盛-第7章-02-工程抗震設(shè)計(jì)

1、Hohai UniversityHohai University防災(zāi)減災(zāi)學(xué)防災(zāi)減災(zāi)學(xué)工程抗震設(shè)計(jì)工程抗震設(shè)計(jì)(Disaster Prevention and Mitigation)盛盛 金金 昌昌 水利水電學(xué)院水利水電學(xué)院防災(zāi)減災(zāi)學(xué)課件2021-12-9防災(zāi)減災(zāi)學(xué)地震災(zāi)害地震災(zāi)害一工程抗震設(shè)計(jì)工程抗震設(shè)計(jì)二三基本概念、類型及成因、活動概況及分布、災(zāi)害、對策基本概念、類型及成因、活動概況及分布、災(zāi)害、對策抗震設(shè)防的概念、建筑抗震的概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析抗震設(shè)防的概念、建筑抗震的概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析結(jié)構(gòu)抗震概念，減震控制結(jié)構(gòu)抗震概念，減震控制【被動、主動、半主動、智能被動、主動、半主動、

2、智能】結(jié)構(gòu)抗震極限狀態(tài)計(jì)算結(jié)構(gòu)抗震極限狀態(tài)計(jì)算4.結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析3.建筑抗震的概念設(shè)計(jì)建筑抗震的概念設(shè)計(jì)2.抗震設(shè)防的基本概念抗震設(shè)防的基本概念1. 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 45.1.1 抗震設(shè)防烈度抗震設(shè)防烈度抗震設(shè)防：抗震設(shè)防：是指對建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，包括地震作用、抗震是指對建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，包括地震作用、抗震承載力計(jì)算和采取抗震措施，以達(dá)到抗震的效果和目的。承載力計(jì)算和采取抗震措施，以達(dá)到抗震的效果和目的。 抗震設(shè)防的依據(jù)：抗震設(shè)防的依據(jù)：是是抗震設(shè)防烈度?？拐鹪O(shè)防烈度。地震烈度按不同的頻率地震烈度按不同的頻率和強(qiáng)度通?？蓜澐譃楹蛷?qiáng)度通?？蓜澐譃樾≌鹆叶取⒅?/p>

3、震烈度和大震烈度小震烈度、中震烈度和大震烈度。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 5小震烈度小震烈度即即眾值地震烈眾值地震烈度（多遇烈度）度（多遇烈度），是指，是指在在50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，一般場地條件下，可能一般場地條件下，可能遭遇的遭遇的超越概率超越概率為為63%的地震烈度值。的地震烈度值。1/50y基本烈度即中震烈度基本烈度即中震烈度，指在，指在50年內(nèi)，一般場地條件下，年內(nèi)，一般場地條件下，可能遭遇的超越概率為可能遭遇的超越概率為10%的地震烈度值。的地震烈度值。1/474y大震烈度大震烈度即罕遇地震烈即罕遇地震烈度，是指在度，是指在50年內(nèi)，一年內(nèi)，一般場地條件下，可能遭

4、般場地條件下，可能遭遇的超越概率約為遇的超越概率約為2%3的地震烈度值。的地震烈度值。1/16002500y三種烈度的含義及其關(guān)系三種烈度的含義及其關(guān)系 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 6超越概率超越概率：在一定時(shí)期內(nèi)，工程場地可能遭遇大于或等于給定的在一定時(shí)期內(nèi)，工程場地可能遭遇大于或等于給定的值或地震動參數(shù)值的概率。值或地震動參數(shù)值的概率。在一定時(shí)期（在一定時(shí)期（t年）內(nèi)，某地區(qū)發(fā)生年）內(nèi)，某地區(qū)發(fā)生n次地震（不管震級大?。┑拇蔚卣穑ú还苷鸺壌笮。┑母怕拭芏雀怕拭芏萬(t)為：為：f(t)=vexp(-vt)上式中，上式中，v為某地震年平均發(fā)生的概率，它與重現(xiàn)期為某地震年平均發(fā)生的概率，它

5、與重現(xiàn)期T0為倒數(shù)關(guān)為倒數(shù)關(guān)系，即：系，即： T0=1/v。 于是易得重現(xiàn)期于是易得重現(xiàn)期T0與超越概率與超越概率F(t)的關(guān)系為：的關(guān)系為： T0=1/v=-t/(ln(1-F(t)由上式即可算出事件某時(shí)間段內(nèi)各種超越概率的重現(xiàn)期。如：由上式即可算出事件某時(shí)間段內(nèi)各種超越概率的重現(xiàn)期。如：t=50年，超越概率年，超越概率F(t)=10%的地震，其重現(xiàn)期為的地震，其重現(xiàn)期為T0=474年。年。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 7抗震設(shè)防烈度的確定：抗震設(shè)防烈度的確定： 一般情況下，一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防烈度可采用中國地震烈度區(qū)一般情況下，一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防烈度可采用中國地震烈度區(qū)劃圖的劃圖的地震基本烈

6、度地震基本烈度；對做過抗震防災(zāi)規(guī)劃的城市，可按批；對做過抗震防災(zāi)規(guī)劃的城市，可按批準(zhǔn)的抗震設(shè)防區(qū)劃進(jìn)行抗震設(shè)防。準(zhǔn)的抗震設(shè)防區(qū)劃進(jìn)行抗震設(shè)防。 抗震設(shè)防烈度是一個(gè)地區(qū)的設(shè)防依據(jù)，不能隨意提高或降低抗震設(shè)防烈度是一個(gè)地區(qū)的設(shè)防依據(jù)，不能隨意提高或降低，具體工程的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)可按業(yè)主要求提高。，具體工程的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)可按業(yè)主要求提高。 我國采取的是我國采取的是6 6度起度起設(shè)防的方針。設(shè)防的方針。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 8中國地震烈度區(qū)劃圖中國地震烈度區(qū)劃圖 地震烈度區(qū)劃圖地震烈度區(qū)劃圖是指在地圖上按地震是指在地圖上按地震基本烈基本烈度的差異度的差異劃分出不同區(qū)域的圖。劃分出不同區(qū)域的圖。 各地

7、區(qū)的基本烈度由各地區(qū)的基本烈度由中國地震動參數(shù)區(qū)劃中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖圖（GB18306-2001)GB18306-2001)確定。確定。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 9分類分類按其受地震破壞時(shí)產(chǎn)生的后果嚴(yán)重程度按其受地震破壞時(shí)產(chǎn)生的后果嚴(yán)重程度甲類建筑甲類建筑(特殊設(shè)防類特殊設(shè)防類) )指重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害指重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑的建筑, ,這類建筑的破壞會導(dǎo)致嚴(yán)重后果這類建筑的破壞會導(dǎo)致嚴(yán)重后果, ,是特別是特別重要的建筑重要的建筑，需國家批準(zhǔn)需國家批準(zhǔn)。乙類建筑乙類建筑( (重點(diǎn)設(shè)防類重點(diǎn)設(shè)防類) )指地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的

