建筑结构第十五章抗震设计基本知识课件.pptx
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- 建筑结构 第十五 抗震 设计 基本知识 课件
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1、 第十五章第十五章 地震作用和结构的抗震验算地震作用和结构的抗震验算第一节第一节 地震基本知识地震基本知识第二节第二节 抗震设计的基本要求抗震设计的基本要求第三节第三节 地震作用的计算地震作用的计算第四节第四节 结构的自振周期结构的自振周期第五节第五节 结构的抗震验算结构的抗震验算第五编第五编 建筑抗震设计基本知识建筑抗震设计基本知识第一节第一节 地震基本知识地震基本知识一、一、地震的类型及成因地震的类型及成因二、二、常用术语常用术语一、一、地震的类型及成因地震的类型及成因v地震是由于地壳构造运动(岩层构造状态的地震是由于地壳构造运动(岩层构造状态的变动)或其它原因而引起的地面振动的现象。变动
2、)或其它原因而引起的地面振动的现象。v地震按其成因可分为:火山地震,陷落地震地震按其成因可分为:火山地震,陷落地震和构造地震。和构造地震。(1)火山地震火山地震由于火山爆发而引起的地震;由于火山爆发而引起的地震;(2)陷落地震陷落地震由于地表或地下岩层突然大规由于地表或地下岩层突然大规模陷落和崩塌而造成的地震;模陷落和崩塌而造成的地震;(3)构造地震构造地震由于地壳运动,推挤地壳岩层由于地壳运动,推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震。使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震。(c)岩 层 的 断 裂 状 态(b)岩 层 的 挤 压 状 态(a)岩 层 的 原 始 状 态v前二种地震的影
3、响范围和破坏程度相对较小,而后一前二种地震的影响范围和破坏程度相对较小,而后一种地震的破坏力大。种地震的破坏力大。v岩层断裂时以波动方式将岩层中积聚的变形能向四周岩层断裂时以波动方式将岩层中积聚的变形能向四周传播,即形成传播,即形成地震波地震波。实际地震波是各种振动波的复。实际地震波是各种振动波的复合体。合体。1.1.波的形式波的形式 (1)岩层内部传播的地震波为岩层内部传播的地震波为体波体波,分为,分为纵波纵波、横波横波。波的传播方向与质点的振动方向相同的是纵波,其周期较短,波的传播方向与质点的振动方向相同的是纵波,其周期较短,振幅也较小,可在固体和液体中传播,如弹簧的纵向振动;振幅也较小,
4、可在固体和液体中传播,如弹簧的纵向振动;波的传播方向与质点的振动方向垂直的是横波,其周期较长,波的传播方向与质点的振动方向垂直的是横波,其周期较长,振幅也较大,只在固体中传播。振幅也较大,只在固体中传播。(2)(2)岩层表面传播的地震波为岩层表面传播的地震波为面波面波(体波折射和反射后(体波折射和反射后的产物),分为的产物),分为瑞利波瑞利波、乐普波乐普波两种。两种。瑞利波:瑞利波:质点在质点在波的传播方向与波的传播方向与地表面法向所构地表面法向所构成的平面内作与成的平面内作与波前进方向相反波前进方向相反的椭圆运动,即的椭圆运动,即作滚动运动。作滚动运动。乐普波:乐普波:质点在质点在地表内作与
5、波前地表内作与波前进方向垂直的直进方向垂直的直线运动,即作蛇线运动,即作蛇行运动。行运动。S(横波)(纵波)L(面波)2.2.各种地震波对结构物的影响各种地震波对结构物的影响纵波传播的速度最快,横波次之,面波最慢;纵波传播的速度最快,横波次之,面波最慢;面波的振动幅度最大,横波次之,纵波最小;面波的振动幅度最大,横波次之,纵波最小;面波传送的能量最多,横波次之,纵波最少。面波传送的能量最多,横波次之,纵波最少。纵波使地面建筑物产生上下跳动;纵波使地面建筑物产生上下跳动;横波使地面建筑物产生前后左右晃动;横波使地面建筑物产生前后左右晃动;面波则使地面建筑物产生上述两种运动的复合运动面波则使地面建
6、筑物产生上述两种运动的复合运动。v 我国是地震多发的国家;我国是地震多发的国家;东南、华北、东北沿海处沿海处于环太平洋地震带的影响下,于环太平洋地震带的影响下,西北、西南处于欧亚处于欧亚大陆地震带的影响下。部分地区处于这两地震带的大陆地震带的影响下。部分地区处于这两地震带的支脉的控制下。我国地震的发生次数、强度、破坏支脉的控制下。我国地震的发生次数、强度、破坏后果均为世界罕见。后果均为世界罕见。3 3地震地面运动的参数地震地面运动的参数(1)地面运动加速度地面运动加速度地震烈度大则地面运动最大加速度大,建筑物上的地震烈度大则地面运动最大加速度大,建筑物上的地震作用力也大。地震作用力也大。(2)
