工程抗震原理(天津大学)
大工13秋《工程抗震》辅导资料八
大工13秋《工程抗震》辅导资料八工程抗震辅导资料八主题：第三章结构的地震响应与地震作用（第6—7节）学习时间：2013年11月18日－11月24日内容：这周我们将学习第三章中的第6—7节，这部分主要介绍竖向地震作用及结构抗震验算，下面整理出的框架供同学们学习，希望能够帮助大家更好的学习这部分知识。
一、学习要求1、熟悉并掌握竖向地震作用的计算；2、了解结构抗震计算原则、计算方法及结构扭转效应计算；3、熟练掌握重力荷载代表值计算及结构抗震验算。
二、主要内容（一）竖向地震作用1、计算范围震害调查表明，在烈度较高的震中区，竖向地震作用对结构的破坏也会产生较大的影响。
烟囱等高耸结构和高层建筑的上部结构在竖向地震的作用下，因上下震动，而会出现受拉破坏，对于大跨度结构，竖向地震引起的结构上下振动惯性力，相当于增加了结构的上下荷载作用。
因此，我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）规定：设防烈度为8度和9度区域的大跨度屋盖结构、长悬臂结构、烟囱及类似高耸结构和设防烈度为9度区域的高层建筑，应考虑竖向地震作用。
2、竖向地震的特点（1）竖向地震反应谱与水平地震反应谱大致相同，因此竖向地震影响系数谱与水平地震影响系数谱形状类似。
（2）高耸结构或高层建筑竖向基本周期很短，一般处于地震影响系数最大值的周期范围内。
（3）竖向地震动加速度峰值大约为水平地震加速度峰值的1/2～2/3，因而可以近似取竖向地震影响系数最大值为水平地震影响系数最大值的65%。
3、9度高层结构竖向地震作用计算可采用类似于水平地震作用的底部剪力法，计算高层结构的竖向地震作用。
即先确定结构底部总竖向地震作用，再计算作用在结构各质点上的竖向地震作用，公式为Evk vmax eq F G α=v Evk 21i ii n jjj G H F F G H ==∑ 式中：Evk F ——结构总竖向地震作用标准值；v i F ——质点i 的竖向地震作用标准值；vmax α——竖向地震影响系数的最大值，可取水平地震影响系数最大值的65%；eq G ——结构等效总重力荷载，可取其重力荷载代表值的75%。
抗震建筑设计原理
抗震建筑设计原理在地震多发地区，抗震建筑设计是确保建筑安全、减少地震灾害损失的重要措施。
本文将介绍抗震建筑设计的基本原理，帮助读者理解如何通过建筑设计提高结构的抗震性能。
结构布局的合理性合理的结构布局是抗震设计的首要原则。
设计时应尽量保证建筑的质量中心和刚度中心重合，以减少扭转效应。
此外，应避免采用不规则的平面和立面布局，如L形、T形等，因为这些不规则形状在地震作用下容易产生局部应力集中，增加破坏风险。
增强结构的整体性与延性抗震设计要求建筑具有良好的整体性和足够的延性。
整体性可以通过设置足够数量的横向支撑系统来实现，如剪力墙、框架等。
延性则是指结构在达到最大承载能力后仍能继续变形而不致破坏的能力，通常通过合理选择材料和构造措施来提高。
选用合适的结构材料抗震建筑应选用具有良好弹性和塑性变形能力的材料。
例如，钢筋混凝土是一种常用的抗震结构材料，因为它既有足够的强度又能在地震中发生塑性变形而不破裂。
同时，应避免使用脆性材料，如未加固的砌体，因为它们在地震中容易突然破裂。
设置有效的隔震与减震系统现代抗震技术中，隔震和减震系统的应用越来越广泛。
隔震系统通过在建筑物底部安装隔震支座，隔离地面震动对上部结构的影响。
减震系统则是通过安装减震器或阻尼器来吸收和耗散地震能量，减轻结构的震动响应。
重视非结构构件的设计除了主体结构外，非结构构件（如填充墙、吊顶、管道等）的设计也不容忽视。
这些构件在地震中可能脱落或损坏，造成二次灾害。
因此，应采取适当的固定和防护措施，确保非结构构件的安全。
进行严格的计算与分析抗震设计需要基于严格的结构分析和计算。
设计师应根据所在地区的地震烈度、地质条件等因素，使用专业的软件进行模拟分析，确保设计方案满足抗震要求。
综上所述，抗震建筑设计是一个涉及多方面因素的复杂过程。
只有综合考虑结构布局、材料选择、隔震减震措施以及非结构构件的安全性，才能设计出真正能够抵御地震的建筑。
大工13秋《工程抗震》辅导资料四
工程抗震辅导资料四主题：第三章结构的地震响应与地震作用（第1—2节）学习时间：2013年10月21日－10月27日内容：这周我们将学习第三章中的第1—2节，这部分主要对结构地震反应分析进行总体介绍并具体讲解单自由度体系的弹性地震反应分析，下面整理出的框架供同学们学习，希望能够帮助大家更好的学习这部分知识。
一、学习要求1、了解抗震设计的基本过程；2、掌握作用与荷载的概念；3、了解单自由度体系运动方程；二、主要内容（一）抗震设计的基本过程（二）结构地震反应与地震作用1、结构的地震反应由地震动引起的结构内力、变形、位移、结构运动速度与加速度等统称为结构地震反应。
