建筑结构 第十五章 抗震设计基本知识

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、地震的类型及成因二、常用术语一、地震的类型及成因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。岩层断裂时以波动方式将岩层中积聚的变形能向四周传播，即形成地震波。实际地震波是各种振动波的复合体。1.波的形式

(1)岩层内部传播的地震波为体波，分为纵波、横波。波的传播方向与质点的振动方向相同的是纵波，其周期较短，振幅也较小，可在固体和液体中传播，如弹簧的纵向振动；波的传播方向与质点的振动方向垂直的是横波，其周期较长，振幅也较大，只在固体中传播。(2)岩层表面传播的地震波为面波（体波折射和反射后的产物），分为瑞利波、乐普波两种。

瑞利波：质点在波的传播方向与地表面法向所构成的平面内作与波前进方向相反的椭圆运动，即作滚动运动。乐普波：质点在地表内作与波前进方向垂直的直线运动，即作蛇行运动。2.各种地震波对结构物的影响纵波传播的速度最快，横波次之，面波最慢；面波的振动幅度最大，横波次之，纵波最小；面波传送的能量最多，横波次之，纵波最少。纵波使地面建筑物产生上下跳动；横波使地面建筑物产生前后左右晃动；面波则使地面建筑物产生上述两种运动的复合运动。我国是地震多发的国家；东南、华北、东北沿海处于环太平洋地震带的影响下，西北、西南处于欧亚大陆地震带的影响下。部分地区处于这两地震带的支脉的控制下。我国地震的发生次数、强度、破坏后果均为世界罕见。3．地震地面运动的参数(1)地面运动加速度地震烈度大则地面运动最大加速度大，建筑物上的地震作用力也大。(2)地面运动的周期结构在动力情况下，其受荷情况除与外界因素有关外，还与结构自身因素（如结构自振周期）有关，而地面运动的周期与结构自振周期接近时，将产生严重后果。(3)强震持续时间破坏是一个过程，要完成这个过程，结构的破坏积累是一个必要的条件。而结构的损害程度与所受到的荷载大小、荷载作用时间有关。二、常用术语1.地震震级(1)震级：是衡量一次地震强弱程度(即所释放能量的大小)的指标。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：(2)地震释放的能量:震级与震源释放能量的大小有关，震级每震级差一级，释放的能量相差31.6倍，6级地震的能量＝2万吨TNT炸药。微震——1～2级地震，仪器可记录，人感觉不到；有感地震——3～4级地震，人能感觉到，但建筑物基本无损坏；破坏性地震——5级以上地震，一般对建筑物均有程度不一的损害；强烈地震——

7级以上的地震，对建筑物产生严重破坏。(3)一次地震发生后，地震区域周围地区因距离和地质条件等的不同，其地表及建筑物的破坏程度也有所不同，因此地震震级不能区分一次地震对不同地区的影响程度。地震烈度是描述一次地震时某地区地面震动强弱程度的尺度。故不同的地区有不同的地震烈度。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。根据地质条件、历史资料、观测记录计算或分析出强震区域周围地区的各级地震烈度的超越概率，按照统一标准定出各地的基本烈度，并将各地的基本烈度绘成图或统计成表。3.烈度分组某地区50年内，在该地区一般场地条件下，超越概率为10％的最大地震烈度；基本烈度是该地区抗震设计的基本标准。规范取超越概率为10％的地震烈度为该地区的基本烈度；超越概率为63.2％的地震烈度为该地区的小震烈度（又称众值烈度，即概率密度曲线上概率最大处）；取超越概率为2％的地震烈度为该地区的大震烈度（又称罕遇烈度）。小震烈度＝基本烈度－1.55度大震烈度＝基本烈度＋1.00度4.抗震设防烈度：建筑物抗震设防时采用的烈度。5.地震设计分组

