結(jié)構(gòu)抗震驗算

1、土木工程專業(yè)本科專業(yè)課土木工程專業(yè)本科專業(yè)課 第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理第一章 工程抗震基礎(chǔ)知識第二章 場地與地基基礎(chǔ)抗震原理第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理第六章 橋梁結(jié)構(gòu)抗震原理第七章 工程結(jié)構(gòu)減震控制原理第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理1 概述2 單自由度體系地震反應分析3 單自由度體系水平地震作用4 多自由度體系地震反應分析5 地震分析振型分解反應譜法6 水平地震作用的底部剪力法7 考慮扭轉(zhuǎn)的水平地震作用8 結(jié)構(gòu)豎向地震作用9 建筑結(jié)構(gòu)抗震驗算10 結(jié)構(gòu)自振周期和頻率的實用計算方法11 工程結(jié)構(gòu)地震反應的時程分析方法12 地基與結(jié)構(gòu)動力相

2、互作用效應第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理1 概述2 單自由度體系地震反應分析3 單自由度體系水平地震作用4 多自由度體系地震反應分析5 地震分析振型分解反應譜法6 水平地震作用的底部剪力法7 考慮扭轉(zhuǎn)的水平地震作用8 結(jié)構(gòu)豎向地震作用9 9 建筑建筑結(jié)構(gòu)抗震驗算結(jié)構(gòu)抗震驗算10 結(jié)構(gòu)自振周期和頻率的實用計算方法11 工程結(jié)構(gòu)地震反應的時程分析方法12 地基與結(jié)構(gòu)動力相互作用效應第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v建筑抗震設計規(guī)范 “小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設防目標，是通過三水準設防、二階段抗震設計來實現(xiàn)的。v第一階段設計是多遇地震作用下構(gòu)件的抗震承載力驗

3、算以及結(jié)構(gòu)的彈性變形驗算，隱含著抗震設防地震作用下的變形驗算，以滿足第一、二水準的抗震設防要求，保證“小震不壞，中震可修”；v第二階段設計是罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性變形驗算，并采取相應的構(gòu)造措施，以保證“大震不倒”。第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理9.1 9.1 地震作用及計算方法地震作用及計算方法1. 1. 地震作用的考慮地震作用的考慮v一般認為，地震時地面運動有雙向水平運動和豎向運動，從而引起結(jié)構(gòu)的水平振動和豎向振動；當結(jié)構(gòu)體型復雜、質(zhì)性和剛心不重合時，地面水平運動還會引起結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動。v因此，建筑抗震設計規(guī)范規(guī)定各類建筑結(jié)構(gòu)的地震作用，應按下列原則考慮：(1)一

4、般情況下應允許在建筑結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向分別計算水平地震作用并進行抗震驗算，各方向水平地震作用應由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔；第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理(2)有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當相交角度大于 時，應分別計算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用；(3)質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應計入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響；其它情況，應允許采用調(diào)整地震作用效應的方法計入扭轉(zhuǎn)影響；(4)8度和9度時的大跨度結(jié)構(gòu)和長懸臂結(jié)構(gòu)及9度時的高層建筑，應計算豎向地震作用。第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理2.2.抗震計算方法抗震計算方法的確定的確定v現(xiàn)行的抗震計算方法主要有三種：對各類工程

5、結(jié)構(gòu)都適用的振型分解反應譜法振型分解反應譜法和時程分析法時程分析法，以及適用于部分結(jié)構(gòu)的各類簡化方法。高度不超過40m，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)點體系的結(jié)構(gòu)，宜采用底部剪力法等簡化方法。除上述以外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反應譜法特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和下表所列高度范圍的高層建筑，應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，可取多條時程曲線計算結(jié)果的平均值與振型分解反應譜法計算結(jié)果的較大值。烈度、場地類別房屋高度范圍(m)8度、類場地和7度8度、類場地9度1008060第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v采用時程分析法時，應按建筑場地類別

