建筑工程抗震设计原理和方法

建筑工程抗震设计原理和方法第一页，共四十二页，2022年，8月28日一、概述（一）震级和地震烈度1.震源—震源深度震中—震中距浅源地震(＜60km)中源地震(60km~300km)深源地震(＞300km)2.震级—反映地震能量大小指标，每次地震只有一个震级3.地震烈度—一次地震后，地震区的地表面和各类建(构)筑物遭受破坏程度、人的感受状况等因素宏观确定。它与震级、震源深度、震中距、传播介质和场地条件有关。第二页，共四十二页，2022年，8月28日一、概述12119~107~86~74~531~2震中烈度8以上8765432震级（M）震级和震中烈度的对应关系（近似）

式中I—某地地震烈度；

M—震级；

R—某地的震中距。（一）震级和地震烈度第三页，共四十二页，2022年，8月28日一、概述4.地震基本烈度—50年超越概率为10%地震烈度，相当于475年一遇的烈度值。国家标准《中国地震动参数区划图》GB18306-2001给出地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表地震动峰值加速度分区（g）＜0.050.050.10.150.20.3≥0.4地震基本烈度＜66789（一）震级和地震烈度第四页，共四十二页，2022年，8月28日一、概述（一）震级和地震烈度5.抗震设防烈度—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，又称“偶遇地震”。6.多遇地震—50年超越概率为63%的地震动参数(比设防烈度低1.55度)7.罕遇地震—50年超越概率为2%~3%的地震动参数(比设防烈度高1度)第五页，共四十二页，2022年，8月28日一、概述（一）震级和地震烈度烈度6789α

max

多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）0.32偶遇地震0.110.23（0.34）0.45（0.68）0.90罕遇地震—0.50（0.72）0.90（1.20）1.40水平地震影响系数最大值α

max注：括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.3g第六页，共四十二页，2022年，8月28日一、概述（二）地震动三要素1.震幅—一般指加速度波、速度波和位移波的峰值大小2.频谱—地震波是各种频率波的集成，可按频率高低分解出一系列波，每次地震的波均不相同，而传播到地震影响区的地震波也各不相同。低频、中频或高频为主。第七页，共四十二页，2022年，8月28日一、概述（二）地震动三要素3.持时—地震最激烈一段的持续时间，与震级与震中距和场地条件有关。震级大持时长，震级相同但持时长的建筑物破坏重。目前给出的设计反应谱还未反应持时的因素。但采用时程分析法进行弹性或弹塑性计算时，其地震记录和人工模拟加速度时程曲线可考虑持时的影响。第八页，共四十二页，2022年，8月28日第九页，共四十二页，2022年，8月28日一、概述（三）地震小区别一般针对一个城市、厂区或一个重点工程场地，用1/10000或1/50000的比例尺给出区域的地震动参数、土层液化（或震陷）断裂活动性和分布、滑坡和崩塌等研究成果。全国地震动参数区划图，400万分之一。第十页，共四十二页，2022年，8月28日一、概述（三）地震小区别

1.地震危险性分析一般以200km~300km为半径，对小区周围的地震背景资料(历史地震、地震地质构造、区域地质等)，把地震事件及其作用看作是随即事件，用概率理论进行分析，给出不同时段内不同超越概率的地震动参数(加速度峰值及其反应谱等)

2.场地地震反应分析前者给出的是小区基岩的地震动参数，根据小区内的不同工程地质条件（覆盖层厚度、不同土层的土性和分布、地下水深度等），按一维或二维模型计算场地地面的地震反应，即给出地面地震动参数。