结构的地震反应是一种动力反应，其大小（或振动幅值）不仅与地面运动有关，还与结构动力特性（如自振周期、振型和阻尼）有关，一般需要采用结构动力学方法进行分析才能得到。
2、地震作用结构工程中所说的“作用”一词，是指能够引起结构内力、变形等反应的各种因素。
按照引起结构反应方式的不用，可以分为直接作用与间接作用两种。
直接作用：各种荷载作用（如重力荷载、风荷载、土压力等）。
间接作用：各种非荷载作用（如温度、基础沉降等）。
结构地震反应是地震动通过结构惯性引起的，因此地震作用（即结构地震惯性力）是一种间接作用，而并不是荷载。
（三）结构体系的动力计算模型和自由度1、结构体系的动力计算模型进行结构地震反应分析的第一步就是确定结构动力计算简图。
工程中通常采用集中化方法描述结构的质量，并以此确定结构动力计算简图。
采用集中质量方法确定结构动力计算简图时，需先定出结构质量集中的位置。
可以取结构各个区域主要质量的质心位置为质量集中位置，将该区域主要质量集中在该点上，忽略其他次要质量或将次要质量合并到相邻主要质量上去。
常见的结构动力计算简图如下图1所示。
其中（a）（b）为单自由度体系，（c）（d）为多自由度体系。
（a）水塔（b）单层厂房（c）烟囱（d）多、高层建筑图1 结构动力计算简图2、结构体系的自由度确定结构各质点运动的独立参数为结构运动的体系自由度。
大工13秋《工程抗震》辅导资料一
工程抗震辅导资料一主题：第一章绪论（第1—3节）学习时间：2013年9月30日－10月6日内容：这周我们将学习第一章中的第1—3节，这部分主要介绍地震相关概念以及地震灾害学说，下面整理出的框架供同学们学习，希望能够帮助大家更好的学习这部分知识。
一、学习要求1、掌握构造地震、震中、震源等概念；2、了解地震波和地震动三要素3、掌握震级和烈度、基本烈度的概念；4、了解地震灾害和地震破坏作用。
二、主要内容（一）地震与构造地震1、地震的类型与成因地震是一种自然现象，按照地震的类型与成因可分为：（1）构造地震——由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震。
构造地震发生的数量多，破坏性大，影响范围广，是地震工程的主要研究对象。
（2）火山地震——由火山爆发，岩浆猛烈冲出地面而引起。
（3）诱发地震——水库蓄水、地下核爆炸等。
（4）陷落地震——地表或地下岩层，如石灰岩地区较大的地下溶洞或古旧矿坑等，突然发生大规模的陷落和崩塌所引起的小范围内的地面震动。
2、构造地震的成因（1）断层说地下岩石受到长期的构造作用积累了应变能。
当积累的能量超过一定限度时，地下岩层突然破裂，形成断层；或者是沿已有的断层发生突然的滑动，释放出很大的能量，其中一部分以地震波的形式传播出去，形成地震。
（2）板块构造说地球表面的岩石层是由许多板块组成的。
由于板块下岩流层的对流运动使板块进行刚体运动，从而使板块之间相互挤压和顶撞，致使其边缘附近岩石层脆性破裂而引发地震。
（二）我国的地震形势1、我国地处（西）环太平洋地震带、欧亚地震带。
环太平洋地震带是世界上地震最活跃的地带，全球80％的地震，发生在这条带上。
欧亚地震带上发生的地震占全球的15％左右。
2、我国是内陆地震最多的国家之一。
我国大陆7级以上的地震占全球大陆7级以上地震的三分之一，因地震死亡人数占全球的二分之一。
全国有41％的国土、一半以上的城市位于地震基本烈度七度或七度以上地区，六度或六度以上地区占国土总面积的79％。
抗震设计原理
抗震设计原理地震是一种自然灾害，给人们的生命财产安全带来了巨大威胁。
因此，抗震设计成为建筑工程中至关重要的一环。
抗震设计的原理是通过合理的结构设计和材料选用，使建筑物在地震发生时能够尽量减小破坏，保护人们的生命安全。
首先，抗震设计的原理之一是合理选用材料。
建筑结构的材料选择直接关系到建筑物的抗震性能。
一般来说，混凝土、钢材等具有较好的抗震性能，因此在抗震设计中被广泛应用。
此外，还需要考虑材料的强度、韧性、粘结力等因素，以确保建筑结构在地震发生时能够承受住地震力的作用。
其次，抗震设计的原理还包括结构设计的合理性。
在建筑物的结构设计中，需要考虑到地震力的作用，采取相应的措施来增强建筑物的抗震性能。
例如，采用横向抗震支撑系统、设置剪力墙、加固柱节点等手段，可以有效地提高建筑物的抗震能力。
此外，还需要考虑建筑物的质量分布、刚度分布等因素，以确保建筑物在地震作用下不会出现严重的变形和破坏。
另外，抗震设计的原理还包括考虑地震波的作用。
地震波是地震能量的传播载体，建筑物在地震波的作用下产生振动。
因此，在抗震设计中需要考虑地震波的频率、振幅、传播路径等因素，以确定合理的抗震设计方案。
同时，还需要考虑地震波对建筑物的共振效应，采取相应的措施来避免共振现象的发生，从而减小地震对建筑物的影响。
总的来说，抗震设计的原理是通过合理的材料选用、结构设计和考虑地震波的作用，使建筑物在地震发生时能够尽量减小破坏，保护人们的生命安全。
