建筑結(jié)構(gòu)第十五章建筑抗震設(shè)計(jì)基本知識二ppt課件.ppt

第十五章地震作用和結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算 第一節(jié)地震基本知識第二節(jié)抗震設(shè)計(jì)的基本要求第三節(jié)地震作用的計(jì)算第四節(jié)結(jié)構(gòu)的自振周期第五節(jié)結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算 第五編建筑抗震設(shè)計(jì)基本知識 1 第一節(jié)地震基本知識 一 地震的類型二 常用術(shù)語 2 一 地震的類型 地震是由于地殼構(gòu)造運(yùn)動 巖層構(gòu)造狀態(tài)的變動 或其它原因而引起的地面振動的現(xiàn)象 地震按其成因可分為 火山地震 陷落地震和構(gòu)造地震 1 火山地震 由于火山爆發(fā)而引起的地震 2 陷落地震 由于地表或地下巖層突然大規(guī)模陷落和崩塌而造成的地震 3 構(gòu)造地震 由于地殼運(yùn)動 推擠地殼巖層使其薄弱部位發(fā)生斷裂錯動而引起的地震 前二種地震的影響范圍和破壞程度相對較小 而后一種地震的破壞力大 3 二 常用術(shù)語 1 地震震級 震級是表示地震本身大小 釋放能量多少 的尺度 目前 國際上比較通用的是里氏震級 其原始定義為1935年由里克特 Richter 給出 即地震震級M為M logA震級與震源釋放能量的大小有關(guān) 震級每差一級 地震釋放的能量將差32倍 微震 小于2級的地震 有感地震 2 4級地震 人能感覺到 破壞性地震 5級以上地震 能引起不同程度的破壞 強(qiáng)烈地震 7級以上的地震 4 2 地震烈度地震烈度是指某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受到一次地震影響的強(qiáng)弱程度 對于一次地震 表示地震大小的震級只有一個 隨距離震中的遠(yuǎn)近不同 烈度就有差異 評定地震烈度的標(biāo)準(zhǔn)就稱為地震烈度表 絕大多數(shù)國家包括我國都采用分成12度的地震烈度表 3 基本烈度作為一個地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度 它是指該地區(qū)今后一定時期內(nèi) 在一般場地土條件下 可能遭受的最大地震烈度 也就是由國家地震局制定的全國地震烈度區(qū)劃圖規(guī)定的烈度 4 設(shè)防烈度 建筑物抗震設(shè)防時采用的烈度 5 地震對建筑物的影響 6 第二節(jié)抗震設(shè)計(jì)的基本要求 一 建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)二 抗震設(shè)防的目標(biāo)三 抗震概念設(shè)計(jì) 7 一 建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 1 抗震設(shè)防類別根據(jù)建筑的使用功能的重要性 分為甲類 乙類 丙類 丁類四個抗震設(shè)防類別 2 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)甲類建筑乙類建筑丙類建筑丁類建筑 8 二 抗震設(shè)防的目標(biāo) 抗震設(shè)防的目標(biāo) 三水準(zhǔn)要求 所謂的三水準(zhǔn)抗震目標(biāo) 可簡單的概括為 1 小震不壞2 中震可修3 大震不倒 9 三 抗震概念設(shè)計(jì) 概念設(shè)計(jì) 指一些在計(jì)算中或在規(guī)范中難以作出具體規(guī)定的問題 必須由工程師運(yùn)用 概念 進(jìn)行分析 作出判斷 以便采取相應(yīng)的措施 結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理的概念 力學(xué)概念 由震害 試驗(yàn)現(xiàn)象等總結(jié)提供的各種宏觀的和具體的經(jīng)驗(yàn)等 概念及經(jīng)驗(yàn)要貫穿在方案確定及結(jié)構(gòu)布置過程中 應(yīng)體現(xiàn)在計(jì)算簡圖或計(jì)算結(jié)果的處理中 對某些薄弱部位的配筋構(gòu)造起作用 概念設(shè)計(jì)帶有一定的經(jīng)驗(yàn)性 但它和抗震計(jì)算 構(gòu)造設(shè)計(jì)等是不可分割 互為補(bǔ)充的抗震設(shè)計(jì)的重要組成部分 10 1 場地 地基和基礎(chǔ)選擇場地土的分類場地的選擇地基和基礎(chǔ)選擇2 結(jié)構(gòu)的平面和立面布置3 結(jié)構(gòu)體系的選擇4 抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接5 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件6 材料選擇和施工 11 第三節(jié)地震作用的計(jì)算 一 重力荷載代表值二 單質(zhì)點(diǎn)彈性體系的地震作用三 多質(zhì)點(diǎn)彈性體系的地震作用 12 一 重力荷載代表值 一般把各層質(zhì)量集中在樓層處 n個樓層即形成n個質(zhì)點(diǎn) 每一樓面標(biāo)高位置的重量 稱重力荷載代表值 由以下幾部分組成 恒荷載 本層樓面結(jié)構(gòu)及上 下各半層墻 柱 的全部 雪荷載的50 一般樓面活荷載的50 藏書庫 檔案庫活荷載的80 簡化后的計(jì)算簡圖如圖 圖中Gi為第i層質(zhì)點(diǎn)的重力荷載代表值 13 1 單質(zhì)點(diǎn)體系等高單層廠房 水塔等 