8、建筑。指地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的建筑。是重要建筑是重要建筑，如如城市的生命線工程城市的生命線工程 ( (供水供水，供電供電，交通交通，消防通訊等系統(tǒng)消防通訊等系統(tǒng) ) )丙類建筑丙類建筑( (標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類) )一般性建筑。一般的工業(yè)民用建筑一般性建筑。一般的工業(yè)民用建筑丁類建筑丁類建筑( (適度設(shè)防類適度設(shè)防類) )抗震次要建筑抗震次要建筑5.1.2 5.1.2 建筑抗震設(shè)防類別建筑抗震設(shè)防類別I I 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 10分類分類地震作用地震作用抗震措施抗震措施甲類建筑甲類建筑(特殊設(shè)防類特殊設(shè)防類) )按批準(zhǔn)的地震安全按批準(zhǔn)的地震安全性評價(jià)結(jié)果及高于性評價(jià)

9、結(jié)果及高于設(shè)防烈度要求確定設(shè)防烈度要求確定在在68度設(shè)防區(qū)度設(shè)防區(qū), ,應(yīng)按設(shè)防烈應(yīng)按設(shè)防烈度提高一度加強(qiáng)，當(dāng)度提高一度加強(qiáng)，當(dāng)9 9度時(shí)，度時(shí)，應(yīng)比應(yīng)比9 9度更高度更高乙類建筑乙類建筑( (重點(diǎn)設(shè)防類重點(diǎn)設(shè)防類) )按設(shè)防烈度確定按設(shè)防烈度確定按提高一度的要求考慮，按提高一度的要求考慮， 但但9 9度時(shí)，應(yīng)比度時(shí)，應(yīng)比9 9度更高度更高丙類建筑丙類建筑( (標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類) )按設(shè)防烈度確定按設(shè)防烈度確定按設(shè)防烈度確定按設(shè)防烈度確定丁類建筑丁類建筑( (適度設(shè)防類適度設(shè)防類) )按設(shè)防烈度確定按設(shè)防烈度確定允許適當(dāng)降低要求，但允許適當(dāng)降低要求，但6 6 度度時(shí)不應(yīng)降低時(shí)不應(yīng)降低5.1

10、.2 5.1.2 建筑抗震設(shè)防類別建筑抗震設(shè)防類別II II 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 115.1.3 5.1.3 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 小震不壞小震不壞：即當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地即當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震時(shí)，一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用；震時(shí)，一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用；第一水準(zhǔn)第一水準(zhǔn) 中震可修中震可修：即遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震時(shí)，即遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震時(shí)，建筑物可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。建筑物可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。 大震不倒大震不倒：即當(dāng)遭受到本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇

11、即當(dāng)遭受到本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震時(shí)，建筑物不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。地震時(shí)，建筑物不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。第二水準(zhǔn)第二水準(zhǔn)第三水準(zhǔn)第三水準(zhǔn) 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 12抗震規(guī)范采用兩階段設(shè)計(jì)方法抗震規(guī)范采用兩階段設(shè)計(jì)方法如何保證三水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求呢如何保證三水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求呢? 對絕大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)來說，不需要進(jìn)行第二水準(zhǔn)的抗震設(shè)計(jì)，僅對少對絕大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)來說，不需要進(jìn)行第二水準(zhǔn)的抗震設(shè)計(jì)，僅對少部特別重要的或存在薄弱部位的建筑物，才需要做第二水準(zhǔn)的抗震設(shè)計(jì)部特別重要的或存在薄弱部位的建筑物，才需要做第二水準(zhǔn)的抗震設(shè)計(jì) 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 1

12、3選材和施工選材和施工選擇有利場地選擇有利場地結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震結(jié)構(gòu)體系抗震結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)控制新技術(shù)結(jié)構(gòu)控制新技術(shù)有利地基和基礎(chǔ)有利地基和基礎(chǔ)建筑平面和立面布置建筑平面和立面布置工程抗工程抗震設(shè)計(jì)震設(shè)計(jì) 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 145.2.1 5.2.1 選擇有利的抗震場地選擇有利的抗震場地 選擇建筑物場地，應(yīng)根據(jù)工程需要，掌握地震活動情況、工選擇建筑物場地，應(yīng)根據(jù)工程需要，掌握地震活動情況、工程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關(guān)資料，作出綜合分析。程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關(guān)資料，作出綜合分析。 地段類別地段類別 地質(zhì)、地形、地貌地質(zhì)、地形、地貌有利地段有利地段穩(wěn)定基巖，堅(jiān)硬土，穩(wěn)定基巖，堅(jiān)硬土，開闊、

13、平坦、密實(shí)、均勻開闊、平坦、密實(shí)、均勻的中硬土等的中硬土等不利地段不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非巖質(zhì)的軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非巖質(zhì)的陡坡，河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不陡坡，河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層（如古河道、疏松的斷破裂帶、暗埋的塘浜溝谷和半均勻的土層（如古河道、疏松的斷破裂帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基）等填半挖地基）等危險(xiǎn)地段危險(xiǎn)地段地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯位的部位帶上可能

14、發(fā)生地表錯位的部位 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 15 同一結(jié)構(gòu)單元同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土截然不同的地基土上；上； 不宜不宜部分部分采用采用天然天然地基，地基，部分部分采用采用樁基樁基； 當(dāng)?shù)鼗挟?dāng)?shù)鼗熊浫躔ね淋浫躔ね痢⒖梢夯量梢夯痢⑿陆钔列陆钔粱蚧驀?yán)重不均勻土嚴(yán)重不均勻土?xí)r，時(shí)，應(yīng)采取地基處理措施應(yīng)采取地基處理措施加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛性加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛性，以防止地震引，以防止地震引起的動態(tài)和永久的不均勻變形；起的動態(tài)和永久的不均勻變形； 在地基穩(wěn)定的條件下，還應(yīng)考慮在地基穩(wěn)定的條件下，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)與地基的振動性結(jié)構(gòu)與地基的振動性，力求，力求避