在实际工程中，需要综合考虑建筑物的用途、地震区域的地震烈度、地基条件等因素，制定合理的抗震设计方案。
只有这样，才能确保建筑物在地震发生时能够安全可靠地使用。
工程抗震原理(天津大学)
工程结构抗震原理
第三章 建筑结构抗震原理
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§2 单自由度体系地震反应分析
❖结构动力学中，将确定一个体系弹性位移的独 立参变数的个数称为该体系的动力自由度。
刚性小的结构物，需要考虑提高上部的震度。
(3)在挡土墙的地震压力计算中，应采用小于静止土压力
的内摩擦角。
(4)当砖石结构物中楼板与屋面板缺乏足够水平刚度时，
墙体应对墙面所受出平面水平地震力有足够的强度。
(5)当结构物的楼板与屋面板为钢筋混凝土板时，作用于
结构上的全部地震力，按刚度分配于各抗震单元（抗
❖结构地震反应分析的发展过程可分为：静力理 论、反应谱理论和动力分析三个阶段。
❖动力分析阶段又可分为：弹性和弹塑性（或非 线性）两个阶段，随机振动与确定性振动是这 一阶段中并列出现的两种分析方法。
工程结构抗震原理
第三章 建筑结构抗震原理
8/180
§1 概述
1.1 静力理论阶段
❖静力理论创始于意大利，发展于日本。
❖19世纪末、20世纪初，日本学者大森房吉、佐 野利器等对静力理论的发展作出了重要贡献。
❖1899年大森房吉明确提出结构所受地震力F 可
以表达为：
F
G g
amax
kG
❖ 式中，G为物体重量（力）；amax为水平向地震动峰 值加速度；g为重力加速度；k为地震系数（日本称为
工程震度）。
工程结构抗震原理
• 将地震作用效应与其它荷载效应组合，验算 工程结构及构件的强度与变形。
地震工程中的抗震设计原理与应用
地震工程中的抗震设计原理与应用地震工程是一门旨在保护建筑物和其他基础设施免受地震破坏的学科。
在地震活跃地区，抗震设计是至关重要的。
本文将探讨地震工程中的抗震设计原理与应用。
地震是由地壳内部的断层活动引起的地球运动。
当地震发生时，地面会产生强烈的摇晃，给建筑物和结构造成严重的破坏。
因此，抗震设计的目的是使建筑物能够在地震发生时保持稳定，并尽量减少破坏。
抗震设计的核心原理是结构的强度和刚度，以及建筑物与地面之间的互动。
结构的强度是指能承受地震力的能力，而刚度是指抵抗变形和振动的能力。
为了提高结构的强度和刚度，工程师通常使用钢筋混凝土、钢结构和其他高强度材料来构建建筑物。
在设计抗震结构时，工程师还要考虑到地震波传播的特点。
地震波是由震源传播到地表的能量波动。
地震波的频率和振幅会对结构产生影响。
因此，工程师需要根据地震波的特性来设计建筑物的响应。
他们使用基准地震波来模拟实际地震，并进行结构响应分析和动力特性计算。
除了结构的强度和刚度，剪力墙、框架结构和柱-梁系统等抗震设计也是常用的方法。
剪力墙是具有较大截面面积的垂直墙壁，可以抵抗侧向地震力。
框架结构由柱和横梁组成，能够承受地震力。
柱-梁系统是由柱和水平梁组成的结构，在地震中能够提供足够的强度和刚度。
另一个常见的抗震设计原理是减震。
减震技术通过安装减震器和阻尼器等装置，来吸收和分散地震能量。
这些装置可以减少建筑物的振动，从而减轻地震对建筑物的冲击。
减震技术已经在一些高楼大厦和桥梁中得到广泛应用，取得了显著的效果。
抗震设计原理不仅适用于新建建筑物，也适用于现有建筑物的改造。
对于老旧建筑物，工程师可以通过加固结构、提高材料强度和改善地基条件等手段来提升其抗震能力。
这些措施可以有效地延长建筑物的使用寿命，并减少地震破坏的风险。
总之，地震工程中的抗震设计原理和应用至关重要。
通过合理的结构设计、合适的材料选择和适当的减震技术，工程师可以确保建筑物在地震中保持安全稳定。
工程结构抗震理论应用
① 一次地震中，结构在地震作用下发生屈服，以后每一个振动 循环往复都将造成结构破坏积累。
② 主震时，结构发生破坏，但未倒塌；余震时，结构变形增加， 破坏加重，甚至发生倒塌。 ③ 以前地震中结构发生轻微破坏，未予修复；下次地震时产生 破坏严重。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
车辆荷载：多次重复，但应力水平低（无屈服）， 高周次（>100 万次） 。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
地震作用下结构的受力和变形特点
地震作用下结构的受力和变形是复杂的时间过程，其主要特 点体现在以下三个方面：
• 3、累积破坏
地震造成的结构积累破坏可以表现在以下三中情况中：
本章提纲 第9章 结构动力性能及试验技术
1 3 2
3 3 4 5 3
地震作用下结构的受力和变形特点 结构的动力特性及其量测 脉动信号的量测 数据分析理论基础 数据处理
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
