b抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震工程學(xué)是將地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地震學(xué)、工程力學(xué)（材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)）、結(jié)構(gòu)工程學(xué)（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)學(xué)、地基與基礎(chǔ)）、施工技術(shù)等多方面理論予以綜合，針對(duì)建造的建筑物在地震作用下必須安全這一目的而產(chǎn)生一門(mén)科學(xué)體系。學(xué)習(xí)本門(mén)課要達(dá)到如下目的1掌握抗震的基本知識(shí)、基本理論、基本技能，了解抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)律；2培養(yǎng)運(yùn)用規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，查閱技術(shù)資料的能力和抗震計(jì)算能力；3了解結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的新理論、新方法及抗震理論、方法的發(fā)展趨勢(shì)。第一章 緒論學(xué)習(xí)要求： 1了解地震震害2了解地震分類(lèi)3理解地震波、地震震級(jí)與地震烈度的定義 4深刻理解抗震設(shè)防烈度的概念5理解多遇地震、罕遇地震

2、的定義6了解地震震害7掌握“三水準(zhǔn)”抗震設(shè)防目標(biāo)，了解建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法8了解抗震設(shè)計(jì)的基本要求要點(diǎn)、難點(diǎn)分析：一、“三水準(zhǔn)”抗震設(shè)防目標(biāo)當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用。(小震不壞)。當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。(中震可修)。當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的預(yù)估的罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。(大震不倒)。二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法第一階段：對(duì)絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行小震作用下的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力驗(yàn)算；在此基礎(chǔ)上對(duì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)按規(guī)定要求采取抗震措施。對(duì)于大多數(shù)結(jié)構(gòu)一般可只進(jìn)行第一階段

3、的設(shè)計(jì)。第二階段：對(duì)一些規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)（有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明顯薄弱層的建筑，不規(guī)則的建筑等）進(jìn)行大震作用下的彈塑性變形驗(yàn)算。第二章 場(chǎng)地、地基和基礎(chǔ) 學(xué)習(xí)要求： 1理解場(chǎng)地的概念2了解地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用3了解建筑地段的劃分4熟悉場(chǎng)地土的類(lèi)型5掌握建筑場(chǎng)地的類(lèi)別及劃分依據(jù)6了解天然地基的震害特點(diǎn)、天然地基與基礎(chǔ)的抗震驗(yàn)算7理解場(chǎng)地土的液化現(xiàn)象與震害，掌握液化判別與危害程度估計(jì)8熟悉可液化地基的抗震措施9了解樁基的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)、難點(diǎn)分析一、建筑場(chǎng)地類(lèi)別的確定劃分依據(jù)：表層場(chǎng)地土地類(lèi)型和場(chǎng)地覆蓋層厚度將場(chǎng)地劃分為、四類(lèi)場(chǎng)地 例1：已知某建筑場(chǎng)地的鉆孔土層資料如表所示，試確定該建

4、筑場(chǎng)地的類(lèi)別。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱(chēng)剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥質(zhì)粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥質(zhì)粘土200632.9細(xì)砂31069.56.5礫混粗砂520解：（1）確定地面下20m表層土的場(chǎng)地土類(lèi)型屬于中軟土（2）確定覆蓋層厚度（3）確定建筑場(chǎng)地類(lèi)別 屬于類(lèi)場(chǎng)地二、液化地基的抗震措施1、全部消除地基液化沉陷；1）采用樁基時(shí)，樁端伸入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長(zhǎng)度（不包括樁尖部分）應(yīng)按計(jì)算確定，對(duì)碎石土、粗、中砂、堅(jiān)硬粘性土和密實(shí)粉土尚不應(yīng)小于500mm，對(duì)其他非巖石土尚不宜小于1.5m；2）采用深基礎(chǔ)時(shí)，基礎(chǔ)底面埋入深度以下穩(wěn)定土層

5、中的深度，不應(yīng)小于0.5m；3）采用加密法（如振沖、振動(dòng)加密、砂樁擠密、強(qiáng)夯等）加固時(shí)，應(yīng)處理至液化深度下界，且處理后土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的實(shí)測(cè)值不宜大于相應(yīng)的臨界值m；4）挖除全部液化土層；5）采用加密法或換土法處理時(shí)，在基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度，應(yīng)超過(guò)基礎(chǔ)底面下處理深度的1/2且不小于基礎(chǔ)寬度的1/5。2、部分消除地基液化沉陷的措施應(yīng)符合：1）在對(duì)地基進(jìn)行處理時(shí)，處理深度應(yīng)使處理后的地基液化指數(shù)減小，當(dāng)判別深度為15m時(shí)，其值不宜大于4，當(dāng)判別深度為20m時(shí)，其值不宜大于5；對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)與條形基礎(chǔ)，尚不應(yīng)小于基礎(chǔ)底面下液化特征深度和基礎(chǔ)寬度的較大值。2）采用振沖或擠密碎石樁加固后，復(fù)合地基的標(biāo)