15、避免共振免共振影響。影響。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 16 建筑平面和立面布置宜建筑平面和立面布置宜對稱、規(guī)則對稱、規(guī)則，力求是，力求是質(zhì)量和剛度變化質(zhì)量和剛度變化均勻均勻。 規(guī)則結(jié)構(gòu)規(guī)則結(jié)構(gòu)是指：建筑的立面和豎面剖面規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛是指：建筑的立面和豎面剖面規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 17水平布置形式水平布置形式豎向布置形式豎向布置形式 2021-12

16、-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 18在選擇建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)，應(yīng)符合以下要求：在選擇建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)，應(yīng)符合以下要求： 1.1.應(yīng)具有明確的應(yīng)具有明確的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖和合理的和合理的地震作用傳遞途徑地震作用傳遞途徑。 2.2.宜有宜有多道抗震防線多道抗震防線，應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致，應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓Φ某休d作用。整個(gè)結(jié)構(gòu)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓Φ某休d作用。 3.3.應(yīng)具備必要的應(yīng)具備必要的強(qiáng)度強(qiáng)度、良好的、良好的變形能力和耗能能力。變形能力和耗能能力。 4.4.宜具有宜具有合理的剛度和強(qiáng)度分布合理的剛度和強(qiáng)度分布，避免因局部削弱或突變形，避免因局部

17、削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中；對可能成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中；對可能出現(xiàn)的薄弱部位，采取措施提高抗震能力。出現(xiàn)的薄弱部位，采取措施提高抗震能力。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 195.2.5 5.2.5 選擇合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)件選擇合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震構(gòu)件的選擇：抗震構(gòu)件的選擇：砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按規(guī)定設(shè)置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)圈梁、構(gòu)造柱、柱芯或砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按規(guī)定設(shè)置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)圈梁、構(gòu)造柱、柱芯或采用鋼筋砌體和組合砌體。采用鋼筋砌體和組合砌體。混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)合理選擇構(gòu)件尺寸、配置縱向鋼筋和箍筋?；炷两Y(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)合理選擇構(gòu)件尺寸、配置縱向鋼筋和箍筋。鋼結(jié)構(gòu)

18、構(gòu)件應(yīng)合理控制構(gòu)件尺寸，防止局部或整體失穩(wěn)。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)合理控制構(gòu)件尺寸，防止局部或整體失穩(wěn)。結(jié)構(gòu)各構(gòu)件之間的連接設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)各構(gòu)件之間的連接設(shè)計(jì)：構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度，不應(yīng)低于其連接構(gòu)件的強(qiáng)度。構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度，不應(yīng)低于其連接構(gòu)件的強(qiáng)度。預(yù)埋件的錨固強(qiáng)度，不應(yīng)低于連接件的強(qiáng)度。預(yù)埋件的錨固強(qiáng)度，不應(yīng)低于連接件的強(qiáng)度。裝配式結(jié)構(gòu)的連接，應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)的整體性。裝配式結(jié)構(gòu)的連接，應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)的整體性。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 205.2.6 5.2.6 處理好非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系處理好非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系 附著于樓、屋面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)與主體有可靠的連附著于樓、屋面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的非結(jié)構(gòu)

19、構(gòu)件應(yīng)與主體有可靠的連接或錨固接或錨固。 維護(hù)墻與隔墻應(yīng)考慮對主體結(jié)構(gòu)抗震有利或不利的影響維護(hù)墻與隔墻應(yīng)考慮對主體結(jié)構(gòu)抗震有利或不利的影響。 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)合理控制構(gòu)件尺寸，防止局部或整體失穩(wěn)。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)合理控制構(gòu)件尺寸，防止局部或整體失穩(wěn)。 幕墻、裝飾貼面與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的連接。幕墻、裝飾貼面與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的連接。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 215.2.7 5.2.7 注意材料的選用和施工質(zhì)量注意材料的選用和施工質(zhì)量抗震結(jié)構(gòu)的對材料和施工質(zhì)量的要求應(yīng)在設(shè)計(jì)文件上注明，抗震結(jié)構(gòu)的對材料和施工質(zhì)量的要求應(yīng)在設(shè)計(jì)文件上注明，并保證切實(shí)執(zhí)行。并保證切實(shí)執(zhí)行。5.2.8 5.2.8 采用結(jié)

20、構(gòu)控制新技術(shù)采用結(jié)構(gòu)控制新技術(shù)隔振與耗能減震結(jié)構(gòu)體系廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代抗震結(jié)構(gòu)中，隔振隔振與耗能減震結(jié)構(gòu)體系廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代抗震結(jié)構(gòu)中，隔振體系是通過延長結(jié)構(gòu)的自震周期來減小結(jié)構(gòu)的水平地震作用，體系是通過延長結(jié)構(gòu)的自震周期來減小結(jié)構(gòu)的水平地震作用，而耗能減震體系是通過耗能器增加結(jié)構(gòu)阻尼來減小結(jié)構(gòu)在地而耗能減震體系是通過耗能器增加結(jié)構(gòu)阻尼來減小結(jié)構(gòu)在地震下的位移。震下的位移。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 225.3.1 5.3.1 概概 述述5.3.2 5.3.2 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)單自由度彈性體系的地震反應(yīng)5.3.3 5.3.3 單自由度彈性體系的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜單自由度彈性

21、體系的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜5.3.4 5.3.4 多自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析多自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 振型分解反應(yīng)譜法振型分解反應(yīng)譜法5.3.5 5.3.5 計(jì)算水平地震作用的底部剪力法計(jì)算水平地震作用的底部剪力法5.3.6 5.3.6 長周期結(jié)構(gòu)地震內(nèi)力的調(diào)整長周期結(jié)構(gòu)地震內(nèi)力的調(diào)整5.3.7 5.3.7 結(jié)構(gòu)自振周期的計(jì)算結(jié)構(gòu)自振周期的計(jì)算 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 23結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)：由地震動引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形、位移及結(jié)構(gòu)運(yùn)由地震動引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形、位移及結(jié)構(gòu)運(yùn)動速度與加速度等統(tǒng)稱動速度與加速度等統(tǒng)稱結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。 地震時(shí)，地面上原來靜

22、止的結(jié)構(gòu)物因地面運(yùn)動而產(chǎn)生強(qiáng)迫振地震時(shí)，地面上原來靜止的結(jié)構(gòu)物因地面運(yùn)動而產(chǎn)生強(qiáng)迫振動。因此，動。因此，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)是一種動力反應(yīng)，其大小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)是一種動力反應(yīng)，其大小( (振動幅值振動幅值) )不僅與地面運(yùn)動有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)動力特性不僅與地面運(yùn)動有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)動力特性( (自振周期、振型和自振周期、振型和阻尼阻尼) )有關(guān)，有關(guān)，一般需采用一般需采用結(jié)構(gòu)動力學(xué)方法結(jié)構(gòu)動力學(xué)方法分析才能得到。分析才能得到。 5.3.1 5.3.1 概概 述述 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 24 結(jié)構(gòu)工程中結(jié)構(gòu)工程中“作用作用”一詞，指能引起一詞，指能引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形變形等反應(yīng)等反應(yīng)的各種因素。按