該結(jié)構(gòu)中參與振動的所有質(zhì)量全部折算至頂部 墻 柱視作一無重的彈性桿 這樣就形成了一個單質(zhì)點(diǎn)體系 該體系只作單向振動時 就成為一個單自由度體系 二 單質(zhì)點(diǎn)彈性體系的地震作用 14 2 單質(zhì)點(diǎn)彈性體系的地震作用 式中 m G 為單質(zhì)點(diǎn)體系的質(zhì)量及重量 g 重力加速度 為地面運(yùn)動最大加速度 稱為地震系數(shù) 表示地面運(yùn)動的相對強(qiáng)度 稱為動力系數(shù) 表示質(zhì)點(diǎn)加速度與地面加速度相比的放大系數(shù) 為地震影響系數(shù) k 15 3 計(jì)反應(yīng)譜曲線 地震影響系數(shù) max 地震影響系數(shù)最大值 T 結(jié)構(gòu)自振周期 Tg 特征周期 曲線下降段衰減指數(shù) 1 直線下降段下降斜率調(diào)整系數(shù) 2 阻尼調(diào)整系數(shù) 16 4 單質(zhì)點(diǎn)體系的地震作用計(jì)算方法 計(jì)算結(jié)構(gòu)自振周期由場地類別 設(shè)計(jì)地震分組查表 得場地特征周期Tg 由設(shè)防烈度查表得水平地震影響系數(shù)最大值 max 確定 1 2 由T Tg max按圖計(jì)算水平地震影響系數(shù) 作用在單質(zhì)點(diǎn)上的水平地震作用為FEK g mg 17 三 多質(zhì)點(diǎn)彈性體系的地震作用 1 多質(zhì)點(diǎn)體系的振型和自振周期2 多質(zhì)點(diǎn)體系的地震作用的計(jì)算方法應(yīng)按不同情況分別采用相應(yīng)的地震作用計(jì)算方法 高度不超過40m 以剪切變形為主 剛度與質(zhì)量沿高度分布比較均勻的建筑物 可采用底部剪力法 高度超過40m的高層建筑物一般可采用振型分解反應(yīng)譜方法 剛度與質(zhì)量分布特別不均勻的建筑物 甲類建筑物等 宜采用時程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算 18 基本思想 按結(jié)構(gòu)底部總剪力相等的原則 把多質(zhì)點(diǎn)體系簡化為單質(zhì)點(diǎn)體系 只用基本自振周期確定總底部剪力 然后按照一定規(guī)律將地震力 總底部剪力 沿高度沿高度分配給各質(zhì)點(diǎn) 適用條件 結(jié)構(gòu)高度小于40m 沿高度方向質(zhì)量及剛度分布比較均勻 以剪切變形為主 H B 4 的高層建筑 3 底部剪力法 19 計(jì)算方法基本自振周期T1 按反應(yīng)譜曲線 T 確定 1 地震影響系數(shù)最大值 max 特征周期Tg 曲線下降段衰減指數(shù) 直線下降段下降斜率調(diào)整系數(shù) 1 阻尼調(diào)整系數(shù) 2 計(jì)算底部剪力FEK FEK 1Geq Geq 0 85GE 0 85 Gi FEK分配給各質(zhì)點(diǎn) 建筑為n層時 各樓層處地震力為Fi 頂部附加荷載 Fn近似考慮高振型影響 頂層等效地震力為Fn Fn 多質(zhì)點(diǎn)體系的水平地震作用分布特點(diǎn) 當(dāng)質(zhì)量 剛度沿高度分布較均勻 Gi Gj 時 Fi與Hi成正比 20 第四節(jié)結(jié)構(gòu)的自振周期 一 頂點(diǎn)位移法二 計(jì)算自振周期的經(jīng)驗(yàn)公式 21 一 頂點(diǎn)位移法 對于質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的框架結(jié)構(gòu) 框架一剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu) T 結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)假想側(cè)移 即把集中在各層樓面處的重量Gi視為作用于i層樓面的假想水平荷載 按彈性剛度計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移 以m為單位 0 基本周期的縮短系數(shù) 框架結(jié)構(gòu)取 0 0 6 0 7 框架一剪力墻結(jié)構(gòu)取 0 0 7 0 8 剪力墻結(jié)構(gòu)取 0 0 9 1 0 22 二 計(jì)算自振周期的經(jīng)驗(yàn)公式 高層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu) 高度為20 50m 剪力墻間距為3 6m的住宅 旅館類建筑物 橫墻間距較密時 T1橫 0 054n T1縱 0 04n橫墻間距較疏時 T1橫 0 06n T1縱 0 05n式中 n為建筑物層數(shù) H為建筑物總高度 B為建筑物總寬度 鋼筋混凝土框架 框架一剪力墻結(jié)構(gòu) 或T1 0 07 0 09 n式中 H B n意義同前 23 第五節(jié)結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算 一 荷載效應(yīng)的基本組合二 抗震驗(yàn)算的設(shè)計(jì)表達(dá)式三 抗震變形驗(yàn)算 24 一 荷載效應(yīng)的基本組合 1 無地震作用組合 S GSGK Q QSQK W WSWk式中 S 無地震組合時荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 SGK 永久荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值 SQk 樓面活荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值 