6、準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)不宜小于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值。3）基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度與全部清除地基液化沉陷時(shí)的要求相同。即采用加密法或換土法處理時(shí)，在基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度，應(yīng)超過(guò)基礎(chǔ)底面下處理深度的1/2且不小于基礎(chǔ)寬度的1/53、減輕液化影響的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理， 可綜合考慮采用下列措施：1)選擇合適的基礎(chǔ)埋置深度；2)調(diào)整基礎(chǔ)底面積，減小基礎(chǔ)偏心；3)加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛性，如采用箱基、筏基或鋼筋混凝土十字形基礎(chǔ)，加設(shè)基礎(chǔ)圈梁、基礎(chǔ)梁系等；4)減輕荷載，增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的整體剛度和均勻?qū)ΨQ(chēng)性，合理設(shè)置沉降縫，避免采用對(duì)不均勻沉降敏感的結(jié)構(gòu)形式等；5)管道穿過(guò)建筑處應(yīng)預(yù)留足夠尺寸或采用柔性接頭等。第三

7、章 結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震驗(yàn)算學(xué)習(xí)要求：1理解地震反應(yīng)、地震作用的定義2理解地震系數(shù)、地震影響系數(shù)的概念3掌握地震作用下單自由度體系的運(yùn)動(dòng)方程4掌握單自由度彈性體系的水平地震作用及其反應(yīng)譜5了解標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜及兩者的區(qū)別6熟悉多自由度體系的計(jì)算簡(jiǎn)圖、運(yùn)動(dòng)方程及主振型的正交性7掌握多自由度彈性體系地震反應(yīng)分析的振型分解法8理解底部剪力法的適用范圍、掌握多自由度彈性體系地震反應(yīng)分析的底部剪力法9了解豎向地震作用、結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的時(shí)程分析法要點(diǎn)、難點(diǎn)分析：一、地震反應(yīng)、地震作用地震反應(yīng)：是指地震引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，它包括地震在結(jié)構(gòu)中引起的速度、加速度、位移和內(nèi)力等。地震作用：結(jié)構(gòu)上的質(zhì)量由于地震產(chǎn)

8、生的加速度的存在而產(chǎn)生的慣性力。 二、地震系數(shù)、地震影響系數(shù)及二者關(guān)系 地震系數(shù)：地面運(yùn)動(dòng)的最大加速度與重力加速度之比。 地震影響系數(shù)：作用于單質(zhì)點(diǎn)彈性體系上的水平地震力與結(jié)構(gòu)重力之比。 學(xué)習(xí)中注意地震影響系數(shù)不等于地震系數(shù)，而等于地震系數(shù)和動(dòng)力系數(shù)的乘積。三、單自由度彈性體系的水平地震作用的計(jì)算例：?jiǎn)螌訂慰缈蚣堋Ｎ萆w剛度為無(wú)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(lèi)場(chǎng)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 ，h=5m。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。 解：（1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期 （2）求水平地震影響系數(shù) 查表確定查表確定 （3

9、）計(jì)算結(jié)構(gòu)水平地震作用四、主振型的正交性例：求圖示體系的頻率、振型.并驗(yàn)證其主振型的正交性。已知: m1m2解：（1）結(jié)構(gòu)的頻率與振型相應(yīng)的周期分別為：第一振型：第二振型：（2）驗(yàn)算主振型的正交性對(duì)于質(zhì)量矩陣：對(duì)于剛度矩陣：五、多自由度彈性體系地震反應(yīng)分析的振型分解法例：試用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算圖示框架多遇地震時(shí)的層間剪力。 抗震設(shè)防烈度為8度，類(lèi)場(chǎng)地，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。解：（1）求體系的自振周期和振型（2）計(jì)算各振型的地震影響系數(shù)查表得第一振型： 第二振型：第三振型：（3）計(jì)算各振型的振型參與系數(shù)第一振型第二振型第三振型（4）計(jì)算各振型各樓層的水平地震作用第一振型：第二振型：第三振型：（

10、5）計(jì)算各振型的地震作用效應(yīng)（層間剪力）第一振型：第二振型：第三振型：（6）計(jì)算地震作用效應(yīng)（層間剪力）六、底部剪力法適用范圍底部剪力法適用于一般的多層磚房等砌體結(jié)構(gòu)、內(nèi)框架和底部框架抗震磚房、單層空曠房屋、單層工業(yè)廠房及多層框架結(jié)構(gòu)等低于40m以剪切變形為主的規(guī)則房屋。注意：以“剪切變形”為主：是指在結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線中，樓蓋出平面轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的側(cè)移所占的比例較小。“規(guī)則房屋”： 1.相鄰層質(zhì)量的變化不宜過(guò)大。2.避免采用層高特別高或特別矮的樓層，相鄰層和連續(xù)三層的剛度變化平緩。3.出屋面小建筑的尺寸不宜過(guò)大（寬度b大于高度h且出屋面高度與總高度之比滿足h/H1/5），局部縮進(jìn)的尺寸也不宜大（縮進(jìn)后的