23、引起結(jié)構(gòu)反應(yīng)的方式不同，的各種因素。按引起結(jié)構(gòu)反應(yīng)的方式不同，“作用作用”可分為可分為直接直接作用作用與與間接作用：間接作用：各種各種荷載荷載（如重力、風(fēng)載、土壓力等）為（如重力、風(fēng)載、土壓力等）為直接作用。直接作用。各種各種非荷載作用非荷載作用（如溫度、基礎(chǔ)沉降等）為間接作用。（如溫度、基礎(chǔ)沉降等）為間接作用。結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)是地震動通過結(jié)構(gòu)慣性引起的，因此地震作用結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)是地震動通過結(jié)構(gòu)慣性引起的，因此地震作用（即結(jié)構(gòu)地震慣性力）是（即結(jié)構(gòu)地震慣性力）是間接作用間接作用，而不稱為荷載。，而不稱為荷載。5.3.1 5.3.1 概概 述述 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 25 結(jié)構(gòu)動力計(jì)算簡圖

24、結(jié)構(gòu)的確定結(jié)構(gòu)動力計(jì)算簡圖結(jié)構(gòu)的確定：這是地震反應(yīng)分析的第一步。：這是地震反應(yīng)分析的第一步。由于結(jié)構(gòu)的慣性是由于結(jié)構(gòu)的慣性是質(zhì)量質(zhì)量引起的，因此結(jié)構(gòu)動力計(jì)算簡圖的引起的，因此結(jié)構(gòu)動力計(jì)算簡圖的核核心內(nèi)容心內(nèi)容是是結(jié)構(gòu)質(zhì)量的描述結(jié)構(gòu)質(zhì)量的描述。描述結(jié)構(gòu)質(zhì)量的方法有兩種，（。描述結(jié)構(gòu)質(zhì)量的方法有兩種，（1 1）連續(xù)化描述連續(xù)化描述（分布質(zhì)量），（分布質(zhì)量），（2 2）集中化描述集中化描述（集中質(zhì)量）。（集中質(zhì)量）。 如采用連續(xù)化方法描述結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，結(jié)構(gòu)的運(yùn)動方程將為偏如采用連續(xù)化方法描述結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，結(jié)構(gòu)的運(yùn)動方程將為偏微分方程的形式，而一般情況下微分方程的形式，而一般情況下偏微分方程的求解和實(shí)際應(yīng)

25、偏微分方程的求解和實(shí)際應(yīng)用不方便用不方便。因此，。因此，工程上常采用集中化方法描述結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，工程上常采用集中化方法描述結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，以此確定結(jié)構(gòu)動力計(jì)算簡圖以此確定結(jié)構(gòu)動力計(jì)算簡圖。5.3.1 5.3.1 概概 述述 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 26采用采用集中質(zhì)量方法集中質(zhì)量方法確定結(jié)構(gòu)動力計(jì)算簡圖時(shí)，需先定出結(jié)構(gòu)確定結(jié)構(gòu)動力計(jì)算簡圖時(shí)，需先定出結(jié)構(gòu)質(zhì)量集中位置質(zhì)量集中位置?？扇〗Y(jié)構(gòu)各區(qū)域主要質(zhì)量的質(zhì)心為質(zhì)量集中。可取結(jié)構(gòu)各區(qū)域主要質(zhì)量的質(zhì)心為質(zhì)量集中位置，位置，將該區(qū)域主要質(zhì)量集中在該點(diǎn)上將該區(qū)域主要質(zhì)量集中在該點(diǎn)上，忽略其他次要質(zhì)量，忽略其他次要質(zhì)量或?qū)⒋我|(zhì)量合并到相鄰主要質(zhì)量的質(zhì)

26、點(diǎn)上去?；?qū)⒋我|(zhì)量合并到相鄰主要質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)上去。確定結(jié)構(gòu)各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的確定結(jié)構(gòu)各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的獨(dú)立參量數(shù)獨(dú)立參量數(shù)為結(jié)構(gòu)運(yùn)動體系的為結(jié)構(gòu)運(yùn)動體系的自由度自由度。各種結(jié)構(gòu)自由度的確定示例如下圖。各種結(jié)構(gòu)自由度的確定示例如下圖。5.3.1 5.3.1 概概 述述 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 28結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展1.1.靜力理論階段靜力理論階段-靜力法靜力法19201920年，日本大森房吉提出。年，日本大森房吉提出。假設(shè)建筑物為絕對剛體。假設(shè)建筑物為絕對剛體。)(txg m)(txmg 地震作用地震作用: :GkxgGxmFggmaxmax gxkgmax -地震系數(shù)地震系數(shù)將將

27、F F作為靜荷載，按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)。作為靜荷載，按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)。5.3.1 5.3.1 概概 述述 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 292.2.定函數(shù)理論定函數(shù)理論tatxgcos)(由前蘇聯(lián)扎夫里耶夫首先提出，他認(rèn)為地震地面運(yùn)動可用余弦函由前蘇聯(lián)扎夫里耶夫首先提出，他認(rèn)為地震地面運(yùn)動可用余弦函數(shù)來描述，也即地面位移為數(shù)來描述，也即地面位移為: :teatxniitigi1sin)(前蘇聯(lián)的柯爾琴斯基提出地面運(yùn)動可用若干個(gè)不同振幅、不同阻前蘇聯(lián)的柯爾琴斯基提出地面運(yùn)動可用若干個(gè)不同振幅、不同阻尼和不同頻率的衰減正弦函數(shù)的和來表示，也即尼和不同頻率的衰減正弦函數(shù)

28、的和來表示，也即: :5.3.1 5.3.1 概概 述述 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 303.3.反應(yīng)譜理論反應(yīng)譜理論-反應(yīng)譜法（反應(yīng)譜法（ 1940 1940年美國皮奧特提出年美國皮奧特提出）地震作用：地震作用：GkFGk-重力荷載代表值重力荷載代表值-地震系數(shù)（反映震級、震中距、地基等的影響）地震系數(shù)（反映震級、震中距、地基等的影響）-動力系數(shù)動力系數(shù)( (反映結(jié)構(gòu)的特性反映結(jié)構(gòu)的特性, ,如周期、阻尼等的影響如周期、阻尼等的影響) )按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)。按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)。是目前世界上普遍采用的方法。是目前世界上普遍采用的方法。5.3.1 5.3.1 概概

