建筑结构抗震设计地震作用
地震作用和结构抗震验算工程,振动,稳定
FF (t)ma x m x (t) x g(t)ma x ma S
mgxg(St)amaxxg(tg)maxGkG
G mg ---集中于质点处的重力荷载代表值；
g ---重力加速度
k xg (t ) max ---地震系数 g
Sa xg (t) max
---动力系数
k ---水平地震影响系数
单质点弹性体系计算简图 （a）单层厂房及简化体系；（b）水塔及简化体系
.
第八章 地震作用和结构抗震验算
地震作用反应谱理论大体有如下三点假定：
1)结构物的地基为一刚性盘体，因此基础各点的运动 完全一致，没有相位差。 2)结构处于线性弹性状态。 3)地震时的地面运动过程可以用地震记录来表示。
.
第八章 地震作用和结构抗震验算
最大相对位移
S d x (t)m a1 x 0 t x g ()e (t )si(n t)dmax
最大相对速度 S vx (t)ma x0 t x g()e (t )sin (t)dmax
最大加速度 S a x (t) x gm ax0 t x g ()e (t )si( n t)dma
因此需要根据大量的强震记录计算出对应于每一条强 震记录的反应谱曲线，然后统计求出最有代表性的平均 曲线作为设计依据，这种曲线称为标准反应谱曲线。
加速度（ ）
标准化
加速度（ ）
周期（ ）
.
周期（ ）
第八章 地震作用和结构抗震验算
5、抗震设计反应谱
为了便于计算，《抗震规范》采用水平地震影响 系数α与体系自振周期Ｔ之间的关系作为设计用 反应谱。（基于标准反应谱曲线）
Sa
g
xg
max
g
xSgamaxk
建筑结构抗震设计第三章单自由度弹性体系的水平地震作用
2
max
1
Tg
2021/3/7
结构抗震设计
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设计特征周期
规范规定，根据建筑工程的实际情况，将地震动反应
谱特征周期Tg，取名为“设计特征周期”。
设计特征周期的值应根据建筑物所在地区的地震环境 确定。（所谓地震环境，是指建筑物所在地区及周围 可能发生地震的震源机制、震级大小、震中距远近以 及建筑物所在地区的场地条件等。）
式中 k11——使质点1产生单位位移而质点2保持不动时，
在质点1处所需施加的水平力； k12——使质点2产生单位位移而质点1保持不动时，
在质点1处引起的弹性反力； c11——质点1产生单位速度而质点2保持不动时，
在质点1处产生的阻尼力； c12——质点2产生单位速度而质点1保持不动时，
在质点1处产生的阻尼力；
在进行建筑结构地震反应分析时， 除了少数质量比较集中的结构 可以简化为单质点体系外，大 量的多层和高层工业与民用建 筑、多跨不等高单层工业厂房 等，质量比较分散，则应简化 为多质点体系来分析，这样才 能得出比较符合实际的结果。
一般，对多质点体系，若 只考虑其作单向振动时，则体 系的自由度与质点个数相同。
1、两自由度运动方程的建立 2、两自由度弹性体系的运动微分方程组 3、两自由度弹性体系的自由振动 三、多自由度弹性体系的自由振动 1、n自由度体系运动微分方程组 2、n自由度弹性体系的自由振动 四、振型分解法 1、两自由度体系振型分解法 2、n自由度体系振型分解法
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结构抗震设计
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一、多质点和多自由度体系
15
地震作用与结构抗震验算
第一节地震作用
• 2.按作用大小分 • 地震作用按其作用大小可分为:多遇地震作用、基本地震作用和预
估的罕遇地震作用。下节主要介绍多遇地震作用的计算方法。
• 四、水平地震作用与风荷载的区别
• 水平地震作用与风荷载都是以水平作用为主的形式作用在建筑物上 的，但是它们作用的表现形式和作用时间的长短是有很大区别的。因 此，在结构设计中要求结构的工作状态是不同的。
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第二节地震作用的计算
• 一、动力计算简图
• 实际结构在地震作用下颠簸摇晃的现象十分复杂。在计算地震作用 时，为了将实际问题的主要矛盾突显出来，然后运用理论公式进行计 算设计，需将复杂的建筑结构简化为动力计算简图。
• 例如:对于图4-1(a)所示的实际结构一水塔，在确定其动力计算简图 时，常常将水箱及其支架的一部分质量集中在顶部，以质点m来表示; 而支承水箱的支架则简化为无质量而有弹性的杆件，其高度等于水箱 的重心高，其动力计算简图如图4-1(b)所示。这种动力计算体系称为 单质点弹性体系。
• ３)整根桩应一次连续压到设计标高,当必须中途 停压时,桩端应停留在软弱土层中,且停压的间隔 时间不宜超过２４h;
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第一节地震作用
• 1.作用形式 • 风荷载是直接作用于建筑物表面上的压(吸)力，只和建筑物的体形、
