工程结构 第五章工程结构抗震

1、第五章第五章 工程结构抗震工程结构抗震工程结构工程结构一、地震基本知识1.地震地震 地震是指因地球内部缓地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动起的地球表层的振动 。震源、震中、震中距震源、震中、震中距震源：地球内部发生地震的地方。震源：地球内部发生地震的地方。震中：震源在地面上的投影点。震中：震源在地面上的投影点。震中区：震中及其附近的地方，也称极震区震中区：震中及其附近的地方，也称极震区 。震中距：从震中到地面上任何一点的距离。震中距：从震中到地面上任何一点的距离。震源深度：从震源到地面上震中的距离。震源深度：从震源到地面上震中的距离。一、地震

2、基本知识1.地震地震地震分类地震分类按地震成因分按地震成因分天然地震：构造地震、火山地震、陷落地震。天然地震：构造地震、火山地震、陷落地震。 人工地震：因人为因素直接造成的地震。人工地震：因人为因素直接造成的地震。按震源深度分按震源深度分浅源地震：震源深度小于浅源地震：震源深度小于60千米千米中源地震：震源深度在中源地震：震源深度在60至至300千米千米深源地震：震源深度在深源地震：震源深度在300千米以上千米以上一、地震基本知识1.地震地震震级与烈度震级与烈度地震震级地震震级里氏地震等级里氏地震等级反映一次地震本身大小的等级反映一次地震本身大小的等级AMlog标准地震仪距震中标准地震仪距震中

3、100km纪录的最纪录的最大水平地动位移，单位为微米大水平地动位移，单位为微米微震微震- 2- 2级以下，人感觉不到级以下，人感觉不到有感地震有感地震- 2-4- 2-4级，人有感觉级，人有感觉破坏性地震破坏性地震- 5- 5级以上，有破坏级以上，有破坏 强烈地震强烈地震- 7- 7级以上，有破坏级以上，有破坏 特大地震特大地震- 8- 8级以上，有破坏级以上，有破坏 一、地震基本知识1.地震地震震级与烈度震级与烈度地震烈度地震烈度地震对地表和建筑物影响的平均强弱程度地震对地表和建筑物影响的平均强弱程度 一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，一般而言，震级越大，烈度就越

4、大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、反之烈度就低。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。地质构造和地基条件等因素有关。地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。我国在我国在1980年制定了年制定了中国地震烈度表中国地震烈度表。中国地震烈度表中国地震烈度表将地震烈度分为将地震烈度分为1-12度。度。无感无感 1室内个别静止中的人室内个别静止中的人感觉感觉 2悬挂物微动悬挂物微动门、窗轻微作响门、窗轻微作响室内少数静止中的人室内少数静止中的人感觉感觉 3悬挂物明显摆动，

5、器皿作响悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响门、窗作响室内多数人感觉。室室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数外少数人感觉。少数人梦中惊醒人梦中惊醒 43(2-4)31(22-44)不稳定器物翻倒不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝出现微细裂缝室内普遍感觉。室外室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人多数人感觉。多数人梦中惊醒梦中惊醒 56(5-9)63(45-89)河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏损坏个别砖瓦掉落个别

6、砖瓦掉落、墙体微细裂缝、墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出惊惶失措，仓皇逃出 613(10-18)125(90-177)河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏轻度破坏局部破坏局部破坏开裂，但不妨碍使用开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出大多数人仓皇逃出 725(19-35)250(178-353)干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏中等破坏结构受损结构受损，需要修理，需要修理摇晃颠簸，行走困难摇晃颠簸，行走困难 850(36-71)

7、500(354-707)干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏严重破坏墙体龟裂墙体龟裂，局部倒塌，修复困难，局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人坐立不稳。行动的人可能摔跤可能摔跤 9100(72-141)1000(708-1414)山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌倒塌大部倒塌，不大部倒塌，不堪修复堪修复骑自行车的人会摔倒骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会。处不稳状态

8、的人会摔出几尺远。有抛起摔出几尺远。有抛起感感 10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁坏毁灭毁灭11地面剧烈变化，山河改观地面剧烈变化，山河改观12个别：个别：10%以下以下少数：少数：10%50%多数：多数：50%70%大多数：大多数：70%90%普遍：普遍：90%以上以上速度速度加速度加速度 其它现象其它现象 一般房屋一般房屋 人的感觉人的感觉烈烈度度2c/m sc/m s一、地震基本知识1.地震地震震级与烈度震级与烈度 未来未来50年内可能遭受的具有年内可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基超越概率的地震烈度值称为该地区