29、 述述 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 31反應(yīng)譜法的缺點(diǎn)：反應(yīng)譜法的缺點(diǎn)：1.1.盡管考慮了結(jié)構(gòu)動力特性，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然把盡管考慮了結(jié)構(gòu)動力特性，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然把地震慣性力作地震慣性力作為靜力為靜力來對待，所以它只能稱為來對待，所以它只能稱為準(zhǔn)動力理論準(zhǔn)動力理論。2.2.表征地震動的表征地震動的三要素三要素是是振幅振幅、頻譜頻譜和和持時(shí)持時(shí)。在制作反應(yīng)譜過程中。在制作反應(yīng)譜過程中雖然考慮了其中的前兩個(gè)要素，但始終未能反映地震動持續(xù)時(shí)間對雖然考慮了其中的前兩個(gè)要素，但始終未能反映地震動持續(xù)時(shí)間對結(jié)構(gòu)破壞程度的重要影響。結(jié)構(gòu)破壞程度的重要影響。3. 3. 反應(yīng)譜是根據(jù)彈性結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)繪制

30、反應(yīng)譜是根據(jù)彈性結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)繪制的，引用反映結(jié)構(gòu)延性的的，引用反映結(jié)構(gòu)延性的結(jié)構(gòu)影響系數(shù)后，也只能籠統(tǒng)地給出結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)的結(jié)構(gòu)整結(jié)構(gòu)影響系數(shù)后，也只能籠統(tǒng)地給出結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)的結(jié)構(gòu)整體最大地震反應(yīng)，體最大地震反應(yīng)，不能給出結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的全過程，更不能給出地不能給出結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的全過程，更不能給出地震過程中各構(gòu)件進(jìn)入彈塑性變形階段的內(nèi)力和變形狀態(tài)，因而也就震過程中各構(gòu)件進(jìn)入彈塑性變形階段的內(nèi)力和變形狀態(tài)，因而也就無法找出結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。無法找出結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。5.3.1 5.3.1 概概 述述 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 324.4.直接動力分析理論直接動力分析理論-時(shí)程分析法時(shí)程

31、分析法 將實(shí)際地震加速度時(shí)程記錄（簡稱地震記錄將實(shí)際地震加速度時(shí)程記錄（簡稱地震記錄 Earthquake Earthquake RecordRecord）作為動荷載輸入，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析。）作為動荷載輸入，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：由于需要準(zhǔn)備包括由于需要準(zhǔn)備包括場地地震波等在內(nèi)的大量數(shù)據(jù)場地地震波等在內(nèi)的大量數(shù)據(jù)，且，且其計(jì)算繁瑣，難以在實(shí)際工程應(yīng)用中廣泛推廣。其計(jì)算繁瑣，難以在實(shí)際工程應(yīng)用中廣泛推廣。5.3.1 5.3.1 概概 述述 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 335.5.非線性靜力分析方法（非線性靜力分析方法（Push Over Analysis)Push Ov

32、er Analysis) 又稱推倒法，又稱推倒法，是一個(gè)用于預(yù)測地震引起的力和變形需求和能是一個(gè)用于預(yù)測地震引起的力和變形需求和能力的方法力的方法。其。其基本原理基本原理是：在結(jié)構(gòu)分析模型上施加按某種方是：在結(jié)構(gòu)分析模型上施加按某種方式式( (如均勻荷載，倒三角形荷載等如均勻荷載，倒三角形荷載等) )模擬地震水平慣性力的側(cè)模擬地震水平慣性力的側(cè)向力，并逐級單調(diào)加大，直到結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的狀態(tài)向力，并逐級單調(diào)加大，直到結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的狀態(tài)( (位移超限位移超限或達(dá)到目標(biāo)位移或達(dá)到目標(biāo)位移) )，然后評估結(jié)構(gòu)的性能。，然后評估結(jié)構(gòu)的性能。5.3.1 5.3.1 概概 述述 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué)

33、 34 此外，有用此外，有用隨機(jī)振動理論隨機(jī)振動理論來分析結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)統(tǒng)計(jì)特征的，來分析結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)統(tǒng)計(jì)特征的，有以有以地震時(shí)輸入結(jié)構(gòu)的能量地震時(shí)輸入結(jié)構(gòu)的能量進(jìn)行設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)所吸收的能量不致進(jìn)行設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)所吸收的能量不致造成結(jié)構(gòu)破壞的理論等。但造成結(jié)構(gòu)破壞的理論等。但這些方法還沒有進(jìn)入抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，這些方法還沒有進(jìn)入抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，因此未被抗震設(shè)計(jì)使用因此未被抗震設(shè)計(jì)使用 。5.3.1 5.3.1 概概 述述 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 35與各類型結(jié)構(gòu)相應(yīng)的地震作用分析方法：與各類型結(jié)構(gòu)相應(yīng)的地震作用分析方法：1 1、不超過、不超過40m40m的規(guī)則結(jié)構(gòu)：底部剪力法的規(guī)則結(jié)構(gòu)：底部剪力

34、法2 2、一般的規(guī)則結(jié)構(gòu)：兩個(gè)主軸的振型分解反應(yīng)譜法、一般的規(guī)則結(jié)構(gòu)：兩個(gè)主軸的振型分解反應(yīng)譜法3 3、質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱結(jié)構(gòu)：、質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱結(jié)構(gòu)： 考慮扭轉(zhuǎn)或雙向地震作用的振型分解反應(yīng)譜法考慮扭轉(zhuǎn)或雙向地震作用的振型分解反應(yīng)譜法4 4、8 8、9 9度時(shí)的大跨、長懸臂結(jié)構(gòu)和度時(shí)的大跨、長懸臂結(jié)構(gòu)和9 9度的高層建筑：度的高層建筑： 考慮豎向地震作用考慮豎向地震作用5 5、特別不規(guī)則、甲類和超過規(guī)定范圍的高層建筑：、特別不規(guī)則、甲類和超過規(guī)定范圍的高層建筑： 一維或二維時(shí)程分析法的補(bǔ)充計(jì)算一維或二維時(shí)程分析法的補(bǔ)充計(jì)算5.3.1 5.3.1 概概 述述 2021-12-9 防

