建筑工程抗震设计原理和方法

、
计
论
3 2001规范增加“多层和高层钢结构房屋”一条
• 最大高度限制（m）
结构类型 框架 框架-支撑（抗震样） 筒体（筒中筒、束筒）和巨型框架 6、7 110 220 300 8度 90 200 260 9度 50 140 180
• 高宽比限制
烈度 最大高宽比 6、7 6.5 8 6.0 9 5.5
、概
（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。
、概
（三）地震小区别
、概
（一）震级和地震烈度
震级和震中烈度的对应关系（近似）
震级（M） 震中烈度 2 3 4 5 6 7 8 8以上 12 1~2 3 4~5 6~7 7~8 9~10 11
I=0.92+1.63M-3.49lgR 式中 I—某地地震烈度； M—震级； R—某地的震中距。
、概
（一）震级和地震烈度
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
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计
论
（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
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P = Cα1W
计
论
Pi = WiH
n i
P
i
∑W
i =1
i
H
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；
•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。
、概
（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。
、概
（一）震级和地震烈度
水平地震影响系数最大值α 水平地震影响系数最大值 max
烈度 多遇地震
6 0.04 0.11 — 7 8 9 0.32 0.90 1.40 0.08 0.16 （0.12） （0.24） 0.23 0.45 （0.34） （0.68） 0.50 0.90 （0.72） （1.20）
Tm（s） 0.13 0.18 0.18 0.17 0.33 0.29 0.23
、
计
论
• 不同场地的βm是相近的，平均值为2.25 • 由βm——αm
7度 α m=kβm=0.1×2.25≈0.23，0.15×2.25≈0.34 8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
、
计
论
• 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
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。
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计
论
令△A1A0A`0=□A`0A2△2△0
C1 =
P1 P0 ∆2 ∆1
µ =
·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
、
Байду номын сангаас
计
论
（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
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计
论
• 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≈0.12 8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
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6.材料性能指标
计
论
• 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
• 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
弹塑性层间位移限值
结构类型 单层R.C柱排架 R.C框架 底部框架砖房中的框架-抗震样 R.C框架-抗震、板柱-抗震样、框架-核心筒 R.C抗震样、筒中筒 多、高层钢结构 [θp] 1/30 1/50 1/100 1/100 1/120 1/50
●
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。
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计
论
(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3.2.4)，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 β(T) (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
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计
论
• 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]
弹性层间位移角限值
结构类型 R.C框架 R.C框架-抗震样、板柱-抗震样、框架-核心筒 R.C抗震样、筒中筒 R.C框支层 多、高层钢结构 [θe] 1/550 1/800 1/1000 1/1000 1/300
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计
论
、
计
论
（四）强制性条文（部分） 强制性条文（部分）
1. 所有建筑均按重要性划分：甲、乙、丙、丁四类 2. 四类建筑的设防标准 3. 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。 4. 结构体系（第3.5.2条和第3.5.4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
k=
α max
g
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计
论
• α m：7度—0.1，8度—0.2，9度—0.4 动力系数最大值βm与Tm关系统计表
场地 类别 地震 记录 来源 记录 数量 βm
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
国内 8
国外 25
混合 33
国内 51
国外 61
混合 112
国内 9
国外 29 2.46 0.75
混合 38 1.72 0.73
2.46 2.25 2.26 2.30 2.32 1.83 2.08
、
计
论
（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。
am G F = mam = am = G g g
am k = g
F = kG
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“。
α max
偶遇地震 罕遇地震
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
、概
（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。
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计
论
Fi = G i Hi
n
F Ek = α 1 G eq
∆ Fn = δF
Ek
F Ek (1 − δ n )
j
∑G
j =1
j
H
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
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