建筑结构抗震基础知识课件.ppt
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1、第12章 建筑结构抗震基础知识,地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动。,房屋倒塌,桥梁断落,水坝开裂,铁轨变形,结构丧失整体性、承重结构强度不足,地面裂缝,山崩、滑坡,海啸、火灾,地球构成:,三个圈层:地壳、地幔、地核,地幔物质对流,板块构造运动(根本原因),地震,地震形成的宏观背景:,地震的形成:,12.1.1 地震成因与类型,a、岩层的原始状态,b、受力发生弯曲,c、岩层破裂发生震动,地震形成的局部机制:,地球板块运动,板块之间的相互作用力,地壳中岩层变形,变形积聚超过岩石所能承受的程度,岩体就会发生突然断裂或错动,地震,12.1.2 地震特征描述,1 地震空间位
2、置,震中,震源深度,震源距,震中距,震源,常用地震术语,地震类型,地震,天然地震,诱发地震,构造地震,火山地震,陷落地震,构造地震:,由于地壳运动使地壳某些部位的地应力,不断加强,当弹性地应力的积聚超过岩石的强度极限时,岩层就会发生突然断裂和猛烈错动,引起振动。振动以波的形式传到地面,造成地震。,破坏性地震主要属于构造地震,占世界地震总数的 90%以上。,火山地震,由于火山作用,如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震,这类地震只占全世界地震的7%左右。,1914年日本樱岛火山爆发,产生的震动相当于一个6.7级地震。,陷落地震,由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。因岩层崩塌
3、陷落而形成的地震称陷落地震。主要发生在石灰岩等易溶岩分布的地区。这是因为易溶岩长期受地下水侵蚀形成了许多溶洞,洞顶塌落造成了地震。这类地震的规模比较小,次数也很少。,按震源深度,浅源EQ:震源深度小于60km,约占地震总数72.5%中源EQ:震源深度在60-300km深源EQ:震源深度大于300km,1962年3月19日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震,震级为6.1级。,诱发地震,因人为因素直接造成的地震是人工地震。,如工业爆破、地下核爆炸造成的振动;在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力,有时也会诱发地震。,12.2 地震强度度量,地震波类型,地震波是地
4、震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。地震引起的振动是以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量。,地震波,体波:,面波:,在地球内部传播,在地球表面传播,纵波(P波),横波(S波),横波特点:周期长、振幅大、波速慢,100-800m/s,其振动方向与波传播方向垂直,引起地面水平方向振动。,纵波特点:周期短、振幅小、波速快,200-1400m/s,其振动方向与波传播方向一致,引起地面垂直方向振动。,地震震级,含义 一次地震释放能量大小的度量,里氏震级:用标准地震仪(周期0.8s,阻尼系数0.8,放大倍数2800的地震仪)在距震中100km处记录到的最大水平位移(单振幅,以m计)的常用对数值,
5、震级与震源释放的能量(尔格)之间对应关系,微震(小于2级),有感地震(24级),破坏地震(5级以上),强震(大震)(7级以上),特大地震(8级以上),震级与能量的关系,能量E的单位:尔格(1尔格=),能量越大,震级就越大;震级相差一级,地面振幅增加约10倍,而能量相差约32倍。,一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。,地震烈度,一般而言,震级越大,烈度就越大。同一次地震,震中距小烈度就高,反之烈度就低。影响烈度的因素,除了震级、震中距外,还与震源深度、地质构造、地基条件、建筑物的动力特性、施工质量等因素有关。,1.定义及影响因素,一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度,简称为烈度。用I