35、災(zāi)減災(zāi)學(xué) 36 某些某些簡單的建筑結(jié)構(gòu)簡單的建筑結(jié)構(gòu)，例如等高單層廠房，因其質(zhì)量絕大部，例如等高單層廠房，因其質(zhì)量絕大部分集中于屋蓋，故在進(jìn)行地震反應(yīng)分析時(shí)，可將該結(jié)構(gòu)中參分集中于屋蓋，故在進(jìn)行地震反應(yīng)分析時(shí)，可將該結(jié)構(gòu)中參與振動的所有質(zhì)量按動能等效的原理全部折算至屋蓋，而將與振動的所有質(zhì)量按動能等效的原理全部折算至屋蓋，而將柱子視作一無重量的彈性直桿，這樣就形成了一個(gè)單質(zhì)點(diǎn)彈柱子視作一無重量的彈性直桿，這樣就形成了一個(gè)單質(zhì)點(diǎn)彈性體系。若忽略桿的軸向變形，當(dāng)該體系只做水平單向振動性體系。若忽略桿的軸向變形，當(dāng)該體系只做水平單向振動時(shí)，質(zhì)點(diǎn)只有單向水平位移，故為一個(gè)單自由度彈性體系。時(shí)，質(zhì)點(diǎn)只有

36、單向水平位移，故為一個(gè)單自由度彈性體系。又如水塔，因其質(zhì)量絕大部分集中于塔頂儲水柜處，故亦可又如水塔，因其質(zhì)量絕大部分集中于塔頂儲水柜處，故亦可按單質(zhì)點(diǎn)體系來分析其振動。按單質(zhì)點(diǎn)體系來分析其振動。5.3.2 5.3.2 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 37一、地震作用下單自由度體系的運(yùn)動方程一、地震作用下單自由度體系的運(yùn)動方程)(tx)(txgmm)(gxxm kxxc質(zhì)點(diǎn)位移質(zhì)點(diǎn)位移)()()(txtxtXg質(zhì)點(diǎn)加速度質(zhì)點(diǎn)加速度)()()(txtxtXg 慣性力慣性力)()(gxmxmtI 彈性恢復(fù)力彈性恢復(fù)力kxtS)(阻尼力阻

37、尼力xctR)(gxmkxxcxm 運(yùn)動方程運(yùn)動方程5.3.2 5.3.2 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 38二、單自由度體系動力學(xué)分析回顧二、單自由度體系動力學(xué)分析回顧1.1.單自由度體系自由振動單自由度體系自由振動（1 1）無阻尼時(shí)）無阻尼時(shí)0kxxm 02xx mk2)sincos()(00txtxtxmcmk2,20kxxcxm 022xxx )sincos()(dd000txxtxetxdt1時(shí)時(shí)（2 2）有阻尼時(shí)）有阻尼時(shí)5.3.2 5.3.2 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析自振頻率自振頻

38、率 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 39)(tP)(tx)(tPttt 沖量法：沖量法：將將荷載荷載P(t)P(t)轉(zhuǎn)化成一系列連續(xù)作用的轉(zhuǎn)化成一系列連續(xù)作用的沖量沖量，求出每，求出每個(gè)沖量引起的位移后將這些位移相加即為動荷載引起的位移。個(gè)沖量引起的位移后將這些位移相加即為動荷載引起的位移。2.2.單自由度體系受迫振動單自由度體系受迫振動5.3.2 5.3.2 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 40m)(tP)(tx0 xmP（1 1）瞬時(shí)沖量的反應(yīng)）瞬時(shí)沖量的反應(yīng))(tPttPa.a.t=0 時(shí)作用瞬時(shí)沖量時(shí)作用瞬時(shí)沖量mS20)(

39、21mPx0txtxtxsincos)(00tmPsinb. b. 時(shí)刻作用瞬時(shí)沖量時(shí)刻作用瞬時(shí)沖量)(tPttP)(sin)(tmPtx5.3.2 5.3.2 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 41(2)(2)動荷載的位移反應(yīng)動荷載的位移反應(yīng)m)(tP)(ty)(tPtt)(PdtmPtyt)(sin)()(0-杜哈美積分杜哈美積分d )(sin)()(0)(tDtDtemPty計(jì)阻尼時(shí)：計(jì)阻尼時(shí)：若若t=0 時(shí)體系有初位移、初速度時(shí)體系有初位移、初速度d )(sin)()sin()(0)(tDtDDttemPtAety5.3.2

40、5.3.2 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 42三、單自由度體系地震作用分析三、單自由度體系地震作用分析gxmkxxcxm 運(yùn)動方程運(yùn)動方程mtFxxxe/ )(22 或或mcmk2,2其中其中g(shù)exmtF )(ttteFmtx0d)(Edd)(sin)(1)(由由Duhamel積分可得零初始條件下質(zhì)點(diǎn)相對于地面的位移為積分可得零初始條件下質(zhì)點(diǎn)相對于地面的位移為tttex0d)(gdd)(sin)(1 max0)(gmaxd)(sin)(1)(ttdtextxS 最大位最大位移反應(yīng)移反應(yīng)5.3.2 5.3.2 單自由度彈性體系的地震

41、反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 43質(zhì)點(diǎn)相對于地面的速度為：質(zhì)點(diǎn)相對于地面的速度為：max0)(gmaxd)(sin)()(ttvtextxS 質(zhì)點(diǎn)相對于地面的最大速度反應(yīng)為：質(zhì)點(diǎn)相對于地面的最大速度反應(yīng)為：tdtgdttdtextexdtdxtx0)(0d)(g)(sin)(d)(cos)()( 5.3.2 5.3.2 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 44xxxxg22 質(zhì)點(diǎn)的絕對加速度為：質(zhì)點(diǎn)的絕對加速度為：tttex0d)(gd2d)(sin)( tdtgdttdtextex0)(220

42、d)(g)(sin)(2d)(cos)(2 質(zhì)點(diǎn)相對于地面的最大加速度反應(yīng)為：質(zhì)點(diǎn)相對于地面的最大加速度反應(yīng)為：max0)(gmaxd)(sin)()(ttgatexxtxS 5.3.2 5.3.2 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 45四、地震反應(yīng)譜四、地震反應(yīng)譜在阻尼比、地面運(yùn)動確定后，最大反應(yīng)只是結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)。在阻尼比、地面運(yùn)動確定后，最大反應(yīng)只是結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)。 地震反應(yīng)譜地震反應(yīng)譜：在給定的地震作用下，單自由度體系的最大位：在給定的地震作用下，單自由度體系的最大位移反應(yīng)、速度反應(yīng)和加速度反應(yīng)與體系自振周期的關(guān)系曲線移反應(yīng)、