高度、环境(地面粗糙度、地貌、周围的楼群)、受风面积大小等有关; 而地震作用都是由质量受振动而引发的惯性力，地震作用是通过场地、 地基、基础作用于结构上部的。 • 2.作用时间 • 风荷载的作用时间长，发生的机遇也多，因而要求结构在风荷载作 用下不能出现较大的变形，结构处于弹性工作状态;相反，发生地震 的机遇少，持续时间也短，但作用剧烈，故要求做到“小震不坏，中 震可修，大震不倒”。
地震对建筑结构有哪些破坏作用
地震对建筑结构有哪些破坏作用地震是自然界中一种常见的自然灾害，它对建筑结构会造成严重的破坏。
地震的破坏作用主要分为震源作用、地震波传播作用和地震引起的地面变形作用三个方面。
1.震源作用地震源是指地震的发生的地点，也是地震产生的能量释放的地方。
地震源的震级、震源深度以及震源距离建筑物的远近，都会对建筑结构的破坏程度产生影响。
震级越大，地震释放的能量越大，对建筑结构的破坏力也越强。
相同震级下，震源距离建筑物越近，破坏力也越强。
此外，地震源的深度也会影响破坏程度，较浅的震源会产生更大的地震破坏力。
2.地震波传播作用地震波是地震产生的能量在地球内部传播的结果，地震波在传播过程中会对建筑结构产生破坏。
主要的地震波包括P波、S波和表面波。
P波是一种纵波，传播速度快，对建筑结构产生的影响较小；S波是一种横波，传播速度较快，但破坏性相对较大；表面波是一种地表面附近传播的波，传播速度相对较慢，但破坏力较大。
这些地震波在传播过程中会引起建筑结构的振动，导致结构的应力集中，从而对结构产生破坏。
3.地震引起的地面变形作用地震发生时，地面会发生剧烈的变形，包括地面的垂直位移和水平位移。
这种地面变形会对建筑结构产生直接的破坏作用。
地面的垂直位移会引起建筑物的倒塌和坍塌，而水平位移则会导致建筑物的位移和畸变。
此外，地震还会引起地基的液化现象，使地基的承载力下降，导致建筑结构失稳。
地震对建筑结构的破坏作用可以通过一些技术手段进行减轻。
常见的减轻地震破坏的方法包括加固建筑结构、选择合适的建筑材料和设计合理的结构等。
加固建筑结构可以通过增加结构的刚度和韧性来提高其抗震能力。
使用合适的建筑材料可以提高建筑物的抗震性能，如使用钢筋混凝土等抗震性能好的材料。
设计合理的结构可以通过控制结构的形式和布置来减轻地震对建筑结构的破坏。
总结起来，地震对建筑结构的破坏作用包括震源作用、地震波传播作用和地震引起的地面变形作用。
为了减轻地震的破坏作用，需要采取相应的技术手段进行抗震设防和加固建筑结构。
新抗震规范——地震作用和结构抗震验算
5 地震作用和结构抗震验算5.1 一般规定5.1.1各类建筑结构的地震作用，应符合下列规定：1一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。
2有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。
3质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其它情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。
48、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用5平面投影尺度很大的空间结构，应视结构形式和支承条件，分别按单点一致、多点、多向或多向多点输入计算地震作用。
注：8、9度时采用隔震设计的建筑结构，应按有关规定计算竖向地震作用。
【说明】本次修订，拟明确大跨空间结构地震作用的计算要求。
1、平面投影尺度很大的空间结构指，跨度大于120m、或长度大于300m、或悬臂大于40m的结构。
2、关于结构形式和支承条件（1）周边支承空间结构，如：网架、单、双层网壳、索穹顶、弦支穹顶屋盖和下部圈梁-框架结构，当下部支承结构为一个整体、且与上部空间结构侧向刚度比大于等于2时，应允许采用三向（水平两向加竖向）单点一致输入计算地震作用；当下部支承结构由结构缝分开、且每个独立的支承结构单元与上部空间结构侧向刚度比小于2时，应采用三向多点输入计算地震作用；（2）两线边支承空间结构，如：拱，拱桁架；门式刚架，门式桁架；圆柱面网壳等结构，当支承于独立基础时，应采用三向多点输入计算地震作用。
（3）长悬臂空间结构，应视其支承结构特点，采用多向单点一致输入、或多向多点输入计算地震作用。
3、关于单点一致输入仅对基础底部输入一致的加速度反应谱或加速度时程进行结构计算。
4、关于多向输入沿空间结构基础底部，三向同时输入，其地震动参数（加速度峰值或反应谱峰值）比例取：水平主向：水平次向：竖向= 1.00：0.85：0.65。
地震对建筑物的影响与抗震设计的重要性
地震是一种自然灾害，常常给社会、经济和环境带来极大的影响。
在地震的影响下，建筑物往往成为受害者之一，其结构承受的力量可能超出设计时预计的负荷，从而导致严重的破坏和甚至崩塌。
因此，抗震设计在建筑工程中显得尤为重要。
地震对建筑物的影响主要表现在以下几个方面：首先，地震会产生巨大的水平力。
这种水平力通常由地震波产生，对建筑物产生摇晃和振动，从而导致建筑物的变形和破坏。
当水平力超过建筑物的承重能力时，建筑物就有可能发生倒塌或严重破坏。
其次，地震还会引起建筑物的地基沉降和土体液化。
由于地震波的影响，地基会沉降或出现裂缝，导致建筑物的倾斜和损坏。
同时，当土壤处于液态状态时，其承载能力会急剧降低，加剧了建筑物的破坏。
第三，地震还会使建筑物的结构产生变形。