6、表示,是衡量地震引起后果的一种标度。,2.地震烈度表,地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。,我国在1980年制定了中国地震烈度表。,中国地震烈度表将地震烈度分为1-12度。,个别:10%以下少数:10%50%多数:50%70%大多数:70%90%普遍:90%以上,规范规定抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计,建筑所在地区在50年出现的频度最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度,用Is表示。其超越概率为63.2%。,5.多遇烈度,6.罕遇烈度,建筑所在地区在设计基准期(50年)内具有超越概率2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度,重现期约为2000年。,3.基本烈度,一个地区未来50年内
7、在一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度Ib。,大震与小震,小震:发生机会较多的地震地震烈度概率密度曲线上的峰值所对应的烈度,即众值烈度时的地震,大震:发生机会极小的地震,罕遇烈度时的地震,3地震时间描述,地震序列中,最大的一次地震叫主震,主震之前发生的地震为前震,主震之后发生的地震为余震,发震时刻强震持时地震序列,按地震能量释放的特点,主震型,震群型,孤立型,主震震级突出,释放的能量占全序列的绝大部分,主震震级不突出,能量由多个震级相近的地震释放,前震、余震稀少,能量释放基本通过主震一次释放,在上述三种类型地震中,主震型约占60,震群型(多发型)占30,而
8、孤立型(单发型)占10。,12.2 抗震设防的基本要求,总目标:,通过抗震设防,减轻建筑的破坏,避免人员死亡,减轻经济损失。要求建筑物在使用期间,对不同频度和强度的地震,应具有不同的抵抗能力。,具体通过“三水准”的抗震设防目标。,1三水准的抗震设防原则,抗震设防烈度:按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据发地震烈度,12.2.1建筑结构抗震设防的依据,定义:按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据发地震烈度确定:必须按国家规定的权限审批、颁发的文件(图件)确定。一般情况下,可采用中国地震烈度区划图的地震基本烈度度(或与本规范设计地震基本加速度值对应的烈度值)对做过抗震防灾规划的城市,
9、可按批准的抗震设防区划(抗震设防烈度或设计地震动参数)进行抗震设防设防范围 6-9度,设防依据抗震设防烈度,抗震设防分类及抗震设防标准,1.抗震设防分类,国家技术监督局和建设部在1995年4月19日公布了建筑抗震设防分类标准GB50223。,该标准主要以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响的程度大小,将建筑分成4个抗震设防类别。,国家质量监督检验检疫总局和建设部在2001年7月20日公布了建筑抗震设计规范GB50011-2001。该规范对上面标准作了修改。,3建筑分类与设防标准,12.2.3地震作用计算方法,1 建筑结构考虑地震作用的原则2 水平地震作用计算方法,1建筑结构考虑地震作
10、用的原则,水平地震作用的计算原则,一般正交布置抗侧力构件的结构,可沿纵横主轴方向分别计算 斜交布置抗侧力构件的结构,宜按平行于抗侧力构件方向计算 质量和刚度明显不均匀、不对称的结构,应考虑水平地震作用的扭转影响,计算范围,水平地震作用6度区(除甲类建筑和IV类场地上的较高房屋外)可不算 7-9度区(除可不进行上部结构抗震验算的房屋外)均算,竖向地震作用,8、9度大跨度结构和长悬臂结构9度的高层建筑,2水平地震作用计算方法,振型分解反应谱法底部剪力法时程分析法,影响设计地震作用的因素,地震动特性方面抗震设防烈度设计近远震场地类别结构特性方面结构自振周期建筑质量(重力荷载)结构阻尼比(材料),基本
11、计算数据,重力荷载代表值结构自振周期设计反应谱,重力荷载代表值,永久荷载标准值,组合值系数,可变荷载标准值,重力荷载代表值 永久荷载(建筑结构构配件自重)标准值+可变荷载(雪、灰、楼面活荷载)组合值,结构自振周期,back,理论计算方法Jacobi法近似计算方法能量法折算质量法顶点位移法矩阵迭代法经验方法,设计反应谱,水平地震影响系数,水平地震影响系数曲线 水平地震影响系数曲线,水平地震影响系数最大值,水平地震影响系数最大值,特征周期Tg,T(s),max,0.45max,0.1,Tg(特征周期),3.0,=(Tg/T)0.9 max=0.2 max,三种计算方法,back,振型分解反应谱法底