地震作用下结构的受力和变形特点
结构动力性能包括结构的自振频率、振型、阻尼比、滞回特 性等，是结构本身的特性。
主讲：李宁
建工学院
研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
地震作用下结构的受力和变形特点
地震作用下结构的受力和变形是复杂的时间过程，其主要特 点体现在以下三个方面：
• 2、低频振动
在地震作用下，结构反应可能超过弹性，产生大 变形，并导致结构的局部破坏。地震作用是一种短期 的往复动力作用，其持续时间可达几十秒到一、二分 钟，结构的反应可以往复几次或者几十次，在往复荷 载作用下，结构的破坏不断累加、破坏程度逐渐发展， 可经历由弹性阶段→开裂（RC，砖结构）→屈服→极 限状态→倒塌的过程，称为低周疲劳。
天津大学 工程抗震 12-第三章6节-底部剪力法
第三章 建筑结构抗震原理
§1 概述 §2 单自由度体系地震反应分析 §3 单自由度体系水平地震作用 §4 多自由度体系地震反应分析 §5 地震分析振型分解反应谱法 §6 水平地震作用的底部剪力法 §7 考虑扭转的水平地震作用 §8 结构竖向地震作用 §9 建筑结构抗震验算 §10 结构自振周期和频率的实用计算方法 §11 工程结构地震反应的时程分析方法 §12 地基与结构动力相互作用效应
第三章 建筑结构抗震原理
§1 概述 §2 单自由度体系地震反应分析 §3 单自由度体系水平地震作用 §4 多自由度体系地震反应分析 §5 地震分析振型分解反应谱法 §6 水平地震作用的底部剪力法 §7 考虑扭转的水平地震作用 §8 结构竖向地震作用 §9 建筑结构抗震验算 §10 结构自振周期和频率的实用计算方法 §11 工程结构地震反应的时程分析方法 §12 地基与结构动力相互作用效应
按振型分解反应谱法，j振型i质点的最大水平 地震作用为：
F ji = α j γ jφ ji Gi
j振型结构底部的总水平剪力为：
n
S jE
n αj Gi = ∑ α jγ jφ ji Gi = α1GE ∑ α γ jφ ji G i =1 E i=1 1
式中，α1—相应于结构基本周期的水平地震影 响系数； n GE—结构总的重力荷载代表值 GE = ∑ Gi ， i =1 其中Gi为质点i的重力荷载代表值。
FEk = α 1Geq
第三章 建筑结构抗震原理
§6 水平地震作用的底部剪力法
2.各质点的水平地震作用 按照结构的地震反应以第一振型为主的假定， 各质点的水平地震作用可近似地取为对应于第 一振型各质点的地震作用，即 Fi = F1i = α1γ 1φ1i Gi 再根据第一振型近似为直线（倒三角形），取 φ1i = ηH i 式中，η—比例系数；Hi—质点i的计算高度。 n n n 由此可得：
抗震设计原理
抗震设计原理地震是一种自然灾害，给人们的生命和财产安全带来了巨大威胁。
因此，抗震设计成为建筑工程中至关重要的一环。
抗震设计的原理是基于地震力学和结构动力学的理论基础，通过合理的结构设计和施工工艺，使建筑在地震发生时能够减少破坏，保护人们的生命和财产安全。
首先，抗震设计需要充分考虑地震的作用。
地震是地球内部能量释放的结果，地震波在地面上传播会给建筑物带来水平和垂直方向的振动，因此抗震设计需要充分考虑地震波的作用，通过合理的结构设计来减少地震波对建筑物的影响。
其次，抗震设计需要考虑建筑结构的整体稳定性。
在地震发生时，建筑结构需要能够承受地震波的作用，不发生倒塌或严重破坏。
因此，抗震设计需要考虑建筑结构的整体稳定性，包括结构的抗弯、抗剪、抗压等能力，通过合理的结构设计和材料选用来提高建筑结构的整体稳定性。
另外，抗震设计还需要考虑建筑结构的变形能力。
在地震发生时，建筑结构会产生较大的变形，因此抗震设计需要考虑建筑结构的变形能力，通过合理的结构设计和构造方式来保证建筑结构在地震作用下能够有足够的变形能力，减少结构的破坏。
最后，抗震设计需要考虑建筑结构的耐久性。
地震作用下，建筑结构会受到较大的振动和变形，因此抗震设计需要考虑建筑结构的耐久性，通过合理的结构设计和材料选用来保证建筑结构在地震作用下能够保持较好的耐久性，减少结构的损坏和维修成本。
综上所述，抗震设计是建筑工程中至关重要的一环，通过合理的结构设计和施工工艺来减少地震对建筑物的影响，保护人们的生命和财产安全。
抗震设计的原理是基于地震力学和结构动力学的理论基础，需要充分考虑地震的作用、建筑结构的整体稳定性、变形能力和耐久性，以确保建筑在地震发生时能够减少破坏，保护人们的生命和财产安全。
土建工程中的抗震设计原理
土建工程中的抗震设计原理地震是一种自然灾害，对土建工程的稳定性和安全性造成极大的威胁。
因此，在土建工程的设计、建造和维护过程中，抗震设计原理起着至关重要的作用。
本文将讨论土建工程中的抗震设计原理，以确保土建工程在地震发生时能够提供足够的安全保障。
