《建筑结构抗震设计》PPT课件.ppt

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1、建筑结构抗震设计,主编：马成松,高等学校土建类专业应用型本科“十二五”规划教材,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.2 单质点弹性体系的水平地震反应 3.2.1 单质点弹性体系,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.2.2 运动方程的建立,工程结构地震反应分析与抗震验算,惯性力 阻尼力 弹性恢复力 由达朗贝尔原理可知，质点在上述三个力作用下处于平衡：,工程结构地震反应分析与抗震验算,齐次微分方程的通解,工程结构地震反应分析与抗震验算,齐次微分方程的通解 运动方程,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.3 单质点弹性体系的水平地震作用水平地震作用,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.3.2 地震系数

2、 地震系数是地震动峰值加速度与重力加速度之比。,工程结构地震反应分析与抗震验算,动力系数 是单质点弹性体系在地震作用下最大反应加速度与地面最大加速度之比，即质点最大反应加速度比地面最大加速度放大的倍数。,工程结构地震反应分析与抗震验算,地震影响系数 建筑抗震设计规范中采用的标准反应谱曲线是地震影响系数 与结构的自振周期T的曲线：水平地震影响系数a最大值,工程结构地震反应分析与抗震验算,工程结构地震反应分析与抗震验算,当建筑结构阻尼比等于0.05时（1）直线上升段，周期小于0.1s的区段。（2）水平段，自0.1s至特征周期区段，应取最大值()。（3）曲线下降段，自特征周期至5倍特征周期区段，衰减

3、指数应取0.9。（4）直线下降段，自5倍特征周期至6s区段，下降斜率调整系数应取0.02。当建筑结构阻尼比不等于0.05时（1）曲线下降段的衰减指数（2）直线下降段的下降斜率调整系数（3）阻尼调整系数,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.4 多质点弹性体系的水平地震反应3.4.1 多质点弹性体系,工程结构地震反应分析与抗震验算,重力荷载代表值的确定 计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构件自重标准值 和各可变荷载组合值 之和，即 第i个可变荷载标准值 第 i个可变荷载的组合值系数,工程结构地震反应分析与抗震验算,工程结构地震反应分析与抗震验算,多质点弹性体系的自由振动 3.4.3.1

4、 运动方程的建立(i=1,2,n),工程结构地震反应分析与抗震验算,3.4.3.2 微分方程的解 两质点弹性体系,工程结构地震反应分析与抗震验算,x1x2 0,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.4.3.3 主振型的正交性,工程结构地震反应分析与抗震验算,工程结构地震反应分析与抗震验算,多质点弹性体系的地震反应 3.4.4.1 运动方程的建立 惯性力 阻尼力和弹性力分别为,工程结构地震反应分析与抗震验算,由达朗贝尔原理，质点在上述三个力作用下处于平衡，即,工程结构地震反应分析与抗震验算,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.4.4.2 微分方程的解,工程结构地震反应分析与抗震验算,工程结构地震反

5、应分析与抗震验算,3.5 多质点弹性体系的水平地震作用振型分解反应谱法 地震作用就是地震时作用在结构质点上的惯性力，而惯性力是质点质量与绝对加速度的乘积，它的方向恒与加速度方向相反。,工程结构地震反应分析与抗震验算,底部剪力法 建筑抗震设计规范规定，对于重量和刚度沿高度分布比较均匀、高度不超过40m，并以剪切变形为主的结构，可采用底部剪力法计算水平地震作用。,工程结构地震反应分析与抗震验算,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.5.3 水平地震作用下地震内力的调整 3.5.3.1 突出屋面小建筑地震内力的调整 采用底部剪力法时，突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等小建筑的地震作用效应，宜乘以增大系数

6、3，此增大部分不应往下传递，但与该突出部分相连的构 件应予以计入。3.5.3.2 长周期结构地震剪力的调整,工程结构地震反应分析与抗震验算,考虑地基与结构互相作用的影响对地震内力的调整 建筑抗震设计规范规定：结构抗震计算时，一般情况下可不计入地基与结构相互作用影响，8度和9度时，建造于、类场地，采用箱基、刚性较好的筏基和桩基联合基础的钢筋混凝土高层建筑，当结构基本周期处于特征周期的1.25倍范围时，若计入地基与结构动力相互作用的影响，对刚性地基假定计算的水平地震剪力可按下列规定折减，其层间变形可按折减后的楼层剪力计算。,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.6结构自振周期的近似计算瑞利法,工程结