9、的基本烈度。本烈度。相当于相当于475年一遇的最大地震的烈度。年一遇的最大地震的烈度。基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。一般情况下，可采用地震基本烈度。一般情况下，可采用地震基本烈度。一、地震基本知识1.地震地震震级与烈度震级与烈度 建筑所在地区在设计基准期（建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度最高的烈度。也称年）内出现的频度最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度。其超越概率为为常遇烈度、小震烈度。其超越概率为63.2%，重现期为，重现期为50年。年。 建筑所在地区在设计基准期（建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率年）内具有超越概率2%-3

10、%的地震的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为烈度。也称为大震烈度，重现期约为2000年。年。一、地震基本知识1.地震地震设计地震分组设计地震分组 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。比中小级震级近震中距的情况严重的多。设计地震分为三组设计地震分为三组建筑场地的类别建筑场地的类别坚硬土层上的刚性建筑、软弱土上的柔性建筑破坏严重。坚硬土层上的刚性建筑、软弱土上的柔性建筑破坏严重。建筑场地按地震对建筑的影响划分为建筑场地按地震对建筑的影响划分为4类。类。建筑场地分类的指标是以

11、场地土的类型和覆盖层的厚度。建筑场地分类的指标是以场地土的类型和覆盖层的厚度。一、地震基本知识2. 地震的破坏作用地震的破坏作用错动错动裂缝裂缝喷水冒砂喷水冒砂滑坡滑坡一、地震基本知识2. 地震的破坏作用地震的破坏作用房屋倒塌房屋倒塌一、地震基本知识2. 地震的破坏作用地震的破坏作用桥梁断落桥梁断落一、地震基本知识2. 地震的破坏作用地震的破坏作用水坝开裂水坝开裂一、地震基本知识2. 地震的破坏作用地震的破坏作用铁轨变形铁轨变形一、地震基本知识2. 地震的破坏作用地震的破坏作用海啸海啸 简称为：简称为：“小震小震不坏，中震可修，大不坏，中震可修，大震不倒震不倒”。二、抗震设防的基本要求1. 抗

12、震设防目标抗震设防目标“三水准三水准”抗震设防目标抗震设防目标PD DPD DD DED Du1.(小震小震)3.(中震中震)6.(大震大震)D Dy 当遭受低于本地区抗震设防烈度的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多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。修理可继续使用。 当遭受相当于本地区抗震设防烈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。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，不致度的预估的罕遇地震影响时，

13、不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。倒塌或发生危及生命的严重破坏。二、抗震设防的基本要求1. 抗震设防目标抗震设防目标结构延性的概念结构延性的概念 (塑性变形性能塑性变形性能)PD DD DPD DyPyD DuPmax延性延性脆性脆性uDyDD延性比延性比二、抗震设防的基本要求2. 抗震设防分类抗震设防分类抗震次要建筑抗震次要建筑丁类丁类 除甲乙丁类以外的一般建筑除甲乙丁类以外的一般建筑丙类丙类 地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类乙类 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甲类甲类 设设防防分分

14、类类甲类：甲类：A、中央级、省级的电视调频广播发射塔建筑，国际电信楼、国际海缆登陆站、中央级、省级的电视调频广播发射塔建筑，国际电信楼、国际海缆登陆站、 国际卫星地球站、中央级的电信枢纽（含卫星地球站）等。国际卫星地球站、中央级的电信枢纽（含卫星地球站）等。B、研究、中试生产和存放剧毒生物制品和天然人工细菌与病毒（如鼠疫、霍乱、研究、中试生产和存放剧毒生物制品和天然人工细菌与病毒（如鼠疫、霍乱、 伤寒等伤寒等) 的建筑等。的建筑等。C、三级特等医院的住院部、医技楼、门诊部等。、三级特等医院的住院部、医技楼、门诊部等。乙类：乙类：A、中央级广播发射台、节目传送台、广播中心、电视中心省级广播中心、

15、电视中、中央级广播发射台、节目传送台、广播中心、电视中心省级广播中心、电视中 心、电视发射台及心、电视发射台及200kW以上广播发射台等。以上广播发射台等。B、存放国家一、二级重要珍贵文物博物馆，大型体育馆，大型影剧院，大型商业、存放国家一、二级重要珍贵文物博物馆，大型体育馆，大型影剧院，大型商业 零售商场等公共建筑等。零售商场等公共建筑等。C、大中城市的三级医院的住院部、医技楼、门诊部等。、大中城市的三级医院的住院部、医技楼、门诊部等。D、教育建筑中，幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂、教育建筑中，幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂 二、抗震设防的基本要求3. 抗震设

16、防措施抗震设防措施 抗震措施抗震措施: :除结构地震作用除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。内容，包括抗震构造措施。 抗震构造措施：一般不须抗震构造措施：一般不须计算而对结构和非结构各部分计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。必须采取的各种细部要求。PD DPD DD DED Du1.(小震小震)3.(中震中震)6.(大震大震)D Dy二、抗震设防的基本要求3. 抗震设防措施抗震设防措施 应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低度时不应