1. 建筑结构的选择和设计在土建工程的抗震设计中，建筑结构的选择和设计是至关重要的。
抗震设计的目标是保障建筑在地震中具备足够的强度和刚度，减小地震荷载对结构的影响。
常见的抗震建筑结构包括剪力墙、框架结构和拱形结构等。
合理选择和设计建筑结构可以提高建筑的抗震性能。
2. 抗震设计时的地震动力学分析地震动力学分析是抗震设计的重要环节之一。
通过对土建工程所处地区的地震波特性的研究和分析，可以确定合适的地震动力学参数。
这些参数包括地震波的周期、加速度和速度等。
地震动力学分析的结果将直接影响到抗震设计的准确性和可靠性。
3. 结构刚度和柔度的控制在土建工程的抗震设计中，控制结构的刚度和柔度是至关重要的。
适当提高结构的刚度可以增强建筑对地震荷载的抵抗能力，减小结构的震动位移。
而在一些地震频繁或者特殊地质条件下，采用柔性结构设计可以使建筑在地震中具有更好的延性，降低地震破坏的程度。
4. 高强度材料的应用土建工程中抗震设计还需要选择和使用高强度材料。
抗震设计通常会采用高强度混凝土、高强度钢材等材料，以提高建筑的抗震能力。
高强度材料的使用可以增加结构的刚度和强度，提高结构耐震性能。
5. 预制构件的应用在土建工程的抗震设计中，预制构件的应用也是一个重要的手段。
预制构件具有高度的工厂化生产和质量控制，可以提高结构的稳定性和安全性。
此外，预制构件还可以减少建造过程中的工期和人工成本，提高工程的施工效率。
6. 结构的耐震性能评估和监测完成土建工程的抗震设计后，对建筑结构进行耐震性能评估和监测是十分重要的。
耐震性能评估可以通过模拟地震荷载的试验、结构的数值计算和理论分析等方法来进行。
监测建筑结构可以采用传感器技术等手段，实时检测和记录结构在地震中的响应情况，为后续的维护和改进提供数据支持。
工程结构抗震设计原理
介绍条形梁的纵向筋间距的考虑和设计
钢筋混凝土结构
2
原则。
讨论钢筋混凝土结构的地震响应和抗震
设计策略。
3
预应力混凝土结构
探索预应力混凝土结构在抗震设计中的 应用和优势。
框架结构的抗震设计
介绍框架结构的设计原理、抗震设计策略和关键要点。
大跨度建筑的抗震设计
探讨大跨度建筑在抗震设计中的挑战和解决方案，以及实际案例研究。
工程结构抗震设计原理
介绍工程结构抗震设计原理的基本概念，以及地震灾害对工程结构的影响。 旨在探讨地震波的特性及其对结构的影响。
地震波的特性
波速
了解地震波传播的速度和传输途径。
振幅
了解地震波的振幅大小和能量传递。
频率
了解地震波的振动频率和周期。
波形
了解不同类型地震波的波形特点。
最小破坏原理
介绍最小破坏原理在抗震设计中的应用，以减少结构破坏和提高抗震能力。
评估结构的抗震性能
基本概念
介绍抗震性能评估的基本概念 和指标。
结构指标
了解不同结构指标与抗震性能 的关系。
评估方法
介绍常用的结构抗震性能评估 方法和步骤。
典型负载考虑
垂直荷载
考虑平行和垂直于地震方向的垂直荷载。
地震水平荷载
考虑地震水平荷载对结构的影响。
负面荷载
考虑不利于结构的负面荷载，如风荷载或雪荷载。
抗震设计的基本原则
1 优化结构刚度与强度
通过适当选择材料和结构形式，提高结构的 刚度与强度。
2 控制结构的周期
通过设计和调整结构的周期，减少与地震波 共振的风险。
3 增强结构的耗能能力
通过使用耗能装置或材料，提高结构在地震 中吸收能量的能力。
工程结构抗震理论及应用
主讲：李宁
建工学院
研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
规范的设计地震—反应谱曲线
※ 3、地震动力系数 β Tg—反应谱的特征周期，与场地条件，地震远、近有关，β 与震级M的关系间接反映在近、远震中。近震时中、小地震相 对较多，远震时中、大地震多。 统计分析表明：β 与结构阻尼、场地条件、震级、震中距有 如下关系：
6 7 8 9 抗震设防烈度 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 设计基本地震加速度值 (g) 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 地面地震动峰值加速度 αmax分区(g) 0.04~0.09 0.09~0.14 0.14~0.19 0.19~0.28 0.28~0.38 0.38 0.04 0.08 0.12 0.16 0.24 0.32 多遇地震(小震) αmax 基本烈度地震 0.12 0.23 0.34 0.45 0.68 0.90 主讲：李宁 — 建工学院 0.50 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用 0.72 0.90 1.20 1.40 罕遇地震(大震）
G＝mg—单质点体系的重量。 用动力系数 β 表示最大地震作用：
k—地震系数；G—单质点体系的重量。
主讲：李宁 建工学院