43、速度反應(yīng)和加速度反應(yīng)與體系自振周期的關(guān)系曲線稱為該體系的稱為該體系的地震反應(yīng)譜地震反應(yīng)譜。用作計(jì)算在地震作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)用作計(jì)算在地震作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。力和變形。5.3.2 5.3.2 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 46四、地震反應(yīng)譜四、地震反應(yīng)譜最大相對速度最大相對速度最大加速度最大加速度最大反應(yīng)之間的關(guān)系最大反應(yīng)之間的關(guān)系dvaSSS2max0)(gmaxd)(sin)(1)(ttdtextxS max0)(gmaxd)(sin)()(ttvtextxS max0)(gmaxd)(sin)()(ttgatexxtxS 最大

44、相對位移最大相對位移5.3.2 5.3.2 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 47max0)(gd)(sin)(1ttdtexS 位移反應(yīng)譜位移反應(yīng)譜t)( tyg Elcentro 1940 （N-S） 地震記錄)(ms2)(s 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 48相對速度反應(yīng)譜相對速度反應(yīng)譜max0)(gmaxd)(sin)()(ttvtextxS t)( tyg Elcentro 1940 （N-S） 地震記錄)(ms2)(s 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 49絕對加速度反應(yīng)譜絕對加速度反應(yīng)譜t)( tyg Elcentro

45、1940 （N-S） 地震記錄)(ms2)(smax0)(gmaxd)(sin)()(ttgatexxtxS 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 50相對位移反應(yīng)譜相對位移反應(yīng)譜絕對加速度反應(yīng)譜絕對加速度反應(yīng)譜相對速度反應(yīng)譜相對速度反應(yīng)譜地震反應(yīng)譜的特點(diǎn)：地震反應(yīng)譜的特點(diǎn)：1.1.阻尼比對反應(yīng)譜影響很大阻尼比對反應(yīng)譜影響很大2.2.對于加速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小對于加速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某個(gè)值時(shí)幅值隨周期急劇增大，于某個(gè)值時(shí)幅值隨周期急劇增大，大于某個(gè)值時(shí)，快速下降。大于某個(gè)值時(shí)，快速下降。3.3.對于速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某個(gè)對于速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某個(gè) 值時(shí)幅值隨周期增大，隨后

46、趨于常數(shù)。值時(shí)幅值隨周期增大，隨后趨于常數(shù)。4.4.對于位移反應(yīng)譜，幅值隨周期增大。對于位移反應(yīng)譜，幅值隨周期增大。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 51五、不同場地條件對反應(yīng)譜的影響五、不同場地條件對反應(yīng)譜的影響 地震反應(yīng)譜是現(xiàn)階段計(jì)算地震作用的基礎(chǔ)，通過反應(yīng)譜把隨地震反應(yīng)譜是現(xiàn)階段計(jì)算地震作用的基礎(chǔ)，通過反應(yīng)譜把隨時(shí)程變化的地震作用轉(zhuǎn)化為最大的等效側(cè)向力。時(shí)程變化的地震作用轉(zhuǎn)化為最大的等效側(cè)向力。gSa/周期（周期（s)s)巖石巖石堅(jiān)硬場地堅(jiān)硬場地厚的無粘性土層厚的無粘性土層軟土層軟土層結(jié)構(gòu)的阻尼比和場地條件對反應(yīng)譜有很大影響。結(jié)構(gòu)的阻尼比和場地條件對反應(yīng)譜有很大影響。5.3.2 5.3.

47、2 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 525.3.3 5.3.3 單自由度彈性體系的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜單自由度彈性體系的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜一、單自由度體系的水平地震作用一、單自由度體系的水平地震作用 對于單自由度體系，把慣性力看作地震對結(jié)構(gòu)體系影響的等對于單自由度體系，把慣性力看作地震對結(jié)構(gòu)體系影響的等效力，用它對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算。效力，用它對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)在地震持續(xù)過程中經(jīng)結(jié)構(gòu)在地震持續(xù)過程中經(jīng)受的最大地震作用為受的最大地震作用為：agmStxtxmtFFmaxmax)()()( GkGgtxtxSmgg

48、gamaxmax)()( G-集中于質(zhì)點(diǎn)處的重力荷載代表值；集中于質(zhì)點(diǎn)處的重力荷載代表值；g-重力加速度重力加速度max)(txSga -動力系數(shù)動力系數(shù)gtxkgmax)( -地震系數(shù)地震系數(shù)k-水平地震影響系數(shù)水平地震影響系數(shù) 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 53max)(txSga max0)(2max)(2sin)()(12ttTggdtTextxT 二、抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜二、抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT 5.3.3 5.3.3 單自由度彈性體系的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜單自由度彈性體系

49、的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 54-地震影響系數(shù)；地震影響系數(shù)；max-地震影響系數(shù)最大值；地震影響系數(shù)最大值；地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.050.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-罕遇地震罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震多遇地震 9 8 7 6地震影響地震影響 烈烈 度度 括號數(shù)字分別對應(yīng)于設(shè)計(jì)基本加速度括號數(shù)字分別對應(yīng)于設(shè)計(jì)基本加速度0.15g0.15g和和0.30g0.30g地區(qū)的地震影響系數(shù)地區(qū)的地震影響系數(shù)T-結(jié)構(gòu)周期；結(jié)構(gòu)周期；5.3.3 5.3.3 單自

50、由度彈性體系的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜單自由度彈性體系的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜gT-特征周期；特征周期；地震特征周期分組的特征周期值（地震特征周期分組的特征周期值（s s）0.90 0.65 0.450.35第三組第三組0.75 0.55 0.400.30第二組第二組0.65 0.45 0.35 0.25第一組第一組 場地類別場地類別-曲線下降段的衰減指數(shù)；曲線下降段的衰減指數(shù)；1-直線下降段的斜率調(diào)直線下降段的斜率調(diào) 整系數(shù)；整系數(shù)；2-阻尼調(diào)整系數(shù)，小于阻尼調(diào)整系數(shù)，小于 0.550.55時(shí)，應(yīng)取時(shí)，應(yīng)取0.550.55。55 . 005. 09 . 08/ )05. 0(02.

