第4章结构抗震概念设计.pptx

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,工程结构抗震设计,主讲教师：尹红宇,yhyamy,18921881346,土木学院,3.1,结构抗震计算原则,3.2,设计地震动,3.3,水平地震作用计算,3.4,竖向地震作用计算,3.5,结构抗震验算,第,3,章 结构抗震计算,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,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。,甲类建筑：,重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，（如核电站、核设施、水库、大坝、堤防、贮油、贮气、贮存易燃易爆、剧毒、强腐蚀物质的设施等）；,乙类建筑：,地震时功能不能中断或需尽快恢复的建筑，即生命线工程建筑，（如消防、急救、供水、供电、通讯等）；,丙类建筑：,甲、乙、丁类以外的一般建筑，（如一般的公共建筑、住宅、旅馆、厂房等）；,丁类建筑：,抗震次要建筑，（如储存物品价值低的一般仓库，人员活动少的辅助建筑等）。,3.1,结构抗震计算原则,3.1.1.1,抗震设防分类,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,3.1.1.2,抗震设防标准,基本目的：在一定的经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏，保障人民生命财产的安全。,我国根据具体情况，提出了,三水准,目标，,二阶段,设计法。,原则：,小震不坏、中震可修、大震不倒,小震,是发生机会较多的地震，小震对应地震烈度概率密度曲线图上的峰值烈度，又叫众值烈度或多遇烈度，超越概率为,63.2%,；,中震,对应的地震烈度为基本烈度，,50,年内的超越概率为,10%,；,大震,是发生机会较小的罕遇地震，,50,年内的超越概率为,2-3%,。,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,甲类建筑：,地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，当抗震设防烈度为,68,度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为,9,度时，应符合比,9,度更高的要求；,乙类建筑：,地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，当设防烈度为,68,度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为,9,度时，应符合比,9,度更高的要求；,丙类建筑：,地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度要求；,丁类建筑：,地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度适当降低，但设防烈度为,6,度时，不应降低,。,3.1.1.2,抗震设防标准,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,三水准,设防目标,1.,当遭受,低于,本地区,设防烈度,的,多遇地震,影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用,（第一水准）,；,2.,当遭受本地区,设防烈度的地震,影响时，建筑物可能损坏，但经一般修理或不需修理仍可继续使用,（第二水准）,；,3.,当遭受,高于,本地区设防烈度预估的,罕遇地震,影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏,（第三水准）,。,3.1,结构抗震计算原则,我国采取,6,度起设防的方针，地震设防区面积约占国土面积的,60,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,一、注意场地选择,地震区宜,选择有利地段，避开不利地段，不在危险地段进行工程建设,地段类别,地质、地形、地貌,有利地段,稳定基岩、坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土等,不利地段,软弱土、液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩,质的陡坡，河岸和边坡边缘，平面分布上成因、岩性、状态,明显不均匀的土层（如故河道、疏散的断层破碎带、暗埋的,塘浜沟谷及半填半挖地基）等,危险地段,地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震,断裂带上可能发生地表位错的部位,当确实需要在不利地段或危险地段建筑工程时，应遵循建筑抗震设计的有关要求进行详细的场地评价，并采取必要的抗震措施,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,二、把握建筑体型,建筑物平、立面布置的基本原则：,结构对称,有利于减轻结构的地震扭转效应,形状规则,在地震时应力集中现象较少，有利于抗震,质量与刚度变化均匀,平面内使结构刚度中心与质量中,心相一致，避免扭转效应,高度方向均匀变化，避免薄弱层，,减小变形集中、鞭梢效应,对称,、,规则,、,质量与刚度变化均匀,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,不规则类型,定 义,扭转不规则,楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的,1.2,倍,凹凸不规则,结构平面凹进的一侧尺寸大于相应投影方向总尺寸的,30%,楼板局部不连续,楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。例如：有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的,50%,，或开洞面积大于该层楼面面积的,30%,，或较大的楼层错层。,平面不规则的类型,不规则类型,定 义,侧向刚度不规则,该层的侧向刚度小于相邻上一层的,70%,，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的,80%,；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的,25%,。,竖向抗侧力构件不连续,竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递,楼层承载力突变,抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的,80%,竖向不规则的类型,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,建筑结构平面的扭转不规则示例,建筑结构平面的凹角或凸角不规则示例,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,建筑结构平面局部不连续示例,沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层）,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,竖向抗侧力构件不连续示例,竖向抗侧力结构屈服抗剪强度非均匀化（有薄弱层）,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,三、利用结构延性,利用结构弹塑性阶段的性能,通过塑性变形来消耗地震时输入结构的能量,脆性结构尽管抗力很大，但吸收地震能量的能力并不强,延性结构却因可以吸收更多地震输入