研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
规范的设计地震—反应谱曲线
※ 3、地震动力系数 β
实际给出的反应谱一般以自振周期 T 为自变量， T=2π/ω 。 在对场地的反应谱进行统计分析时，为寻找反应谱的统计规律 性，首先需要对反应谱进行归一化（标准化）。研究中一般是 采用峰值加速度进行归一化，即采用地震动力系数β 完成统计分 析。下面简要介绍采用统计分析给出的平均反应谱—地震动力 系数β 的特点并讨论β 反应谱与震级M、震中距R的关系以及β 与 场地条件（土性和厚度）的关系。
工程结构抗震理论及应用-天津大学研究生e-Learning平台
工程抗震研究和设计是减轻和防止地震灾害的重要基础。
主讲：李宁
建工学院
研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
本章提纲 第1章
1 3 2
3 3 4 5 3
绪 论
地震活动及其灾害 工程抗震的内容 教学内容 参考书目 期刊目录
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
工程抗震的内容
主讲：李宁
建工学院
研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
本章提纲 第1章
1 3 2
3 3 4 5 3
绪 论
地震活动及其灾害 工程抗震的内容 教学内容 参考书目 期刊目录
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
地震活动及其灾害
近十年来，我国每年平均灾害损失近1600亿元，相当于国民 生产总值的 3.8 ％，国民收入的 30 ％。这一比例是发达国家 的十倍。 我国是世界上地震灾害最严重的国家之一，20世纪全世界发 生的七级以上的强震中，中国占35％，世界历史上一次地震 中死亡人数最多的地震发生在我国（1556年明朝时陕西关中 地震，死亡83万人），而现代死亡人数最多的两次地震也发 生在我国（1920年宁夏海原8.5级大地震，死亡23 万多人； 1976年唐山7.8级大地震，死亡24万多人，直接经济损失97 亿元）。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
工程抗震的内容
• 3、大厦的楼层
抗震工程包含的内容 一层：地震小区划/工程场地安全性评定（安评） 二层：一般的抗震设计规范（例如，GB5001－2001）
三层：特种结构的抗震设计（超高层（>300m）、核反应堆、 大坝、大跨桥梁）
四层：抗震加固（结构使用一定周期后，或根据新规范或标 准提高抗震等级，震后加固） ……… 等等
工程结构抗震理论及应用
滞回特性
下图给出了线弹性性体系、应变软化体系和应变硬化体系 的恢复力和位移关系曲线的示意：
在往复荷载作用下，当构件屈服进入弹塑性时，恢复力是 位移的多值函数，其关系与加载（或变形）的历史有关。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
滞回特性
下图为往复水平剪力作用下钢筋混凝土柱的荷载－位移曲 线。在往复水平剪力作用下，钢筋混凝土柱可以经历构件开裂、 屈服、卸载、反向加载等过程，在反复加载－卸载－再加载的 过程中，构件出现刚度退化和强度退化的现象。
滞回特性 拟静力试验(pseudo-static rest) 拟动力试验(Pseudo dynamic test) 滞回曲线的主要特征 阻尼耗能和弹塑性耗能
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
滞回特性
滞回特性也称为恢复力特性。 在地震作用下单自由度体系运动方程的一般表达式为
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拟静力试验(pseudo-static rest)
※ 二、加载设备和装置 • 2）加载的反力装置
组合式：
①对于受弯（剪）构件：可以采用一般常规方法。
②偏压构件（如图所示）：受轴力和往复水平力作 用；轴力恒定，随试件水平移动，使轴力作用点不变。 ③节点试验（如图所示）：关键是连接节点的柱和 梁满足实际的边界条件。
天津大学 研究生选修课程
工程结构抗震理论 及应用
课程主讲人：李宁
开课单位：建筑工程学院 2018年8月6日
本章提纲 第10章 结构构件的滞回特性及其量测
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滞回特性 拟静力试验(pseudo-static rest) 拟动力试验(Pseudo dynamic test) 滞回曲线的主要特征 阻尼耗能和弹塑性耗能
天津大学工程抗震07-第三章3节-单自由度水平地震作用
第三章 建筑结构抗震原理
