建筑结构抗震设计05（PPT81页)

1建筑结构抗震设计总复习主讲：张美霞中国地质大学（武汉）网络学院2考试范围•主要考查前五章的内容，对六、七、八、九章只做基本概念的掌握和了解。•理解地震、场地、地基和基础等与建筑结构抗震设计的内在联系，掌握建筑结构的地震反应分析原理和抗震验算方法，掌握建筑抗震概念设计的主要特点，掌握多层和高层钢筋混凝土房屋的抗震设计，了解其他结构形式房屋的抗震设计以及隔震和耗能减震房屋的设计。3第1章绪论一、地震灾害概述地震是地球内部构造运动的产物，是一种普遍的自然现象，全世界每年发生约500万次地震。同时地震又是一种突发的自然灾害。现代科技的发展，虽能对地震的发生进行预测，但准确地预报何时、何地将发生何种强度的地震一般是很困难的。这主要是由于地壳运动的复杂性，以及现代科学技术水平的局限性。因此，破坏性地震常常是突然发生的。目前的地震形势是世界包括我国目前均处于地震活跃期，抗震任务不容忽视。4二、地震基本知识1、掌握地震、震级、烈度、基本烈度、设防烈度、多遇烈度、罕遇烈度、设计地震分组等基本概念，掌握地震波动理论。2、地震类型按成因分类：构造地震、火山地震、诱发地震、陷落地震。其中构造地震约占世界地震总数的90%以上，破坏力大，影响范围广，建筑结构抗震设计中仅限于讨论构地震作用下建筑的设防问题。按震源深度分类：浅源地震、中源地震、深源地震按地震序列分类：主震型地震、震群型或多发型地震、孤立型或单发型地震。第1章绪论5第1章绪论三、地震的震害直接灾害：由地震的原生现象如地震断层错动、地震波引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要有：地面破坏、建筑物与构筑物的破坏。次生灾害：直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳定状态，从而引发出的灾害。有火灾、水灾、毒气泄漏、瘟疫、海啸等。6四、结构的抗震设防“三水准”抗震设防目标•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修理可继续使用，即小震不坏；•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，经一般修理或不需修理仍可继续使用，即中震可修；•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，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏，即大震不倒。第1章绪论7第1章绪论“两阶段”抗震设计方法第一阶段：对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。第二阶段：对一些规范规定的结构（有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等）进行大震作用下的弹塑性变形验算。8抗震设防分类及抗震设防标准1、抗震设防分类建筑类别不同，抗震设防标准也不同。以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响的程度大小，将建筑分成甲、乙、丙、丁4个抗震设防类别。2、抗震设防标准针对建筑不同的抗震设防分类,规范对抗震措施和地震作用的计算做了专门的规定,以满足不同抗震设防的要求。第1章绪论9一、场地1、建筑场地的类别划分指标一——场地土的类型指标二——场地覆盖层厚度1）场地土类型场地土类型：为确定场地类别而对场地土刚度所作的类型划分。两种划分方法：基本划分法——定量指标（剪切波速）综合划分法——定性指标（岩土状态）第二章场地、地基与基础10土层的等效剪切波速：•基本划分法tdvse/0•综合划分法使用范围：对丁类建筑及层数不超过10层和高度在30m以下的丙类建筑，当无实测剪切波速资料时，可根据岩土名称和性状按下表规定划分土的类别。siinivdt/1第二章场地、地基与基础11淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，的填土，流塑黄土软弱土稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,可塑黄土,的粘性土和粉土,的填土中软土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土，坚硬黄土中硬土稳定岩石，密实的碎石土坚硬土或岩石土层剪切波速范围(m/s)岩土名称和性状土的类型500sv250500sv140250svsv140200akf200akf130akf130akfakf---地基土静承载力标准值土的类别划分和剪切波速范围第二章场地、地基与基础12第二章场地、地基与基础2）场地覆盖层厚度覆盖层厚度：是指从地表到地下基岩面的垂直距离，也就是基岩的埋深。我国规范取值规定：一般情况下，地面到剪切波速大于500m/s的坚硬土层顶面的距离为场地覆盖层厚度。13~803~1530~500ⅣⅢⅡⅠ500sev250500sev140250sevsev140m5m5m3501580m3等效剪切波速（m/s）场地类型3）场地类别我国《规范》根据场地土等效剪切波速和场地覆盖层厚度（m），按地震对建筑的影响将建筑场地类别划分为4类（见下表）。第二章场地、地基与基础14二、天然地基地震作用下的承载力验算地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗震验算来保证其抗震能力的。1、验算内容：竖向承载力验算（通常认为：基础抗水平地震作用能力足够）规范规定：基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式要求：aEfpaEfp2.1max第二章场地、地基与基础152、地基土抗震承载力确定我国《规范》采用地基土静承载力乘以调整系数后的值作为抗震承载力设计值：aaaEfffaE---调整后的地基抗震承载力设计值；---地基抗震承载力调整系数；fa---深宽修正后的地基静承载力特征值，按《建筑地基基础设计规范》GB50007采用。第二章场地、地基与基础16第二章场地、地基与基础三、液化土与软土地基1、液化定义、液化震害、液化的影响因素。2、液化的判别（1）液化判别和处理的一般原则：1）对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基，除6度外，应进行液化判别。对6度区一般情况下可不进行判别和处理，但对液化敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理。