抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計課件

一、什么是地震？有兩種學(xué)說：斷層理論學(xué)說；板塊構(gòu)造理論學(xué)說1、地球構(gòu)造簡介地球是一個半徑約為6400Km的橢圓球體，由三層不同的物體組成。即：表面層：很薄的地殼，平均厚30Km中間層：地幔，厚約2900Km內(nèi)層：地核，平均半徑厚約3500Km1.1地震與地震動

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

1緒論

（1）地核是地球的核心，分為：外核（厚2100Km）處于液態(tài)內(nèi)核（厚1400Km）處于固態(tài)地核主要構(gòu)成物質(zhì)是鎳、鐵。地震觀測發(fā)現(xiàn)：地震橫波不能通過外核（即不能通過液體）。（2）地幔主要有質(zhì)地堅硬的橄欖巖組成。地幔是地殼運動的根源，其原因：由于地球內(nèi)部放射性物質(zhì)不斷釋放能量，地球內(nèi)部的溫度也隨深度的增加而升高，地下200Km到700Km其溫度由600℃升至2000℃

，在這一范圍內(nèi)的地幔中存在著一個厚約幾百公里的軟流層。因溫度分布不均勻，就發(fā)生了地幔內(nèi)部物質(zhì)的對流；另外地球內(nèi)部的壓力也是不均衡的，在地幔上部約900MPa,地幔中部為3700MPa。

地幔內(nèi)部的物質(zhì)就是在這樣的熱壓狀態(tài)和不均衡的壓力作用下緩慢的運動著。（地震產(chǎn)生的根源）（3）地殼由各種不均勻的巖石組成。地面為沉積巖，地殼上部為花崗巖巖層，地殼下部為玄武巖巖層（海洋下只有玄武巖巖層）。

世界上絕大部分的地震都發(fā)生在這一薄薄的地殼內(nèi)。（地殼巖石長期積累的變性在瞬間內(nèi)轉(zhuǎn)換為動能而產(chǎn)生地震）有此可見：地震僅發(fā)生在地球的地殼和地幔上部。

2、地震的含義：主要由地下某處薄弱巖層突然破裂，在原有累積的彈性應(yīng)力作用下，斷層兩側(cè)發(fā)生回跳而引起振動或地球板塊互相擠壓、沖撞引起振動，并以波的形式將巖層振動傳至地面而引起地面的劇烈顛簸和搖晃。

二、地震類型按其成因分構(gòu)造地震:由于地球內(nèi)部巖層構(gòu)造變化引起的地震。分布最廣，危害最大。火山地震：由于火山爆發(fā)，巖漿猛烈沖出地面而引起。(我國沒有，日本有)。陷落地震：由于地表或地下巖層突然發(fā)生大規(guī)模的陷落和崩塌所引起小范圍的地面震動。誘發(fā)地震：由于水庫蓄水或深井注水等引起的地面震動※在工程抗震設(shè)計中僅考慮構(gòu)造地震的設(shè)防問題1.1地震與地震動

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

1緒論1.1地震與地震動

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1緒論

三、地震序列在一定時間內(nèi)（幾十天或數(shù)月）相繼發(fā)生在相鄰地區(qū)的一系列大小地震稱為地震序列。主震：在某一地震序列中，其中最大的一次地震（破壞力最大或釋放能量最多）前震：主震之前發(fā)生的地震。余震：主震之后發(fā)生的地震?！卣鹦蛄兄邪雌溽尫拍芰康牟煌卣鹂煞譃椋褐髡鹦停涸谝粋€地震序列中，主震震級很突出，其釋放能量占全序列的絕大部分。（占60%）震群型：主震震級不突出，主要能量由多個震級相近地震釋放的能量。（占30%）單發(fā)型：前震和余震稀少，絕大部分能量基本上是通過主震一次釋放出來。（占10%）1.1地震和地震動

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

1緒論

四、震源、震中和地震波（重點是名詞概念）震源：地球內(nèi)部斷層錯動并輻射出地震波的部位。（震源不是一個點，而是有一定的深度和范圍）震中：震源在地面上的投影點，稱為震中，震中周圍的地區(qū)稱為震中區(qū)，震中區(qū)一般與極震區(qū)一致。震中距：地面某處至震中的水平距離。等震線：把地面上破壞程度相近的點連成的曲線。震源深度：震中到震源的垂直距離。※按震源的深淺不同，地震又可分為：淺源地震：震源深度在70Km以內(nèi)。一年中全世界所有地震釋放能量的85%來自淺源地震。中源地震：震源深度在70~300Km范圍內(nèi)。（12%）深源地震：震源深度超過300Km。（3%）1.1地震和地震動

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1緒論地震波：地震引起的振動以波的形式從震源向各個方向傳播并釋放能量，這就是地震波。包含體波（在地球內(nèi)部傳播）和面波（在地球表面?zhèn)鞑ィ?，地震波是一種彈性波。我們最熟悉的波動是觀察到的水波。當(dāng)向池塘里扔一塊石頭時水面被擾亂，以石頭入水處為中心有波紋向外擴展。這個波列是水波附近的水的顆粒運動造成的。然而水并沒有朝著水波傳播的方向流；如果水面浮著一個軟木塞，它將上下跳動，但并不會從原來位置移走。這個擾動由水粒的簡單前后運動連續(xù)地傳下去，從一個顆粒把運動傳給更前面的顆粒。這樣，水波攜帶石擊打破的水面的能量向池邊運移并在岸邊激起浪花。地震運動與此相當(dāng)類似。我們感受到的搖動就是由地震波的能量產(chǎn)生的彈性巖石的震動。1、體波：包括縱波和橫波?？v波是由震源向外傳播的疏密波，其介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的前進方向一致，從而使介質(zhì)不斷地壓縮和疏松。橫波是由震源向外傳播的剪切波，其介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波前進的方向相垂直。

假設(shè)一彈性體，如巖石，受到打擊，會產(chǎn)生兩類彈性波從震源向外傳播。第一類波的物理特性恰如聲波。聲波，乃至超聲波，都是在空氣里由交替的擠壓(推)和擴張(拉)而傳遞。因為液體、氣體和固體巖石一樣能夠被壓縮，同樣類型的波能在水體如海洋和湖泊及固體地球中穿過。在地震時，這種類型的波從斷裂處以同等速度向所有方向外傳，交替地擠壓和拉張它們穿過的巖石，其顆粒在這些波傳播的方向上向前和向后運動，換句話說，這些顆粒的運動是垂直于波前的。向前和向后的位移量稱為振幅。在地震學(xué)中，這種類型的波叫P波，即縱波，它是首先到達的波。彈性巖石與空氣有所不同，空氣可受壓縮但不能剪切，而彈性物質(zhì)通過使物體剪切和扭動，可以允許第二類波傳播。地震產(chǎn)生這種第二個到達的波叫S波，即橫波。液體或氣體內(nèi)不可能發(fā)生剪切運動，S波不能在它們中傳播。

體波在地球中的傳播速度將隨深度的增加而加快。

2、面波：當(dāng)P波和S波到達地球的自由面或位于層狀地質(zhì)構(gòu)造的界面時，在一定條件下會產(chǎn)生其他類型的地震波。這些波中最重要的是瑞雷波和洛夫波。這兩類波沿地球表面?zhèn)鞑?；巖石振動振幅隨深度增加而逐漸減小至零。

洛夫波是是以1912年首次描述它們的洛夫的姓名命名的。洛夫波傳播時將使質(zhì)點在平面內(nèi)做與波前進方向相垂直的水平方向（Y方向）的運動，即在地面上呈蛇形運動形式，運動沒有垂向位移。洛夫波在地震中可以成為最具破壞性的波，因為常具有很大振幅，能在建筑物地基之下造成水平剪切。瑞雷面波于1885年首次由瑞雷（LordRayleigh）描述，是地震波中最近似水波的。巖石質(zhì)點向前、向上、向后和向下運動，沿波的傳播方向作一垂直平面，質(zhì)點在該平面內(nèi)運動，描繪出一個橢圓。3、地震波的波序地震波的傳播以縱波最快，橫波次之，面波最慢。