51、 017 . 106. 005. 012 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 55三、重力荷載代表值的確定三、重力荷載代表值的確定結(jié)構(gòu)的重力荷載等于結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值結(jié)構(gòu)的重力荷載等于結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值GkGk加上各可變荷載組合值：加上各可變荷載組合值：niikQikQGG1ikQ-第第i i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值；個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Qi-第第i i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)；個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)； 不考慮不考慮 軟鉤吊車軟鉤吊車 0.3 硬鉤吊車硬鉤吊車 0.5 其它民用建筑其它民用建筑 0.8 藏書庫、檔案庫藏書庫、檔案庫 1.0按實(shí)際情況考慮的樓面活荷載按實(shí)際情況考慮的樓面活荷載 不考慮不考

52、慮 屋面活荷載屋面活荷載 0.5屋面積灰荷載屋面積灰荷載 0.5 雪荷載雪荷載組合值系數(shù)組合值系數(shù)可變荷載種類可變荷載種類按等效均布荷載考慮按等效均布荷載考慮的樓面活荷載的樓面活荷載吊車懸吊物重力吊車懸吊物重力組合值系數(shù)組合值系數(shù)5.3.3 5.3.3 單自由度彈性體系的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜單自由度彈性體系的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 56單質(zhì)點(diǎn)體系的地震作用單質(zhì)點(diǎn)體系的地震作用【重點(diǎn)重點(diǎn)】解：（1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期kN/m249601248021222hiKct 4 .71s/m8 . 9/kN700/2gGms336. 024960/4 .71

53、2/2KmT（2）求水平地震影響系數(shù)查表確定max16. 0max地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-罕遇地震罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震多遇地震 9 8 7 6地震影響地震影響烈度烈度例：單層單跨框架。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已知設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，類場地；屋蓋處的重力荷載代表值G=700kN，框架柱線剛度 ,阻尼比為0.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。 mkN106 . 2/4hEIicch=5mh=5m 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 57單質(zhì)點(diǎn)體系的地震

54、作用單質(zhì)點(diǎn)體系的地震作用查表確定gT3 . 0gT地震特征周期分組的特征周期值（s）0.90 0.65 0.450.35第三組第三組0.75 0.55 0.400.30第二組第二組0.65 0.45 0.35 0.25第一組第一組 場地類別場地類別例：單層單跨框架。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已知設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，類場地；屋蓋處的重力荷載代表值G=700kN，框架柱線剛度 ,阻尼比為0.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。 mkN106 . 2/4hEIicch=5mh=5m解： （1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期s336. 0T（2）求水平地震影響系數(shù)16. 0max

55、ggTTT5max2)(TTg)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT 9 . 055 . 005. 09 . 017 . 106. 005. 012144. 016. 0)336. 0/3 . 0(9 . 0 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 58單質(zhì)點(diǎn)體系的地震作用單質(zhì)點(diǎn)體系的地震作用解：例：單層單跨框架。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已知設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，類場地；屋蓋處的重力荷載代表值G=700kN，框架柱線剛度 ,阻尼比為0.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。 mkN106 . 2/

56、4hEIicc（1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期kN/m24960Kt 4 .71ms336. 0T（2）求水平地震影響系數(shù)16. 0maxh=5mh=5m3 . 0gT144. 016. 0)336. 0/3 . 0(9 . 0（3）計(jì)算結(jié)構(gòu)水平地震作用kN8 .100700144.0GF 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 59 振型振型：在振動的任一時(shí)刻，各質(zhì)體位移的比值保持不變，即振：在振動的任一時(shí)刻，各質(zhì)體位移的比值保持不變，即振動形狀保持不變，將此振動形式稱為振型。振型是結(jié)構(gòu)體系的動形狀保持不變，將此振動形式稱為振型。振型是結(jié)構(gòu)體系的固有特性固有特性。它與。它與固有頻率固有頻率相對應(yīng)，為所對應(yīng)

57、的固有頻率體系自相對應(yīng)，為所對應(yīng)的固有頻率體系自身振動的形態(tài)，每一階固有頻率都對應(yīng)一種振型。身振動的形態(tài)，每一階固有頻率都對應(yīng)一種振型。 振型分解反應(yīng)譜法：振型分解反應(yīng)譜法：是利用單自由度體系的加速度設(shè)計(jì)反應(yīng)譜是利用單自由度體系的加速度設(shè)計(jì)反應(yīng)譜和振型分解的原理，求解各階振型對應(yīng)的等效地震作用，然后和振型分解的原理，求解各階振型對應(yīng)的等效地震作用，然后按照一定的組合原則對各階振型的地震作用效應(yīng)進(jìn)行組合，從按照一定的組合原則對各階振型的地震作用效應(yīng)進(jìn)行組合，從而得到多自由度體系的地震作用效應(yīng)。而得到多自由度體系的地震作用效應(yīng)。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 60 振型分解反應(yīng)譜法一般可考慮振型

58、分解反應(yīng)譜法一般可考慮兩種類型的地震作用兩種類型的地震作用：不考慮扭不考慮扭轉(zhuǎn)影響的水平地震作用轉(zhuǎn)影響的水平地震作用和和考慮平扭藕聯(lián)效應(yīng)的地震作用考慮平扭藕聯(lián)效應(yīng)的地震作用。適用條件適用條件 高度不超過高度不超過4040米，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比米，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法計(jì)算。（此為底部剪力法的適用范圍）力法計(jì)算。（此為底部剪力法的適用范圍） 除上述結(jié)構(gòu)以外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用除上述結(jié)構(gòu)以外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用“振型分解反應(yīng)譜法振型分解反應(yīng)譜法”。 特別不

59、規(guī)則的建筑、甲類建筑和規(guī)范規(guī)定的高層建筑，應(yīng)采用特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和規(guī)范規(guī)定的高層建筑，應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 61ii+1m1m2mimn計(jì)算模型簡化示意圖計(jì)算模型簡化示意圖 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 62一一. .多自由度彈性體系動力分析多自由度彈性體系動力分析1.1.自由振動分析自由振動分析 0ykym 運(yùn)動方程運(yùn)動方程11212111ymykyk 22222121ymykyk 設(shè)方程的特解為設(shè)方程的特解為)sin()sin(2211tXytXy0121212111XmXkXk0222222121XmXkXk1

60、)(1ty2)(2ty00)00(2122122211211XXmmkkkk 0)(2Xmk 02mk-頻率方程頻率方程 （動力特征值方程）（動力特征值方程）-振型方程振型方程（動力特征方程）（動力特征方程）若若X=0X=0，則體系不振動，故有：，則體系不振動，故有：研究自由振研究自由振動時(shí)不考慮動時(shí)不考慮阻尼的影響阻尼的影響X1X1、X2X2表表示幅值示幅值 2021-12-9 防災(zāi)減災(zāi)學(xué) 63按振型振動時(shí)的運(yùn)動規(guī)律按振型振動時(shí)的運(yùn)動規(guī)律m1)(1tym2)(2ty)sin()()sin()(2211iiiiiitXtytXty按按i i振型振動時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為振型振動時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為質(zhì)點(diǎn)的