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.场注地、地基庄和基础选宽择场地土的舒分类场地的修选择地基和币基础选勉择2.暑结构的愈平面和验立面布蔬置3.赠结构体筒系的选狗择4.栗抗震结兽构构件父及其连争接5.非堂结构构件6.谷材料选帅择和施杠工第三节受地震作脱用的计算一、重力荷梅载代表键值二、单质点弹屋性体系的竞地震作用三、多质点作弹性体夺系的地街震作用一、重力荷磨载代表谜值一般把各蔽层质量集申中在楼层客处，n个楼层即暴形成n个质点。沙每一楼面缩慧标高位置炭的重量（瘦称重力荷经载代表值拖）由以下斗几部分组具成：①恒荷载增（本层帅楼面结元构及上读、下各赶半层墙讽、柱）揪的全部闭；②雪荷载的圆50％；③一般楼面绞活荷载的爷50％，严藏书库、验档案库活禁荷载的8途0％。简化后援的计算寺简图如贿图，图凝中Gi为第i层质点的俘重力荷载期代表值。1.单质成点体系等高单穴层厂房喝、水塔吸等；该结构默中参与肢振动的塔所有质史量全部催折算至塘顶部；墙、柱视子作一无重脖的弹性杆伍；该体系勺只作单齿向振动鹅，为一棉个单自拴由度体锄系。二、单质点巩弹性体串系的地严震作用2.单墓质点弹办性体系尘的地震葵作用式中：m、G——为单质阶点体系勤的质量财及重量潜；g——重力加汉速度；——为地面运犯动最大加莫速度；——称为地震叔系数，表梅示地面运摸动的相对鄙强度；——称为动力仆系数，表轿示质点加戒速度与地越面加速度相比的生放大系数贼；α——为地震影四响系数，α=k断β。3.计揪反应谱险曲线α—地震影响由系数；αmax—地震影仿响系数忽最大值届；T—结构自振傻周期；Tg—特征周坦期；γ—曲线下降右段衰减指枝数；η1—直线下降将段下降斜泉率调整系费数；η2—阻尼调堪整系数4.单穗质点体陆系的地晨震作用河计算方插法计算结只构自振叼周期:由场地斥类别、被设计地启震分组这查表,档得场地唯特征周锦期Tg;由设防烈终度查表得迫水平地震狗影响系数须最大值αmax；确定、1、2；由T、Tg、αmax按图计算梅水平地震觉影响系数α；作用在残单质点逗上的水蠢平地震阴作用为标:FEK=αmg样=αGEK。三、多质点丢弹性体酱系的地驰震作用1.多垄质点体落系的振恰型和自脚振周期2.多质响点体系的鼓地震作用汇计算方法应按不杆同情况喊分别采干用相应手的地震蜘作用计隐算方法晨：①高度不超预过40m，以剪切变龄形为主，页刚度与质锤量沿高度瓜分布比较指均匀的建膊筑物，可奇采用底部填剪力法。②高度超厦过40m的高层册建筑物萍一般可动采用振君型分解绘反应谱茎方法。③刚度与质婆量分布特卡别不均匀然的建筑物庙、甲类建暴筑物等，神宜采用时棚程分析法股进行补充周计算。3.振型详分解反应披谱法①基免本思想②适用尾条件高度超过鸡40m的高层毫建筑物酱一般可共采用振柿型分解巾反应谱凉方法。4.底毒部剪力岩法①基本寻思想：按结构底超部总剪力撤相等的原像则，把多杀质点体系研简化为单报质点体系兴，只用基您本自振周霜期确定总伟底部剪力预，然后按野照一定规旬律将地震雁力（总底口部剪力）伐沿高度沿鲜高度分配真给各质点流。②适鲁用条件咽：结构高度掩小于40m；沿高度含方向质起量及刚开度分布晃比较均纠匀；以剪切淡变形为俱主（H/B守＜4）的高层建偏筑。③计算告方法基本自旨振周期T1、按反应谱也曲线（T-α）确定α1；（地震影响毫系数最大俱值αmax；特征周盗期Tg；曲线下降振段衰减指笑数γ；直线下降显段下降斜添率调整系骗数η1；阻尼调整槐系数η2）。计算底沸部剪力FEK：FEK=α1Geq（Geq=0.宿85GE=0.盆85Gi）FEK分配给各戴质点：建筑为n层时，等各楼层窜处地震汽力为Fi。顶部附加惠荷载△Fn近似考虑锣高振型影洪响。顶层键等效地震他力为Fn+△Fn。质点体秀系的水叼平地震燃作用分禾布特点写：当质量、核刚度沿高厕度分布较份均匀（Gi≈Gj）时，Fi与Hi成正比。第四节慢结构的泛自振周期一、顶点息位移法二、计特算自振吓周期的您经验公遣式一.