《抗震设计基本概念》课件

抗震设计基本概念抗震设计是建筑物设计中的重要组成部分,旨在确保建筑物在地震灾害中能够承受住各种破坏性力量,保护人们的生命财产安全。这些概念包括地震荷载、承载力、变形控制等,是架构一座安全可靠建筑必不可少的知识基础。地震发生原因地壳活动地球内部的热量和压力差导致地壳发生持续的运动和变形,从而引发地震。构造板块碰撞地球表面的大陆板块和海洋板块不断相互碰撞和挤压,会引发剧烈的地震活动。火山爆发火山活动所释放的能量也可能引发地震,特别是在活跃的火山地区。人类活动一些人类活动如核试验、地下开采等也可能诱发或加剧局部地区的地震。地震的破坏性地震是一种自然灾害,具有突发性、广泛性和破坏性强的特点。地震发生时,会造成房屋倒塌、基础设施损坏、人员伤亡等严重后果。地震的破坏性主要体现在对建筑物、桥梁、水电设施等的损害,以及对人们生命安全的威胁。因此,必须重视抗震设计,采取有效措施来降低地震带来的损失。防震的重要性保护生命地震可能造成大量人员伤亡,提高建筑物的抗震能力是保护生命的关键所在。保护基础设施良好的抗震设计可以确保道路、桥梁、电力网等基础设施的安全,保障社会正常运转。减轻经济损失抗震设计能最大程度减少地震造成的房屋、工厂、设备等财产损失,降低重建成本。我国地震灾害概况8地震大区中国属于地震频发国家，全国分为8个地震活动大区。2M受灾人口每年平均有2百万人受到地震灾害的影响。30Kcasualties近30,000人因地震遇难，是全球地震死亡人数最高的国家之一。$300B直接损失地震造成的直接经济损失高达300多亿美元。设计地震动1地震动特性包括地震加速度、速度、位移等参数2影响因素震源特征、传播路径、场地条件等3获取方法统计分析历史地震记录、理论模拟计算设计地震动是指在抗震设计中需要考虑的地震动特征参数,包括地震加速度、速度和位移等。这些参数的大小和时程特征受震源特征、传播路径以及场地条件等因素的影响,需要通过统计分析历史地震记录或理论计算模拟来获得。地震作用分类静态作用包括重力、静水压等恒定作用。这些作用相对稳定,不会随时间发生变化。动态作用包括地震动、风荷载等可变作用。这些作用随时间发生变化,需要考虑振动特性。组合作用由静态作用和动态作用叠加而成。同时考虑多种作用对结构的影响很重要。特殊作用包括爆炸、碰撞等罕见但破坏性强的作用。这些作用需要特别考虑并采取防范措施。地震作用特点巨大破坏力地震释放的能量可以摧毁建筑物、基础设施和人类生命,造成巨大损失。它的破坏性源于瞬间的能量释放。难以预测虽然可以分析地质条件,但具体发生时间和强度无法精确预测,给防灾减灾工作带来挑战。复杂动力作用地震作用既有水平方向也有垂直方向,且呈现非线性、随机性和瞬变性特点,给抗震设计带来很大难度。抗震设计基本原则1保护生命安全抗震设计的首要目标是保护人民生命安全,确保建筑物在地震作用下不会崩塌。2结构可靠性确保建筑结构能够承受地震作用,避免出现破坏、倾斜或严重损坏。3功能连续性重要建筑物在地震后要能够继续正常使用,不会影响正常运转。4经济合理性在满足安全性和功能性的前提下,尽量降低抗震设计的经济成本。抗震设计基本方法1等效静力分析法通过将动力作用转换为等效的静力作用来进行分析和设计。简单高效，适用于常规建筑结构。2动力分析法采用动力时程分析或响应谱分析方法,考虑结构的动力特性。适用于复杂结构或重要建筑物。3基于性能的设计方法根据期望的性能目标,如位移限制、损坏控制等,对结构进行优化设计。注重结构行为。4分层设计方法将结构分为承重和抗震层,分别设计以满足不同功能要求。提高整体抗震能力。