点体系为1 1。GG结结构的总重力荷载代表值构的总重力荷载代表值第三章 结构地震反应分析和抗震验算39EKnnFF 为了修正，在顶部附加一个集中力为了修正，在顶部附加一个集中力nF)1(1nEKnkkkiiiFGHGHFeqEkGF1n- - 顶部附加地震作用系数，多层内框

37、架砖房顶部附加地震作用系数，多层内框架砖房0.2,0.2,多层刚混、钢结多层刚混、钢结构房屋查表构房屋查表, ,其它可不考虑。其它可不考虑。4 4、对突出屋面附属结构和长周期结构地震内力的调整按规范规定操、对突出屋面附属结构和长周期结构地震内力的调整按规范规定操作。作。3 3、顶部附加地震作用的计算、顶部附加地震作用的计算当结构层数较多时，按上式计算出的水平地震作用比振型分当结构层数较多时，按上式计算出的水平地震作用比振型分解反应谱法小。解反应谱法小。第三章 结构地震反应分析和抗震验算40底部剪力法应用举例底部剪力法应用举例例例1 1：试用底部剪力法计算图示框架多遇地震时的层间剪：试用底部剪力

38、法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。已知结构的基本周期力。已知结构的基本周期T1=0.467s ,T1=0.467s ,抗震设防烈度为抗震设防烈度为8 8度度,类场地类场地, ,设计地震分组为第二组。设计地震分组为第二组。tm2701tm2702tm1803MN/m2451KMN/m1952KMN/m983K10.5m7.0m3.5m第三章 结构地震反应分析和抗震验算41第三章 结构地震反应分析和抗震验算8.9)180270270(85.085.0nikkeqGGkN6.5997（2 2）计算水平地震影响系数）计算水平地震影响系数查表得查表得16.0max1.400.90(1.20)0.50(

39、0.72)-罕遇地震罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震多遇地震 9 8 7 6地震影响地震影响烈度烈度地震影响系数最大值（阻尼比为地震影响系数最大值（阻尼比为0.050.05）解解: :（1 1）计算结构等效总重力荷载代表值）计算结构等效总重力荷载代表值42（2 2）计算水平地震影响系数）计算水平地震影响系数16.0maxs4.0gT地震特征周期分组的特征周期值（地震特征周期分组的特征周期值（s s）0.90 0.65 0.450.35第三组第三组0.75 0.55 0.400.30第二组第二组0.65 0.45 0.35 0.25第一组第一组 场地类别场

40、地类别s31 TTgmax21)(TTg139.0)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT（3 3）计算结构总的水平地）计算结构总的水平地震作用标准值震作用标准值eqEKGF1kN7 .8336 .5997139. 0第三章 结构地震反应分析和抗震验算43（4 4）顶部附加水平地震作用）顶部附加水平地震作用EKnnFFgTT4.11gTT4.11)(sTg35.055.035.055.007.008.01T01.008.01T02.008.01T000顶部附加地震作用系数顶部附加地震作用系数56.04.1gTgTT4.1

41、10n第三章 结构地震反应分析和抗震验算44第三章 结构地震反应分析和抗震验算（5 5）计算各层的水平地震作用标）计算各层的水平地震作用标准值准值)1(1nEKnkkkiiiFGHGHFkNF7 .1667 .8335 .108 .918078 .92705 .38 .92705 .38 .92701kNF5 .3337 .8335 .108 .918078 .92705 .38 .92700 .78 .92702kNF5 .3337 .8335 .108 .918078 .92705 .38 .92705 .108 .9180345六、结构抗震六、结构抗震计算原则计算原则各类建筑结构的抗震计

42、算应遵循下列原则：各类建筑结构的抗震计算应遵循下列原则： 1 1、一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平、一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。抗侧力构件承担。 2 2、有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于、有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于1515度时，应度时，应分别考虑各抗侧力构件方向的水平地震作用。分别考虑各抗侧力构件方向的水平地震作用。 3 3、质量和刚度分布明显不对称的结构，应考虑双向水平地震作、质量和刚度分布明显不对称的结构，应考