能量而有利于抗御结构倒塌的发生,增强结构与构件的延性的措施：,钢筋砼结构,强剪弱弯、强节点弱构件设计，促使梁以受弯曲形式,产生较大变形,砌体结构,墙体配筋、构造柱,圈梁体系等措施，增加结构的延性,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,四、设置多道防线,是抗震概念设计的一个重要组成部分,局部机制（,L,机制）,强梁弱,柱型框架,单肢剪力,墙结构,强柱弱,梁型框架,双肢剪力墙加,连系梁结构,总体机制（,T,机制）,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,设置多道防线的手段：,应注意的原则：,采用超静定结构,有目的地设置人工塑性铰,利用框架的填充墙,设置耗能元件或耗能装置等,1.,不同的设防阶段应使结构周期有明显差别，以利避免共振,2.,最后一道防线要具备一定的强度和足够的变形潜力,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,五、注意非结构因素,最主要的是非结构构件的处理,非结构构件的影响：,影响主体结构的动力特性,如阻尼、周期等,地震中先期破坏,如玻璃幕墙、吊顶、室内设备等,抗震设计中应注意：,非结构构件与主体结构之间要有可靠的连接或锚固,对可能对主体结构振动造成影响的非结构构件，应注意分析,或估计其对主体结构可能带来的影响，并采取相应的抗震措施,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,建筑场地、地基和基础,我国建筑抗震设计规范：地下基岩或剪切波速大于,500m/s,的坚硬土层至地表面的距离，称为,“,覆盖层厚度,”,1580,315,350,0,等效剪切波速,（,m/s,）,场 地 类 型,各类场地土的覆盖层厚度表：,土层等效剪切波速,场地覆盖层厚度,场地类别确定根据：,土层等效剪切波速,V,se,计算：,d,0,计算深度，取覆盖层厚度和,20m,两者的较小值；,n,计算深度范围内土层的分层数；,V,si,第,i,层土的剪切波速；,d,i,第,i,层土的厚度。,剪切波速随深度,递增的一般情况,适用于：,当计算深度以下,有明显的软弱土夹层时,应适当提高场地类别,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,对于,10,层和高度,30,米以下的丙类建筑及丁类建筑，当无实测剪切波速时，也可以根据岩土性状按下表划分土的类型，并利用当地经验在该表所示的波速范围内估计各土层的剪切波速。,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,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。,地基基础抗震设计的一般要求：,1,）同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上；,2,）同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分采用桩基；,3,）地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚性；,4,）根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算时应尽量考虑结构、基础和地基的相互作用影响，使之能反映地基基础在不同阶段上的工作状态。,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,G,k,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,不考虑,软钩吊车,0.3,硬钩吊车,0.5,其它民用建筑,0.8,藏书库、档案库,1.0,按实际情况考虑的楼面活荷载,不考虑,屋面活荷载,0.5,屋面积灰荷载,0.5,雪荷载,组合值系数,可变荷载种类,按等效均布荷载考虑,的楼面活荷载,吊车悬吊物重力,组合值系数,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,单自由度弹性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。,地震影响系数，即单自由度体系在地震时最大反应加速度；,F,地震作用；,S,a,加速度反应谱。,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,抗震设计反应谱,地震影响系数取决于场地类别、建筑物的自振周期和阻尼比等许多因素，反映这些因素的曲线成为反应谱曲线。,体系阻尼比越大,体系地震加速度反应越小,地震反应谱值越小,阻尼比对地震反应谱的影响,S,a,/,x,g,max,T(s),4.0,2.0,1.0,1.0,3.0,4.0,2.0,3.0,=0.01,0.03,0.05,0.10,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,不同场地条件下的平均反应谱,不同震中距条件下的平均反应谱,地震反应谱峰值,对应的周期也越长,场地越软,震中距越大,地震动主要频率成份越小,（或主要周期成份越长）,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,地震影响系数,max,地震影响系数最大值,T,结构周期,1.,曲线下降段衰减指数的调整,2.,直线下降段斜率的调整系数,3.,阻尼调整系数,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,设计地震分组,场地类别,第一组,0.25,0.35,0.45,0.65,第二组,0.30,0.40,0.55,0.75,第三组,0.35,0.45,0.65,0.90,设计特征周期,T,g,(s),地震影响,设防烈度,6,7,8,9,多遇地震,0.04,0.08,（,0.12,）,0.16,（,0.24,）,0.32,罕遇地震,-,0.50,（,0.72,）,0.90,（,1.20,）,1.40,注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度取,0.15g,和,0.30g,的地区,地震影响系数最大值（阻尼比,0.05,）,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,多自由度弹性体系的水平地震作用,按不同情况分别采用相应的地震作用计算方法：,高度不超过,40,m,，,以剪切变形为主，刚度与质量沿高度分布比较均匀的建筑物，可采用,底部剪力法,。,高度超过,40,m,的高层建筑物一般可采用,振型分解反应谱方法,。,刚度与质量分布特别不均匀的建筑物、甲类建筑物等，宜采用,时程分析法,进行补充计算。,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,底部剪力法,基本思想：,按结构底部总剪力相等的原则，把多质点体系简化为单质点体系，只用基本自振周期确定总底部剪力，然后按照一定规律将地震力（总底部剪力）沿高度沿高度分配给各质点。,应用条件,建筑物高度不超过,40m,结构以剪切变形为主,质量和刚度沿高度分布较均匀,结构的地震反应将以第一振型反应为主结构的第一振型接近直线,假定,（,1,）结构的地震反应可用第一振型反应表征；,（,2,）结构的第一振型为线性倒三角形，,即任意质点的第一振型位移与其高度成正比,结构简化第一振型,3.1,结构抗震计算原则,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,1,、,结构总水平地震作用,2,、,各质点的水平地震作用,3,、,结构顶部附加集中水平地震作用,考虑了高阶振型地震作用的影响,结构顶部附加地震作用系数,1.5,地震作用效应和荷载作用效应组合,工程结构抗震设计,-,结构抗震计算,无地震作用组合：,有地震作用组合：,谢谢关注,!,