縱波使建筑物產(chǎn)生上下顛簸，橫波使建筑物產(chǎn)生水平方向搖晃，而面波則使建筑物既產(chǎn)生上下顛簸又產(chǎn)生左右搖晃，一般在橫波和面波都到達時振動最為激烈。因面波的能量比體波的大，所以造成建筑物和地表的破壞以面波為主。

五、地震強度（常用震級和烈度來反映）1、震級表示一次地震釋放能量的多少，也是表示地震強度大小的指標(biāo)，一次地震只有一個震級，震級用M表示，國際通用的是里氏震級。

M=lgA標(biāo)準(zhǔn)地震儀：指擺的自振周期為0.8s，阻尼系數(shù)為0.8，放大倍數(shù)為2800倍的地震儀。A：在距震中100Km處記錄以微米為單位的最大水平地動位移。()震級與地震釋放能量之間的關(guān)系：

lgE=11.8+1.5M(1爾格=10-7J)1.1地震與地震動

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1緒論

2、烈度地震烈度是指地震時某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受到一次地震影響的強弱程度。一次地震的震級只有一個，但距離震中不同的地點，地震的影響不同，地震烈度就不同。震級與震中烈度的關(guān)系：粗略估算方法：震級減1后乘1.5即為震中烈度。

五、地震區(qū)劃與地震影響地震區(qū)劃：是指根據(jù)歷史地震、地震地質(zhì)構(gòu)造和地震觀測資料，在地圖上按地震情況的差異劃出的不同區(qū)域。2001年版的《中國地震動參考區(qū)劃圖》，是確定我國城鎮(zhèn)抗震設(shè)防烈度、設(shè)計基本地震加速度和設(shè)計地震分組的依據(jù)，具有法律效應(yīng)?？拐鹪O(shè)防烈度(基本烈度)：按國家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)的作為一個地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度。設(shè)計基本地震加速度：是指50年設(shè)計基準(zhǔn)期超越概率為10%的地震加速度的設(shè)計取值，即地震動的峰值加速度。1.1地震與地震動

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1緒論

1.3.1概述地震震害包括地表破壞、建筑物的破壞及次生災(zāi)害造成的破壞等。地表破壞：主要有山石崩裂、滑坡、地面裂縫、地陷和噴水冒砂等。地面裂縫按成因分：不受地形地貌影響的構(gòu)造裂縫（是地震斷裂帶在地表的反映）；受地形、地貌、土質(zhì)條件等限制的非構(gòu)造裂縫（由于地表受到擠壓、伸張、扭矩等力作用的結(jié)果）。建筑物的破壞：強度破壞；喪失整體性；地基失效引起的破壞。1.3地震震害

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1緒論次生災(zāi)害造成的破壞：主要有水災(zāi)、火災(zāi)、毒氣污染、滑坡、泥石流和海嘯等。

1923年日本東京大地震，倒房13萬幢，火災(zāi)則燒毀45萬棟。1.3.2工程地質(zhì)條件對震害的影響局部地形條件的影響：孤立突出的山梁、山包、條狀山嘴、高差較大的臺地、陡坡及故河道岸邊等，均對建筑物的抗震不利。局部地質(zhì)構(gòu)造的影響：主要指斷層，斷層為地質(zhì)構(gòu)造的薄弱環(huán)節(jié)，分發(fā)震斷層和非發(fā)震斷層。具有潛在地震活動的斷層為發(fā)震斷層，多數(shù)淺源地震與發(fā)震斷層有關(guān)。因此，在選擇建筑物的場地時，應(yīng)盡量使房屋遠離斷層及其破碎帶。地下水位的影響：地下水位越淺震害越重，地下水位深度在5m以內(nèi)時，對震害影響最為明顯。海嘯的起因：海嘯是一種災(zāi)難性的海浪，通常由震源在海底下50千米以內(nèi)、里氏震級6.5以上的海底地震引起。水下或沿岸山崩或火山爆發(fā)也可能引起海嘯。在一次震動之后，震蕩波在海面上以不斷擴大的圓圈，傳播到很遠的距離，正象卵石掉進淺池里產(chǎn)生的波一樣。海嘯波長比海洋的最大深度還要大，軌道運動在海底附近也沒受多大阻滯，不管海洋深度如何，波都可以傳播過去。

2004年12月26日，印度洋發(fā)生強烈地震并引發(fā)海嘯，造成周邊國家重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。印度洋海嘯造成近30萬人遇難.

1、抗震設(shè)防的目標(biāo)在遭受低于本地區(qū)設(shè)防的多遇地震影響時，建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用(小震不壞)。在遭受本地區(qū)規(guī)定的設(shè)防烈度的地震影響時，建筑物可能有一定損壞，但不致危及人民生命和生產(chǎn)設(shè)備的安全，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用(中震可修)。在遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的預(yù)估罕遇地震影響時，建筑物不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞(大震不倒)。1.4結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

1緒論

2、我國地震烈度的概率分布符合極值型第一水準(zhǔn)(眾值烈度)：設(shè)計基準(zhǔn)期為50年，眾值烈度的超越概率為63.2%，基本烈度—1.55度。第二水準(zhǔn)(基本烈度)：50年超越概率為10%。第三水準(zhǔn)(罕遇烈度)：50年超越概率為2%，基本烈度+1度。1.4結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防

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1緒論超越概率：在一定時期內(nèi)，地震震動強度超過規(guī)定值的概率。基本烈度：在50年期限內(nèi)，一般場地條件下，可能遭遇的超越概率為10%的地震烈度值，相當(dāng)于474年一遇的烈度值。多遇地震烈度：在50年期限內(nèi)，一般場地條件下，可能遭遇的超越概率為63.2%的地震烈度值，相當(dāng)于50年一遇的烈度值。罕遇地震烈度：在50年期限內(nèi)，一般場地條件下，可能遭遇的超越概率為2%～3%的地震烈度值，相當(dāng)于1600～2500年一遇的烈度值。

3、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法《規(guī)范》規(guī)定以兩階段設(shè)計方法來實現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)：第一階段：建筑結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下抗震承載能力的驗算（隱含著設(shè)防烈度地震作用下的變形驗算），保證小震不壞，中震可修。第二階段：通過對罕遇地震烈度地震作用下結(jié)構(gòu)薄弱部位彈塑性變形驗算，并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，保證大震不倒。1.4結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防

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1緒論

4、建筑的分類甲類：遭遇地震破壞可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害，如產(chǎn)生放射性物質(zhì)的污染、大爆炸等的建筑；對政治、經(jīng)濟、社會產(chǎn)生不可挽回的重大影響，如陜西的歷史博物館等的建筑。乙類：地震時使用不能中斷或盡快恢復(fù)的建筑。如醫(yī)療、廣播、通訊、供水、供電、供氣、消防等。丙類：一般建筑，如工廠、學(xué)校、機關(guān)、商場、住宅丁類：次要的建筑，遭遇地震不易造成人員傷亡和較大經(jīng)濟損失，如水塔、煙囪等。1.4結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

1緒論

5、建筑的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)甲類：抗震設(shè)防烈度為6~8度時，抗震措施應(yīng)提高一度，9度時，抗震設(shè)防應(yīng)比9度更高。乙類：抗震設(shè)計按本地區(qū)的設(shè)防烈度計算；抗震構(gòu)造按本地區(qū)的設(shè)防烈度提高一度考慮。丙類：地震作用計算、抗震構(gòu)造措施均按本地區(qū)設(shè)防烈度考慮。丁類：地震作用計算按本地區(qū)設(shè)防烈度考慮；抗震構(gòu)造措施按本地區(qū)的設(shè)防烈度降低一度考慮，但6度不降。除甲類建筑，當(dāng)設(shè)防烈度為6度時，其他各類建筑的地震作用，除規(guī)范具體規(guī)定外，可不進行計算。1.4結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防

