2009-7-27 建筑结构设计 1
第二章 建筑抗震设计一、课程内容
§ 2-1 建筑抗震设计规范
§ 2-2 抗震设防基本概念
§ 2-3 抗震设防标准
§ 2-4 抗震设防目标
§ 2-5 建筑抗震概念设计
§ 2-6 抗震设计基本要求二、第二章 重点、难点及要求三、第二章小结
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第二章重点、难点及要求重点,1、术语、概念、定义
2,§ 2-2 抗震设防基本概念要求,1、了解,§ 2-1 建筑抗震设计规范;
§ 2-3 抗震设防标准;
§ 2-4 抗震设防目标;
§ 2-6 建筑抗震设计基本要求
2、理解,§ 2-5 建筑抗震概念设计
3、掌握,§ 2-2 抗震设防基本概念
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§ 2-1 建筑抗震设计规范一、主要修订内容二,设防分类的比较三,地震作用的比较四,抗震措施的比较五,主要术语返 小结
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一、主要修订内容调整了建筑的抗震设防分类,提出了按设计基本地震加速度进行抗震设计的要求,将原规范的设计近、
远震改为设计特征周期分区;修改了建筑场地划分、
液化判别、地震影响系数和扭转效应计算的规定;增补了不规则建筑结构的概念设计、结构抗震分析、楼层地震剪力控制和抗震变形验算的要求;改进了砌体结构、混凝土结构、底部框架房屋的抗震措施;增加了有关发震断裂、桩基、混凝土筒体结构、钢结构房屋、配筋砌块房屋、非结构等抗震设计的内容以及房屋隔震、消能减震设计的规定。还取消了有关单排柱内框架房屋、中型砌块房屋及烟囱、水塔等构筑物的抗震设计规定。
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二,设防分类的比较设 防 分 类
GB50223-95标准 GB50011-2001规范甲类地震破坏后对社会有严重影响,对国民经济有巨大损失或有特殊要求的建筑重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑乙类使用功能不能中断或需尽快恢复,且地震破坏会造成社会重大影响和国民经济重大损失的建筑地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑丙类地震破坏后有一般影响及其他不属于甲、
乙、丁类的建筑除甲、乙、丁类以外的一般建筑丁类地震破坏或倒塌不会影响甲、乙、丙类建筑,且社会影响、经济损失轻微的建筑抗震次要建筑
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三、地震作用的比较地震作用
GB50223-95标准 GB50011-2001规范甲类 应按提高设防烈度一度设计 按地震安全性评价结果确定乙类 应按本地区抗震设防烈度计算 应符合本地区抗震设防烈度要求丙类 应按本地区抗震设防烈度设计 应符合本地区抗震设防烈度要求丁类 一般情况下可不降低 一般情况下仍应应符合本地区抗震设防烈度要求
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四,抗震措施的比较抗 震 措 施
GB50223-95标准 GB50011-2001规范甲类 应按提高设防烈度一度设计 当抗震设防烈度为 6~ 8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高 1度的要求,当为 9度时,应符合比 9度抗震设防更高的要求乙类 当设防烈度为 6~ 8度时应提高一度设计,当为 9度时,应加强抗震措施,对较小的乙类建筑,可采用抗震性能好、经济合理的结构体系,并按本地区的抗震设防烈度采取抗震措施一般情况下,当抗震设防烈度为 6~ 8度时,
应符合本地区抗震设防烈度提高 1度的要求,
当为 9度时,应符合比 9度抗震设防更高的要求,对较小的乙类建筑,当其结构改用抗震性能较好的结构类型时,应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施丙类 应按本地区设防烈度设计 应符合本地区抗震设防烈度的要求丁类 当设防烈度为 7~ 9度时,抗震措施可按本地区设防烈度应降低一度设计,当为 6度时,可不降低应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低,但抗震设防烈度为 6度时不应降低
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五、主要术语( 1)
1,抗震设防烈度 ( seismic fortification intensity)
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 。
2,抗震设防标准 ( seismic fortification criterion)
衡量抗震设防要求的尺度,由抗震设防烈度和建筑使用功能的重要性确定 。
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主要术语( 2)
3,地震作用 ( earthQuake action)
由地震动引起的结构动态作用,包括水平地震作用和竖向地震作用 。
4,设计地震动参数 ( design parameters of ground
motion)