第十一页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法（一）抗震设计理论1.静力理论1900年，日本大森房吉教授提出：地震时，结构的各部分的水平加速度峰值αm均相等。式中：m—结构的质量；G—结构的重量；g—重力加速度；

k—地震系数，日本称为“震度”；

F—地震荷载，现称”地震作用“。

第十二页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法（一）抗震设计理论1.静力理论该方法又称为“震度法”，适用绝对刚性结构，少数国家的设计规范仍采用。我国《工业与民用建筑抗震设计规范》TJ11-78的竖向地震作用计算采用静力法。现行《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的长悬臂和其他大跨度结构的竖向地震作用，仍采用78规范的静力法。计算出地震荷载后，按静力学原理计算结构的内力。第十三页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法（一）抗震设计理论2.准动力理论(反应谱理论)20世纪20年代提出，50年代美国加州《建议的抗侧力要求》正式采用该方法。我国于1964年在《地震区建筑设计规范》中首次应用，并给出4类场地上的相应反应谱。现行国家标准中的底部剪力法和振型分解反应谱法。第十四页，共四十二页，2022年，8月28日3.动力理论两个分支

随机振动——输入随机波(地震波)

确定性振动——输入谐波时程分析法动力反应线性分析

动力反应非线性分析二、抗震计算理论和方法（一）抗震设计理论不规则结构甲类以及表中规定的建筑进行补充计算第十五页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法（一）抗震设计理论3.动力理论加速度时程曲线的选用至少有2组实际强震记录和1组人工模拟波每组水平二向和竖向，共3条波平均地震影响系数曲应与振型分解反应谱法采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。第十六页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法（一）抗震设计理论3.动力理论（1）场地类别(Ⅰ～Ⅳ)

（2）设计地震分组（Tg）（3）峰值加速度α

max（4）时间步长（△t=0.1s

）（5）持时（15s~45s）第十七页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法（二）地面运动反应谱“谱”—将包含有复杂成分的东西，分解成单纯的成分

按特征值大小一次排列形成的图形如光谱、频谱1.设计反应谱●单质点体系●结构阻尼比0.05●弹性结构（1）用每条地震记录，均可改变结构基本自振周期和阻尼比，计算加速度、速度、位移反应最大值，如下图所示。第十八页，共四十二页，2022年，8月28日第十九页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法(2)《构筑物抗震设计规范》的设计反应谱，选用M≥5级的地震记录515条。用连续的场地指数、周期T计算出加速度最大值(图)，又称α(T)谱。(3)β(T)反应谱地震部门一般给出β(T)谱。β(T)是将各种地面运动(地震记录)按单质点弹性结构体系，结构阻尼比为0.05作出结构地震反应放大系数谱，通常称β为结构的动力系数。

α

max=kβmax第二十页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法α

m：7度—0.1，8度—0.2，9度—0.4场地类别ⅠⅡ

Ⅲ地震记录来源国内国外混合国内国外混合国内国外混合记录数量82533516111292938βm2.462.252.262.302.321.832.082.461.72Tm（s）0.130.180.180.170.330.290.230.750.73动力系数最大值βm与Tm关系统计表第二十一页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法不同场地的βm是相近的，平均值为2.25由βm——αm7度α

m=kβm=0.1×2.25≈0.23，0.15×2.25≈0.348度α

m=kβ

m=0.2×2.25≈0.45，0.30×2.25≈0.68

9度α

m=kβ

m=0.4×2.25≈0.90第二十二页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法多遇地震(50年超越概率63%)为设防烈度降低1.55度，即设防烈度乘以平均结构影响系数(c)0.33后的烈度值7度αm

=0.33×0.1×2.25≈0.08，0.33×0.15×2.25≈0.128度αm

=0.33×0.2×2.25≈0.16，0.33×0.30×2.25≈0.24

9度αm=0.33×0.4×2.25≈0.32第二十三页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法（三）结构地震估用计算方法的演变1.78规范(《工业与民用建筑抗震设计规范》TJ11-78)“小震不坏，大震不倒”

7度～9度三类场地第二十四页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法式中Pi——适用于i质点的水平地震荷载；

P——底部剪力（总地震荷载）；

C——结构影响系数，钢结构为0.25，R.C结构为0.3，无筋砖结构为0.45；

α1——结构基本自振周期T1的地震影响系数；

W——产生地震荷载的总重量。第二十五页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法·脆性结构µ=1·塑性结构µ》1·一般砖结构µ=2~3一般R.C结构µ=4一般S结构µ=3.5