2）存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级结合具体情况采取相应的措施。（2）对一般工程项目砂土或粉土液化判别及危害程度估计可按以下步骤进行：初步判别标准贯入试验判17•液化地基的初步判别以地质年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土厚度等作为判断条件。•标准贯入试验判别当初判后，认为需要进一步进行液化判别时，则应采用标准贯入试验判别法进行“再判”。规范规定：当饱和可液化土的标贯击数N63.5的值小于Ncr值时，判为液化，否则判为不液化。)15(/3)](1.09.0[0mdddNNscwscr)2015(/3)1.04.2(0mddNNscwcr第二章场地、地基与基础183、液化地基的评价为了鉴别场地土液化危害的严重程度，《抗震规范》给出了液化指数的概念，采用土层柱状液化等级判定。iicriinilEWdNNI)1(1由液化指数，按下表确定液化等级判别深度20m时的液化指标判别深度15m时的液化指标严重中等轻微液化等级50lEI60lEI155lEI186lEI15lEI18lEI第二章场地、地基与基础194、抗液化措施当液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施。地基和上部结构处理，或其它经济的措施可不采取措施可不采取措施丁类全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理基础和上部结构处理，或更高要求的措施基础和上部结构处理，亦可不采取措施丙类全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理部分消除液化沉陷，或对地基和上部结构处理乙类严重中等轻微地基的液化等级建筑类别甲类建筑：要特殊考虑，但不得低于乙类第二章场地、地基与基础20一、概述结构的地震反应：地震引起的结构振动，包括速度、加速度位移和内力等。地震作用和结构抗震验算是建筑抗震设计的重要环节，是确定所设计的结构满足最低抗震设防安全要求的关键步骤。由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确定性，以及结构和体形的差异等，地震作用的计算方法是不同的。主要有底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法、静力弹塑性方法。主要掌握底部剪力法、振型分解反应谱法。第三章结构地震反应分析和抗震验算21二、单自由度体系的水平地震作用对于单自由度体系，把惯性力看作反映地震对结构体系影响的等效力，用它对结构进行抗震验算。结构在地震持续过程中经受的最大地震作用为---集中于质点处的重力荷载代表值；---水平地震影响系数第三章结构地震反应分析和抗震验算22地震影响系数曲线)(sT01.0gTgT50.6max2max45.0max2)(TTgmax12)]5(2.0[gTT第三章结构地震反应分析和抗震验算23第三章结构地震反应分析和抗震验算例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，Ⅰ类场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚度,阻尼比为0.05。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。h=5m解：（1）求结构体系的自振周期24（2）求水平地震影响系数查表确定地震影响系数最大值（阻尼比为0.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影响烈度查表确定地震特征周期分组的特征周期值（s）0.900.650.450.35第三组0.750.550.400.30第二组0.650.450.350.25第一组ⅣⅢⅡⅠ场地类别第三章结构地震反应分析和抗震验算25（3）计算结构水平地震作用第三章结构地震反应分析和抗震验算26三、重力荷载代表值的确定结构的重力荷载代表值等于结构和构配件自重标准值Gk加上各可变荷载组合值。---第i个可变荷载标准值；---第i个可变荷载的组合值系数；第三章结构地震反应分析和抗震验算27四、多自由度弹性体系的地震反应分析—振型分解反应谱法•体系j振型i质点水平地震作用标准值---相应于j振型自振周期的地震影响系数；---j振型i质点的水平相对位移；---j振型的振型参与系数；---i质点的重力荷载代表值。第三章结构地震反应分析和抗震验算28•地震作用效应（弯矩、位移等）：--j振型地震作用产生的地震效应；m--选取振型数•一般只取2-3个振型，当基本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5时，振型个数可适当增加。第三章结构地震反应分析和抗震验算29例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。抗震设防烈度为8度，Ⅱ类场地，设计地震分组为第二组。解：（1）求体系的自振周期和振型第三章结构地震反应分析和抗震验算30第三章结构地震反应分析和抗震验算（2）计算各振型的地震影响系数1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影响烈度地震影响系数最大值（阻尼比为0.05）查表得地震特征周期分组的特征周期值（s）0.900.650.450.35第三组0.750.550.400.30第二组0.650.450.350.25第一组ⅣⅢⅡⅠ场地类别31第一振型第二振型第三振型第三章结构地震反应分析和抗震验算32第三章结构地震反应分析和抗震验算（3）计算各振型的振型参与系数第一振型第二振型第三振型33（4）计算各振型各楼层的水平地震作用第一振型第一振型第三章结构地震反应分析和抗震验算34第三章结构地震反应分析和抗震验算第二振型第三振型第三振型第二振型35第一振型（5）计算各振型的地震作用效应（层间剪力）第一振型1振型第三章结构地震反应分析和抗震验算36第三章结构地震反应分析和抗震验算第二振型第三振型2振型3振型第三振型第二振型37第一振型第二振型第三振型1振型2振型3振型（6）计算地震作用效应（层间剪力）组合后各层地震剪力第三章结构地震反应分析和抗震验算38五、计算水平地震作用的底部剪力法1、适用范围：底部剪力法适用于一般的多层砖房等砌体结构、内框架和底部框架抗震墙砖房、单层空旷房屋、单层工业厂房及多层框架结构等低于40m以