建筑工程抗震设计原理和方法课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,建筑工程抗震设计原理和方法,建筑工程抗震设计原理和方法,1,一、概述,（一）震级和地震烈度,1.,震源,震源深度 震中,震中距,浅源地震,(,60km,),中源地震,(,60km300km,),深源地震,(,300km,),2.,震级,反映地震能量大小指标，每次地震只有一个震级,3.,地震烈度,一次地震后，地震区的地表面和各类建,(,构,),筑物遭受破坏程度、人的感受状况等因素宏观确定。它与震级、震源深度、震中距、传播介质和场地条件有关。,一、概述（一）震级和地震烈度1.震源震源深度 震中,2,一、概述,12,11,910,78,67,45,3,12,震中烈度,8,以上,8,7,6,5,4,3,2,震级,（,M,）,震级和震中烈度的对应关系（近似）,I=0.92+1.63M-3.49lgR,式中,I,某地地震烈度；,M,震级；,R,某地的震中距。,（一）震级和地震烈度,一、概述1211910786745312震中烈度8,3,一、概述,4.,地震基本烈度,50,年超越概率为,10%,地震烈度，相当于,475,年一遇的烈度值。国家标准,中国地震动参数区划图,GB18306-2001,给出地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表,地震动峰值加速度分区（,g,）,0.05,0.05,0.1,0.15,0.2,0.3,0.4,地震基本烈度,6,6,7,8,9,（一）震级和地震烈度,一、概述4.地震基本烈度50年超越概率为10%地震烈度，相,4,一、概述,（一）震级和地震烈度,5.,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的地震烈度，又称“偶遇地震”。,6.,多遇地震,50,年超越概率为,63%,的地震动参数,(,比设防烈度低,1.55,度,),7.,罕遇地震,50,年超越概率为,2%3%,的地震动参数,(,比设防烈度高,1,度,),一、概述（一）震级和地震烈度5.抗震设防烈度按国家规定的权,5,一、概述,（一）震级和地震烈度,烈度,6,7,8,9,max,多遇地震,0.04,0.08,（,0.12,）,0.16,（,0.24,）,0.32,偶遇地震,0.11,0.23,（,0.34,）,0.45,（,0.68,）,0.90,罕遇地震,0.50,（,0.72,）,0.90,（,1.20,）,1.40,水平地震影响系数最大值,max,注：括号内数值分别用于设计基本地震加速度为,0.15g,和,0.3g,一、概述（一）震级和地震烈度烈度6789多遇地震0.040.,6,一、概述,（二）地震动三要素,1.,震幅,一般指加速度波、速度波和位移波的峰值大小,2.,频谱,地震波是各种频率波的集成，可按频率高低分解出一系列波，每次地震的波均不相同，而传播到地震影响区的地震波也各不相同。低频、中频或高频为主。,一、概述（二）地震动三要素1.震幅一般指加速度波、速度波和,7,一、概述,（二）地震动三要素,3.,持时,地震最激烈一段的持续时间，与震级与震中距和场地条件有关。震级大持时长，震级相同但持时长的建筑物破坏重。目前给出的设计反应谱还未反应持时的因素。但采用时程分析法进行弹性或弹塑性计算时，其地震记录和人工模拟加速度时程曲线可考虑持时的影响。,一、概述（二）地震动三要素3.持时地震最激烈一段的持续时,8,建筑工程抗震设计原理和方法课件,9,一、概述,（三）地震小区别,一般针对一个城市、厂区或一个重点工程场地，用,1/10000,或,1/50000,的比例尺给出区域的地震动参数、土层液化（或震陷）断裂活动性和分布、滑坡和崩塌等研究成果。,全国地震动参数区划图，,400,万分之一。