顶点惹位移法对于质端量和刚挤度沿高晨度分布身比较均迎匀的框秧架结构谢、框架神一剪力掠墙结构积和剪力闲墙结构沾：uT—结构顶点侍假想侧移茫：即把集社中在各急层楼面似处的重擦量Gi视为作州用于i层楼面的械假想水平形荷载，按特弹性刚度即计算得到朵的结构顶寻点侧移；α0—基本周僻期的缩盆短系数饶：框架结哄构取0.6～收0.7；框架一宋剪力墙胶结构取0.7骡～0.唇8；剪力墙费结构取α0＝0.9～1.0什。二.计算称自振周期唯的经验公和式高层钢筋拔混凝土剪否力墙结构高度为惧20～澡50m，剪力墙间勤距为3～澡6m的住宅、圈旅馆类建柱筑物:横墙间距闯较密时:T1横=0.0贵54n；T1纵=0.0要4n横墙间液距较疏堆时：T1横=0.认06n；T1纵=0.0众5n式中：n为建筑灰物层数四；H为建筑核物总高概度；B为建筑物鞋总宽度。钢筋混凝熄土框架、迅框架一剪旧力墙结构区：或T1=（0鞠.07工-0.酬09）无n第五节惰结构的抗峰震验算一、荷载效应辈的基本组姐合二、抗震验算毕的设计表伐达式三、抗震著变形验算一、荷载树效应的基它本组合1.无地震作贸用组合：S=γGSGK+ψQγQSQK+ψWγWSWk式中:S—无地震组灵合时荷载贼效应组合陆的设计值啄；SGK—永久荷载编效应标准糊值；SQk—楼面活滥荷载效艺应标准号值；SWK—风荷载效巨应标准值上；γG、γQ、γW—分别为永把久荷载、忍楼面活荷俯载、风荷载分倍项系数；ψQ、ψW—分别为衫楼面活卧荷载和姓风荷载云组合值汗系数。荷载分感项系数拥应按下铁列规定断采用：1)承载力类计算时：①永久荷谎载的分虹项系数γG：当其效应帮对结构不安利时：对由可变纳荷载效应缎控制的组税合应取1胶.2；对由永久叫荷载效应秋控制的组哀合应取1法.35。当其效应俗对结构有丛利时，应庙取1.0惑；②楼面活造荷载的载分项系吃数γQ：一般情雨况下应夏取1.窝4；③风荷载何的分项朵系数γW：应取1．壤4。2)位移计算乓时：公式中隔各分项悼系数均图应取1衫.0。楼面活传荷载和黄风荷载讨组合值钢系数ψQ、ψW：1)当永久互荷载效窗应起控纱制作用聚时应分耀别取0体.7和索0.0勺；2)当可变判荷载效唤应起控捞制作用蝴时应分医别取1酱.0和帆0.6沾或0.7和盒1.0；3)对书库缠、档案摆库、储炭藏室、忍通风机剧房和电凳梯机房宴，本条楼面活旧荷载组合丑值系数取杨0.7的兄场合应取望为0.9攀0。2.有地谦震作用组咬合时：SE=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψWγWSWk式中：SE—荷载效应浊和地震作伪用效应组阅合的设计施值；SGE—重力荷路载代表叉值的效佳应[重尸力荷载达代表值阿包括下晌列荷载较：10互0％自盖重标准突值，5借0％雪失荷载标糖准值，网50％伸～80泳％楼面悟活荷载健(在书墨库及档塔案库中谦取80蠢％楼面研活荷载坏)]；SEhk—水平地叠震作用临标准值汁的效应她，尚应前乘以相骆应的增旬大系数宵或调整蛾系数；SEvk—竖向地震蛮作用标准青值的效应热，尚应乘援以相应的掩增大系数肢或调整系草数；γG—重力荷英载分项夜系数；γW—风荷载糖分项系忽数；γEh—水平地震渣作用分项等系数；γEv—竖向地震动作用分项维系数；ψW—风荷载的咸组合值系逼数，应取恼0.20有地震作柱用效应组怨合时，荷滋载效应和通地震作用且效应的分妻项系数应航按下列规庸定采用：1)承载力陡计算时，分项系数旺应按下表寺采用。当椒重力荷载蛇效应对结访构承载力酱有利时，堵表中γG不应大于狂1.0。2)位移计腹算时，公式中着各分项归系数均岛应取1栋.0。按极限状点态设计的输要求，各章种构件承腐载力验算命的一般表阶达式为：不考虑地连震作用的芦组合时γ0S≤R考虑地震眯作用的组袍合时SE≤RE/γRE地震作此用下，者构件承缓受反复尿作用力脑及变形东，承载嘉力RE要降低差；抗震设左计中，林不考虑啦结构构轰件的重爬要性系菊数。式中：S、SE——构件内力息；R、RE——不考虑冈抗震及牲考虑抗呆震时构现件承载击力设计扑值。γ0——结构重要且性系数，己可按结构涨的重要程努度(即安近全等级)分其别取1正.1、劈燕1.0仇、0.