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圖示1906年地震斷層破裂之后橫過斷層的籬笆被錯動的情況（跨斷層的籬笆當(dāng)斷裂彈性回跳時造成的結(jié)果）查爾斯·里克特（1900～1985年）—里氏震級發(fā)明者圖示地震P波(縱波)和S波(橫波)運行時彈性巖石運動的形態(tài)

為什么地震時人的感覺是先顛后晃？

地震時，震中及其附近的人們先感覺到上下顛簸，然后感到前后或左右搖晃。這是因為地震發(fā)生時，地震波主要有兩種，一種是縱波，它傳播的速度快，可達5—6Km/秒；另一種是橫波，它的速度較慢，達3—4Km/秒。因為縱波先到，使人們產(chǎn)生上下顛簸的感覺；而橫波后到，讓人們感到水平搖晃，對建筑物的破壞主要是橫波。人們在感覺到“顛”的時候，要馬上就地避震，因為大的破壞力馬上就要到了。

本章重點一、名詞解釋震中；震中距；震源深度；震級；震中烈度；抗震設(shè)防烈度（地震基本烈度）設(shè)計地震加速度；抗震設(shè)防的三個目標(biāo)；三個水準(zhǔn)；二個階段。二、地震的分類（1）按成因分：構(gòu)造地震、火山地震、陷落地震、誘發(fā)地震。（2）按地震釋放能量的多少分：主震型地震、震群型地震、孤立型地震。（3）按震源深度分：淺源地震、中源地震、深源地震。（4）按地震破壞程度分：破壞性地震（≥5級）、大震（≥7級）、特大地震（≥8級）。三、地震波的分類及各自特點縱波、橫波、瑞雷波、洛夫波。四、工程結(jié)構(gòu)的震害主要有幾種。地質(zhì)年代表（附）相對年代絕對年齡（萬年）生物宙代紀(jì)世顯生宙新生代第四紀(jì)全新世（統(tǒng)）Q4

1.1

12.8

73

250

6500

22500

57000

250000

400000460000

更新世晚更新世（統(tǒng)）Q3中更新世（統(tǒng)）Q2早更新世（統(tǒng)）Q1第三紀(jì)（系）中生代（界）古生代（界）隱生宙元古代（界）太古代（界）地球天文時期地質(zhì)年代是指從最老的地層到最新的地層所代表的時代。分為相對地質(zhì)年代和絕對地質(zhì)年代。整個歷史時期地質(zhì)作用在不停息地進行著。各個地質(zhì)歷史階段，既有巖石、礦物和生物的形成與發(fā)展，也有它們的破壞和消亡。把各個地質(zhì)歷史時期形成的巖石，結(jié)合埋藏在巖石中能反映生物演化程序的化石和地質(zhì)構(gòu)造，按先后順序確定下來，展示巖石的新老關(guān)系，這就是相對年代。國際上又將地質(zhì)年代劃分為大小不同等級的單位，如宙、代、紀(jì)、世等。與此相對應(yīng)的是地層單位宇、界、系、統(tǒng)等。工程活動涉及的土體大都是在第四紀(jì)形成，第四紀(jì)是指約250萬年至今這段地質(zhì)時期。

重點掌握2.1場地2.2天然地基與基礎(chǔ)的抗震驗算2.3液化土了解內(nèi)容2.3軟土地基2.4樁基的抗震設(shè)計

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計2場地、地基和基礎(chǔ)地震破壞作用：從破壞性質(zhì)和工程對策角度，地震對結(jié)構(gòu)的破壞作用可分為兩種類型：場地、地基的破壞作用和場地的震動作用。

場地和地基的破壞作用一般是指造成建筑破壞的直接原因是由于場地和地基穩(wěn)定性引起的。

場地和地基的破壞作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。場地：建筑物的所在地，其在平面上大體相當(dāng)于廠區(qū)、居民區(qū)或自然村的區(qū)域范圍。2.1場地

這種破壞作用一般是通過場地選擇和地基處理來減輕地震災(zāi)害的。

場地的地震動作用是指由于強烈地面運動引起地面設(shè)施振動而產(chǎn)生的破壞作用。

減輕它所產(chǎn)生的地震災(zāi)害的主要途徑是合理的進行抗震和減震設(shè)計和采取減震措施。

地段類別

地質(zhì)、地形、地貌有利地段穩(wěn)定基巖，堅硬土，開闊、平坦、密實、均勻的中硬土等不利地段軟弱土，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（如故河道、疏松的斷破裂帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基）等危險地段地震時可能發(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)生地表錯位的部位建筑地段的選擇工程地質(zhì)條件對地震破壞的影響很大。常有地震烈度異?，F(xiàn)象，即“重災(zāi)區(qū)里有輕災(zāi)，輕災(zāi)區(qū)里由重災(zāi)”產(chǎn)生的原因是局部地區(qū)的工程地質(zhì)條件不同。地段劃分

水邊地的地下水位較高，土質(zhì)也較松軟，容易在地震時產(chǎn)生土壤滑動或地層液化。

用另外的土石來填補地基，常有土壤密實度不足情形，導(dǎo)致建筑物在地震時產(chǎn)生傾斜、沉陷。

山坡地在地震時會產(chǎn)生土壤滑動沖積地的土質(zhì)松軟，地震時容易塌陷，如果此處有地下水層，還容易發(fā)生液化。

臨近懸崖，容易滑落

谷地或低地，這里的建筑物容易在地震發(fā)生時，受土石崩塌破壞。

地震引發(fā)了一巨大的泥石流，數(shù)百戶人家被埋在泥石里地裂發(fā)震斷裂的影響與地下斷裂構(gòu)造直接相關(guān)的地裂與發(fā)震斷裂間接相關(guān)的受應(yīng)力場控制所產(chǎn)生的地裂

斷裂帶是地質(zhì)上的薄弱環(huán)節(jié)，淺源地震多與斷裂活動有關(guān)。發(fā)震斷裂帶附近地表，在地震時可能產(chǎn)生新的錯動，使建筑物遭受較大的破壞，屬于地震危險地段。建設(shè)時應(yīng)避開。發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯位的地段主要在高烈度區(qū)，全新世以來經(jīng)?；顒拥臄嗔衙嫔稀?/p>

局部地形的影響1.高突地形距離基準(zhǔn)面的高度愈大，高處的反應(yīng)愈大；2.離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離大，反應(yīng)相對減小；3.在同樣地形條件下，土質(zhì)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)比巖質(zhì)結(jié)構(gòu)大；4.高突地形頂面愈開闊，遠離邊緣的中心部位的反應(yīng)明顯減小;5.邊坡愈陡，其頂部的放大效應(yīng)相應(yīng)加大。地段選擇1.選擇有利地段；2.避開不利地段，當(dāng)無法避開時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?.不在危險地段建設(shè)。

2.1.1場地土及場地覆蓋層厚度1、場地土：場地范圍內(nèi)的地基土。場地土對建筑物的震害，主要與場地土的堅硬程度和土層的組成有關(guān)。在同一地震和同一震中距離時，軟弱地基地面的自震周期長，振幅大，震動持續(xù)時間長，震害也重(地基的震害)。軟弱地基上的建筑物震害比堅硬地基上的嚴(yán)重(上部結(jié)構(gòu)的震害)。堅硬土層上的剛性建筑、軟弱土上的柔性建筑破壞嚴(yán)重。2、場地土的類型按土層等效剪切波速，場地土分4類：2.1.2場地覆蓋層厚度的確定：一般情況下，應(yīng)按地面至剪切波速大于500m/s的土層頂面；2.當(dāng)?shù)孛?m以下存在剪切波速大于相鄰上層土剪切波速2.5倍的下臥土層，且下臥土層的剪切波速不小于400m/s時，可按地面至該下臥土層頂面的距離確定；3.剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應(yīng)視同周圍土層；4.土層中的火山巖硬夾層，應(yīng)視為剛體，其厚度應(yīng)從覆蓋土層中扣除。一般震害隨覆蓋層厚度的增加而加重。2.1.3