43、虑双向水平地震作用下的扭转影响，其他情况宜采用调整地震作用效应的方法考虑用下的扭转影响，其他情况宜采用调整地震作用效应的方法考虑扭转影响。扭转影响。 4 4、8 8度和度和9 9度时的大跨度结构、长悬臂结构，度时的大跨度结构、长悬臂结构，9 9度时的高度时的高层建筑，应考虑竖向地震作用。层建筑，应考虑竖向地震作用。 第三章 结构地震反应分析和抗震验算46结构抗震验算内容结构抗震验算内容采用二阶段设计法：采用二阶段设计法：1.1.多遇地震作用下结构弹性变形验算多遇地震作用下结构弹性变形验算 除砌体结构、厂房外的框架结构、填充墙框架结构、框除砌体结构、厂房外的框架结构、填充墙框架结构、框架架- -

44、剪力墙结构等需验算允许弹性变形。剪力墙结构等需验算允许弹性变形。 对于按底部剪力法分析结构地震作用时，其弹性位移计算公式对于按底部剪力法分析结构地震作用时，其弹性位移计算公式为为 ieeKiViu/)()(-第第i i层的层间位移；层的层间位移；)(iue-第第i i层的侧移刚度；层的侧移刚度；iK-第第i i层的水平地震剪力标准值。层的水平地震剪力标准值。)(iVe第三章 结构地震反应分析和抗震验算47 楼层内最大弹性层间位移应符合下式楼层内最大弹性层间位移应符合下式huee-多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移；性层间位移；eu-计算楼层层

45、高；计算楼层层高；he-弹性层间位移角限值，查表采用。弹性层间位移角限值，查表采用。第三章 结构地震反应分析和抗震验算48RERS/2 2、多遇地震作用下结构强度验算、多遇地震作用下结构强度验算 除规范规定可不进行结构强度验算的情况外所有结构都要进行结除规范规定可不进行结构强度验算的情况外所有结构都要进行结构构件承载力的抗震验算，验算公式为构构件承载力的抗震验算，验算公式为S-包含地震作用效应的结构构件内力组合的设计值；包含地震作用效应的结构构件内力组合的设计值；R-结构构件承载力设计值；结构构件承载力设计值；RE-承载力抗震调整系数，除另有规定外，查表承载力抗震调整系数，除另有规定外，查表采

46、用。采用。WkWWEvkEvEhkEhGEGSSSSS第三章 结构地震反应分析和抗震验算49 3. 3.罕遇地震下结构弹塑性变形验算罕遇地震下结构弹塑性变形验算 对规范规定的需要验算罕遇地震下结构弹塑性变形对规范规定的需要验算罕遇地震下结构弹塑性变形的结构按下式验算薄弱楼层的弹塑性层间位移：的结构按下式验算薄弱楼层的弹塑性层间位移：eppppuuhu-弹塑性层间位移角限值，查表采用；弹塑性层间位移角限值，查表采用；h-薄弱层楼层高度或单层厂房上柱高度。薄弱层楼层高度或单层厂房上柱高度。p-弹塑性位移角增大系数，查表采用；弹塑性位移角增大系数，查表采用；p-罕遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹

47、性层间位移。罕遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移。eu第三章 结构地震反应分析和抗震验算50第四章 建筑抗震概念设计1 1、概念设计：立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总、概念设计：立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念的抗震设计。结的工程抗震基本概念的抗震设计。 即根据地震灾害和工程即根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想正确地解决建筑和经验等所形成的基本设计原则和设计思想正确地解决建筑和结构的总体方案、结构布置、材料使用和细部构造等，以便结构的总体方案、结构布置、材料使用和细部构造等，以便达到合理抗震设计的目的。达到合理抗震设计的目

48、的。2 2、概念设计内容、概念设计内容1 1）场地选择：避开地震危险地段，选择有利于抗震的场地。）场地选择：避开地震危险地段，选择有利于抗震的场地。2 2）建筑的平立面布置布置原则）建筑的平立面布置布置原则 ：建筑物的平、立面布置宜规则、对称，：建筑物的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度变化均匀，避免楼层错层；尽量避免采用带有突然变化的质量和刚度变化均匀，避免楼层错层；尽量避免采用带有突然变化的阶梯形立面，避免有过大的外挑和内收。阶梯形立面，避免有过大的外挑和内收。3 3）房屋的高度、房屋的高宽比、防震缝的合理设置；）房屋的高度、房屋的高宽比、防震缝的合理设置；51第四章 建筑抗震概念设计4