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第三章 建筑结构抗震原理
§1 概述 §2 单自由度体系地震反应分析 §3 单自由度体系水平地震作用 §4 多自由度体系地震反应分析 §5 地震分析振型分解反应谱法 §6 水平地震作用的底部剪力法 §7 考虑扭转的水平地震作用 §8 结构竖向地震作用 §9 建筑结构抗震验算 §10 结构自振周期和频率的实用计算方法 §11 工程结构地震反应的时程分析方法 §12 地基与结构动力相互作用效应
第三章 建筑结构抗震原理
§3 单自由度体系水平地震作用
3.3 不同设防水准的地震重现周期
设计反应谱与一定的抗震设防水平相对应。
我国工业与民用建筑的设计基准期为50年，大 坝等水工结构、大跨度桥梁、地铁、轻轨等交 通工程的设计基准期为100年。
由于不同抗震设防对象的抗震设防水平的要求 不同，其设计基准期不同，在工程场地地震安 全性评价中通常需要给出50年超越概率63%、 10%和2%~3% 以及100年超越概率63%、10% 、5%、3%等不同抗震设防水平的设计加速度 反应谱。
第三章 建筑结构抗震原理
§3 单自由度体系水平地震作用
为了进行工程结构的抗震设计，必须首先求得 地震作用下工程结构各构件的内力。
目前，求解工程结构在地震作用下构件内力的 方法主要有两种： 第一种方法是根据工程结构在地震作用下的 位移反应，利用刚度方程，直接求解内力， 这时要求结构体系的动力学模型比较精确， 所选的地面运动时程曲线有很好的代表性；
我国现行抗震设计规范对于一般的工程结构采 用了第二种方法。
第三章 建筑结构抗震原理
§3 单自由度体系水平地震作用
3.1 单自由度体系水平地震作用
对于单自由度弹性体系，通常把惯性力看作是 一种反映地震地面运动对结构体系影响的等效 力，用以对结构进行抗震验算。
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❖动力分析阶段又可分为：弹性和弹塑性（或非 线性）两个阶段，随机振动与确定性振动是这 一阶段中并列出现的两种分析方法。
工程结构抗震原理
第三章 建筑结构抗震原理
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§1 概述
1.1 静力理论阶段
❖静力理论创始于意大利，发展于日本。
❖19世纪末、20世纪初，日本学者大森房吉、佐 野利器等对静力理论的发展作出了重要贡献。
❖1899年大森房吉明确提出结构所受地震力F 可
以表达为：
F
G g
amax
kG
❖ 式中，G为物体重量（力）；amax为水平向地震动峰 值加速度；g为重力加速度；k为地震系数（日本称为
工程震度）。
工程结构抗震原理
§9 建筑结构抗震验算
§10 框架结构抗震构造措施
§11 砌体结构抗震构造措施
§12 底框结构抗震构造措施
工程结构抗震原理
第三章 建筑结构抗震原理
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§1 概述
❖以减轻地震灾害为目的的工程理论和实践，称 为工程抗震。
❖对地震区工程结构依据工程抗震的要求进行专 门设计，称为抗震设计，一般包括抗震概念设 计、结构抗震计算和抗震构造措施3个方面。
§12 底框结构抗震构造措施
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第三章 建筑结构抗震原理
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第三章 建筑结构抗震原理
§1 概述
§2 单自由度体系地震反应分析
§3 单自由度体系水平地震作用
§4 多自由度体系地震反应分析
§5 地震分析振型分解反应谱法
§6 水平地震作用的底部剪力法
§7 考虑扭转的水平地震作用
§8 结构竖向地震作用
• 将地震作用效应与其它荷载效应组合，验算 工程结构及构件的强度与变形。
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第三章 建筑结构抗震原理
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§1 概述
❖地震动使工程结构产生内力与变形的动态反应 称为结构的地震反应，其大小取决于地震动和 工程结构的特性。
❖因此，随着人们对地震动和工程结构的认识的 深入，地震反应分析的水平也相应提高。
➢抗震概念设计：指基于震害经验建立的抗震 基本设计原则和思想，包括工程结构总体布 置和细部构造。
➢抗震构造措施：指为提高工程结构抗震性能 而必须采取的细部造措施。工程结构抗震原理
第三章 建筑结构抗震原理
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§1 概述
