建筑结构 第十五章 建筑抗震设计基本知识二

第十五章地震作用和结构的抗震验算第一节地震基本知识第二节抗震设计的基本要求第三节地震作用的计算第四节结构的自振周期第五节结构的抗震验算第五编建筑抗震设计基本知识第一节地震基本知识一、地震的类型二、常用术语一、地震的类型地震是由于地壳构造运动(岩层构造状态的变动)或其它原因而引起的地面振动的现象。地震按其成因可分为：火山地震，陷落地震和构造地震。1.火山地震——由于火山爆发而引起的地震；2.

陷落地震——由于地表或地下岩层突然大规模陷落和崩塌而造成的地震；3.构造地震——由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震。前二种地震的影响范围和破坏程度相对较小，而后一种地震的破坏力大二、常用术语1.地震震级：震级是表示地震本身大小（释放能量多少）的尺度。目前，国际上比较通用的是里氏震级，其原始定义为1935年由里克特(Richter)给出，即地震震级M为M=logA

震级与震源释放能量的大小有关，震级每差一级，地震释放的能量将差32倍。微震——

小于2级的地震；有感地震——

2~4级地震，人能感觉到;破坏性地震——

5级以上地震，能引起不同程度的破坏；强烈地震——

7级以上的地震。2.地震烈度地震烈度是指某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。对于一次地震，表示地震大小的震级只有一个；随距离震中的远近不同，烈度就有差异。评定地震烈度的标准就称为地震烈度表。绝大多数国家包括我国都采用分成12度的地震烈度表。3.基本烈度作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，它是指该地区今后一定时期内，在一般场地土条件下，可能遭受的最大地震烈度，也就是由国家地震局制定的全国地震烈度区划图规定的烈度。4.设防烈度：建筑物抗震设防时采用的烈度。

地震对建筑物的影响第二节抗震设计的基本要求一、建筑抗震设防分类和设防标准二、抗震设防的目标

三、抗震概念设计一、建筑抗震设防分类和设防标准1.抗震设防类别根据建筑的使用功能的重要性，分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。2.抗震设防标准甲类建筑乙类建筑丙类建筑丁类建筑二、抗震设防的目标

抗震设防的目标——三水准要求：

所谓的三水准抗震目标，可简单的概括为：1）小震不坏2）中震可修3）大震不倒三、抗震概念设计

概念设计——指一些在计算中或在规范中难以作出具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，作出判断，以便采取相应的措施。结构破坏机理的概念；力学概念；由震害、试验现象等总结提供的各种宏观的和具体的经验等。★概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置过程中，★应体现在计算简图或计算结果的处理中，★对某些薄弱部位的配筋构造起作用。