49、 4）结构选型与结构布置）结构选型与结构布置n结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。途径。 受力明确、传力合理、传力路线不间断、抗震分受力明确、传力合理、传力路线不间断、抗震分析与实际表现相符合。析与实际表现相符合。n结构布置平面布置力求对称，具有较大的抗扭刚度。避免结构布置平面布置力求对称，具有较大的抗扭刚度。避免质质 心与刚心的太大不重合，竖向布置力求均匀，尽可能使心与刚心的太大不重合，竖向布置力求均匀，尽可能使其竖向刚度、强度变化均匀，避免出现薄弱层，并应尽可其竖向刚度、强度变化均匀，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心

50、。能降低房屋的重心。5 5）设置多道抗震防线）设置多道抗震防线 多道抗震防线的定义、第一道防线的构件选择原则。多道抗震防线的定义、第一道防线的构件选择原则。52第四章 建筑抗震概念设计6 6）刚度、承载力和延性的匹配）刚度、承载力和延性的匹配n注意刚度与承载力、刚度与延性之间的匹配。注意刚度与承载力、刚度与延性之间的匹配。 协调抗侧力体系中各构件的刚度与延性，使之相互匹配，协调抗侧力体系中各构件的刚度与延性，使之相互匹配，是工程设计中应该努力做到的一条重要抗震设计原则。是工程设计中应该努力做到的一条重要抗震设计原则。n结构不同部位的延性要求结构不同部位的延性要求 、结构延性含义、延性控制、结构

51、延性含义、延性控制的原则、掌握改善构件延性的途径的原则、掌握改善构件延性的途径 7 7）确保结构的整体性、连续性）确保结构的整体性、连续性 、构件间的可靠连接、构件间的可靠连接53一、概述一、概述多层和高层钢筋混凝土结构体系包括：多层和高层钢筋混凝土结构体系包括： 框架结构、框架框架结构、框架- -抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构和抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构和框架框架- -筒体结构等。筒体结构等。钢筋混凝土框架房屋：钢筋混凝土纵梁、横梁和柱等构件组钢筋混凝土框架房屋：钢筋混凝土纵梁、横梁和柱等构件组成承重体系的房屋。成承重体系的房屋。要掌握钢筋混凝土房屋的震害特点及其原因分析。要掌握钢筋

52、混凝土房屋的震害特点及其原因分析。第五章第五章 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计54二、二、 抗震设计的一般规定抗震设计的一般规定房屋的适用最大高度、结构的抗震等级（抗震等级是确定结构构件房屋的适用最大高度、结构的抗震等级（抗震等级是确定结构构件抗震计算和抗震措施的标准。根据设防烈度、房屋高度、建筑类别、抗震计算和抗震措施的标准。根据设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及构件在结构中的重要程度确定，共分四个等级，一级最结构类型及构件在结构中的重要程度确定，共分四个等级，一级最高。）、建筑结构布置、合理设计结构破坏机制（框架结构：节点高。）、建筑结构布置、合理设

53、计结构破坏机制（框架结构：节点基本不破坏，梁比柱的屈服能早发生、多发生；同一层中，各柱两基本不破坏，梁比柱的屈服能早发生、多发生；同一层中，各柱两端屈服历程越长越好；底层柱底的塑性铰宜最晚发生，梁柱端的塑端屈服历程越长越好；底层柱底的塑性铰宜最晚发生，梁柱端的塑性铰出现得尽可能分散、构件在极限破坏前不发生明显的脆性破坏性铰出现得尽可能分散、构件在极限破坏前不发生明显的脆性破坏等。）等。）第五章第五章 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计55 三、防震缝的设置三、防震缝的设置 高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。

54、当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和刚度相差当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和刚度相差过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时，应考虑设防震过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时，应考虑设防震缝。缝。 防震缝的宽度要计算求得。防震缝的宽度要计算求得。第五章第五章 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计56四、钢筋混凝土框架的抗震设计四、钢筋混凝土框架的抗震设计框架结构抗震设计的指导思想：框架结构抗震设计的指导思想：1 1）框架塑性效应较多地发生在梁端，底层柱的塑性效应较晚）框架塑性效应较多地发生在梁端，底层柱的塑性效应较晚形成；形成；2 2）梁