令△A1A0A`0=□A`0A2△2△0第二十六页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法（三）结构地震估用计算方法的演变2.89和2001规范《建筑抗震设计规范》GBJ11-89和GB50011-2001“小震不坏，中震可修，大震不倒”

6度～9度抗震设防类别：甲、乙、丙、丁四类第二十七页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法抗震设防烈度6789设计基本地震加速度值0.05g0.10（0.15）g0.20（0.30）g0.40g抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系地震影响6度7度8度9度多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）0.32罕遇地震—0.50（0.72）0.90（1.20）1.40水平地震影响系数最大值第二十八页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法特征周期——设计地震分组（三组)设计地震组场地分类ⅠⅡⅢⅣ第一组0.250.350.450.65第二组0.300.400.550.75第三组0.350.450.650.90第二十九页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法反应谱的结构自振周期由3.5s→6s阻尼比不等于0.05时，α值进行修正。强制性条文水平地震作用第三十页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法式中FEk——结构总水平地震作用标准值；

α1——相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数

Geq——结构总重力荷载，单质点——100%总重力荷载代表值，多质点——85%Fi——质点i水平地震作用标准值

δn——顶部附加地震作用系数，根据Tg取值不同第三十一页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法抗震变形验算（1）多遇地震作用下的弹性层间位移验算△ue=[θe]结构类型[θe]R.C框架1/550R.C框架-抗震样、板柱-抗震样、框架-核心筒1/800R.C抗震样、筒中筒1/1000R.C框支层1/1000多、高层钢结构1/300弹性层间位移角限值第三十二页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法抗震变形验算（2）罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算△up=[θp]h结构类型[θp]单层R.C柱排架1/30R.C框架1/50底部框架砖房中的框架-抗震样1/100R.C框架-抗震、板柱-抗震样、框架-核心筒1/100R.C抗震样、筒中筒1/120多、高层钢结构1/50弹塑性层间位移限值第三十三页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法结构类型6、78度9度框架1109050框架-支撑（抗震样）220200140筒体（筒中筒、束筒）和巨型框架30026018032001规范增加“多层和高层钢结构房屋”一条烈度6、789最大高宽比6.56.05.5高宽比限制最大高度限制（m）第三十四页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法（四）强制性条文（部分）所有建筑均按重要性划分：甲、乙、丙、丁四类四类建筑的设防标准场地的选择：甲、乙类严禁建在危险地段，丙类不应建在危险地段；对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效措施。结构体系（第条和第条）有明确的计算简图和合理的地震作用传递途经避免因部分构件或结构破坏而导致整个结构丧失抗震能力或承重能力第三十五页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力对可能出现的薄弱部位，应采取提高抗震能力的措施砌体结构应按规定设置RC圈梁和构造柱、芯柱，或采用配筋砌体等混凝土预制装配式楼、屋盖，应从楼盖体系和构造上采取保证各预制板之间连接的整体性5非结构构件、楼梯间的非承重墙体，应与主结构可靠连接或锚固第三十六页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法6.材料性能指标烧结砖不应低于MU10，砂浆不应低于M5混凝土、砌块不应低于MU7.5，砂浆不应低于M7.5一级RC框架不应低于C30，构造柱(240×180)

、芯柱(120×120)不应低于C20一、二级框架，纵向受力钢筋强屈度比不应小于1.25实测的屈强(标准值)比不应大于1.3钢筋最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%

钢材屈强比实测值不应大于0.85钢材应有明显屈服台阶，伸长率不应小于20%(标距50mm)良好的焊接性和合格的冲击韧性第三十七页，共四十二页，2022年，8月28日二、抗震计算理论和方法类别7度8度9度扭转明显或T1小于3.5s0.016（0.024)0.032(0.048)0.064T1＞5.0s0.012(0.018)0.024(0.032)0.040楼层最小地震剪力系数值λ——剪力系数，按表确定最小值Gj——