由于地震波的振动作用于建筑物的结构，建筑物往往会发生剪切、弯曲和扭曲等变形，从而引起脆性破坏。
因此，在建筑工程中实施抗震设计显得尤为重要。
抗震设计是指在建筑物设计阶段，考虑到地震的影响，采取一系列的技术措施，以提高建筑物的抗震能力。
这些措施有助于降低建筑物在地震中遭受损害的风险，减少人员伤亡和财产损失，保障人民生命财产安全。
抗震设计需要考虑许多因素，包括建筑物的结构、建筑材料、地基环境和地震波特性等。
在设计过程中，需要对建筑物进行合理的加固和改造，选用适当的建筑材料，以及采用先进的抗震技术和工艺。
首先，抗震设计需要考虑建筑物的结构。
建筑物的结构应该具有良好的静力和动力性能，以便减少地震时的变形和破坏。
这通常涉及到建筑物的布局、支撑结构和支撑杆件的选择等方面。
其次，抗震设计需要考虑建筑材料的选择。
在抗震设计中，应该优先选用具有良好抗震性能的建筑材料，如钢筋混凝土、预应力混凝土和钢结构等。
同时，建筑材料的质量也是保证抗震能力的重要因素，需要严格按照国家标准进行检验和验收。
第三，抗震设计需要考虑地基环境的影响。
建筑物的地基环境对其抗震能力有着重要的影响。
建筑物的地基应具有一定的承载力和稳定性，以便在地震时能够承受地震波的作用。
建筑结构抗震总复习第五章-地震作用和结构抗震设计要点
6度时建造于IV类场地上较高的高层建筑（高于40米的钢筋混 凝土框架，高于60米的其他钢筋混凝土民用房屋和类似的工业 厂房，以及高层钢结构房屋），7度和7度以上的建筑结构（生 土房屋和木结构房屋等除外），应进行多遇地震作用下的截面 抗震验算。
FEk——结构总水平地震作用标准值； a1 ——相应于结构基本自振周期的水平地震影响
系数值，多层砌体房屋、底部框架和多层
内框架砖房，宜取水平地震影响系数最大
Hale Waihona Puke 值；第五章 地震作用和结构抗震设计要点
Geq——结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代 表值，多质点可取总重力荷载代表值的85%；
Fi ——质点 i 的水平地震作用标准值 Gi ,Gj ——分别为集中于质点i 、j 的重力荷载代表值； Hi ,Hj ——分别为质点 i 、j 的计算高度；
改变了地基运动的频谱组成，使接近结构自振频率的分量获 得加强； 改变了地基振动加速度峰值，使其小于邻近自由场地的加速 度幅值； 由于地基的柔性，使结构的基本周期延长； 由于地基的柔性，有相当一部分振动能量将通过地基土的滞 回作用和波的辐射作用逸散至地基，使得结构振动衰减，地 基愈柔，衰减愈大；
第五章 地震作用和结构抗震设计要点
第五章 地震作用和结构抗震设计要点
1. 建筑的分类与抗震设防 1.1 建筑抗震设防类别：
（1） 特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共 安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特 别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。 （2）重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢 复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡 等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。 （3）标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求 进行设防的建筑。简称丙类。 （4）适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生 灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。
地震作用与建筑结构抗震设计
要求。一般情况6~8度时，提高1度进行抗震设防， 9度时应比9度设防更高的要求。
3. 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。
4. 丁类建筑：一般情况下（具体规定除外），地震
作用应符合本地区抗震设防烈度要求，抗震措施可 适当降低，但6度抗震时不降低。 5. 抗震设防烈度为6度时，除特殊要求外，一般情况 下对乙类、丙类和丁类建筑可不进行地震作用计算。
▪ 平面规则的建筑结构，中国《抗震规范》规定当规则结构 不考虑扭转藕联计算时，应采用增大边榀结构地震内力的 简化方法考虑由于施工、使用等原因所产生的偶然偏心引 起的地震扭转效应及地震地面运动转动分量的影响。
▪ 平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用效应可乘以 增大系数。一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按 1.05采用；当扭转刚度较小时，宜按不小于1.3采用。
2. 突出屋面小房间的地震作用
1)反应特点
▪ 质量和刚度突然变小，地震时产生鞭端效应而使 其地震反应急剧增大；震害也表明，突出屋面的 小房间在地震中破坏较为严重。
▪ 严格地说，对带有突出屋面小房间的房屋结构， 底部剪力法已不再适用，应采用振型分解反应谱 法计算其水平地震作用。