概念设计带有一定的经验性。但它和抗震计算、构造设计等是不可分割、互为补充的抗震设计的重要组成部分。1.场地、、地基和基础础选择场地土的分类类场地的选择地基和基础选选择2.结构的的平面和立面面布置3.结构体体系的选择4.抗震结构构件件及其连接5.非结构构件6.材料选择和施施工第三节地地震作用的计计算一、重力荷载代表表值二、单质点弹性体体系的地震作作用三、多质点弹性体体系的地震作作用一、重力荷载代表表值一般把各层质质量集中在楼楼层处，n个楼层即形成成n个质点。每一一楼面标高位位置的重量（（称重力荷载载代表值）由由以下几部分分组成：①恒荷载（本层层楼面结构及及上、下各半半层墙、柱））的全部；②雪荷载的50％；③一般楼面活荷荷载的50％％，藏书库、、档案库活荷荷载的80％％。简化后的计算算简图如图，，图中Gi为第i层质点的重力力荷载代表值值。1.单质点体体系等高单层厂房房、水塔等。。该结构中参与与振动的所有有质量全部折折算至顶部；；墙、柱视作一一无重的弹性性杆，这样就就形成了一个个单质点体系系；该体系只作单单向振动时，，就成为一个个单自由度体体系。二、单质点弹性体体系的地震作作用2.单质点弹弹性体系的地地震作用式中：m、G——为单质点体系系的质量及重重量；g——重力加速度；；——为地面运动最最大加速度；；——称为地震系数数，表示地面面运动的相对对强度；——称为动力系数数，表示质点点加速度与地地面加速度相比的放大大系数；α——为地震影响系系数，α=kβ。3.计反应谱谱曲线α—地震影响系数数；αmax—地震影响系数数最大值；T—结构自振周期期；Tg—特征周期；γ—曲线下降段衰衰减指数；η1—直线下降段下下降斜率调整整系数；η2—阻尼调整系数数4.单质点体体系的地震作作用计算方法法计算结构自振振周期由场地类别、、设计地震分分组查表,得得场地特征周周期Tg;由设防烈度查查表得水平地地震影响系数数最大值αmax；确定、1、2；由T、Tg、αmax按图计算水平平地震影响系系数α；作用在单质点点上的水平地地震作用为FEK=αg=αmg。三、多质点弹性体体系的地震作作用1.多质点体体系的振型和和自振周期2.多质点体体系的地震作作用的计算方方法应按不同情况况分别采用相相应的地震作作用计算方法法：①高度不超过40m，以剪切变形为为主，刚度与与质量沿高度分布比比较均匀的建建筑物，可采采用底部剪力力法。②高度超过40m的高层建筑物物一般可采用用振型分解反反应谱方法。③刚度与质量分分布特别不均均匀的建筑物物、甲类建筑筑物等，宜采用时时程分析法进进行补充计算算。①基本思想想：按结构底部总总剪力相等的的原则，把多多质点体系简简化为单质点点体系，只用用基本自振周周期确定总底底部剪力，然然后按照一定定规律将地震震力（总底部部剪力）沿高高度沿高度分分配给各质点点。②适适用用条条件件：：结构构高高度度小小于于40m；；沿高高度度方方向向质质量量及及刚刚度度分分布布比比较较均均匀匀；；以剪剪切切变变形形为为主主（（H/B＜＜4））的高高层层建建筑筑。。3.底底部部剪剪力力法法③计计算算方方法法基本本自自振振周周期期T1、按反应谱谱曲线（（T-α）确定α1；（地震影响响系数最最大值αmax；特征周期期Tg；曲线下降降段衰减减指数γ；直线下降降段下降降斜率调调整系数数η1；阻尼调整整系数η2）计算底部部剪力FEK：FEK=α1Geq（Geq=0.85GE=0.85Gi）FEK分配给各各质点：：建筑为n层时，各各楼层处处地震力力为Fi。顶部附加加荷载△△Fn近似考虑虑高振型型影响。。顶层等等效地震震力为Fn+△Fn。多质点体体系的水水平地震震作用分分布特点点：当质量、、刚度沿沿高度分分布较均均匀（Gi≈Gj）时，Fi与Hi成正比。。第四节结结构构的自振振周期一、顶点点位移法法二、计计算自自振周周期的的经验验公式式一.顶顶点位位移法法对于质质量和和刚度度沿高高度分分布比比较均均匀的的框架架结构构、框框架一一剪力力墙结结构和和剪力力墙结结构：：ΔT—结构顶顶点假假想侧侧移：：即把集集中在在各层层楼面面处的的重量量Gi视为作作用于于i层楼面面的假假想水水平荷荷载，，按弹弹性刚刚度计计算得得到的的结构构顶点点侧移移(以以m为单位位)；；α0—基本周周期的的缩短短系数数：框架结结构取取α0=0.6～～0.7；；框架一一剪力力墙结结构取取α0=0.7～～0.8；；剪力墙墙结构构取α0＝0.9～1.0。二.计计算自自振周周期的的经验验公式式高层钢钢筋混混凝土土剪力力墙结结构（高度度为20～～50m，剪力墙墙间距距为3～6m的住宅宅、旅旅馆类类建筑筑物））横墙间间距较较密时时:T1横=0.054n；T1纵=0.04n横墙间间距较较疏时时：T1横=0.06n；T1纵=0.05n式中：n为建筑物层层数；H为建筑物总总高度；B为建筑物总总宽度。钢筋混凝土土框架、框框架一剪力力墙结构：：或T1=（0.07-0.09）n式中：H、B、n意义同前。。第五节结结构的抗震震验算一、荷载效应的的基本组合合二、抗震验算的的设计表达达式三、抗震变变形验算一、荷载效效应的基本本组合1.无地震作用用组合：S=γGSGK+ψQγQSQK+ψWγWSWk式中:S—无地震组合合时荷载效效应组合的的设计值；；SGK—永久荷载效效应标准值值；SQk—楼面活荷载载效应标准准值；SWK—风荷载效应应标准值；；γG、γQ、γW—分别为永久久荷载、楼楼面活荷载载、风荷载分项项系数；ψQ、ψW—分别为楼面面活荷载和和风荷载组组合值系数数。荷载分项系系数应按下下列规定采采用：1)承载力计算算时：①永久荷载的的分项系数数γG：当其效应对对结构不利利时：对由可变荷荷载效应控控制的组合合应取1.2；对由永久荷荷载效应控控制的组合合应取1.35。当其效应对对结构有利利时，应取取1.0；；②楼面面活活荷荷载载的的分分项项系系数数γQ：一般般情情况况下下应应取取1.4；；③风荷荷载载的的分分项项系系数数γW：应取取1．．4。。2)位移移计计算算时时：：公式式中中各各分分项项系系数数均均应应取取1.0。。楼面面活活荷荷载载和和风风荷荷载载组组合合值值系系数数ψQ、ψW：当永永久久荷荷载载效效应应起起控控制制作作用用时时应应分分别别取取0.7和和0.0；；当可可变变荷荷载载效效应应起起控控制制作作用用时时应应分分别别取取1.0和和0.6或或0.7和和1.0；；对书书库库、、档档案案库库、、储储藏藏室室、、通通风风机机房房和和电电梯梯机机房房，，本本条条楼楼面面活活荷荷载载组组合合值值系系数数取取0.7的的场场合合应应取取为为0.90。。2.