7、构地震反应分析与抗震验算,3.6.2 等效质量法 等效质量法的基本原理是在计算多质点体系基本频率时，用一个单质点体系来代替原体系，单质点体系的自振频率与多质点体系的基本频率相等，这个单质点体系的质量就称为等效质量。,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.6.3 顶点位移法 当悬臂结构按等弯曲振动时结构的基本周期 当悬臂结构按等剪切振动时结构的基本周期 当悬臂结构按等弯剪振动时结构的基本周期3.7水平地震作用下的扭转效应 建筑抗震设计规范考虑水平地震作用扭转影响，规定如下：（1）规则结构不进行扭转耦联计算时，平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用效应应乘以增大系数。一般情况下，短边可按1.15采

8、用，长边可按1.05采用，当扭转刚度较小时，按不小于1.13采用。,工程结构地震反应分析与抗震验算,（2）按扭转耦联振型分解法计算时，各楼层可取两个正交的水平位移和一个转角共三个自由度，并应按下列公式计算结构的地震作用和作用效应。确有依据时，尚可采用简化计算方法确定地震作用效应。,工程结构地震反应分析与抗震验算,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.8 结构竖向地震作用的计算 我国建筑抗震设计规范规定，8度和9度时的大跨结构、长悬臂结构、烟囱和类似高耸结构，9度时的高层建筑，应考虑竖向地震作用。反应谱法 9度时的高层建筑，因此可取水平反应谱曲线，竖向地震影响系数的最大值近似 取水平地震影响系数最

9、大值的65%。,工程结构地震反应分析与抗震验算,静力法 建筑抗震设计规范规定，对平板型网架屋盖、跨度大于24 屋架、长悬臂结构及其他大跨度结构的竖向地震作用标准值，可用静力法计算：,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.9 地震作用计算的一般规定结构抗震计算原则各类建筑结构的地震作用，应符合下列规定：（1）一般情况下，应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。（2）有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15时，应分别考虑各抗侧力构件方向的水平地震作用。（3）质量和刚度分布明显不对称的结构，应考计入双向水平地震作用下的扭转影响；

10、其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。,工程结构地震反应分析与抗震验算,（4）8度和9度时的大跨度结构和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。8、9度时采用隔震设计的建筑结构，应按第9章有关规定计算竖向地震作用。结构抗震计算方法的选用各类建筑结构的抗震计算，应采用下列方法：（1）高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，宜采用底部剪力法等简化方法。（2）除上述以外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。,工程结构地震反应分析与抗震验算,（3）特别不规则的建筑、甲类建筑和表3.9所列高度范围的高层建筑，应采用时程分

11、析法进行补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。,工程结构地震反应分析与抗震验算,3.10 结构抗震验算 截面抗震验算材料强度在动力荷载作用下有所提高；地震是偶然作用，结构在地震作用下可靠度要求要低一些。,工程结构地震反应分析与抗震验算,结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合：多遇地震作用下结构的弹性变形验算,工程结构地震反应分析与抗震验算,罕遇地震作用下结构的弹塑性变形验算 1 下列结构应进行弹塑性变形验算 8度、类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；79度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构；高度大于150m的钢结构

12、；甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；采用隔震和消能减震设计的结构。2下列结构宜进行弹塑性变形验算 表3.9所列高度范围且属于竖向不规则类型的高层建筑结构；7度、类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；板柱-抗震墙结构和底部框架砖房；高度不大于150m的高层钢结构。,工程结构地震反应分析与抗震验算,（2）弹塑性变形的简化计算 楼层屈服强度系数 多高层框架结构 排架柱 薄弱层的位置 建筑抗震设计规范规定，当结构薄弱层的楼层屈服强度系数不小于相邻层（部位）该系数平均值的0.8，即符合下列条件时：,工程结构地震反应分析与抗震验算,2）薄弱层的位置 建筑抗震设计规范规定，当结构薄弱层的楼层屈服强度系数不小于相邻层（部位）该系数平均值的0.8，即符合下列条件时：则认为楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，结构薄弱层可取底层。反之，当楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取该系数最小的楼层和相对较小的楼层，一般不超过23处。对于单层工业厂房，可取上柱。,工程结构地震反应分析与抗震验算,3）弹塑性层间位移计算,工程结构地震反应分析与抗震验算,4）弹塑性变形验算,