建筑抗震设计要点整体布局建筑平面布局应避免高大低矮、长短不一的结构体系,以确保结构整体抗震性能。结构体系应选用刚度、强度和耗能能力较好的结构体系,如框架、剪力墙体系等。材料选择选用性能稳定、抗震性能良好的建筑材料,如钢筋混凝土、钢材等。构件配置合理布置抗震墙体和抗震支撑,合理控制构件尺寸和配筋,确保足够的承载能力。结构体系选择整体性选择结构体系时应注重整体性,确保建筑结构能够整体作用,提高抗震能力。对称性尽量选择平面和立面对称的结构,这样可以均匀分散地震作用,避免扭转效应。规则性应该选择结构布置规则、构件尺寸协调一致的体系,这有利于地震力的顺畅传递。延性能力优选具有良好延性的结构体系,能够在地震作用下发生可控的塑性变形。楼层高度控制适当的楼层高度合理控制楼层高度,既能满足功能需求,又能最大限度地降低地震作用,提高建筑抗震性能。结构受力考虑不同高度的建筑结构承受地震作用的程度不同,应当针对性地采取抗震措施。合理的层高设计层高过高容易增加结构高度,从而增大地震作用,但过低又会影响使用功能,需要协调平衡。布置合理的平面平面布局合理合理规划平面布局,既要考虑建筑的使用功能,又要满足抗震设计的要求,确保建筑物承受地震力时整体性能良好。简单对称布置平面尽量采用简单、对称的布置方式,避免复杂的几何形状,这样可以更好地抵抗地震力,提高结构的整体稳定性。合理分区布置根据使用功能合理划分区域,并在结构上相互独立,这样可以避免地震时相互影响而导致的破坏。布置合理的立面统一的立面风格建筑物的立面应该与周围环境协调一致,体现统一的风格和设计理念。合理的立面设计可以增强建筑物的视觉效果和整体美感。合理的立面构成立面设计应该注重立面比例、窗户和阳台的布置、材料的选用等,形成和谐统一的整体效果。要充分考虑建筑物的功能需求和使用者的使用体验。适当的立面装饰立面可以通过适当的装饰手法,如运用色彩、纹理、材质等,增加建筑物的美化效果,突出特色风格。但要注意装饰手法要简洁大方,不宜过于繁琐。选用适宜的材料1钢筋混凝土钢筋混凝土是最常用的抗震建筑材料,具有良好的强度和刚度。2钢结构钢结构具有较高的抗拉、抗压和抗弯能力,可以承受地震荷载。3抗震砌体采用加强型砖块和灰浆可以提高砌体的抗震性能。4新型复合材料如碳纤维和玄武岩纤维等新型复合材料在抗震设计中也发挥重要作用。构件尺寸和配筋合理配筋根据构件承受力要求合理配置纵向和箍筋,确保承载能力和韧性。适当尺寸综合考虑结构设计理念、荷载条件和施工要求,确定最佳的构件截面尺寸。安全系数通过合理的安全系数设计,确保构件有足够的抗震余量和可靠性。节点设计要求关键节点结构抗震性能关键取决于关键节点的设计和构造。这些包括柱-梁连接、墙-楼板连接等。节点受力节点必须设计足够的强度和刚度,以承受地震作用下的复杂应力状态,包括剪力、弯矩等。节点构造节点须采用合理的配筋和构造措施,确保足够的韧性和ductility,防止脆性破坏。构造可靠性节点施工质量也很关键,需要重点关注配筋密集区的浇筑密实性。连接件设计关键位置连接确保建筑物关键位置的节点连接设计,如梁柱接头、墙体与基础连接等,是保证整体抗震性能的重点。减震设计采用隔震、减震等技术手段设计连接件,能够有效降低地震作用对建筑的影响,提高安全性。可靠性检查应严格检查连接件材料、工艺、制造质量,确保其可靠性,满足抗震性能要求。抗震支撑和限位抗震支撑合理设置抗震支撑可以提高建筑物的稳定性,限制结构发生过大位移和振动。刚性支撑采用钢制或钢筋混凝土材料制作的刚性支撑,能够有效传递地震载荷。位移限位在关键位置设置位移限位装置,可以减小结构的相对位移,避免破坏。阻尼装置液压阻尼器、摩擦阻尼等可以有效降低结构振动,提高抗震性能。