SWK 風(fēng)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值 G Q W 分別為永久荷載 樓面活荷載 風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù) Q W 分別為樓面活荷載和風(fēng)荷載組合值系數(shù) 25 荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按下列規(guī)定采用 1 承載力計(jì)算時 永久荷載的分項(xiàng)系數(shù) G 當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時 對由可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1 2 對由永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1 35 當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時 應(yīng)取1 0 樓面活荷載的分項(xiàng)系數(shù) Q 一般情況下應(yīng)取1 4 風(fēng)荷載的分項(xiàng)系數(shù) W 應(yīng)取1 4 2 位移計(jì)算時 公式中各分項(xiàng)系數(shù)均應(yīng)取1 0 26 樓面活荷載和風(fēng)荷載組合值系數(shù) Q W 當(dāng)永久荷載效應(yīng)起控制作用時應(yīng)分別取0 7和0 0 當(dāng)可變荷載效應(yīng)起控制作用時應(yīng)分別取1 0和0 6或0 7和1 0 對書庫 檔案庫 儲藏室 通風(fēng)機(jī)房和電梯機(jī)房 本條樓面活荷載組合值系數(shù)取0 7的場合應(yīng)取為0 90 27 2 有地震作用組合時 SE GSGE EhSEhk EvSEvk W WSWk式中 SE 荷載效應(yīng)和地震作用效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 SGE 重力荷載代表值的效應(yīng) 重力荷載代表值包括下列荷載 100 自重標(biāo)準(zhǔn)值 50 雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值 50 80 樓面活荷載 在書庫及檔案庫中取80 樓面活荷載 SEhk 水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng) 尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù) SEvk 豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng) 尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù) G 重力荷載分項(xiàng)系數(shù) W 風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù) Eh 水平地震作用分項(xiàng)系數(shù) Ev 豎向地震作用分項(xiàng)系數(shù) W 風(fēng)荷載的組合值系數(shù) 應(yīng)取0 20 28 有地震作用效應(yīng)組合時 荷載效應(yīng)和地震作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按下列規(guī)定采用 1 承載力計(jì)算時 分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按下表采用 當(dāng)重力荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)承載力有利時 表中 G不應(yīng)大于1 0 2 位移計(jì)算時 公式中各分項(xiàng)系數(shù)均應(yīng)取1 0 29 30 按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的要求 各種構(gòu)件承載力驗(yàn)算的一般表達(dá)式為 不考慮地震作用的組合時 0S R考慮地震作用的組合時SE RE RE式中 S SE 構(gòu)件內(nèi)力 R RE 不考慮抗震及考慮抗震時構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值 地震作用下 構(gòu)件承受反復(fù)作用力及變形 承載力RE要降低 0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 可按結(jié)構(gòu)的重要程度 即安全等級 分別取1 1 1 0 0 9 抗震設(shè)計(jì)中 不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù) RE 承載力抗震調(diào)整系數(shù) 考慮到地震作用的偶然性與短時性 對承載能力作相應(yīng)的調(diào)整 按下表采用 二 抗震驗(yàn)算的設(shè)計(jì)表達(dá)式 31 三 抗震變形驗(yàn)算 1 正常使用條件下的結(jié)構(gòu)水平位移 按風(fēng)荷載和地震作用 用彈性方法計(jì)算 2 以樓層層間最大位移 與層高h(yuǎn)之比作為限制條件 即 h h 高度為250m及250m以上的高層建筑 樓層層間最大位移與層高之比的限值為1 500 高度150m及150m以下的高層建筑樓層層間最大位移與層高之比不宜