2)实际情况简化处理
3) 时程分析法适用情况：特别不规则的建筑，甲类 建筑和P97表5.2所列的高层建筑。
4. 采用时程分析法进行计算应注意以下问题：
▪ 满足地震动三要素：频谱特性、有效峰值和持续时 间均要符合规定，频谱特性可根据地震影响系数曲线、 所处的场地类别和设计地震分组确定。
▪ 输入加速度时程曲线的持续时间，不论实际的地震 记录还是人工模拟的波形，一般为结构周期的5~10倍。
地震对建筑结构的影响与抗震设计
地震对建筑结构的影响与抗震设计地震是一种自然灾害，经常给人们的生活和产业带来严重破坏。
在地震发生的瞬间，地面的抖动会给建筑结构造成巨大压力，如果建筑物的结构不牢固，其破坏程度就会更加严重。
因此，抗震设计成为了建筑工程领域非常重要的一项技术和研究领域。
首先，地震对建筑结构的影响主要体现在建筑物的承重结构上。
地震发生时，地下的断层运动会导致地面摆动，这会使建筑物受到横向和纵向的地震力。
在承受地震力的作用下，建筑结构可能会出现变形、断裂等现象，甚至倒塌。
因此，在抗震设计中，需要考虑建筑结构的抗震能力，确保其在地震发生时能够稳定地承受地震力。
其次，地震对建筑结构的影响还体现在建筑材料的选择上。
不同的建筑材料在地震中的表现各不相同。
例如，混凝土是一种常用的建筑材料，具有较好的抗震性能。
然而，如果混凝土的配比不合理或质量不过关，就会影响其抗震能力。
此外，钢材作为一种具有良好韧性的材料，在地震中也有广泛应用。
通过合理选择和使用建筑材料，可以提高建筑结构的抗震能力，减少地震对建筑物的影响。
除了建筑结构和材料，地震对建筑环境的影响也是不可忽视的。
比如，地震会造成土体液化现象，使地基失去支撑能力，直接危及建筑物的稳定性。
因此，在抗震设计中，需要对建筑的地基进行合理设计和加固，以增强建筑物在地震中的稳定性。
此外，地震还会引发火灾、瓦斯泄漏等次生灾害，对建筑物的安全产生严重威胁。
基于这一点，在抗震设计中还需要考虑建筑消防系统和安全疏散通道等设施的设置，以保障人员的生命安全。
在实际的抗震设计中，建筑师和工程师们采用了许多有效的手段来应对地震的挑战。
例如，他们使用了增强节点的设计，通过加固并增加连接节点的刚度，增加结构的抗震性能。
另外，他们还使用了阻尼器、减振器等装置，通过调节结构的振动特性来减少地震对建筑物的破坏程度。
此外，结构隔震技术也被广泛应用于抗震设计中，通过隔离建筑结构和地震作用，减少地震对建筑物的传递效应。
抗震设计是一个综合性的工程领域，需要考虑建筑结构、材料、环境等多个因素的综合影响。
地震作用和结构抗震验算
地震作用和结构抗震验算地震是地球表面或内部地壳发生震动的现象，它是由于地壳运动中的应力积累和释放所引起的。
地震作用对结构物有着严重的破坏力，因此建筑结构的抗震设计和验算非常重要。
本文将介绍地震的作用机理以及结构抗震验算的方法。
地震作用机理：地震作用是由地壳运动引起的震动传递到建筑物上造成的。
地震的震源是地壳运动过程中的断层破裂，震中是地震能量释放的地点，位于震中周围的区域被称为震源区。
地震波是地壳运动所引起的能量在地球中传播时所激发的波动。
地震波包含三种类型：纵波、横波和表面波。
纵波是一种相对较快的波动，其振动方向与传播方向一致。
横波是振动方向垂直于传播方向的波动。
表面波是短周期的波动，其主要分为Rayleigh波和Love波。
Rayleigh波是一种振动旋转的表面波，而Love波是横向振动的表面波。
地震波在地下传播到地表后，将引起建筑结构的震动。
地震作用主要包括地震波引起的惯性作用、地震波引起的弹性变形作用和地震波引起的地基反力作用。
惯性作用是由于地震波的振动引起结构物惯性力的作用，迫使结构产生振动。
弹性变形作用是指结构物在地震波的激励下产生的临时弹性变形。
地基反力作用是指在地震波的力作用下，地基上产生的反向力。
结构抗震验算的方法：结构抗震验算是指通过对结构物在地震作用下的力学行为进行计算和分析，来确定结构抗震性能的一种方法。
常见的结构抗震验算方法包括动力弹塑性时程分析、静力弹塑性分析和模态超静定校验分析。
动力弹塑性时程分析是目前最为常用的抗震验算方法之一、它通过建立结构动力方程，利用数值求解方法得到结构在地震波作用下的时程反应。
这个方法可以考虑结构的非线性性质，如塑性材料的非线性、接触的失效等。
静力弹塑性分析是一种较为简化的抗震验算方法。
它是通过假设地震作用时结构处于静力平衡状态，根据结构的强度和刚度性能进行计算。
这个方法适用于一些简单的结构和小震级地震的验算。
模态超静定校验分析是一种结构验算方法，它通过分析结构的模态形式来确定结构的抗震性能。
建筑结构抗震设计地震作用
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图３．３
不同阻尼下单自由度体系的自由振 动
13
因此 ， 在计算体系的自 振频率时通常可不考 虑阻尼的影响 ， 从而简化了计算过程 。 由 于地 震发生前体系处于静止状态 ， 即体系的初位移 ｘ （ ０ ） 和初速度 （ ０ ） 均为 零 ， 也就是 式 （ ３ ． ９ ） 等于零 ， 则地震作用下体系齐 次方程的通解为零 。
23
（ ３ ） 震中距和场地条件的影响 震中距和场地条件对反应谱形状有很大影响 ， 震中距越大 、 土质越松软 ， 加速度反应谱峰 值对应的结构周期也越长 （ 见图 ３ ． ６ ）， 因 此在结构抗震设计时需考虑震中距和场地条件的 影响 。