場地類別《規(guī)范）規(guī)定：建筑場地類別應(yīng)根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度劃分為四類：根據(jù)場地覆土厚度及土的剪切波速確定建筑物的場地類別，由場地類別和地震分組查表得場地特征周期（P35表3.2），最后由特征周期計算地震影響系數(shù)。

場地內(nèi)存在發(fā)震斷裂時，應(yīng)對斷裂的工程影響進行評價，并應(yīng)符合下列要求：對符合下列規(guī)定之一的情況，可忽略發(fā)震斷裂錯動對地面建筑的影響：

1）抗震設(shè)防烈度小于8度；

2）非全新世活動斷裂；

3）抗震設(shè)防烈度為8度和9度時隱伏斷裂，前第四紀(jì)基巖以上的土層覆蓋厚度分別大于60m和90m。2.對不符合本條1款規(guī)定的情況，應(yīng)避開主斷裂帶。其避讓距離不宜小于下表對發(fā)震斷裂最小避讓距離的規(guī)定。例：已知某建筑場地的鉆孔土層資料如表所示，試確定該建筑場地的類別。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱剪切波速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細砂31069.56.5礫混粗砂520解：（1）確定地面下20m表層土的場地土類型（2）確定覆蓋層厚度（3）確定建筑場地類別屬于中軟土屬于Ⅲ類場地

補充：天然地基的震害特點及其抗震措施由于地基一旦發(fā)生破壞，震后修復(fù)加固很難，有時甚至不可能加固修復(fù)。一、天然地基的震害特點高壓縮性飽和軟粘土和強度較低的淤泥質(zhì)土，在地震中產(chǎn)生不同程度的震陷，從而造成或加劇了上部結(jié)構(gòu)的傾斜或破壞。雜填土、回填土和沖填土等松軟填土地基，由于多為舊水坑、洼地等，土質(zhì)稀散且強度較低，地震中易產(chǎn)生沉陷，使結(jié)構(gòu)開裂。溝、坑、故河道，坡地中半挖半填等非均質(zhì)地基，在地基中的不均勻沉陷或地裂縫上會引起上部結(jié)構(gòu)破壞。

2.2天然地基與基礎(chǔ)的抗震驗算

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

二、天然地基的抗震措施

1、軟弱粘性土地基特點：壓縮性較大，抗剪強度小，承載能力低。震害特點：使建筑物產(chǎn)生較大的附加沉降和不均勻沉降。處理措施：樁基；地基加固處理；以及類似減輕液化影響的基礎(chǔ)處理措施和上部結(jié)構(gòu)的處理措施。2、雜填土地基（一般是人類任意堆填而成)特點：組成物質(zhì)雜亂，結(jié)構(gòu)疏散，厚薄不一，均勻性很差，強度低，壓縮性高。震害特點：不均勻沉降導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)開裂。處理：當(dāng)雜填土的上層較薄時，可全部挖除（換土）；雜填土較厚時，采用地基加固的方法（如擠密樁等）。

二、天然地基的抗震措施3、不均勻地基一般位于舊故河道邊，暗藏溝坑邊緣，半挖半填的地帶，以及土質(zhì)明顯不均勻的其他地段。震害特點：易引起地基失效，加劇上部結(jié)構(gòu)的破壞。處理措施：地基加固處理4、地基加固處理方法A、換土墊層法換土厚度<3m適用：各種軟弱地基（但換土深度有限，處理后仍有變形）上部荷載較小，沉降要求不嚴(yán)時用這種方法。B、重錘夯實法適用：壓實各種稍濕粘土、砂土、雜填土地基（在最優(yōu)含水量時下錘，若含水量過大，可換土；若含水量過小，可灑水，使之變?yōu)樽顑?yōu)含水量。）C、擠密裝法（運用廣泛）適用：松散土、雜填土、可液化土，對飽和軟粘土不適用。D、強夯振沖法適用：淺層飽和砂土（可防止液化）E、砂井預(yù)壓法（是一種深層加固方法）適用：深厚的粉土層，淤泥質(zhì)粘土層，淤泥質(zhì)薄軟土地基加固。

F、振沖法（用振沖設(shè)備，常用水沖）工作時，先啟動電擊帶動偏心塊高速旋轉(zhuǎn)，同時噴射高壓水，使形成孔洞，到一定深度后，填5-40mm碎石邊振實，形成碎石樁。

2.2.1、可不進行天然地基及基礎(chǔ)抗震驗算的建筑《規(guī)范》4.2.1規(guī)定：1、砌體房屋2、地基主要受力層范圍內(nèi)不存在軟弱粘性土層的下列建筑：一般的單層廠房；單層空曠房屋；不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋及基礎(chǔ)荷載相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房。3、可不進行上部結(jié)構(gòu)抗震驗算的建筑2.2天然地基與基礎(chǔ)的抗震驗算

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承載力驗算1、地基土的抗震承載力：調(diào)整后的地基土抗震承載力：地基土抗震承載力調(diào)整系數(shù)：深度修正后的地基土靜承載力特征值國內(nèi)外研究資料表明：除十分軟弱土之外，多數(shù)土在有限次的動載下，地震作用下一般土的動承載力皆比靜承載力高?？紤]地震作用的偶然性、短暫性及工程經(jīng)濟等因素，地基在地震作用下的可靠性應(yīng)比靜力作用下的可靠性有所降低。2、天然地基的抗震驗算認(rèn)為基底壓應(yīng)力呈直線分布，則：：地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的基礎(chǔ)底面的平均壓應(yīng)力：地震作用效應(yīng)組合的基礎(chǔ)邊緣的最大壓應(yīng)力。高寬比大于4的高層建筑，基底不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力其他基礎(chǔ)底面與地基土之間零應(yīng)力區(qū)面積不應(yīng)超過基底面積的15%。2.3.1、地基土的液化

2液化土與軟土地基

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計液化的宏觀標(biāo)志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水。

處于地下水位以下的飽和砂土和粉土在地震時容易出現(xiàn)液化現(xiàn)象

處于地下水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒結(jié)構(gòu)受到地震作用時將趨于密實，使空隙水壓力急劇上升，而在地震作用的短暫時間內(nèi)，這種急劇上升的空隙水壓力來不及消散，使原有土顆粒通過接觸點傳遞的壓力減小，當(dāng)有效壓力完全消失時，土顆粒處于懸浮狀態(tài)之中。這時，土體完全失去抗剪強度而顯示出近于液體的特性。這種現(xiàn)象稱為液化。

唐山地震時，嚴(yán)重液化地區(qū)噴水高度可達8米，廠房沉降可達1米。天津地震時，海河故道及新近沉積土地區(qū)有近3000個噴水冒砂口成群出現(xiàn)，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達5立方米。有時地面運動停止后，噴水現(xiàn)象可持續(xù)30分鐘。液化的震害：噴水冒砂淹沒農(nóng)田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出現(xiàn)裂縫、滑移，造成橋梁破壞，等等。