6、和設計地震分組選用不少于二組的實際強震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符，其加速度時程的最大值可按下表采用?？拐鹪O防烈度6789設計基本地震加速度值 (g)0.050.100.150.200.300.40地面地震動峰值加速度 max分區(qū)(g)0.050.100.150.200.300.400.040.090.090.14 0.140.19 0.190.280.280.38 0.38max多遇地震(小震)0.040.080.120.160.240.32基本烈度地震0.120.230.340.450.680.90罕

7、遇地震(大震）0.500.720.901.201.40第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不應小于振型分解反應譜法計算結(jié)果的80%。抗震設防烈度6789設計基本地震加速度值 (g)0.050.100.150.200.300.40地面地震動峰值加速度 max分區(qū)(g)0.050.100.150.200.300.400.040.090.090.14 0.140.19 0.190.280.280.38 0.38max多遇地震(小震)0.040.080.120.160.240.32基本烈度地震0.120.230.340.450.680.90罕

8、遇地震(大震）0.500.720.901.201.40第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v平面不規(guī)則的類型平面不規(guī)則的類型工程結(jié)構(gòu)抗震設計原理11/192不規(guī)則類型不規(guī)則類型 定義定義扭轉(zhuǎn)不規(guī)則扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍倍凹凸不規(guī)則凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進的一側(cè)尺寸，大于相應投影方向總尺寸的結(jié)構(gòu)平面凹進的一側(cè)尺寸，大于相應投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于

9、該層樓板典樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的型寬度的50%,或開洞面積大于該層樓面面積的或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯層，或較大的樓層錯層1221222 . 1122扭轉(zhuǎn)不規(guī)則扭轉(zhuǎn)不規(guī)則max3 . 0BB maxBmax3 . 0BB maxBmaxBmax3 . 0BB maxBmax3 . 0BB 凹凸角不規(guī)則凹凸角不規(guī)則第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v平面不規(guī)則的類型平面不規(guī)則的類型工程結(jié)構(gòu)抗震設計原理12/192不規(guī)則類型不規(guī)則類型 定義定義扭轉(zhuǎn)不規(guī)則扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端

10、彈性水平位樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍倍凹凸不規(guī)則凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進的一側(cè)尺寸，大于相應投影方向總尺寸的結(jié)構(gòu)平面凹進的一側(cè)尺寸，大于相應投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的型寬度的50%,或開洞面積大于該層樓面面積的或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯層，或較大的樓層錯層BBb5.0BBlAAA3 .00l局部不連續(xù)局部不連續(xù)大開洞大開洞錯層錯

11、層第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v豎向不規(guī)則的類型豎向不規(guī)則的類型工程結(jié)構(gòu)抗震設計原理13/192不規(guī)則類型不規(guī)則類型側(cè)向剛度不規(guī)則側(cè)向剛度不規(guī)則豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)樓層承載力突變樓層承載力突變17 .0iiKKiK1iK2iK3iK)3(8 .0321iiiiKKKK沿豎向的側(cè)向剛度不規(guī)則（有柔軟層）豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v豎向不規(guī)則的類型豎向不規(guī)則的類型工程結(jié)構(gòu)抗震設計原理14/192不規(guī)則類型不規(guī)則類型側(cè)向剛度不規(guī)則側(cè)向剛度不規(guī)則豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)樓層承載力突變樓層承載力突變豎向抗側(cè)力結(jié)

12、構(gòu)屈服抗剪強度不均勻豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)屈服抗剪強度不均勻 （有薄弱層）（有薄弱層）iyQ,1, iyQ1,8 .0iyiyQQ 嚴重不規(guī)則嚴重不規(guī)則是指體型復雜，多是指體型復雜，多項不規(guī)則指標超過表中指標或某一項不規(guī)則指標超過表中指標或某一項大大超過規(guī)定值，具有嚴重的抗項大大超過規(guī)定值，具有嚴重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，將會導致地震破壞的震薄弱環(huán)節(jié)，將會導致地震破壞的嚴重后果者。嚴重后果者。注：以上規(guī)定主要針對鋼筋混凝注：以上規(guī)定主要針對鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的多層和高層建筑。土和鋼結(jié)構(gòu)的多層和高層建筑。第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理合理的建筑結(jié)構(gòu)體系選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)體系選擇 抗震結(jié)構(gòu)體系是抗