有有地地震震作作用用组组合合时时：：SE=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψWγWSWk式中：：SE—荷载效效应和和地震震作用用效应应组合合的设设计值值；SGE—重力荷荷载代代表值值的效效应[重力力荷载载代表表值包包括下下列荷荷载：：100％％自重重标准准值，，50％雪雪荷载载标准准值，，50％～～80％楼楼面活活荷载载(在在书库库及档档案库库中取取80％楼楼面活活荷载载)]；SEhk—水平地地震作作用标标准值值的效效应，，尚应应乘以以相应应的增增大系系数或或调整整系数数；SEvk—竖向地地震作作用标标准值值的效效应，，尚应应乘以以相应应的增增大系系数或或调整整系数数；γG—重力荷荷载分分项系系数；；γW—风荷载载分项项系数数；γEh—水平地地震作作用分分项系系数；；γEv—竖向地地震作作用分分项系系数；；ψW—风荷载载的组组合值值系数数，应应取0.20有地震震作用用效应应组合合时，，荷载载效应应和地地震作作用效效应的的分项项系数数应按按下列列规定定采用用：1)承载力力计算算时，分项系系数应应按下下表采采用。。当重重力荷荷载效效应对对结构构承载载力有有利时时，表表中γG不应大大于1.0。2)位移计计算时时，公式中中各分分项系系数均均应取取1.0。。按极限限状态态设计计的要要求，，各种种构件件承载载力验验算的的一般般表达达式为为：不考虑虑地震震作用用的组组合时时γ0S≤R考虑地地震作作用的的组合合时SE≤RE/γRE式中：：S、SE——构件内内力；；R、RE——不考虑虑抗震震及考考虑抗抗震时时构件件承载载力设设计值值。地震作作用下下，构构件承承受反反复作作用力力及变形，，承载载力RE要降低低，γ0——结构重要性系系数，可按结结构的重要程程度(即安全全等级)分别别取1.1、、1.0、0.9；抗震设计中，，不考虑结构构构件的重要要性系数；γRE——承载力抗震调调整系数，考考虑到地震作作用的偶然性性与短时性，，对承载能力力作相应的调调整，按下表表采用。二、抗震验算的设设计表达式三、抗震变形形验算1)正常使用条件件下的结构水水平位移，按按风荷载和地地震作用，用用弹性方法计计算。2)以楼层层间最最大位移δ与层高h之比作为限制制条件，即：：δ/h≦[δ/h]高度为250m及250m以上的高层建建筑，楼层层层间最大位移移与层高之比比的限值为1／500。。高度150m及150m以下的高层建建筑楼层层间间最大位移与与层高之比不不宜大于下表表的限值。高度在150—250m之间的高层建建筑，楼层层层间最大位移移与层高之比比的限值按线线性插人取用用。结构类型[δ/h]框架1／550框架一剪力墙、框架—核心筒、板柱—剪力墙1／800筒中筒、剪力墙1／1000框支层1／10003)限制结构侧向向位移的主要要原因是：过大的侧向位位移，特别是是过大的层间间侧移会使填充墙及建筑筑装修出现裂裂缝或损坏，也会使电梯轨道变形形过大；过大的侧向位位移会使主体体结构出现裂裂缝甚至破损损；过大的侧向位位移会使结构构产生附加内内力；过大的侧移会会使人不舒服服，影响正常常使用。9、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Thursday,December8,202210、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。14:15:5314:15:5314:1512/8/20222:15:53PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2214:15:5314:15Dec-2208-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。14:15:5314:15:5314:15Thursday,December8,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2214:15:5314:15:53December8,202214、他乡生白白发，旧国国见青山。。。08十二二月20222:15:53下下午14:15:5312月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月222:15下下午12月-2214:15December8,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/814:15:5314:15:5308December202217、做做前前，，能能够够环环视视四四周周；；做做时时，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿着着以以脚脚为为起起点点的的射射线线向向前前。。。。2:15:53下下午午2:15下下午午14:15:5312月月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Thursday,December8,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。14:15:5314:15:5314:1512/8/20222:15:53PM11、成成功功就就是是日日复复一一日日那那一一点点点点小小小小努努力力的的积积累累。。。。12月月-2214:15:5314:15Dec-2208-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。14:15:5314:15:5314:15Thursday,December8,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2214:15:5314:15:53December8,202214、意志志坚强强的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥块一一样任任意揉揉捏。。08十十二月20222:15:53下午午14:15:5312月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荆门门九派派通。。。。十二月月222:15下下午午12月月-2214:15December8,202216、少年年十五五二十十时，，步行行夺得得胡马马骑。。。2022/12/814:15:5314:15:5308December202217、空山山新雨雨后，，天气气晚来来秋。。。2:15:53下下午2:15下下午午14:15:5312月月-229、杨杨柳柳散散和