2、場地土液化產(chǎn)生的震害地面開裂、下沉使建筑物產(chǎn)生過度下沉或整體傾斜。不均勻沉降引起建筑物上部結(jié)構(gòu)破壞，使梁、板等水平構(gòu)件及節(jié)點破壞，使墻體開裂和建筑物體形變化處開裂。地室內(nèi)地坪上鼓、開裂，設(shè)備基礎(chǔ)上浮或下沉3、影響場地土液化的因素土層的地質(zhì)年代和組成：地質(zhì)年代越古老，越不易液化；細砂較粗砂易液化等。土層的相對密度：土的密實程度越大，越不易液化；土的粘性顆粒含量越高，越不易液化。土層的埋深和地下水位的深度：土的埋深越大，地下水位越深，越不易液化。地震烈度和地震持續(xù)時間：地震烈度越高，持續(xù)時間越長，飽和砂土越易液化。2.3.2、液化的判別液化判別和處理的一般原則：1）對存在飽和砂土和粉土（不含黃土）的地基，除6度外，應(yīng)進行液化判別。對6度區(qū)一般情況下可不進行判別和處理，但對液化敏感的乙類建筑應(yīng)按7度的要求進行判別和處理。2）存在液化土層的地基，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、地基的液化等級結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的措施。1、初步判別《規(guī)范》規(guī)定：對飽和砂土或粉土，當(dāng)符合下列條件之一，可不考慮液化的影響。地質(zhì)年代為第四紀(jì)晚更新世及其以前時，沖洪積形成的密實飽和砂土或粉土。粉土的粘粒含量不小于7度—10%；8度—13%；9度—16%。天然地基的建筑，當(dāng)上覆非液化土層厚度和地下水位的深度符合下列條件之一：9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別液化土特征深度d0查液化土特征深度表例1圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為砂土，地下水位深度為dw=6.5m.基礎(chǔ)埋深db=1.5m,

該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。解：按判別式確定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別不需要考慮液化影響。dw=6.5mdu=5.5mdb=1.5m查液化土特征深度表解：按判別式確定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別不滿足判別式，需要進一步判別是否考慮液化影響。例圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為砂土，地下水位深度為dw=6m.基礎(chǔ)埋深db=2.5m,

該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m2、進一步判別細判經(jīng)初步判別認(rèn)為需進一步進行液化判別時，一般采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗進一步判別。

鉆孔至試驗土層上15cm處,用63.5kg穿心錘，落距為76cm，打擊土層，打入土層30cm，所用的錘擊數(shù)記作N63.5，稱為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)。用N63.5與規(guī)范規(guī)定的臨界值Ncr比較來確定是否會液化。1---穿心錘2---錘墊3---觸探桿4---貫入器頭5---出水孔6---貫入器身7---貫入器靴規(guī)范規(guī)定當(dāng)飽和可液化土的標(biāo)貫擊數(shù)N63.5的值小于Ncr值時，判為液化，否則判為不液化。---地下水位深度（m)---飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點深度（m)---液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，按下表采用。---飽和土粘粒含量百分率，當(dāng)小于3或是砂土?xí)r，均應(yīng)取3。括號內(nèi)數(shù)值用于設(shè)計基本地震加速度為0.15g和0.3g的地區(qū)12(15)---8（10)第二、三組1610(13)6（8）

第一組987設(shè)計地震分組烈度3.液化指數(shù)與液化等級采用土層柱狀液化等級判定。---判別深度內(nèi)每一個鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點總數(shù)；---分別為i點標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的實測值和臨界值，當(dāng)實測值大于臨界值時取臨界值的數(shù)值；---第i點所代表的土層厚度（m)；---第i層考慮單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值。若判別深度為15m，當(dāng)該層中點深度不大于5m時采用10，等于15m時應(yīng)取零值,5～15m時應(yīng)按線性內(nèi)插值法取值;若判別深度為20m，當(dāng)該層中點深度不大于5m時采用10，等于20m時應(yīng)取零值，5～

20m時應(yīng)按線性內(nèi)插值法取值。液化指數(shù)

一般，液化指數(shù)越大，場地的噴水冒砂情況和建筑物的液化震害就越嚴(yán)重，因此，可根據(jù)液化指數(shù)的大小來區(qū)分液化危害程度，即地基的液化等級。見表2.7判別深度20m時的液化指標(biāo)判別深度15m時的液化指標(biāo)

嚴(yán)重

中等

輕微

液化等級液化等級

地面噴水冒砂情況

對建筑物的危害情況輕微地面無噴水冒砂，或僅在洼地、河邊有零星的噴水冒砂點危害性小，一般不致引起明顯的沉降中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴(yán)重均有，多數(shù)液化等級屬中等危害性較大，可造成不均勻沉陷和開裂，有時不均勻沉陷可達200mm嚴(yán)重一般噴水冒砂都很嚴(yán)重，地面變形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能大于200～300mm，高重心結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不允許的傾斜2.3.3、可液化地基的抗震措施當(dāng)液化土層較平坦、均勻時，可按下表選用抗液化措施地基和上部結(jié)構(gòu)處理，或其它經(jīng)濟的措施可不采取措施可不采取措施丁類全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對地基和上部結(jié)構(gòu)處理基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，或更高要求的措施基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，亦可不采取措施丙類全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對地基和上部結(jié)構(gòu)處理部分消除液化沉陷，或?qū)Φ鼗蜕喜拷Y(jié)構(gòu)處理乙類嚴(yán)重中等輕微地基的液化等級建筑類別場地土的液化會給建筑物造成一系列破壞，為保障建筑物的安全，可根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別和地基的液化等級，選擇適當(dāng)?shù)目挂夯胧?）采用深基礎(chǔ)時，基礎(chǔ)底面埋入深度以下穩(wěn)定土層中的深度，不應(yīng)小于0.5m；3）采用加密法（如振沖、振動加密、砂樁擠密、強夯等）加固時，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)的實測值不宜大于相應(yīng)的臨界值；4）挖除全部液化土層，后分層回填砂、礫等并逐層夯實；5）采用加密法或換土法處理時，在基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度，應(yīng)超過基礎(chǔ)底面下處理深度的1/2且不小于基礎(chǔ)寬度的1/5。1、全部消除地基液化沉陷的措施應(yīng)符合：《規(guī)范》4.3.71）采用樁基時，樁端深入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長度（不包括樁尖部分），應(yīng)按計算確定，且對碎石土，礫、粗、中砂，堅硬粘性土和密實粉土尚不應(yīng)小于0.5m，對其他非巖石尚不應(yīng)小于1.5m；2、部分消除地基液化沉陷的措施應(yīng)符合：《規(guī)范》4.3.81）處理深度應(yīng)使處理后的地基液化指數(shù)減少，當(dāng)判別深度為15m時，其值不宜大于4，當(dāng)判別深度為20m時，其值不宜大于5；對獨立基礎(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）處理深度范圍內(nèi)，應(yīng)挖除其液化土層或采用加密法加固，使處理后土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)實測值不小于相應(yīng)的臨界值。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的要求相同。1)選擇合適的基礎(chǔ)埋置深度；5)管道穿過建筑處應(yīng)預(yù)留足夠尺寸或采用柔性接頭等。3.減輕液化影響的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，《規(guī)范》4.3.9

可綜合考慮采用下列措施：2)調(diào)整基礎(chǔ)底面積，減少基礎(chǔ)偏心；3)加強基礎(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，增強上部結(jié)構(gòu)的整體剛度和均勻?qū)ΨQ性，合理設(shè)置沉降縫，避免采用對不均勻沉降敏感的結(jié)構(gòu)形式等；一、概念解釋場地、場地土、覆蓋層厚度、場地土的液化二、簡答1、場地土分幾類？如何劃分的？2、如何確定場地類別？3、場地選擇的原則？4、液化指數(shù)的作用？5、場地土液化產(chǎn)生的震害？6、怎樣進行天然地基的抗震驗算？三、計算1、會判定建筑場地的類型?2、會進行液化的初步判別？

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計本章重點3結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震驗算

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1概述3.2單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析3.3單自由度彈性體系的水平地震作用及其反應(yīng)譜3.4多自由度彈性體系的地震反應(yīng)的振型分解法3.5多自由度體系的水平地震作用3.6結(jié)構(gòu)自振周期和振型計算3.7地基與結(jié)構(gòu)的相互作用3.10結(jié)構(gòu)的抗震驗算