13、震設計應考慮的關(guān)鍵問題，結(jié)構(gòu)方案的選取是否合理，對安全性和經(jīng)濟性起決定性作用。規(guī)范規(guī)定：1.結(jié)構(gòu)體系應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。受力明確、傳力合理、傳力路線不間斷、抗震分析與實際表現(xiàn)相符合。第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則與不規(guī)則的區(qū)分，體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)的體型（平面和立面的形狀）是否簡單，抗側(cè)力體系的剛度和承載力上下變化是否連續(xù)、均勻，平面布置是否基本對稱等方面。v平面不規(guī)則平面不規(guī)則的類型不規(guī)則類型定義扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移)，大于該樓層兩端彈性水平位移平(或?qū)娱g位移)均值的1.2倍凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進的一側(cè)尺寸，大于相應

14、投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度具有急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%，或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯層第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v豎向不規(guī)則豎向不規(guī)則的類型不規(guī)則類型定 義側(cè)向剛度不規(guī)則該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架等）向下傳遞。樓層承載力突變抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一層的80%。第三章第三章 建筑建筑結(jié)

15、構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v對于不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，應按下列要求進行水平地震作用計算和內(nèi)力調(diào)整，并對薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施：(1)平面不規(guī)則而豎向規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，應采用空間結(jié)構(gòu)計算模型，應符合下列要求：扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時，應計及扭轉(zhuǎn)影響，且樓層豎向構(gòu)件最大彈性水平位移和層間位移分別不宜大于樓層兩端水平位移和層間位移平均值1.5倍；凹凸不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時，應采用符合樓板平面內(nèi)實際剛度變化的計算模型，當平面不對稱時尚應計及扭轉(zhuǎn)影響。第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理(2)平面規(guī)則而豎向不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，應采用空間結(jié)構(gòu)計算模型，其薄弱層的地震剪力應乘以1.15的增大系數(shù)，應按下述有關(guān)規(guī)

16、定進行彈塑性變形分析，并符合下列要求：豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)時，該構(gòu)件傳遞給水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的地震內(nèi)力應乘以1.251.5的增大系數(shù)；樓層承載力突變時，薄弱層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于相鄰上層的65%。(3)平面不規(guī)則且豎向不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，應同時符合上述(1)、(2)款的規(guī)定。第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理9.2 9.2 重力荷載代表值重力荷載代表值v在建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中，荷載代表值是設計時考慮荷載變異性所賦予的一個規(guī)定的量值。v設計建筑結(jié)構(gòu)時，對不同的荷載應采取不同的代表值。v在抗震設計中，當計算地震作用的標準值和計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震作用效應與其它荷載效應的基本組合時，作用于結(jié)

17、構(gòu)的重力荷載采用重力荷載代表值，按下式計算：kiEikEQGG第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理式中， GE重力荷載代表值； Gk結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的自重標準值； Qki結(jié)構(gòu)或構(gòu)件第i個可變荷載標準值； Ei第i個可變荷載的組合系數(shù)，根據(jù)地震時的遇合概率確定，見下表：可變荷載種類組合值系數(shù)雪荷載0.5屋面積灰荷載0.5屋面活荷載不考慮按實際情況考慮的樓面考慮或荷載1.0按等效均布荷載考慮的樓面活荷載藏書庫、檔案庫0.8其它民用建筑0.5吊車懸吊物重力硬鉤吊車0.3軟鉤吊車不考慮第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理9.3 建筑結(jié)構(gòu)抗震強度驗算建筑結(jié)構(gòu)抗震強度驗算v建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面