55、柱在弯曲破坏前，避免发生其它形式破坏，如剪切破坏、粘）梁柱在弯曲破坏前，避免发生其它形式破坏，如剪切破坏、粘结破坏等；结破坏等；3 3）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力；）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力；4 4）重视非结构构件设计。）重视非结构构件设计。强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件，强锚固。强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件，强锚固。第五章第五章 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计57五、五、梁、柱截面抗震设计要点梁、柱截面抗震设计要点一）梁、柱延性破坏之前不发生其它脆性破坏的抗震设计一）梁、柱延性破坏之前不发生其它脆性破坏的抗震设

56、计1.1.梁、柱的抗剪强度要高于它的抗弯强度（强剪弱弯）梁、柱的抗剪强度要高于它的抗弯强度（强剪弱弯）避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，按强剪弱弯的原则避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，按强剪弱弯的原则调整框架梁端部截面组合的剪力设计值。调整框架梁端部截面组合的剪力设计值。2.2.梁、柱截面的剪压比不宜过大梁、柱截面的剪压比不宜过大剪压比：截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比。剪压比：截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比。 剪压比过大，混凝土会过早发生斜压破坏，箍筋不能充分发剪压比过大，混凝土会过早发生斜压破坏，箍筋不能充分发挥作用，它对构件的变形能力也有显著影响，因此应控制。挥作用，

57、它对构件的变形能力也有显著影响，因此应控制。第五章第五章 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计583 3、柱的轴压比不宜过大、柱的轴压比不宜过大轴压比：柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积轴压比：柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比和混凝土抗压强度设计值乘积之比, ,轴压比是影响柱子轴压比是影响柱子破坏形态和延性的主要因素。破坏形态和延性的主要因素。 4 4、纵向钢筋的配筋率应该合适、纵向钢筋的配筋率应该合适为了提高梁的正截面塑性铰转动延性，梁的纵向配筋率为了提高梁的正截面塑性铰转动延性，梁的纵向配筋率不宜过高。不宜过高。 为此，框架梁

58、的纵向配筋应符合规范要求。为此，框架梁的纵向配筋应符合规范要求。5 5、梁、柱纵向钢筋的接头与锚固应符合规范规定。、梁、柱纵向钢筋的接头与锚固应符合规范规定。6 6、箍筋在一定范围内应加密加密箍筋可以约束混凝土，、箍筋在一定范围内应加密加密箍筋可以约束混凝土，改善混凝土的变形性能，提高构件的延性、防止混凝土过改善混凝土的变形性能，提高构件的延性、防止混凝土过早地压溃及防止纵向钢筋的压曲失稳。早地压溃及防止纵向钢筋的压曲失稳。第五章第五章 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计59六、框架的节点设计六、框架的节点设计框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破

59、坏。框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏。节点主要受剪力和压力的组合作用，节点核心区未开裂前，箍筋节点主要受剪力和压力的组合作用，节点核心区未开裂前，箍筋应力很小，基本上是混凝土承受剪力。应力很小，基本上是混凝土承受剪力。根据强节点的设计要求，框架节点的设计准则是：根据强节点的设计要求，框架节点的设计准则是：（1 1）节点的承载力不应低于其连接构件（梁、柱）的承载力；）节点的承载力不应低于其连接构件（梁、柱）的承载力； （2 2）多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；）多遇地震时，节点应在弹性范围内工作； （3 3）罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递；）罕遇地

60、震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递； （4 4）节点配筋不应使施工过分困难。）节点配筋不应使施工过分困难。 第五章第五章 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计60多层砌体房屋：由粘土砖、烧结多孔粘土砖、粉煤灰中型多层砌体房屋：由粘土砖、烧结多孔粘土砖、粉煤灰中型实心砌块和混凝土中小型砌块砌体通过砂浆砌筑而成的房实心砌块和混凝土中小型砌块砌体通过砂浆砌筑而成的房屋。屋。 多层砌体房屋是我国当前建筑业中使用最广泛的一种多层砌体房屋是我国当前建筑业中使用最广泛的一种建筑形式。在民用建筑中约占建筑形式。在民用建筑中约占90%90%以上，在整个建筑业中以上，在整个建