24
图３．５
地震反应谱的特征 （ Ｅｌ Ｃｅｎ ｔｒｏ ）
4
３ ） 动力分析阶段 时程分析法的产生是一种飞跃 ， 它使抗震计 算理论由 等效静力分析进入直接动力 分析 。 时程 分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐步积 分求解的一种动力分析方法 。 由 时程分析可得到 各质点随时间变化的位移 、 速度和加速度动力 反 应 ， 并进而计算出构件内力的时程变化关系 。
27
３．３．１ 设计反应谱的定义 首先对同一类场地上的地震动分别计算其反应 谱 ， 然后对这些谱曲线进行统计分析 ， 求出 其 中最有代表性的平滑的平均反应谱 ， 称为设计反 应谱 。
28
３．３．２ 影响因素 设计反应谱的主要影响因素有设防烈度 、 场 地类别 、 设计地震分组和阻尼比 。 设防烈度越高 ， 地震动峰值加速度一般越大 ， 设计反应谱的谱值一般越大 ； 场地类别 （ 其 划分见下节内 容 ） 反映了 建筑物所在场地的地质 条件 ，《 抗震规范 》 通过设计地震分组反映震 中距的影响 ， 这两个因素均影响反应谱的频谱特 性。
建筑抗震课件(第三章 地震作用和结构抗震验算)
筑 震作用(即结构地震惯性力)是间接作用，而不称为荷载，但 为了应用方便，将地震作用等效为某种形式的荷载作用，
抗 这就是等效地震荷载。
震
3.1 概述
第 3.1.2 质点体系及其自由度
三
实际结构在地震作用下摇晃的现象十分复杂。在计 算地震作用时，为了将实际问题的主要矛盾突出来，
三 质点自振周期变化的曲线为地震反应谱。 由于地震的随机性，即使在同一地点、同一烈度，每次地震的地面加速
章 度记录也很不一致，因此需要根据大量的强震记录计算出对应于每一条 强震记录的反应谱曲线，然后统计求出最有代表性的平均曲线作为设计 依据，这种曲线称为标准反应谱曲线。
建 筑 抗 震 各种因素对反应谱的影响
章 运用理论公式进行计算设计，需将复杂的建筑结构
简化为动力计算简图。
单质点弹性体系
建 筑 多质点弹性体系 抗 震
3.1 概述
第 单质点弹性体系 三 章
常常将水箱及其支 架的一部分质量集 中在顶部，以质点 m来表示
建
筑
抗
震
水塔
支承水箱的支架 则简化为无质量 而有弹性的杆件， 其高度等于水箱
的重心高
3.1 概述
建 去的微量，故：
筑
m[x(t) xg (t)] kx(t)
抗
震
3.3单质点弹性体系的水平地震作用计算
第
这样，在地震作用下，质点在任一时刻的相对位移
三 将与该时刻的瞬时惯性力成正比。因此，可认为这一相
章 对位移是在惯性力的作用下引起的，虽然惯性力并不是
真实作用于质点上的力，但惯性力对结构体系的作用和
地震作用与结构抗震验算
地震作用与结构抗震验算地震作用与结构抗震验算？这个话题听起来有点沉重，是不是？你是不是一听就想：“哎呀，这又是啥复杂的东西？是不是要我们做啥高深的计算？”放心，我不是要给你讲一堆难懂的公式和公式背后的晦涩原理。
咱们今天聊聊这个事儿，尽量让它简单、轻松，还能让你一听就懂。
毕竟，谁不想在地震来临时，既能保命，又能保住家里那点心爱的家具和“千金难买”的遥控器呢，对吧？首先嘛，地震这一东西，大家都知道，来的时候毫无征兆。
你说它不来吧，又好像就随时可能给你来个“地动山摇”。
你说它来了吧，就真是让人哭笑不得。
房子摇一摇、墙皮掉一掉，心脏就跟着一阵阵跳。
你看，大家都希望地震来得时候，房子能稳稳地、不动摇，咱才有安全感。
而这其中的关键，就是“抗震设计”，就好比你穿上防震服一样，给建筑戴上一层保护膜。
说到抗震设计，咱们就得聊聊它的一个核心问题——结构抗震验算。
这个名字听着挺复杂，但其实它就是让建筑在地震中不至于像纸糊的一样塌了。
验算的过程其实就是在模拟地震的情况下，看看你的房子能不能顶得住摇晃。
这个“摇晃”可不是轻轻的晃几下，地震可是有劲儿的，它能让你的房子像玩具一样乱抖。
所以下面的验算可得仔细了，不能马虎。
你可以想象，房子就像是一台复杂的机器，每一根梁、每一根柱子、每一块墙都好比机器的零部件。
每个零件都有自己的承重能力和抗震能力。
你想象一下，如果其中某个零部件不行，地震一来，整个机器就“嘎嘎嘎”地坏掉了。
所以，验算就是要检查每个部分的强度、灵活性，确保它们能在摇晃中保持稳定，保证整个建筑不出事儿。
不过，地震不是“随便”就能设计出来的。
设计师得根据地震的强度、建筑的高度、地基的好坏这些因素来算。
你如果住在一个地震带，比如说咱们常说的四川、云南那些地方，设计师可能就得给你的房子加点“装备”，比如说用更强的材料，或者增加一些特殊的支撑结构。
这个就是为了让你在地震来临时，房子能承受住震动，不至于崩塌。
地震的力量可不是闹着玩的。
地震作用和结构抗震设计要点3
地基与结构相互作用的考虑
《抗震规范》规定 1)结构抗震计算，一般情况下，可不考虑地基与结构相
互作用的影响； 2)8度和9度时建造在Ⅲ，Ⅳ类场地土上，采用箱基、刚
性较好的筏基和桩箱联合基础的钢筋混凝土高层建筑， 当结构基本周期处于特征周期的1.2倍至5倍范围时， 若计入地基与结构动力相互作用的影响，对刚性地基 假定计算的水平地震剪力可按下列规定折减，其层间 变形可按折减后的楼层剪力计算。
mg(
xg max )( g