7、(2)地面运动的周期地面运动的周期结构在动力情况下,其受荷情况除与外界因素有关结构在动力情况下,其受荷情况除与外界因素有关外,还与结构自身因素(如结构自振周期)有关,外,还与结构自身因素(如结构自振周期)有关,而地面运动的周期与结构自振周期接近时,将产生而地面运动的周期与结构自振周期接近时,将产生严重后果。严重后果。(3)强震持续时间强震持续时间破坏是一个过程,要完成这个过程,结构的破坏积破坏是一个过程,要完成这个过程,结构的破坏积累是一个必要的条件。而结构的损害程度与所受到累是一个必要的条件。而结构的损害程度与所受到的荷载大小、荷载作用时间有关。的荷载大小、荷载作用时间有关。二、二、常用术语
8、常用术语1.地震震级地震震级(1)(1)震级:震级:是衡量一次地震强弱程度是衡量一次地震强弱程度(即所释放能量的即所释放能量的大小大小)的指标。目前,国际上比较通用的是的指标。目前,国际上比较通用的是里氏震级里氏震级,其原始定义为其原始定义为1935年由里克特年由里克特(Richter)给出,即地震给出,即地震震级震级M为:为:)lg(AM 8.115.110ME(2)(2)地震释放的能量地震释放的能量:v震级与震源释放能量的大小有关,震级每震级差一震级与震源释放能量的大小有关,震级每震级差一级,释放的能量相差级,释放的能量相差31.6倍,倍,6级地震的能量级地震的能量2万吨万吨TNT炸药。炸
9、药。v微震微震12级地震,仪器可记录,人感觉不到;级地震,仪器可记录,人感觉不到;v有感地震有感地震34级地震,人能感觉到,但建筑物级地震,人能感觉到,但建筑物 基本无损坏;基本无损坏;v破坏性地震破坏性地震5级以上地震,一般对建筑物均有程级以上地震,一般对建筑物均有程 度不一的损害;度不一的损害;v强烈地震强烈地震 7级以上的地震,对建筑物产生严重级以上的地震,对建筑物产生严重 破坏。破坏。(3)(3)一次地震发生后,地震区域周围地区因距离和地质一次地震发生后,地震区域周围地区因距离和地质条件等的不同,其地表及建筑物的破坏程度也有所不条件等的不同,其地表及建筑物的破坏程度也有所不同,因此地震
10、震级不能区分一次地震对不同地区的影同,因此地震震级不能区分一次地震对不同地区的影响程度。响程度。地震烈度是描述一次地震时某地区地面震动地震烈度是描述一次地震时某地区地面震动强弱程度的尺度。强弱程度的尺度。故不同的地区有不同的地震烈度。故不同的地区有不同的地震烈度。2.地震烈度地震烈度v地震烈度是指某一地区的地面和各类建筑物遭受到地震烈度是指某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。一次地震影响的强弱程度。对于一次地震,表示地对于一次地震,表示地震大小的震大小的震级只有一个;震级只有一个;v随距离震中的远近不同,随距离震中的远近不同,烈度就有差异烈度就有差异。v评定地震烈度的标准就
11、称为评定地震烈度的标准就称为地震烈度表。地震烈度表。绝大多数绝大多数国家包括我国都采用分成国家包括我国都采用分成12度的地震烈度表。根据度的地震烈度表。根据地质条件、历史资料、观测记录地质条件、历史资料、观测记录计算或分析出强震计算或分析出强震区域周围地区的各级地震烈度的超越概率,按照统区域周围地区的各级地震烈度的超越概率,按照统一标准定出各地的基本烈度,并将各地的基本烈度一标准定出各地的基本烈度,并将各地的基本烈度绘成图或统计成表。绘成图或统计成表。3.烈度分组烈度分组v 某地区某地区50年内,在该地区一般场地条件下,超越概年内,在该地区一般场地条件下,超越概率为率为10的最大地震烈度;基本
12、烈度是该地区抗震的最大地震烈度;基本烈度是该地区抗震设计的基本标准。设计的基本标准。v 规范取超越概率为规范取超越概率为10的地震烈度为该地区的的地震烈度为该地区的基本基本烈度烈度;超越概率为;超越概率为63.2的地震烈度为该地区的的地震烈度为该地区的小小震烈度震烈度(又称(又称众值烈度众值烈度,即概率密度曲线上概率最,即概率密度曲线上概率最大处);取超越概率为大处);取超越概率为2的地震烈度为该地区的的地震烈度为该地区的大大震烈度震烈度(又称(又称罕遇烈度罕遇烈度)。)。小震烈度基本烈度小震烈度基本烈度1.55度度大震烈度基本烈度大震烈度基本烈度1.00度度4.抗震设防烈度:抗震设防烈度:建
13、筑物抗震设防时采用的烈度。建筑物抗震设防时采用的烈度。5.地震设计分组地震设计分组v 地震对建筑物的影响地震对建筑物的影响GgaGamFaaE惯性力建筑物加速度地面加速度地面运动地震0第二节第二节 抗震设计的基本要求抗震设计的基本要求一、一、建筑抗震设防分类和设防标准建筑抗震设防分类和设防标准二、二、抗震设防的目标抗震设防的目标 三、三、抗震概念设计抗震概念设计一、一、建筑抗震设防分类和设防标准建筑抗震设防分类和设防标准1.抗震设防类别抗震设防类别 根据建筑的使用功能的重要性,分为甲类、根据建筑的使用功能的重要性,分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。2