3.1概述一、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計步驟1、計算結(jié)構(gòu)的地震作用—地震荷載2、計算結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的地震作用效應(yīng)—M、Q、N及位移3、地震作用效應(yīng)與其他荷載效應(yīng)進行組合、驗算結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的抗震承載力及變形（確保結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的內(nèi)力<材料抗力）。3結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震驗算

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計二、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論發(fā)展過程的三個階段1.靜力理論階段---靜力法1920年，日本大森房吉提出。假設(shè)建筑物為絕對剛體。地震作用---地震系數(shù)：反映震級、震中距、地基等的影響將F作為靜荷載，按靜力計算方法計算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)2、反應(yīng)譜理論階段：1940年美國皮奧特教授提出的“彈性反應(yīng)譜理論”目前我國采用：底部剪力法或震型分解反應(yīng)譜法（用于小震或中震的計算）計算時：單自由度多質(zhì)點體系（多個等效單質(zhì)點體系），如糖葫蘆目前，世界上普遍采用的方法。3、動態(tài)分析階段：時程分析法—用于大震分析計算，借助于計算機。三、與各類型結(jié)構(gòu)相應(yīng)的地震作用分析方法不超過40m的規(guī)則結(jié)構(gòu)：底部剪力法一般的規(guī)則結(jié)構(gòu)：兩個主軸的振型分解反應(yīng)譜法

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8、9度時的大跨、長懸臂結(jié)構(gòu)和9度的高層建筑：考慮豎向地震作用

特別不規(guī)則、甲類和超過規(guī)定范圍的高層建筑：一維或二維時程分析法的補充計算補充：單自由度體系動力學(xué)分析回顧單自由度體系自由振動（1）無阻尼時時（2）有阻尼時阻尼：振動過程中的阻力。無阻尼自由振動：系統(tǒng)只在恢復(fù)力作用下維持的振動。其振動的振幅不隨時間而改變，振動過程將無限地進行下去。有阻尼自由振動：系統(tǒng)在振動過程中，除受恢復(fù)力外，還存在阻尼力，這種阻尼力的存在不斷消耗振動的能量，使振幅不斷減小。強迫振動：在外加劑激振力作用下的振動稱為強迫振動。（工程中的自由振動，都會由于阻尼的存在而逐漸衰減，最后完全停止。但實際上又存在有大量的持續(xù)振動，這是由于外界有能量輸入以補充阻尼的消耗，一般都承受外加的激振力。）有阻尼受迫振動有兩部分組成。第一部分是衰減振動；第二部分是受迫振動。3.2單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析1、單自由度彈性體系的計算簡圖把結(jié)構(gòu)的所有質(zhì)量集中在屋蓋處，墻、柱視為一個無質(zhì)量的彈性桿，形成一個單質(zhì)點體系。當(dāng)一個單質(zhì)點體系只作單向振動時，形成一個單自由度體系。3結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震驗算

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計2、運動方程

：地面（基礎(chǔ)）的水平位移：質(zhì)點對地面的的相對位移：質(zhì)點的總位移：質(zhì)點的絕對加速度動荷載取質(zhì)點為隔離體，由結(jié)構(gòu)動力學(xué)可知，作用在質(zhì)點上的力：慣性力：彈性恢復(fù)力：阻尼力：（粘滯阻尼理論）根據(jù)達朗貝爾原理：單質(zhì)點彈性體系在地震作用下的運動方程為：

上式進一步簡化為：式（3.5）為一個二階常系數(shù)非齊次微分方程。令方程式左邊=0，得該方程的齊次解，即方程的通解。則方程式（3.5）的解由有上述的齊次解和特解兩部分組成。t=0時，體系的初始位移t=0時，體系的初始速度

由上圖可知，無阻尼自由振動時的振幅不變，而有阻尼體系自由振動的振幅隨時間的增加而減小，且體系的阻尼越大，其振幅的衰減就越快。4、強迫振動瞬時沖量及其引起的自由振動杜哈默積分可視為作用于單位質(zhì)量上的動力荷載上式即為處于靜止?fàn)顟B(tài)的單自由度體系地震位移反應(yīng)計算公式。

3.3單自由度彈性體系的水平地震作用及其反應(yīng)譜1、單自由度彈性體系的水平地震作用對于單自由度彈性體系，通常把慣性力看作一種反映地震對結(jié)構(gòu)體系影響的等效力，可以用它的最大值來對結(jié)構(gòu)進行抗震驗算。（把動荷載轉(zhuǎn)化為靜荷載解決計算問題。）下式為質(zhì)點的絕對最大加速度計算公式，取決于地震時地面運動加速度、結(jié)構(gòu)的自振周期T及結(jié)構(gòu)的阻尼比3結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震驗算

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

2、地震反應(yīng)譜地震時，地面運動引起結(jié)構(gòu)振動，單質(zhì)點體系質(zhì)點相對于地面的相對位移、相對速度、絕對加速度均為時間t的函數(shù)，從工程觀點看，在地震中結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大位移、最大速度、最大加速度更具有實際意義，此最大值隨質(zhì)點自振周期變化的曲線稱為反應(yīng)譜。

下圖即為在給定的地震作用下質(zhì)點絕對最大加速度與體系自振周期的關(guān)系曲線。特點：結(jié)構(gòu)的阻尼比和場地條件對反應(yīng)譜有很大影響高頻結(jié)構(gòu)主要取決于地面的最大加速度Sa中頻結(jié)構(gòu)主要取決于地面的最大速度Sv低頻結(jié)構(gòu)主要取決于地面的最大位移Sd

2、標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜把水平地震作用的基本公式（3.31）變換為式（3.32）將Sa的表達式（3.30）代入式（3.34）得：β與T的關(guān)系曲線稱為β譜曲線：（1）β譜曲線的實質(zhì)也是一條加速度反應(yīng)譜曲線。（2）曲線峰值對應(yīng)的結(jié)構(gòu)自振周期T=Tg，Tg為場地的特征周期（過去也稱作卓越周期）

標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜曲線：根據(jù)大量的強震記錄算出對應(yīng)于每一條強震記錄的反應(yīng)譜曲線，然后統(tǒng)計求出的最有代表性的平均曲線。下圖為β譜曲線及加速度譜曲線

2、設(shè)計反應(yīng)譜

《規(guī)范》把α與T的關(guān)系作為設(shè)計反應(yīng)譜。---直線下降段的斜率調(diào)整系數(shù)；按下式確定地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影響烈度括號數(shù)字分別對應(yīng)于設(shè)計基本加速度0.15g和0.30g地區(qū)的地震影響系數(shù)

特征周期值（s）0.900.650.450.35第三組0.750.550.400.30第二組0.650.450.350.25第一組ⅣⅢⅡⅠ場地類別解：（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0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影響烈度例：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)計地震分組為二組，Ⅰ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)多遇地震時的水平地震作用。h=5m查表確定解：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)計地震分組為二組，Ⅰ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)多遇地震時的水平地震作用。（1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期（2）求水平地震影響系數(shù)h=5m查表確定地震特征周期分組的特征周期值（s）0.900.650.450.35第三組0.750.550.400.30第二組0.650.450.350.25第一組ⅣⅢⅡⅠ場地類別解：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)計地震分組為二組，Ⅰ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)多遇地震時的水平地震作用。（1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期（2）求水平地震影響系數(shù)h=5m（3）計算結(jié)構(gòu)水平地震作用

例1、P79習(xí)題1解：查表3.2(P35)抗震術(shù)語自由振動：在不受外界作用而阻尼又可忽略的情況下結(jié)構(gòu)體系所進行的振動。自振周期：結(jié)構(gòu)按某一振型完成一次自由振動所需的時間。（1）自振頻率：當(dāng)外力不復(fù)存在時，結(jié)構(gòu)體系每秒振動的次數(shù)，又稱固有頻率。（2）基本周期：結(jié)構(gòu)按基本振型完成一次自由振動所需的時間。又稱第一自振周期。振型：結(jié)構(gòu)按某一自振周期振動時的變形模式。（1）基本振型：多自由度體系和連續(xù)體自由振動時，最小自振頻率所對應(yīng)的振動變形模式，又稱第一振型。（2）高階振型：多自由度體系和連續(xù)體自由振動時，對應(yīng)于二階頻率以上（含二階）的振動變形模式。共振：當(dāng)干擾頻率與結(jié)構(gòu)自振頻率接近時，振幅急劇增大的現(xiàn)象。3.4多自由度彈性體系地震反應(yīng)分析的振型分解法1、計算簡圖3結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震驗算