尾9；γRE——承载力冶抗震调桑整系数遵，考虑匹到地震肉作用的热偶然性洞与短时性说，对承锻载能力内作相应纱的调整左。二、抗震验算度的设计表除达式三、抗震管变形验算1)正常使用微条件下的忧结构水平右位移，按召风荷载和居地震作用择，用弹性活方法计算羞。2)以楼层层橡间最大位鹿移δ与层高h之比作生为限制值条件，屠即：δ/h≦[δ/h间]高度为内250m及250m以上的最高层建矛筑，楼国层层间腰最大位农移与层胸高之比鼓的限值稠为1／督500能。高度15孤0m及150m以下的高醉层建筑楼掉层层间最录大位移与搂层高之比期不宜大于咬下表的限险值。高度在1剩50—2不50m之间的高施层建筑，膝楼层层间慎最大位移叔与层高之虑比的限值忌按线性插严人取用。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)限制结构店侧向位移纳的主要原强因是：过大的侧贞向位移，伴特别是过熔大的层间把侧移会使填充墙菌及建筑眯装修出慌现裂缝皱或损坏，也会使电梯轨道老变形过大；过大的涌侧向位谊移会使厉主体结盆构出现凯裂缝甚竖至破损译；过大的侧证向位移会炕使结构产孔生附加内执力；过大的墓侧移会忽使人不费舒服，啦影响正野常使用煮。9、静夜四磨无邻，荒朝居旧业贫葱。。4月-2热34月-苹23Frid渠ay,绑Apri陷l28壤,20姿2310、雨中黄兄叶树，灯阿下白头人矮。。13:0哄7:0213:0经7:0213:0悉74/28眼/202对31:污07:0约2PM11、以我陪独沈久烟，愧君腹相见频棋。。4月-秃2313:货07:锋0213:共07Apr-挑2328-租Apr寄-2312、故人江望海别，几臂度隔山川欲。。13:0推7:0313:久07:摊0313:洗07Fri唉day法,A祖pri睬l2绳8,申202圈313、乍见远翻疑梦惑，相悲仆各问年扇。。4月-颤234月-胶2313:升07:裳0313:微07:缠03Apri仇l28蛋,20鼻2314、他乡袍生白发毒，旧国愉见青山购。。28占四月终202秧31:0织7:0鸣3下案午13:0照7:034月-2池315、比不键了得就办不比，闭得不到粘的就不扯要。。。四月揪231:07召下午4月-2随313:挠07Apri徒l28酬,20壶2316、行动出展成果，工唤作出财富野。。202评3/4江/28起13不:07准:0313:轿07:忙0328新Apr诱il谨202僻317、做前微，能够减环视四捐周；做乳时，你厨只能或疑者最好瓶沿着以正脚为起沾点的射资线向前罩。。1:07府:03茄下午1:0尾7下筋午13:0缓7:034月-2寸39、没有遭失败，腔只有暂抄时停止罗成功！贺。4月-士234月-2淘3Fri毁day束,A腊pri档l2叹8,搜202不310、很多社事情努互力了未短必有结锣果，但从是不努弃力却什绑么改变泳也没有麦。。13:0幸7:0313:0保7:0313:秋074/28舱/202稀31:须07:0得3PM11、成功奇就是日面复一日炼那一点寒点小小艺努力的锄积累。炉。4月-堤2313:赖07:谦0313:斧07Apr础-2328-A塌pr-2死312、世间胳成事，酱不求其岭绝对圆先满，留纪一份不缘瑞足，可榴得无限肢完美。的。13:青07:每0313:0驶7:0313:鞋07Fri窑day繁,A辛pri慕l2企8,自202敞313、不知香筑积寺，数兰里入云峰买。。4月-择234月-霸2313:0告7:0313:恐07:涉03Apri叫l28谁,20幕2314、意志偿坚强的己人能把已世界放牌在手中包像泥块糕一样任绪意揉捏哥。28歉四月陷202农31:0她7:0迷3下助午13:解07:鹿034月-粒2315、楚塞三划湘接，荆桨门九派通辫。。。四月共231:0阔7下犹午4月-2胸313:0草7Apri勉l28季,20庄2316、少年十援五二十时银，步行夺次得胡马骑胆。。2023湖/4/2徒813咏:07:蠢0313:0嫌7:0328粮Apr呆il筹202垄31