➢ 结构抗震计算：
• 分析地震作用，包括水平地震作用和竖向地 震作用；
• 计算工程结构及构件的地震效应，即地震作 用下结构产生的内力（剪力、弯矩、扭矩、 轴向力等）或变形（线位移、角位移等）；
第三章 建筑结构抗震原理
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§1 概述
F
G g
amax
kG
❖其物理意义是：假定建筑物是刚体，建筑物各 部分承受相同的水平加速度，其大小等于地震 动的峰值加速度，所产生的惯性力就是地震力 ，在设计中作为一种静荷载考虑。
❖根据现在的地震反应理论知识，可以理解该公 式仅适用于刚性结构。
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第三章 建筑结构抗震原理
§1 概述
§2 单自由度体系地震反应分析
§3 单自由度体系水平地震作用
§4 多自由度体系地震反应分析
§5 地震分析振型分解反应谱法
§6 水平地震作用的底部剪力法
§7 考虑扭转的水平地震作用
§8 结构竖向地震作用
§9 建筑结构抗震验算
§10 框架结构抗震构造措施
§11 砌体结构抗震构造措施
震墙、抗震刚架等）。
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第三章 建筑结构抗震原理
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§1 概述
❖经过1932年日本关东大地震之后，佐野利器的 观点大部分为当时的抗震规范所接受。
❖然而，与其他学者之间引起了一场刚柔之争：
➢佐野利器提倡刚性结构，认为地震动主要周期 在1.0~1.5s之间，刚性结构可有效抗御地震；
第三章 建筑结构抗震原理
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§1 概述
❖1916年佐野利器提出“家屋耐震构造论”，论
证了砖石、钢和钢筋混凝土结构的抗震问题：
(1)刚性大的结构物按震度0.1计算。若材料的安全系数
为3.0，则结构可以抗御震度约0.3的地震动。
(2)由于给结构物以破坏性打击的地震震动周期约为
1.0~1.5s，结构物要避免共振应选用刚性结构。对于
刚性小的结构物，需要考虑提高上部的震度。
(3)在挡土墙的地震压力计算中，应采用小于静止土压力
的内摩擦角。
(4)当砖石结构物中楼板与屋面板缺乏足够水平刚度时，
墙体应对墙面所受出平面水平地震力有足够的强度。
(5)当结构物的楼板与屋面板为钢筋混凝土板时，作用于
结构上的全部地震力，按刚度分配于各抗震单元（抗
工程结构抗震原理
第三章 建筑结构抗震原理
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§1 概述
1.2 反应谱理论阶段
❖1933年美国长滩地震获得第一批强震记录。
❖1940年美国学者M A Biot通过对强震记录的研 究，首次提出“反应谱”概念，为抗震设计理 论进入新的发展阶段奠定了基础。
❖1950年代初，美国学者G W Housener等发展 了“反应谱”理论，并在美国加州抗震设计规 范中首先采用，以取代静力法。
❖工程结构抗震理论作为一门学科，其发展尚不 足百年，前几十年在对地震动的频谱成分和结 构的非弹性反应方面有了深入认识，近二、三 十年进而认识了地震活动性与地震动的不确定 性以及结构的不同破坏阶段，因此，结构地震 反应分析方法也有了相应的发展。
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第三章 建筑结构抗震原理
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§1 概述
➢有些学者认为，结构愈刚，则所受地震力愈大 ，所以应采用柔性结构，才有利于抗震。
❖早在1920年物部长穗等就认识到结构物是弹性 的，可能与地震动产生共振现象。
❖刚柔两种学说都立足于避免共振，只是当时对 地震动卓越周期认识不清而已。
工程结构抗震原理
第三章 建筑结构抗震原理
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§1 概述
❖到20世纪30年代，日本学者妹泽克雄与金井清 提出能量损耗论，认为地震动中包括有长、短 周期多种周期分量，刚性或柔性结构在阻尼小 时都会共振，因此，重要的是加大阻尼。
土木工程专业本科专业课
工程抗震原理
Principles of Seismic Engineering
李忠献
教育部长江学者特聘教授
主要内容
第一章 工程抗震基础知识 第二章 场地与地基基础抗震原理 第三章 建筑结构抗震原理 第六章 桥梁结构抗震原理 第七章 工程结构减震控制原理
工程结构抗震原理
第三章 建筑结构抗震原理