Sa ) xg max
Gk
G
为地震影响系数， 质点所受水平地震力与该质点重力之比。
我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010） 将地震影响系数曲线分为4个部分，覆盖的房屋 自振周期从0至6S。
加速度影响曲线，无量刚化，弹性反应谱
GB 50011-2010, Fig. 5.1.5
FXji j tj X jiGi FYji j tjYjiGi Ftji j tj ri2 jiGi
单向地震作用下
SEk
mm
jk S j Sk
j 1 k 1
双向地震作用下
SEk SEk
S
2 x
(0.85S y )2
S
2 y
(0.85S x )2
时程反应法
适用情况：
特别不规则的建筑，甲类建筑和表中所列的高层建筑
2max
When：Tg Ti 5Tg
（ Tg T
） 2 m ax
加速度影响曲线
When : 5Tg Ti 6.0s [2 0.2 1 (T 5T g)]max
Geq 结构等效总重量
For SDOM,
For MDOM,
Geq =G1
地震对建筑结构的影响
地震是一种瞬态的地壳运动，它会对建筑结构产生重大影响。
在地震发生时，地震波会以强烈的震动作用于建筑物，产生横向和纵向的动力效应，给建筑结构带来巨大的振动和应变。
这些振动和应变会导致建筑结构产生破坏甚至倒塌。
下面将详细介绍地震对建筑结构的影响。
1. 动力响应地震波的传播会引起建筑结构的动力响应。
地震波是一种具有多频率和多方向特性的动力负荷，它会使建筑结构发生振动。
这种振动对建筑结构的影响取决于地震波的频率、振幅和持续时间，以及建筑结构的自振频率和阻尼特性。
建筑结构的振动会导致地震惯性力和剪切力的作用，进而产生结构的变形和应力。
2. 结构破坏地震波的动力作用会导致建筑结构产生破坏。
地震波的横向和纵向振动会使建筑结构发生弯曲、错位和扭转，导致构件的破坏。
特别是当地震波的频率接近或与建筑结构的自振频率相近时，共振现象可能会导致结构的加剧破坏。
此外，地震波还会引起结构的滑移、断裂和塌落，对整体结构的稳定性产生重大威胁。
3. 层间位移地震波的作用会导致建筑结构的层间位移。
地震波产生的惯性力会使建筑结构的不同层之间发生相对位移，这可能导致结构的破坏和倒塌。
特别是在多层和高层建筑中，地震波的作用会导致结构的层间变形和相互影响，进而产生结构的非线性行为。
4. 结构的破坏模式地震对建筑结构的影响还表现在结构的破坏模式上。
根据地震波的特性和建筑结构的特点，建筑结构可能出现的破坏模式包括抗震墙的破坏、柱子的剪切破坏、梁的剪切破坏、地基的沉降和土壤液化等。
这些破坏模式对建筑结构的稳定性和安全性产生重大影响。
为了减轻地震对建筑结构的影响，需要采取一系列的抗震措施：1. 抗震设计在建筑结构的设计阶段，要充分考虑地震的作用，并采取相应的抗震设计措施。
这包括选择合适的结构形式和材料，提高结构的刚度和强度，增加结构的耐震能力，以减少地震对建筑结构的影响。
2. 结构加固和改造对于已经存在的建筑结构，可以通过结构加固和改造来提高其抗震能力。
第五章-地震作用和结构抗震设计要点
Geq——结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代 表值，多质点可取总重力荷载代表值的85%； Fi ——质点 i 的水平地震作用标准值 Gi ,Gj ——分别为集中于质点i 、j 的重力荷载代表值； Hi ,Hj ——分别为质点 i 、j
η
的计算高度；
ζ
δn——顶 部 附 加 地震作用 系数 ，多层 钢筋混凝土 和钢结 构房屋可按表6采用，多层内框架砖房可采用0.2，其 他房屋可采用0.0； ∆Fn ——顶部附加水平地震作用。
i =1 i =1 n n 2
式中 Fji——j 振型 i 质点的水平地震作用标准值； aj——相应于 j 振型自振周期的地震影响系数； Xji——j 振型 i 质点的水平相对位移； γj ——j 振型的参与系数。 水平地震作用效应(弯矩、剪力、轴向 力和变形)，应按 下式确定：
S Ek = ∑ S j
有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15 度时， 应分别考虑各侧力构件方向的水平地震作用； 质量和刚度明显不对称的结构，应考虑双向水平地震 作用下的扭转影 响。其他情况，可以采用调整 地震作 用效应的方法计入扭转影响； 8度和9度的大跨度结构、长悬臂结构及9度时的高层建 筑，应考虑竖向地震作用。
1.1.2 地震作用计算方法
现行《抗震规范》的抗震设计计算采用以下三种方法： 适用于多自由度体系的振型分解反应谱法； 将多自由度体系看作等效单自由度体系的底部剪力法； 直接输入地震波求解运动方程及结构地震反应的时程分 析法 。
《抗震规范》对上述三种方法的使用范围作了如下规定： 高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高 度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结 构，可采用底部剪力法等简化方法 ； 除上述以外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法； 特别不规则的建筑，甲类建筑和表1所列的高层建 筑，应采用时程分析法进行多遇地震作用下的补充计 算，并取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解 反应谱法计算结果的较大值。