保证结构整体性1合理设置伸缩缝合理设置伸缩缝,将大型建筑划分为若干独立的整体,可有效减少地震作用对结构的破坏。2确保各构件连接可靠加强主要构件之间的连接,确保各个构件能在地震作用下相互配合,形成一个整体。3注重楼面与支撑体系的协调合理布置梁柱、楼面板以及基础,确保建筑在水平、垂直方向上整体受力性能良好。4采用抗震支撑系统在建筑物中增设抗震支撑,能够增强整体抗震性能,提高建筑物的整体刚度。抗震检查和验收1施工质量检查在建筑施工过程中,需要对混凝土强度、钢筋焊接、墙体砌筑等关键工序进行严格检查,确保质量符合抗震设计要求。2结构安全检测在建成后,对建筑结构进行静力和动力试验,评估结构的承载能力、刚度以及延性等性能,确保其抗震性能达标。3抗震验收标准根据相关规范,制定详细的抗震验收标准,涵盖建筑结构、建筑构件、建筑材料等多个方面,确保整体抗震性能达到设计水平。地震动时程分析获取地震动数据收集实测地震记录或模拟计算得到的地震动数据,作为输入条件。时域响应分析将地震动加载到结构模型上,计算结构在时域内的动力响应。处理分析结果对计算得到的位移、加速度、内力等响应进行整理和分析,为设计提供依据。地震响应谱分析1确定地震动根据场址特征定义合适的地震动2建立响应谱将地震动转换为响应谱模型3进行分析利用响应谱分析结构的动力响应4评估结果根据分析结果优化设计并确保安全地震响应谱分析是一种常用的结构抗震设计方法。它通过将地震动转换为标准化的响应谱模型，可以有效评估结构在地震作用下的动力响应。该方法简单易行，为工程设计提供了科学依据。等效静力分析法1.转换为等效静载荷根据地震响应谱或时程分析得到的内力包络,将其转换为等效的静载荷分布。2.进行静力分析采用静力分析方法对结构进行分析计算,得到结构在等效静载荷作用下的内力和变形。3.评估抗震性能根据计算结果检查结构是否满足抗震设计要求,必要时进行优化设计。动力分析法1时程分析直接考虑地震动的时间历程2响应谱分析基于建筑物和地震动的响应谱3模态分析分析各阶模态的振型和周期动力分析法是一种更加精确的抗震设计方法。它通过建立动力学模型,直接分析建筑物在地震作用下的时域和频域响应,可以更全面地评估建筑物的抗震性能。广泛应用于高层建筑、大型工业厂房等重要建筑物的抗震设计中。地基基础抗震设计坚固基础地基基础是建筑物抗震的基础。采用足够深度和面积的基础,可以确保建筑物与地基之间有良好的传力性能。合理布置合理的基础平面布置和柱位置是关键。这可以确保建筑物在地震作用下不会发生过大的扭转。防止倾覆基础设计应考虑地震作用下建筑物的倾覆稳定性。通过调整基础尺寸和钢筋配置可以提高抗倾覆能力。避免基础破坏采用抗剪强度高的基础材料,并加强基础与上部结构的连接,可以避免基础在地震中发生破坏。管线设备抗震设计关键管线的保护及时采取有效措施保护重要管线设备,如水、电、气等基础设施管线,以确保在地震发生时能够维持基本运转。灵活连接设计采用柔性连接和滑动支承等措施,提高管线设备与建筑物之间的相对变形能力,减少地震作用下的应力集中。合理布置位置根据建筑物的抗震性能,合理规划管线设备的位置和敷设路径,降低地震动对其的影响。设备固定牢固采用可靠的固定措施,如抗震支架等,确保管线设备在地震作用下不会发生位移或损坏。抗震设计示例通过实际案例展示抗震设计的具体应用,包括建筑平面布置、结构形式选择、构件尺寸和配筋、节点设计以及基础施工等方面。以某商业综合楼为例,展示如何根据地震动特点和建筑物属性,采用合理的结构形式和合理的抗震设计措施,确保建筑物在地震作用下可以安全可靠地承受地震力。抗震设计的注意事项结构完整性检查确保建筑结构各部分连接牢固,不存在结构缺陷或薄弱环节,