18、抗震驗算，應采用多遇地震作用下的地震作用效應和其它荷載效應的基本組合，按下式計算：式中，S結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力（彎矩、軸力和剪力）組合的設計值； G重力荷載分項系數(shù)，一般情況下應采用1.2，當重力荷載效應對構(gòu)件承載力有利時，不應大于1.0；wkwwEvkEvEhkEhGEGSSSSS第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理Eh水平向地震作用分項系數(shù)，按下表采用；Ev豎向地震作用分項系數(shù),按下表采用；w風荷載分項系數(shù)，采用1.4；SGE重力荷載代表值的效應，有吊車時尚應包括懸吊物重力標準值的效應；SEhk水平地震作用標準值的效應,尚應乘以相應的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；地震作用 EhEv僅計算水平地震作

19、用1.30.0僅計算豎向地震作用0.01.3同時計算水平與豎向地震作用1.30.5第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理SEvk豎向地震作用標準值的效應，尚應乘以相應的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；Swk風荷載標準值的效應；w風荷載組合值系數(shù)，一般結(jié)構(gòu)取0.0，風荷載起控制作用的高層建筑可采用0.2。第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v由于地震影響系數(shù)在長周期段下降較快，對于基本周期大于3.5s的結(jié)構(gòu)，由此計算所得的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應可能太小。v而對于長周期結(jié)構(gòu)，地震動態(tài)作用中的地面運動速度和位移可能對結(jié)構(gòu)的破壞具有更大影響，但振型分解反應譜法尚無法對此作出估計。v出于安全考慮

20、，建筑抗震設計規(guī)范規(guī)定，抗震驗算時，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應符合下列規(guī)定：njjEkiGV1第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理式中， VEki第i層對應于水平地震作用標準值的樓層剪力； Gi第i層的重力荷載代表值； 剪力系數(shù)，不應小于下表規(guī)定的樓層最小地震剪力系數(shù)值，對豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，尚應乘以1.15的增大系數(shù)。注：(1)基本周期介于3.5s和5.0s之間的結(jié)構(gòu)，可插入取值； (2)括號內(nèi)數(shù)值分別用于設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)。類 別7度8度9度扭轉(zhuǎn)效應明顯或基本周期小于3.5s的結(jié)構(gòu)0.016(0.024) 0.032(0.048)0.064基本

21、周期大于5.0s的結(jié)構(gòu)0.012(0.018) 0.024(0.032)0.040第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面抗震驗算，應采用下述設計表達式：式中，R結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設計值，應按現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范規(guī)定計算。 RE承載力抗震調(diào)整系數(shù)，除另有規(guī)定外，應按下表采用；當僅計算豎向地震作用時，對各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力抗震調(diào)整系數(shù)均應采用1.0。RERS/第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理材料結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力狀態(tài)RE鋼柱，梁支撐節(jié)點板件，連接螺栓連接焊縫0.750.800.850.90砌體兩端均有構(gòu)造柱、芯柱的抗震墻其它抗震墻受剪受剪0.91.0混凝土梁軸壓比小于0.15的

22、柱軸壓比不小于0.15的柱抗震墻各類構(gòu)件受彎偏壓偏壓偏壓受剪、偏拉0.750.750.800.850.85第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理9.4 9.4 建筑結(jié)構(gòu)抗震變形驗算建筑結(jié)構(gòu)抗震變形驗算v建筑結(jié)構(gòu)的抗震變形驗算包括多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)彈性變形驗算和罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗算。v前者屬于第一階段的抗震設計內(nèi)容；后者屬于第二階段的抗震設計內(nèi)容。第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理1. 多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)彈性變形驗算多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)彈性變形驗算v在多遇地震作用下，主體結(jié)構(gòu)一般處于彈性狀態(tài)。如果彈性變形過大，會導致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（包括圍護墻、隔墻和裝修等）出現(xiàn)