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

體系只作單向振動時，

n個質(zhì)點

n個自由度體系

n個獨立等效單自由度彈性體系的最大地震反應(yīng)

n個振型作用效應(yīng)（M、V、N）組合n個振型效應(yīng)驗算截面抗震通常第一振型周期最長，影響最大，振型愈高，影響愈小。

2、運動方程先考慮兩個自由度體系的運動方程，圖3.11所示

3、自由振動(1)自振頻率(2)主振型

因主振型只取決于質(zhì)點位移之間的相對值，所以通常將其中某一個質(zhì)點的位移值定為1。一般，體系有多少個自由度就有多少個頻率，相應(yīng)就有多少個主振型，他們是體系的固有屬性。主振型的正交性

P31,由式（3.27）知：結(jié)構(gòu)在任一瞬時的位移等于慣性力產(chǎn)生的靜位移。因此上述的主振型曲線可看作體系按某一頻率振動式時，其上相應(yīng)的慣性荷載所引起的靜力變形曲線。對于二自由度體系，其兩個振型的變形曲線及相應(yīng)的慣性力如圖3.13所示解:例.求圖示體系的頻率、振型.

已知:m1m211.61810.618

4、、振型分解法是求解多自由度彈性體系地震反應(yīng)的重要方法。先以二自由度體系為例，如圖3.21所示。3.5多自由度體系的水平地震作用一、振型分解反應(yīng)譜法

多自由度彈性體系在地震時質(zhì)點所受到的慣性力就是質(zhì)點的地震作用。質(zhì)點上的地震作用為：3結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震驗算

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

一般，各個振型在地震總反應(yīng)中的貢獻隨其頻率的增加而迅速減少，所以頻率最低的幾個振型控制結(jié)構(gòu)的最大地震反應(yīng)。實際計算中，一般采用前2—3個振型即可?！兑?guī)范》規(guī)定：在進行結(jié)構(gòu)抗震驗算時，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應(yīng)符合下式要求二、底部剪力法

《規(guī)范》5.2.1：對于高度不超過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)，可以采用底部剪力法。1、底部剪力計算符合規(guī)定的結(jié)構(gòu)，根據(jù)底部剪力相等的原則，把多質(zhì)點體系用一個與其基本周期相等的單質(zhì)點體系代替。底部剪力用式（3.37）進行計算：

式中——相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)，按圖3.9確定，對于多層砌體房屋、底部框架和多層內(nèi)框架磚房，可取水平地震影響系數(shù)最大值；

——結(jié)構(gòu)等效總重力荷載:式中——集中于質(zhì)點i的重力荷載代表值；

c——等效系數(shù)?！兑?guī)范》規(guī)定取c=0.85注意：因為標(biāo)準(zhǔn)值，則結(jié)構(gòu)總水平地震作用為標(biāo)準(zhǔn)值。2、各質(zhì)點的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計算因符合規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)，其地震反應(yīng)以基本振型為主，而且基本振型接近于直線，呈倒三角形，如圖3.22所示。在地震作用下，高層建筑或其他建（構(gòu)）筑物頂部細長突出部分振幅劇烈增大的現(xiàn)象。例：試用振型分解反應(yīng)譜法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）求體系的自振周期和振型（2）計算各振型的地震影響系數(shù)1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影響烈度地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.05）查表得地震特征周期分組的特征周期值（s）0.900.650.450.35第三組0.750.550.400.30第二組0.650.450.350.25第一組ⅣⅢⅡⅠ場地類別例：試用振型分解反應(yīng)譜法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）求體系的自振周期和振型（2）計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例：試用振型分解反應(yīng)譜法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）求體系的自振周期和振型（2）計算各振型的地震影響系數(shù)（3）計算各振型的振型參與系數(shù)第一振型第二振型第三振型例：試用振型分解反應(yīng)譜法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）求體系的自振周期和振型（2）計算各振型的地震影響系數(shù)（3）計算各振型的振型參與系數(shù)（4）計算各振型各樓層的水平地震作用第一振型第一振型例：試用振型分解反應(yīng)譜法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）求體系的自振周期和振型（2）計算各振型的地震影響系數(shù)（3）計算各振型的振型參與系數(shù)（4）計算各振型各樓層的水平地震作用第一振型第二振型第二振型例：試用振型分解反應(yīng)譜法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）求體系的自振周期和振型（2）計算各振型的地震影響系數(shù)（3）計算各振型的振型參與系數(shù)（4）計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第三振型例：試用振型分解反應(yīng)譜法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力。抗震設(shè)防烈度為8度，Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）求體系的自振周期和振型（2）計算各振型的地震影響系數(shù)（3）計算各振型的振型參與系數(shù)（4）計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（5）計算各振型的地震作用效應(yīng)（層間剪力）第一振型1振型例：試用振型分解反應(yīng)譜法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）求體系的自振周期和振型（2）計算各振型的地震影響系數(shù)（3）計算各振型的振型參與系數(shù)（4）計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（5）計算各振型的地震作用效應(yīng)（層間剪力）1振型第二振型2振型例：試用振型分解反應(yīng)譜法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）求體系的自振周期和振型（2）計算各振型的地震影響系數(shù)（3）計算各振型的振型參與系數(shù)（4）計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（5）計算各振型的地震作用效應(yīng)（層間剪力）1振型2振型第三振型3振型例：試用振型分解反應(yīng)譜法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力。抗震設(shè)防烈度為8度，Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）求體系的自振周期和振型（2）計算各振型的地震影響系數(shù)（3）計算各振型的振型參與系數(shù)（4）計算各振型各樓層地震作用第一振型第二振型第三振型（5）計算各振型的地震作用效應(yīng)1振型2振型3振型（6）計算地震作用效應(yīng)（層間剪力）組合后各層地震剪力例：試用底部剪力法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力。已知結(jié)構(gòu)的基本周期T1=0.467s,抗震設(shè)防烈度為8度,Ⅱ類場地,設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）計算結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值10.5m7.0m3.5m（2）計算水平地震影響系數(shù)（3）計算結(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頂部附加地震作用系數(shù)（5）計算各層的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值例1：試用底部剪力法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力。已知結(jié)構(gòu)的基本周期T1=0.467s,抗震設(shè)防烈度為8度,Ⅱ類場地,設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）計算結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值10.5m7.0m3.5m（2）計算水平地震影響系數(shù)（3）計算結(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）計算各層的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值例1：試用底部剪力法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力。已知結(jié)構(gòu)的基本周期T1=0.467s,抗震設(shè)防烈度為8度,Ⅱ類場地,設(shè)計地震分組為第二組。解：（1）計算結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值10.5m7.0m3.5m（2）計算水平地震影響系數(shù)（3）計算結(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）計算各層的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值（6）計算各層的層間剪力振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果3.6結(jié)構(gòu)自振周期和振型計算3結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震驗算

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

按振型分解法計算多質(zhì)點體系的地震作用時，需要確定體系的基頻和高頻以及相應(yīng)的振型；用反應(yīng)譜底部剪力法計算時，需要知道基本周期。從理論上講，他們可通過解頻率方程得到，但質(zhì)點多于三個時，計算很困難。本節(jié)將介紹一些經(jīng)常采用的近似計算方法，可根據(jù)其使用條件及計算需要選用。一、能量法二、等效質(zhì)量法（折算質(zhì)量法）三、頂點位移法四、矩陣迭代法