11、寬度B1與總寬度B之比滿足）；4.樓層內(nèi)抗側(cè)力構(gòu)件的布置和質(zhì)量的分布要基本對(duì)稱(chēng)；5.抗側(cè)力構(gòu)件在平面內(nèi)呈正交（夾角大于75度）分布，以便在兩個(gè)主軸方向分別進(jìn)行抗震分析；6.平面局部突出的尺寸不大（局部伸出部分在長(zhǎng)度方向的尺寸l大于寬度方向的尺寸b，且寬度b與總寬度B之比滿足b/B1/5-1/4）；對(duì)于不滿足規(guī)則要求的建筑結(jié)構(gòu)，則不宜將底部剪力法作為設(shè)計(jì)依據(jù)。否則，要采取相應(yīng)的調(diào)整，使計(jì)算結(jié)果合理化。五、多自由度彈性體系地震反應(yīng)分析的底部剪力法例：試用底部剪力法計(jì)算圖示三層框架多遇地震時(shí)的層間剪力。已知結(jié)構(gòu)的基本周期T1=0.467s ,抗震設(shè)防烈度為8度,類(lèi)場(chǎng)地,設(shè)計(jì)地震分組為第二組。解：（1

12、）計(jì)算結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值（2）計(jì)算水平地震影響系數(shù)查表得（3）計(jì)算結(jié)構(gòu)總的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值（4）頂部附加水平地震作用（5）計(jì)算各層的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值（6）計(jì)算各層的層間剪力第四章 建筑抗震概念設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)要求：1理解概念設(shè)計(jì)的定義2掌握建筑平面布置的基本原則3了解建筑規(guī)范中關(guān)于抗震結(jié)構(gòu)體系的要求4理解抗震結(jié)構(gòu)體系在結(jié)構(gòu)平面布置中應(yīng)注意哪些問(wèn)題5理解多道防震防線的定義6了解結(jié)構(gòu)剛度、承載力與延性之間的關(guān)系7理解非結(jié)構(gòu)部件的定義及其對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響要點(diǎn)、難點(diǎn)分析：一、概念設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的區(qū)別概念設(shè)計(jì)：立足于工程抗震基本理論及長(zhǎng)期工程抗震經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的工程抗震基本概念，往往是構(gòu)造良好

13、結(jié)構(gòu)性能的決定性因素，這就是“概念設(shè)計(jì)”。注意理解概念設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的區(qū)別：概念設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)，在工程設(shè)計(jì)一開(kāi)始，就應(yīng)把握好能量輸入、房屋體形、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、構(gòu)件延性等幾個(gè)主要方面，從根本上消除建筑中的抗震薄弱環(huán)節(jié)，再輔以必要的計(jì)算和構(gòu)造措施。二、建筑平立面布置的基本原則，結(jié)構(gòu)布置的一般原則建筑物的平面布置：規(guī)則、對(duì)稱(chēng)，質(zhì)量和剛度變化均勻，避免樓層錯(cuò)層。建筑物的立面布置：要求采用矩形、梯形、三角形等均勻變化的幾何形狀，盡量避免采用帶有突然變化的階梯形立面。其原因是因?yàn)榱⒚嫘螤畹耐蝗蛔兓?，必然帶?lái)質(zhì)量何抗側(cè)移剛度的劇烈變化，地震時(shí)，該突變部位就會(huì)因劇烈振動(dòng)或塑性變形集中而加重破壞。 在學(xué)習(xí)中，要

14、注意理解為什么要控制房屋的高寬比、以及如何進(jìn)行防震縫的合理設(shè)置。在學(xué)習(xí)中掌握結(jié)構(gòu)布置的一般原則：（1）平面布置力求對(duì)稱(chēng)（2）豎向布置力求均勻。三、結(jié)構(gòu)剛度、承載力與延性 在學(xué)習(xí)中要掌握延性的概念、改善構(gòu)件延性的途徑；了解剛度與承載力、剛度與延性的關(guān)系四、非結(jié)構(gòu)部件處理 非結(jié)構(gòu)部件：一般是指在結(jié)構(gòu)分析中不考慮重力荷載以及風(fēng)、地震等側(cè)力荷載的部件，如隔墻、樓梯踏步板、框架填充墻、建筑外圍墻板等。學(xué)習(xí)中注意這些非結(jié)構(gòu)部件會(huì)或多或少地參與工作，從而可能改變整個(gè)結(jié)構(gòu)或某些構(gòu)件的剛度、承載力和傳力路線，產(chǎn)生出乎預(yù)料的抗震效果，或者造成未曾估計(jì)到的局部震害。因此，有必要根據(jù)以往歷次地震中的宏觀震害經(jīng)驗(yàn)，妥善