23、過重破壞。v因此，必須對下表所列各類結(jié)構(gòu)進行多遇地震作用下的抗震變形驗算，其樓層內(nèi)最大的彈性層間位移應符合下式要求：式中，e彈性層間位移角限值，宜按下表采用； h計算樓層層高；huee第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理ue多遇地震作用標準值產(chǎn)生的樓層內(nèi)最大彈性層間位移；計算時，除以彎曲變形為主的高層建筑外，可不扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形，應計入扭轉(zhuǎn)變形；各作用分項系數(shù)均應取1.0；鋼筋混凝土構(gòu)件的截面剛度可采用彈性剛度。結(jié) 構(gòu) 類 型e鋼筋混凝土框架1/550鋼筋混凝土框架-抗震墻、板柱-抗震墻、框架-核心筒1/800鋼筋混凝土抗震墻、筒中筒1/1000鋼筋混凝土框支層1/1000多、高

24、層鋼結(jié)構(gòu)1/300第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理2. 2. 罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗算罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗算v罕遇地震地面運動加速度峰值是多遇地震的46倍，因此，在多遇地震下處于彈性階段的結(jié)構(gòu)，在罕遇地震下必定進入彈塑性階段，結(jié)構(gòu)接近或達到屈服。v進入屈服階段后的結(jié)構(gòu)已無太多強度儲備，為了抵抗地震的持續(xù)作用，要求結(jié)構(gòu)有較好的延性，通過發(fā)展塑性變形來消耗地震輸入能量，如結(jié)構(gòu)的變形能力不足，必定發(fā)生倒塌。v經(jīng)第一階段抗震設計，雖然構(gòu)件具備必要的延性，多數(shù)結(jié)構(gòu)可滿足罕遇地震作用下不倒塌的要求，但對某些處于特定條件下的結(jié)構(gòu)，必須計算其在罕遇地震作用下的彈塑性變形，即

25、進行第二階段抗震設計，使得彈塑性變形小于某一限值，以保證結(jié)構(gòu)不致于倒塌。第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v建筑抗震設計規(guī)范規(guī)定，對下列結(jié)構(gòu)應進行彈塑性變形驗算： (1)8度、類場地和9度時，高大的單層鋼筋混凝土柱廠房的橫向排架； (2)79度時樓層屈服強度系數(shù) 小于0.5的框架結(jié)構(gòu)； (3)采用隔震和消能減震設計的結(jié)構(gòu)； (4)甲類建筑和9度時乙類建筑中的鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)； (5)高度大于150m的鋼結(jié)構(gòu)。第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v同時規(guī)定對下列結(jié)構(gòu)宜進行彈塑性變形驗算： (1)下表所列高度范圍且符合前述表中所列豎向不規(guī)則類型的高層建筑結(jié)構(gòu)； (2)7度、

26、類場地和8度時乙類建筑中的鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)； (3)板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)和底部框架磚房； (4)高度大于150m的鋼結(jié)構(gòu)。烈度、場地類別房屋高度范圍(m)8度、類場地和7度8度、類場地9度1008060第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下薄弱層（部位）的彈塑性變形計算，可采用下列方法： (1)不超過12層且層剛度無突變的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、單層鋼筋混凝土柱廠房，可采用下述的簡化計算方法； (2)除(1)外的建筑結(jié)構(gòu)，可采用靜力彈塑性分析方法或彈塑性時程分析法等； (3)規(guī)則結(jié)構(gòu)可采用彎剪層模型或平面桿系模型，屬于前表所列的平面和豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)應采用空間結(jié)構(gòu)模型。第