14、.抗震设防标准抗震设防标准甲类建筑甲类建筑乙类建筑乙类建筑丙类建筑丙类建筑丁类建筑丁类建筑二、二、抗震设防的目标抗震设防的目标 v抗震设防的目标抗震设防的目标 三水准要求三水准要求 所谓的三水准抗震目标,可简单的概括为:所谓的三水准抗震目标,可简单的概括为:(1)小震不坏小震不坏(2)中震可修中震可修(3)大震不倒大震不倒三、抗震概念设计三、抗震概念设计 概念设计概念设计 指一些在计算中或在规范中难以指一些在计算中或在规范中难以作出具体规定的问题,必须由工程师运用作出具体规定的问题,必须由工程师运用“概念概念”进进行分析,作出判断,以便采取相应的措施。行分析,作出判断,以便采取相应的措施。结构
15、破坏机理的概念;结构破坏机理的概念;力学概念;力学概念;由震害、试验现象等总结提供的各种宏观的和具体的经验等。由震害、试验现象等总结提供的各种宏观的和具体的经验等。概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置过程中,概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置过程中,应体现在计算简图或计算结果的处理中,应体现在计算简图或计算结果的处理中,对某些薄弱部位的配筋构造起作用。对某些薄弱部位的配筋构造起作用。概念设计带有一定的经验性。但它和抗震计算、概念设计带有一定的经验性。但它和抗震计算、构造设计等是不可分割、互为补充的抗震设计的重要构造设计等是不可分割、互为补充的抗震设计的重要组成部分。组成部分。1.场地、地基和
16、基础选择场地、地基和基础选择场地土的分类场地土的分类场地的选择场地的选择地基和基础选择地基和基础选择2.结构的平面和立面布置结构的平面和立面布置3.结构体系的选择结构体系的选择4.抗震结构构件及其连接抗震结构构件及其连接5.非结构构件非结构构件6.材料选择和施工材料选择和施工第三节第三节 地震作用的计算地震作用的计算一、一、重力荷载代表值重力荷载代表值二、二、单质点弹性体系的地震作用单质点弹性体系的地震作用三、三、多质点弹性体系的地震作用多质点弹性体系的地震作用一、一、重力荷载代表值重力荷载代表值v一般把各层质量集中在楼一般把各层质量集中在楼层处,层处,n n个楼层即形成个楼层即形成n n个个
17、质点。每一楼面标高位置质点。每一楼面标高位置的重量(称重力荷载代表的重量(称重力荷载代表值)由以下几部分组成:值)由以下几部分组成:恒荷载(本层楼面结构及恒荷载(本层楼面结构及上、下各半层墙、柱)的上、下各半层墙、柱)的全部;全部;雪荷载的雪荷载的5050;一般楼面活荷载的一般楼面活荷载的5050,藏书库、档案库活荷载的藏书库、档案库活荷载的8080。v简化后的计算简图如图,简化后的计算简图如图,图中图中G Gi i为第为第i i层质点的重力层质点的重力荷载代表值。荷载代表值。1.1.单质点体系单质点体系v等高单层厂房、水塔等;等高单层厂房、水塔等;v该结构中参与振动的所有质量全部折算至顶部;
18、该结构中参与振动的所有质量全部折算至顶部;v墙、柱视作一无重的弹性杆;墙、柱视作一无重的弹性杆;v该体系只作单向振动,为一个单自由度体系。该体系只作单向振动,为一个单自由度体系。二、二、单质点弹性体系的地震作用单质点弹性体系的地震作用2.2.单质点弹性体系的地震作用单质点弹性体系的地震作用式中:式中:m m、G G为单质点体系的质量及重量;为单质点体系的质量及重量;g g重力加速度;重力加速度;为地面运动最大加速度;为地面运动最大加速度;称为地震系数,表示地面运动的相对强度;称为地震系数,表示地面运动的相对强度;称为动力系数,表示质点加速度与地面加速称为动力系数,表示质点加速度与地面加速 度相
19、比的放大系数;度相比的放大系数;为地震影响系数,为地震影响系数,=k=k。GGkmgxSgxmSFaamax0max0 max0 x gxk/max0 max0/xSa 3.3.计反应谱曲线计反应谱曲线地震影响系数;地震影响系数;maxmax地震影响系数最大值;地震影响系数最大值;T T 结构自振周期;结构自振周期;T Tg g特征周期;特征周期;曲线下降段衰减指数;曲线下降段衰减指数;1 1直线下降段下降斜率调整系数;直线下降段下降斜率调整系数;2 2阻尼调整系数阻尼调整系数4.4.单质点体系的地震作用计算方法单质点体系的地震作用计算方法l计算结构自振周期计算结构自振周期:l由场地类别、设计
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