17、降低丁丁类类 应符合本地区抗震设防烈度度的要求应符合本地区抗震设防烈度度的要求丙丙类类 一般情况下，当抗震设防烈度为一般情况下，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度时，应符合本地区抗震设防烈度提高度提高1度的要求；当度的要求；当9度时，应符合比度时，应符合比9度抗震设防更高的要求，对较小度抗震设防更高的要求，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，应允许仍按本的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施乙乙类类 当抗震设防烈度为当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈

18、度提高度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的度的要求；当为要求；当为9度时，应符合比度时，应符合比9度抗震设防更高的要求度抗震设防更高的要求甲甲类类抗抗震震措措施施较小乙类建筑：工矿企业的变电所、空压站以及城市供水水源的泵房等。较小乙类建筑：工矿企业的变电所、空压站以及城市供水水源的泵房等。抗震性能较好的结构类型指钢筋混凝土结构或钢结构。抗震性能较好的结构类型指钢筋混凝土结构或钢结构。二、抗震设防的基本要求4. 地震作用地震作用一般情况下仍应符合本地区抗震设防烈度的要求一般情况下仍应符合本地区抗震设防烈度的要求丁类丁类 应符合本地区抗震设防烈度要求应符合本地区抗震设防烈度要求丙类丙类 应符合

19、本地区抗震设防烈度要求应符合本地区抗震设防烈度要求乙类乙类 按地震安全性评价结果，且高于本地区抗震设防按地震安全性评价结果，且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用烈度的要求确定其地震作用甲类甲类 地地震震作作用用 在设防烈度为在设防烈度为6 6度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。类建筑可不进行地震作用计算。二、抗震设防的基本要求4. 地震作用地震作用a a-地震影响系数地震影响系数a amax-地震影响系地震影响系 数最大值数最大值地震影响系数最大值地震影响系数最大值a amax( (阻尼比为阻尼比为0.05) )1.4

20、00.90(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 括号数字分别对应于设计基本加速度括号数字分别对应于设计基本加速度0.15g0.15g和和0.30g0.30g地区的地震影响系数地区的地震影响系数T-结构周期结构周期)(sT01 . 0gTgT50 . 6amaxamax45. 0amax9 . 0)(aaTTgmax)5(02. 0235. 0aagTT 抗震设计反应谱抗震设计反应谱二、抗震设防的基本要求4. 地震作用地震作用a a-地震影响系数地震影响系数a amax-

21、地震影响系地震影响系 数最大值数最大值T-结构周期结构周期)(sT01 . 0gTgT50 . 6amaxamax45. 0amax9 . 0)(aaTTgmax)5(02. 0235. 0aagTT 抗震设计反应谱抗震设计反应谱Tg-特征周期特征周期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Tg(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 场地类别场地类别二、抗震设防的基本要求4. 地震作用地震作用底部剪力计算水平地震作用底部剪力计算水平地震作用1EKeqFGaGe

22、q结构等效总重力荷载代表值结构等效总重力荷载代表值 单质点取单质点取 G；多质点取；多质点取 0.85GiH1G1GkHkF1FkGnFna1 相应与结构基本自振周期的地震影响系数相应与结构基本自振周期的地震影响系数 二层以内可取二层以内可取 amax 二层以上可按二层以上可按 T1=(0.06 0.09)N 确定确定a11iiiE KnkkkH GFFHG三、抗震构造措施1. 多层混合结构多层混合结构房屋局部尺寸的限制房屋局部尺寸的限制1.51.51.02.00.01.21.21.01.50.51.01.01.01.00.51.01.01.01.00.5承重窗间墙最小宽度承重窗间墙最小宽度承

23、重外墙尽端至门窗洞边的最小距离承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离内墙阳角至门窗洞边的最小距离内墙阳角至门窗洞边的最小距离无锚固女儿墙无锚固女儿墙(非出入口处非出入口处)的最大高度的最大高度9876烈度烈度部位部位房屋局部尺寸限值房屋局部尺寸限值(m)三、抗震构造措施1. 多层混合结构多层混合结构设置钢筋混凝土构造柱设置钢筋混凝土构造柱三、抗震构造措施1. 多层混合结构多层混合结构设置钢筋混凝土构造柱设置钢筋混凝土构造柱内墙内墙(轴线轴线)与外墙交接处与外墙交接处,内墙的局部较内墙的局部较小墙垛处小墙垛处,7-9度时度时,楼、电梯