12、部剪力法时程分析法,振型分解反应谱法,振型分解反应谱法,计算振型,计算地震影响系数和振型参与系数,计算振型地震作用,计算振型地震效应,振型组合,底部剪力法,mHi,Hi,Fi,FEk,Fn,计算方法底部剪力的计算地震作用沿高度的分配顶部附加地震作用突出屋面小建筑物,适用条件高度=40m剪切变形为主 m、k分布均匀,时程分析法,基本概念适用范围特别不规则建筑甲类建筑超高层建筑,楼层水平地震剪力的分配,现浇和装配整体式混凝土楼屋盖等刚性楼盖建筑,宜按抗侧力构件等效刚度的比例分配木楼屋盖等柔性楼盖建筑,宜按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配普通预制板的装配式混凝土楼屋盖等半刚性楼盖建筑,可
13、取上述两种分配结果的平均值考虑空间作用、楼盖变形、墙体弹塑性变形和扭转的影响时,可按各有关规定对上述分配结果作适当调整,竖向地震作用的计算,Fvi,Hi,Fvi,FEvk,楼屋盖的竖向地震作用效应分配 按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配 平板型网架屋盖和跨度大于24m的屋架(8、9度),长悬臂和其它大跨结构(8、9度),高层房屋(9度)地震作用标准值,12.2.4结构构件截面抗震验算,内力基本组合设计值,承载力设计值,承载力调整系数,抗震变形验算,弹性变形验算目的:防止非结构构件出现过重破坏范围:框架、框架抗震墙、框支抗震墙多高层钢筋砼房屋表达式:,弹性层间位移,弹性层间位移角限值,层高,
14、薄弱层弹塑性变形验算目的:防止倒塌或严重破坏范围:薄弱层弹塑性变形计算方法薄弱层位置的确定:表达式:,弹塑性层间位移,弹塑性层间位移角限值,薄弱层弹塑性变形验算的结构范围,应验算结构8度III、IV类场地和9度时,高大单层钢筋砼柱厂房横向排架甲类建筑、9度时乙类建筑中的钢筋砼和钢结构7-9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋砼框架结构隔震和消能减震结构高层钢结构宜验算结构超高和竖向不规则高层建筑结构7度III、IV类场地和8度时,乙类建筑中的钢筋砼和钢结构板柱抗震墙结构和底部框架砖房,薄弱层弹塑性变形计算方法,简化方法适用范围不超过12层且层刚度无突变的钢筋砼框架不超过20层且层刚度无突变的钢
15、框架单层钢筋砼柱厂房方法,静力弹塑性方法和弹塑性时程分析法,12.2.5 建筑结构抗震概念设计基本要求,一、定义与基本内容,根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程称为概念设计。,基本内容有三部分:,1.建筑设计应重视建筑结构的规则性;,2.合理的建筑结构体系选择;,3.抗侧力结构和构件的延性设计。,二、意义“计算设计”很难有效控制结构的薄弱环节,不能完全解决问题地震作用的不确定性结构计算假定与实际情况的差异(计算模型、材料、阻尼变化等)经验总结、定性判断含义 在进行结构设计时,首先着眼于结构的总体地震反应,按照结构的破坏机制和破坏过程,
16、灵活运用抗震设计准则,全面合理地解决结构设计中的基本问题,既注意总体布置上的大原则,又顾及到关键部位的细节,从根本上提高结构的抗震能力;有时需要运用工程判断解决或处理具体问题。,1建筑形状选择,建筑设计应符合抗震概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案。,对平面不规则和竖向不规则类型的建筑结构应按抗震规范要求进行水平地震作用计算和内力调整,并对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。,对体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构,要在适当部位设置防震缝,形成多个较规则的抗侧力结构单元。,建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,整体性好;建筑的立面和竖向剖突变面宜规则,结构的侧向刚度变化均匀,竖向抗侧力
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