27、三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v彈塑性層間位移角限值位移角限值結(jié)構(gòu)類型p單層鋼筋混凝土柱排架1/30鋼筋混凝土框架1/50底部框架磚房中的框架-抗震墻1/100鋼筋混凝土框架-抗震墻、板柱-抗震墻、框架-核心筒1/100鋼筋混凝土抗震墻、筒中筒1/120多、高層鋼結(jié)構(gòu)1/50ppuh第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理1 概述2 單自由度體系地震反應分析3 單自由度體系水平地震作用4 多自由度體系地震反應分析5 地震分析振型分解反應譜法6 水平地震作用的底部剪力法7 考慮扭轉(zhuǎn)的水平地震作用8 結(jié)構(gòu)豎向地震作用9 建筑結(jié)構(gòu)抗震驗算10 10 結(jié)構(gòu)自振周期和頻率的實用計算方

28、法結(jié)構(gòu)自振周期和頻率的實用計算方法12 地基與結(jié)構(gòu)動力相互作用效應第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理v振型分解反應譜法中，計算水平地震作用需求的多個自振周期/頻率；v采用底部剪力法計算水平地震作用時也需要知道結(jié)構(gòu)的基本周期/頻率；v因此，計算多質(zhì)點系的自振質(zhì)點系的自振周期/頻率和相應的振型向量是進行工程結(jié)構(gòu)抗震設計的基礎(chǔ)。v本節(jié)介紹：多質(zhì)點體系基本頻率的能量守衡原理，即一個無阻尼的彈性體系作自由能量守衡原理，即一個無阻尼的彈性體系作自由振動時，其總能量（變形能與動量之和）在任何振動時，其總能量（變形能與動量之和）在任何時刻均保持不變。時刻均保持不變。第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗

29、震原理抗震原理v一、能量法（求基頻）設體系按i振型作自由振動, t時刻的位移為速度為動能為勢能為 最大動能為最大動能為最大勢能為最大勢能為由能量守恒，有由能量守恒，有 )sin()(iiitXty1mNm1( )y t2( )yt( )Nyt )cos()(iiiitXty )(cos21)(22iiiiTiitXmXtT )(sin21)(2iiiTiitXkXtU 2max21iiTiiXmXT iTiiXkXU21maxmaxmaxiiUT iTiiTiiXmXXkX2第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理通常將重力作為荷載所引起的位移代入上式求基本頻率的近似值。1mNm1G1u

30、2GnGnu2uniiiiniiumguGU11max221niiiumT121max)(21maxmaxUT21121iniiiniigm um u11/2T2m/s8.9g21112iiniiniiG uTG u第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理解:例已知：kN/m10720,kN/m14280kN300,kN4002121kkGG求結(jié)構(gòu)的基本周期。（1）計算各層層間剪力kNV7003004001kNV3002（2）計算各樓層處的水平位移mkVu049.014280/700/111mkVkVu077.010720/300049.0/22112（3）計算基本周期niiniiiiu

31、GuGT11212s508.0077.0300049.0400077.0300049.04002222kG21kG11G2G2u1u第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理*采用能量法求如圖所示結(jié)構(gòu)的基本周期 解：各樓層的重力荷載為31 9.89.8kNG 21.5 9.814.7kNG 12 9.819.6kNG 將各樓層的重力荷載當做水平力產(chǎn)生的樓層剪力: 339.8kNVG23224.5kNVGG132144.1kNVGGG第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理則將樓層重力荷載當做水平力所產(chǎn)生的樓層水平位移為： 0245. 018001 .44111kVu0449. 002

32、45. 012005 .241222ukVu0613. 00449. 06008 . 92333ukVu基本周期： 222211119.6 0.024514.70.04499.8 0.0613220.42419.6 0.0245 14.70.04499.8 0.0613niiiniiiGuTsGu與精確解T1=0.433s的相對誤差為-2。第三章第三章 建筑建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震原理抗震原理二、自振周期的經(jīng)驗公式 根據(jù)實測統(tǒng)計，忽略填充墻布置、質(zhì)量分布差異等，初步設計時可按下列公式估算（1）高度低于25m且有較多的填充墻框架辦公樓、旅館的基本周期（2）高度低于50m的鋼筋混凝土框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的基本周期31/35.022.0BHTH-房屋總高度；B-所考慮方向房屋總寬度。32