地下建筑抗震设计的地震作用取值
地下建筑抗震设计的地震作用取值地下建筑作为一种特殊的建筑形式，在抗震设计中有其独特的地位。
地震是地下建筑最常见的灾害之一，因此地下建筑抗震设计的核心任务就是确定地震作用取值。
本文将介绍地下建筑抗震设计中的地震作用取值相关内容。
一、地震作用的概念和分类地震作用是指在震后产生的、对地下建筑造成影响的各种力、振动等物理量。
地震作用的分类主要有以下几种：1. 基础振动：地震动垂直于地表面时，在地表以下一定深度处，振幅逐渐递减，直至消失。
当地下建筑的基础处于这一深度范围内时，地震动会通过基础传递到地下建筑内部，引起地下建筑产生振动。
2. 地震引起的土体变形：地震引起土体的变形，可纵向或横向引起地下建筑产生扭曲或变形。
3. 地震引起的地裂缝：地震对地下建筑的影响还会引起地裂缝，使地下建筑裂缝变形甚至断裂。
二、地震作用取值的计算方法地震作用的取值需要通过计算得出。
国家标准《建筑抗震设计规范》中规定了两种地震作用计算方法：等效静力法和反应谱法。
1. 等效静力法等效静力法是一种简化的计算方法。
其基本思想是将地震作用看作一个等效的静力作用，从而简化计算。
等效静力法的计算适用于建筑抗震等级不高的地下建筑，但对于抗震等级较高的地下建筑则需要采用反应谱法。
等效静力法的计算步骤如下：（1）确定地震力的计算代表周期。
（2）按印度规范确定地震力水平和垂直的分量。
（3）根据地震动力学原理，将各作用力转化为填充土的承载力，并按有关规定计算水平地震力带来的垂向压力。
（4）按设计基础面积计算地震力。
2. 反应谱法反应谱法是一种全动力计算方法，是考虑了地震动时间史的变化，能够较真实地反映地震动的变化规律。
反应谱法是当前国际上普遍采用的地震反应计算方法，适用于抗震等级较高的地下建筑。
反应谱法的计算步骤如下：（1）确定现场地震动的特征参数。
（2）建立以地震动为激励、地下建筑为反应的动力模型。
（3）分析地下建筑的动力响应，得到加速度时程、速度时程和位移时程。
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（ ２ ） 非齐次方程的特解 体系强迫振动运动方程为 ： 非齐次方程的特解即杜哈梅 （ Ｄｕｈａｍｅ ｌ ） 积分 ， 表达式为 ：
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（ ３ ） 单自 由度弹性体系的运动方程的通解 单自由度弹性体系的运动方程的通解为齐次通 解与非齐次特解之和 ， 即 ：
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３．２．２ 地震反应谱 由上节可知 ， 可通过式 （ ３ ． １５ ）、 式 （ ３ ． １６ ） 和式 （ ３ ． １７ ） 计算单 自 由 度弹性体系 在水平地震作用下的相对位移 、 速度和绝对加速度 。 由 于地震地面运动加速度时 程曲 线 ｘ ｇ （ ｔ ） 是随机过程 ， 不能用确定 的函数来表达 ， 上述公式中的积分只能用数值积 分来完成 。
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Байду номын сангаас
１ ） 静力理论阶段 国际上最早形成抗震理论并用于抗震设计的是 日本 。 由于日本地处环太平洋地震带上 ， 全国均 属于强震区 ， 地震活动频繁 ， 致使抗震研究和理 论发展也较早 。 早在 １９ 世纪末期 ， 日本即已 开始震害预防研究 ； ２０ 世纪 ２０ 年代 ， 在吸 取了日 本关东地震和其他地震经验的基础上 ， 大 森房吉 、 佐野利器等即提出静力计算法来近似分 析地震动影响 。
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１ ） 反应谱的定义 对于结构抗震设计来说 ， 设计者感兴趣的是 结构最大地震反应 ， 因此 ， 将单自由度弹性体 系的最大绝对加速度 、 最大相对速度和最大相对 位移定义为 Ｓ ａ 、 Ｓ ｖ 和 Ｓ ｄ ， 且做以下简 化处理 ：
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① 由于一般结构的阻尼比 ζ 很小 ， 范围大致 为 ０ ． ０１ ～ ０ ． １ ， 因此忽略上述公式中 带有 ζ 和 ζ ２ 项 ； ②取ω′＝ω； ③ 用 ｓｉｎ ω （ ｔ － τ ） 取代 ｃｏｓ ω （ ｔ － τ ）， 作这样处理并不影响公式的最大值 ， 只 是在相位上相差 π ／ ２ 。
３ 地震作用
３ .１ 概 述 使结构产生内力或变形的原因称为 “ 作用 ” ，作用分直接作用和间接作用两种。各种荷载作用 （如自重、风载等）属于直接作用，而各种非荷载 作用（如混凝土收缩、温度变化、基础沉降等）为 间接作用。结构地震反应是由 于地震动通过结构惯 性引 起的，因此地震作用属于间接作用。