15、處理這些非結(jié)構(gòu)部件，以減輕震害，提高建筑的抗震可靠度。 第五章 多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)要求： 1掌握多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋主要有哪幾種結(jié)構(gòu)體系，各自特點(diǎn)及適用 范圍 2了解多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的震害 3了解框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)的布置 4了解如何確定多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的抗震等級(jí) 5理解框架結(jié)構(gòu)自振周期及框架結(jié)構(gòu)的水平地震作用計(jì)算 6理解框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則 7了解框架梁、柱、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 要點(diǎn)、難點(diǎn)分析：一、結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的內(nèi)容結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的內(nèi)容一般包括：（1）結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析，主要是結(jié)構(gòu)自振周期的確定；（2）結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)計(jì)算，包括多遇烈度下的

16、地震反應(yīng)與結(jié)構(gòu)側(cè)移計(jì)算；（3）結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析；（4）截面抗震設(shè)計(jì)等。二、框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本原則 地震區(qū)的框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)計(jì)成延性框架，遵守“強(qiáng)柱弱梁”，“強(qiáng)剪弱彎”、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固等設(shè)計(jì)原則。三、框架梁設(shè)計(jì)的基本要求框架梁設(shè)計(jì)的基本要求是：（1）梁端形成塑性鉸后仍有足夠的受剪承載力； （2）梁筋屈服后，塑性鉸區(qū)段應(yīng)有較好的延性和耗能能力；（3）應(yīng)可靠解決梁筋錨固問(wèn)題。四、框架柱的設(shè)計(jì)原則框架柱的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：（1）強(qiáng)柱弱梁，使柱盡量不出現(xiàn)塑性鉸；（2）在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞，使柱有足夠的抗剪能力；（3）控制柱的軸壓比不要太大；（4）加強(qiáng)約束，配置必要的約束箍筋。 第六章 多層砌

17、體結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)要求： 1熟悉多層砌體結(jié)構(gòu)的類(lèi)型 2理解砌體結(jié)構(gòu)房屋的常見(jiàn)震害及在設(shè)計(jì)中如何避免破壞的發(fā)生 3理解砌體結(jié)構(gòu)房屋的概念設(shè)計(jì) 4了解多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的計(jì)算簡(jiǎn)圖、地震作用及層間地震剪力的分配 5了解如何驗(yàn)算墻體間抗震承載力 6了解多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震構(gòu)造措施 要點(diǎn)、難點(diǎn)分析：一、磚房的震害現(xiàn)象 磚房的震害現(xiàn)象大體為：房屋倒塌；墻體開(kāi)裂、破壞；墻角破壞；縱橫墻連接破壞；樓梯間破壞；樓蓋與屋蓋破壞；附屬構(gòu)件破壞等，在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免破壞的發(fā)生。 二、砌體結(jié)構(gòu)房屋的概念設(shè)計(jì) 多層砌體結(jié)構(gòu)房屋在強(qiáng)烈地震下易發(fā)生倒塌，防止砌體結(jié)構(gòu)房屋的倒塌主要是從總體布置和細(xì)部構(gòu)造措施方面著手，以搞好

18、結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)加以解決，內(nèi)容主要包括為：（1）房屋體型的設(shè)計(jì)與變形縫的設(shè)置；（2）房屋總高度與最大高寬比的限值；（3）抗震橫墻的最大間距限值；（4）鋼筋混凝土構(gòu)造柱和芯柱設(shè)置；（5）房屋局部尺寸限值；（6）圈梁的設(shè)置；（7）樓梯間的布置；（8）連接的要求等。 第七章 高層及多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)要求： 1理解鋼結(jié)構(gòu)在地震中的破壞特點(diǎn) 2熟悉高層鋼結(jié)構(gòu)的體系與布置 3了解高層鋼結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算 4了解鋼構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)與構(gòu)造措施 要點(diǎn)、難點(diǎn)分析： 一、鋼結(jié)構(gòu)在地震中的破壞形式在地震作用下，鋼結(jié)構(gòu)在地震中的破壞主要表現(xiàn)為：梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞、支撐的整體失穩(wěn)與局部失穩(wěn)、支撐連接板的破壞、柱腳焊縫破壞等。二、高層鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系高層鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系主要有框架體系、框架支撐（剪力墻板）體系、筒體體系和巨型框架體系。