,一、概述（三）地震小区别一般针对一个城市、厂区或一个重点工程,10,一、概述,（三）地震小区别,1.,地震危险性分析,一般以,200km300km,为半径，对小区周围的地震背景资料,(,历史地震、地震地质构造、区域地质等,),，把地震事件及其作用看作是随即事件，用概率理论进行分析，给出不同时段内不同超越概率的地震动参数,(,加速度峰值及其反应谱等,),2.,场地地震反应分析,前者给出的是小区基岩的地震动参数，根据小区内的不同工程地质条件（覆盖层厚度、不同土层的土性和分布、地下水深度等），按一维或二维模型计算场地地面的地震反应，即给出地面地震动参数。,一、概述（三）地震小区别 1.地震危险性分析,11,二、抗震计算理论和方法,（一）抗震设计理论,1.,静力理论,1900,年，日本大森房吉教授提出：地震时，结构的各部分的水平加速度峰值,m,均相等。,式中：,m,结构的质量；,G,结构的重量；,g,重力加速度；,k,地震系数，日本称为“震度”；,F,地震荷载，现称”地震作用“。,二、抗震计算理论和方法（一）抗震设计理论1.静力理论式中：m,12,二、抗震计算理论和方法,（一）抗震设计理论,1.,静力理论,该方法又称为“震度法”，适用绝对刚性结构，少数国家的设计规范仍采用。,我国,工业与民用建筑抗震设计规范,TJ11-78,的竖向地震作用计算采用静力法。,现行,建筑抗震设计规范,GB50011-2001,的长悬臂和其他大跨度结构的竖向地震作用，仍采用,78,规范的静力法。,计算出地震荷载后，按静力学原理计算结构的内力。,二、抗震计算理论和方法（一）抗震设计理论1.静力理论,13,二、抗震计算理论和方法,（一）抗震设计理论,2.,准动力理论,(,反应谱理论,),20,世纪,20,年代提出，,50,年代美国加州,建议的抗侧力要求,正式采用该方法。,我国于,1964,年在,地震区建筑设计规范,中首次应用，并给出,4,类场地上的相应反应谱。,现行国家标准中的底部剪力法和振型分解反应谱法。,二、抗震计算理论和方法（一）抗震设计理论2.准动力理论(反,14,3.,动力理论,两个分支,随机振动,输入随机波,(,地震波,),确定性振动,输入谐波,时程分析法,动力反应线性分析,动力反应非线性分析,二、抗震计算理论和方法,（一）抗震设计理论,不规则结构甲类以及表中规定的建筑进行补充计算,3.动力理论二、抗震计算理论和方法（一）抗震设计理论不规则,15,二、抗震计算理论和方法,（一）抗震设计理论,3.,动力理论,加速度时程曲线的选用,至少有,2,组实际强震记录和,1,组人工模拟波,每组水平二向和竖向，共,3,条波,平均地震影响系数曲应与振型分解反应谱法采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。,二、抗震计算理论和方法（一）抗震设计理论3.动力理论,16,二、抗震计算理论和方法,（一）抗震设计理论,3.,动力理论,（,1,）场地类别,(,),（,2,）设计地震分组（,Tg,）,（,3,）峰值加速度,max,（,4,）时间步长（,t=0.1s,）,（,5,）持时（,15s45s,）,二、抗震计算理论和方法（一）抗震设计理论3.动力理论,17,二、抗震计算理论和方法,（二）地面运动反应谱,“谱”,将包含有复杂成分的东西，分解成单纯的成分,按特征值大小一次排列形成的图形如光谱、频谱,1.,设计反应谱,单质点体系,结构阻尼比,0.05,弹性结构,（,1,）用每条地震记录，均可改变结构基本自振周期和阻尼比，计算加速度、速度、位移反应最大值，如下图所示。,二、抗震计算理论和方法（二）地面运动反应谱“谱”1.设计反应,18,建筑工程抗震设计原理和方法课件,19,二、抗震计算理论和方法,(2),构筑物抗震设计规范,的设计反应谱，选用,M5,级的地震记录,515,条。用连续的场地指数、周期,T,计算出加速度最大值,(,图,3.2.4,),，又称,(T),谱。,(3),(T),反应,谱,地震部门一般给出,(T),谱。