一、能量法

能量法是根據(jù)體系在振動過程的能量守恒原理導(dǎo)出的，適用用求結(jié)構(gòu)的基本頻率（第一振型的頻率）。本方法常用于求解以剪切型為主的框架結(jié)構(gòu)。由于框架結(jié)構(gòu)可以用D值法直接求得層間變形，所以這一方法應(yīng)用十分方便。解:例.已知：求結(jié)構(gòu)的基本周期。G2G1（1）計算各層層間剪力（2）計算各樓層處的水平位移（3）計算基本周期解：結(jié)構(gòu)在重力荷載作用下的彈性曲線如上圖（b）（a）（b）

二、等效質(zhì)量法

在求多自由度體系的基本頻率時，為簡化計算，可根據(jù)頻率相等的原則，將全部質(zhì)量集中在一點或幾個點上，該集中所得的質(zhì)量稱為等效質(zhì)量。

如圖3.18所示的懸臂體系，有兩單自由度體系頻率相等，則：

三、頂點位移法

用“換算體系”方法可以把一多質(zhì)點體系用一等效的單質(zhì)點體系來代替，從而將多自由度體系求周期問題簡化為相應(yīng)的單自由度問題。頂點位移法是根據(jù)在重力荷載水平作用時算得的頂點位移來求解基本頻率的一種方法。懸臂型剪切型彎剪型抗震墻結(jié)構(gòu)可視為彎曲型桿，即懸臂型結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)可近似視為剪切型桿?？蚣?抗震墻結(jié)構(gòu)可近似視為剪彎型桿。

結(jié)構(gòu)變形的三種形式

框架結(jié)構(gòu)在水平力作用下的受力特點如下圖所示。其側(cè)移有兩部分組成：第一部分側(cè)移由柱和梁的彎曲變形產(chǎn)生。梁、柱都有反彎點，形成側(cè)向變形?？蚣芟虏康牧?、柱內(nèi)力大，層間變形也大，愈到上部層間變形愈小，使整個結(jié)構(gòu)呈剪切型變形，如圖（a）。第二部分側(cè)移由柱的軸向變形產(chǎn)生，在水平荷載作用下，柱的拉伸和壓縮使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)側(cè)移。這種側(cè)移在上部各層較大，愈到底部層間變形愈小，使整個結(jié)構(gòu)呈彎曲型變形，如圖（b)所示。

框架結(jié)構(gòu)中第一部分側(cè)移是主要的，隨著建筑高度加大，第二部分變形比例逐漸加大，但合成以后框架仍然呈剪切型變形特征，如圖（c）。（a）（b）（c）框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形

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(shè)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H---房屋總高度；B---所考慮方向房屋總寬度。（3）高度低于50m的規(guī)則鋼筋混凝土抗震墻結(jié)構(gòu)的基本周期（4）高度低于35m的化工煤炭工業(yè)系統(tǒng)鋼筋混凝土框架廠房的基本周期

在實測統(tǒng)計基礎(chǔ)上，再忽略房屋寬度和層高的影響等，有下列更粗略的公式（1）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)（2）鋼筋混凝土框架-抗震墻或鋼筋混凝土框架-筒體結(jié)構(gòu)N---結(jié)構(gòu)總層數(shù)。（3）鋼筋混凝土抗震墻或筒中筒結(jié)構(gòu)（4）鋼-鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)（5）高層鋼結(jié)構(gòu)

四、矩陣迭代法可求出多質(zhì)點體系多個頻率及相應(yīng)的振型。

產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震反應(yīng)的原因3.6結(jié)構(gòu)的地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)1.建筑自身的原因（結(jié)構(gòu)的偏心）兩方面：建筑自身的原因和地震地面運動的原因。質(zhì)心剛心產(chǎn)生偏心的原因：a.建筑物的柱體與墻體等抗側(cè)力構(gòu)件布置不對稱。b.建筑物的平面不對稱。

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計c.建筑物的立面不對稱。d.建筑物的平面、立面均不對稱。e.建筑物各層質(zhì)心與剛心重合，但上下層不在同一垂直線上。f.偶然偏心。2.地面運動的云因（存在扭轉(zhuǎn)分量）

地震波在地面上各點的波速、周期和相位不同。建筑結(jié)構(gòu)基底將產(chǎn)生繞豎直軸的轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)便會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。

無論結(jié)構(gòu)是否有偏心，地震地面運動產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動均是存在的。

但二者有區(qū)別，無偏心結(jié)構(gòu)的平動與扭轉(zhuǎn)振動不是耦合的，而有偏心結(jié)構(gòu)的平動與扭轉(zhuǎn)振動是耦合的。3.7地基與結(jié)構(gòu)的相互作用3結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震驗算

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

在對建筑結(jié)構(gòu)進行地震反應(yīng)分析時，通常假定地基是剛性的。實際一般地基并非剛性，故當(dāng)上部結(jié)構(gòu)的地震作用通過基礎(chǔ)反饋給地基時，地基將產(chǎn)生一定的局部變形，從而引起結(jié)構(gòu)的移動或擺動，這種現(xiàn)象稱為地基與結(jié)構(gòu)的相互作用。3.7.1地基與上部結(jié)構(gòu)相互作用的影響大震實記表明：結(jié)構(gòu)與支承他的地基之間存在著相互作用，主要表現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)對地基的反饋作用：改變了地基運動的頻譜組成，使得接近結(jié)構(gòu)自振頻率的分量獲得加強。T（結(jié)構(gòu)的基本周期）接近與Tg（場地的特征周期），易共振，相差大則地震作用減弱。地基變形對結(jié)構(gòu)的影響：地基愈柔，結(jié)構(gòu)的基本周期延長；結(jié)構(gòu)的振動衰減愈大（阻尼、位移愈大）。當(dāng)?shù)鼗鶆偠缺壬喜拷Y(jié)構(gòu)剛度大得多時，這兩種作用趨于消失。3.7.2考慮地基結(jié)構(gòu)相互作用的抗震設(shè)計結(jié)構(gòu)的抗震計算在一般情況下可不考慮地基與結(jié)構(gòu)的相互作用。但①對于建造在8度和9度、Ⅲ或Ⅳ類場地上，②采用箱基、剛性較好的筏基或樁箱聯(lián)合基礎(chǔ)的鋼筋混凝土高層建筑，③當(dāng)結(jié)構(gòu)的基本周期處于特征周期的1.2～5倍范圍內(nèi)時，可考慮地基與結(jié)構(gòu)動力相互作用的影響。對采用剛性地基假定計算的水平地震剪力按下列規(guī)定予以折減，并且其層間變形也應(yīng)按折減后的樓層剪力計算。（1）、高寬比小于3的結(jié)構(gòu)，各樓層地震剪力的折減系數(shù)可按下式計算：（2）高寬比大于3的結(jié)構(gòu)，底部的地震剪力按上述規(guī)定折減，但頂部不折減。中間按線性插入。

目前，國外抗震設(shè)計規(guī)定中要求考慮豎向地震作用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件有：1.長懸臂結(jié)構(gòu)；

2.大跨度結(jié)構(gòu)；

3.高聳結(jié)構(gòu)和較高的高層建筑；

4.以軸向力為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（柱或懸掛結(jié)構(gòu)）；

5.砌體結(jié)構(gòu)；

6.突出于建筑頂部的小構(gòu)件。

我國抗震設(shè)計《規(guī)范》規(guī)定：8度和9度的大跨度結(jié)構(gòu)、長懸臂結(jié)構(gòu)；煙囪和類似的高聳結(jié)構(gòu)；9度時的高層建筑。應(yīng)考慮豎向地震作用的不利影響。3.8豎向地震作用

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計分析結(jié)果表明：高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑豎向第一振型的地震內(nèi)力與豎向前5個振型按平方和開方組合的地震內(nèi)力相比較，誤差僅在5%--15%。

此外，豎向第一振型的數(shù)值大致呈倒三角形式，基本周期小