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３ ） 动力分析阶段 时程分析法的产生是一种飞跃 ， 它使抗震计 算理论由 等效静力分析进入直接动力 分析 。 时程 分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐步积 分求解的一种动力分析方法 。 由 时程分析可得到 各质点随时间变化的位移 、 速度和加速度动力 反 应 ， 并进而计算出构件内力的时程变化关系 。
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图３．３
不同阻尼下单自由度体系的自由振 动
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因此 ， 在计算体系的自 振频率时通常可不考 虑阻尼的影响 ， 从而简化了计算过程 。 由 于地 震发生前体系处于静止状态 ， 即体系的初位移 ｘ （ ０ ） 和初速度 （ ０ ） 均为 零 ， 也就是 式 （ ３ ． ９ ） 等于零 ， 则地震作用下体系齐 次方程的通解为零 。
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图３．４
地震反应谱的确定
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２ ） 反应谱的特点 （ １ ） 阻尼比的影响 阻尼比对反应谱的影响很大 ， 它不仅能降低 结构反应的幅值 ， 而且可以削平不少峰点 ， 使 反应谱曲线变得平缓 ， 如图 ３ ． ５ （ ａ ）、 （ ｂ ）、（ ｃ ） 所示 。 （ ２ ） 输入地震动峰值影响 对于弹性反应谱 ， 其输入 （ 地震动 ） 与输 出 （ 反应谱 ） 成线性关系 。 因 此 ， 输入地震 动峰值不同 ， 地震动的反应谱也按比例变化 ， 如 图 ３ ． ５ （ ｄ ） 所示 。
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３．２ 分析
结构地震作用 单自由度弹性体系的地震反应
３．２．１
１ ） 单自 由度弹性体系的运动方程 图 ３ ． ２ 为单自 由度弹性体系在地震作用 下的计算简图 。 在地面运动 ¨ｘ ｇ （ ｔ ） 作 用 下 ， 结构发生振动 ， 产生相对地面的位移 ｘ （ ｔ ）、 速度 （ ｔ ） 和加速度 ¨ｘ （ ｔ ）。 取质点为 隔离体 ， 由 结构动力学可知 ， 该 质点上的作用力有 ： 惯性力 、 阻尼力和弹性恢复 力。
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（ ３ ） 弹性恢复力 Ｆ Ｋ （ ｔ ） 弹性恢复力是使质点从振动位置恢复到平衡位 置的力 ， 由结构弹性变形产生 。 根据虎克 （ Ｈｏｏｋｅ ） 定理 ， 该力的大小与质点偏离 平衡位置的位移和体系的抗侧刚度成正比 ， 但方 向 与质点相对地面的位移相反 ， 即
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２ ） 单自 由度弹性体系的运动方程求解 式 （ ３ ． ７ ） 为常系数二阶非齐次线性微 分方程 ， 其通解为 齐次通解与非齐次特解之和 ， 实质上即分别对应体系自 由振动反应与强迫振动 。 （ １ ） 齐次方程的通解 体系自 由振动运动方程为 ：
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图３．２
单自由度弹性体系在地震作用下的 计算简图
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（ １ ） 惯性力 Ｆ Ｉ （ ｔ ） 根据牛顿定律 ， 惯性力 大小 等于质点 的 质 量 ｍ 与绝对加速度 ［ｘ ｇ （ ｔ ） ＋ ｘ （ ｔ ）］ 的乘积 ， 其方向 与质点绝对运动加速度的方 向 相反 ， 即
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（ ２ ） 阻尼力 Ｆ Ｃ （ ｔ ） 阻尼力是由 结构 内 摩擦 、 结构 构 件连接处 的摩擦 、 结构周围介质 （ 如空气 、 水等 ） 的 阻力 以及地基变形对结构运动的阻碍造成的 。 通 常采用黏滞阻尼 理论 ， 即 假定阻尼 力 的 大小 一般与质点相对运动速度成正比 ， 而力 的 方向 与 质点相对运动速度相反 ， 即
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图３．１
结构计算简图
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２ ） 反应谱理论阶段 ２０ 世纪 ４０ 年代以后 ， 在计算机应用的 发展和大量地震动观测记录积累的基础上 ， 美国 学者比奥特 （ Ｂｉｏｔ ） 首先明确提出 从实测 记录中计算反应谱的概念 ， 并从强震记录的分析 结果中推导出 了 无阻尼单自 由度体系的固有周 期 和反应加速度的关系 。 １９５３ 年 ， 美国 学者 豪斯纳 （ Ｈｏｕｓｎｅｒ ） 等 人 提 出 了 许 多 有 阻 尼单 自由度体系反应谱曲线的分析实例 ， 接 着 克 劳 夫 （ Ｃｌｏｕｇｈ ） 在高层建筑地 震反应中具体查明并解决了 高次振型的影响 。