,(T),是将各种地面运动,(,地震记录,),按单质点弹性结构体系，结构阻尼比为,0.05,作出结构地震反应放大系数谱，通常称,为结构的动力系数。,max,=k,max,二、抗震计算理论和方法(2)构筑物抗震设计规范的设计反应,20,二、抗震计算理论和方法,m,：,7,度,0.1,，,8,度,0.2,，,9,度,0.4,场地类别,地震记录来源,国内,国外,混合,国内,国外,混合,国内,国外,混合,记录数量,8,25,33,51,61,112,9,29,38,m,2.46,2.25,2.26,2.30,2.32,1.83,2.08,2.46,1.72,T,m,（,s,）,0.13,0.18,0.18,0.17,0.33,0.29,0.23,0.75,0.73,动力系数最大值,m,与,T,m,关系统计表,二、抗震计算理论和方法 m：7度0.1，8度0.2，9,21,二、抗震计算理论和方法,不同场地的,m,是相近的，平均值为,2.25,由,m,m,7,度,m,=k,m,=0.1,2.25,0.23,，,0.152.250.34,8,度,m,=k,m,=0.2,2.25,0.45,，,0.30,2.25,0.68,9,度,m,=k,m,=0.4,2.25,0.90,二、抗震计算理论和方法不同场地的m是相近的，平均值为2.2,22,二、抗震计算理论和方法,多遇地震,(50,年超越概率,63%),为设防烈度降低,1.55,度，即设防烈度乘以平均结构影响系数,(c)0.33,后的烈度值,7,度,m,=0.330.1,2.25,0.08,，,0.330.152.250.12,8,度,m,=0.330.2,2.25,0.16,，,0.330.302.250.24,9,度,m,=0.330.4,2.25,0.32,二、抗震计算理论和方法多遇地震(50年超越概率63%)为设防,23,二、抗震计算理论和方法,（三）结构地震估用计算方法的演变,1.,78,规范,(,工业与民用建筑抗震设计规范,TJ11-78),“小震不坏，大震不倒”,7,度,9,度,三类场地,二、抗震计算理论和方法（三）结构地震估用计算方法的演变1.,24,二、抗震计算理论和方法,式中,Pi,适用于,i,质点的水平地震荷载；,P,底部剪力（总地震荷载）；,C,结构影响系数，钢结构为,0.25,，,R.C,结构为,0.3,，无筋砖结构为,0.45,；,1,结构基本自振周期,T,1,的地震影响系数；,W,产生地震荷载的总重量。,二、抗震计算理论和方法式中 Pi适用于i质点的水平地,25,二、抗震计算理论和方法,脆性结构,=1,塑性结构,1,一般砖结构,=23,一般,R.C,结构,=4,一般,S,结构,=3.5,令,A,1,A,0,A,0,=A,0,A,2,2,0,二、抗震计算理论和方法脆性结构=1 令A,26,二、抗震计算理论和方法,（三）结构地震估用计算方法的演变,2.,89,和,2001,规范,建筑抗震设计规范,GBJ11-89,和,GB50011-2001,“小震不坏，中震可修，大震不倒”,6,度,9,度,抗震设防类别：甲、乙、丙、丁四类,二、抗震计算理论和方法（三）结构地震估用计算方法的演变2.,27,二、抗震计算理论和方法,抗震设防烈度,6,7,8,9,设计基本地震加速度值,0.05g,0.10,（,0.15,）,g,0.20,（,0.30,）,g,0.40g,抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系,地震影响,6,度,7,度,8,度,9,度,多遇地震,0.04,0.08,（,0.12,）,0.16,（,0.24,）,0.32,罕遇地震,0.50,（,0.72,）,0.90,（,1.20,）,1.40,水平地震影响系数最大值,二、抗震计算理论和方法抗震设防烈度6789设计基本地震加速度,28,二、抗震计算理论和方法,特征周期,设计地震分组（三组,),设计地震组,场 地 分 类,第一组,0.25,0.35,0.45,