24、的四角楼、电梯的四角,9度度时时,内纵墙与横墙内纵墙与横墙(轴线轴线)交接处交接处三、四三、四五、六五、六六、七六、七八八隔开间横墙隔开间横墙(轴线轴线)与外墙交接处与外墙交接处,山墙与山墙与内纵墙交接处内纵墙交接处,7-9度时度时,楼、电梯的四角楼、电梯的四角二二四四五五六、七六、七7、8度时，楼、电梯的四角，每隔度时，楼、电梯的四角，每隔15m左右的横墙或单元横墙与外墙交接处左右的横墙或单元横墙与外墙交接处二、三二、三三、四三、四四、五四、五9度度8度度7度度6度度房屋层数房屋层数设置部位设置部位外墙四角，外墙四角，错层部位横错层部位横墙与外纵墙墙与外纵墙交接处较大交接处较大洞口两侧，洞口

25、两侧，大房间内外大房间内外墙交接处墙交接处构造柱设置部位构造柱设置部位三、抗震构造措施1. 多层混合结构多层混合结构设置钢筋混凝土圈梁设置钢筋混凝土圈梁同上同上;各层所有横墙各层所有横墙同上同上;屋盖处沿所有横墙屋盖处沿所有横墙，且间距不应大于，且间距不应大于7m；楼盖处间距不应大于楼盖处间距不应大于7m,构造柱对应部位构造柱对应部位同上同上;屋盖处间距不应屋盖处间距不应大于大于7m，楼盖处间距，楼盖处间距不应大于不应大于15m,构造柱构造柱对应部位对应部位内横墙内横墙屋盖处及每层楼盖处屋盖处及每层楼盖处屋盖处及每层楼盖处屋盖处及每层楼盖处屋盖处及每层楼盖处屋盖处及每层楼盖处外墙及内纵墙外墙及

26、内纵墙986、7墙类墙类烈度烈度钢筋混凝土圈梁的设置部位钢筋混凝土圈梁的设置部位三、抗震构造措施1. 多层混合结构多层混合结构墙体之间的连接墙体之间的连接三、抗震构造措施2. 多高层钢筋混凝土结构多高层钢筋混凝土结构结构的抗震等级结构的抗震等级地震作用下，钢筋混凝土结构的地震反应有下列特点：地震作用下，钢筋混凝土结构的地震反应有下列特点：1、地震作用越大，房屋的抗震要求越高；、地震作用越大，房屋的抗震要求越高；2、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能；、结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能；3、房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。、房屋越高，地震反应越大，抗震要求越高。 地震

27、作用与烈度、场地等有关，从经济角度考虑，对不同烈度、地震作用与烈度、场地等有关，从经济角度考虑，对不同烈度、场地的结构的抗震要求可以有明显的差别。场地的结构的抗震要求可以有明显的差别。 主、次抗侧力构件的抗震要求应有差别。主、次抗侧力构件的抗震要求应有差别。 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、结构类型及构件在结构中的重要程度确烈度、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，一级最高。定，共分四个等级，一级最高。三、抗震构造措施2. 多高层钢筋混凝土结构多高层钢筋

28、混凝土结构结构的抗震等级结构的抗震等级三、抗震构造措施2. 多高层钢筋混凝土结构多高层钢筋混凝土结构提高结构延性的措施提高结构延性的措施强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固强梁弱柱型破坏强梁弱柱型破坏强柱弱梁型破坏强柱弱梁型破坏三、抗震构造措施2. 多高层钢筋混凝土结构多高层钢筋混凝土结构提高结构延性的措施提高结构延性的措施强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固钢筋的锚固钢筋的锚固aEaE all aE：纵向受拉钢筋抗震锚固修正系数：纵向受拉钢筋抗震锚固修正系数 一、二级抗震等级，取一、二级抗震等级，取1.15，三级取，三级取1.0

29、5，四级取，四级取1.0。三、抗震构造措施2. 多高层钢筋混凝土结构多高层钢筋混凝土结构提高结构延性的措施提高结构延性的措施强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固柱轴压比限制柱轴压比限制:ccAfNn n=0n=0.42三、抗震构造措施2. 多高层钢筋混凝土结构多高层钢筋混凝土结构提高结构延性的措施提高结构延性的措施强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固柱轴压比限制柱轴压比限制:ccAfNn 三、抗震构造措施2. 多高层钢筋混凝土结构多高层钢筋混凝土结构提高结构延性的措施提高结构延性的措施强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固柱端箍筋加密柱端箍筋加密加密范围：加密范围： h(D), Hc0/6, 500mm max , 且底层下端且底层下端 Hc0/3 三、抗震构造措施2. 多高层钢筋混凝土结构多高层钢筋混凝土结构提高结构延性的措施提高结构延性的措施强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固柱端箍筋加密柱端箍筋加密箍筋加密范围内的体积配筋率箍筋加密范围内的体积配筋率 yVcVVff三、抗震构造措施2.