抗震设计用的地震加速度 (速度,位移 )时程曲线,
加速度反应谱和峰值加速度 。
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主要术语( 3)
5,设计基本地震加速度 ( design basic acceleration
of ground motion)
50年设计基准期超越概率 10% 的地震加速度的设计取值 。
6,设计特征周期 ( design characteristic period of
ground motion)
抗震设计用的地震影响系数曲线中,反映地震震级,
震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值 。
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主要术语( 4)
7,场地 ( site)
工程群体所在地,具有相似的反应谱特征 。 其范围相当于厂区,居民小区和自然村或不小于 1.0km2的平面面积 。
8,建筑抗震概念设计 ( seismic concept design of
buildings)
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 。
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主要术语( 5)
9,抗震措施 ( seismic fortification measures)
除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容,
包括抗震构造措施 。
10,抗震构造措施 ( details of seismic design)
根据抗震概念设计原则,一般不需要计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。
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§ 2-2 抗震设防基本概念一、建筑物的重要性分类二、场地条件及类别划分,
1、场地及场地土; 2、场地地震破坏作用 ;
3、场地条件对建筑物震害影响的主要因素;
4、场地条件划分; 5、场地选择三,地震影响,
1,抗震设防烈度; 2,地震动参数区划图;
3,设计基本地震加速度; 4,抗震设计反应谱;
5,设计特征周期; 6,设计地震分组四、小震和大震,
1、烈度概率密度函数; 2、小震和大震返 小结
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一、建筑物的重要性分类
,抗震规范,根据建筑使用功能的重要性,将建筑抗震设防类别分为以下四类:
甲类建筑 —— 属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑 。
乙类建筑 —— 属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑 。
丙类建筑 —— 属于甲,乙,丁类建筑以外的一般建筑 。
丁类建筑 —— 属于抗震次要建筑。
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二、场地条件及类别划分
1、场地及场地土
2、场地地震破坏作用
3、场地条件对建筑物震害影响的主要因素:
( 1),场地土的刚性大小 ( 坚硬程度 ) ;
( 2),场地覆盖层厚度;
( 3),场地土土层的组成
4,场地条件划分
( 1) 土层剪切波速 ( m/s) 和等效剪切波速 ( m/s)
( 2) 土层等效剪切波速的计算
( 3) 场地土的类型划分
( 4) 场地覆盖层厚度的确定
( 5) 场地类别划分
( 6)场地的卓越周期
5、场地选择
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1、场地及场地土场地即指建筑物所在地,场地土则是指场地范围内的地基土,即场地表层土的简称。
地震对建筑物的破坏作用是通过场地、地基和基础传递给上部结构的;同时,场地与地基在地震时又支承着上部结构,因此具有双重作用。
研究工程在地震作用下的震害形态、破坏机理以及抗震设计等问题,都离不开对场地土和地基的研究,而研究场地和地基在地震作用下的反应及其对上部结构影响,正是 场地抗震评价 的重要任务。
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场地抗震评价抗震设计规范中场地抗震评价,就是通过对工程地质、
地形地貌以及岩土工程环境等场地条件的分析,研究场地条件对基础和上部结构震害的影响,从而合理地选择有利建筑场地以及地基或结构抗震措施,避免和减轻地震对建筑物或工程设施的破坏。
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2、场地地震破坏作用从建筑物破坏性质和工程对策的角度大体区分为两种类型,即场地和地基的破坏作用及场地的地震动作用 。
( 1)场地和地基的破坏作用
( 2)场地的地震动作用
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( 1)场地和地基的破坏作用场地和地基的破坏作用一般是指:
造成建筑物和构筑物破坏的直接原因是由于场地和地基稳定性引起的,也就是说地震时首先是场地和地基破坏从而产生建筑物和构筑物破损并引起其他灾害。
场地和地基破坏作用大致有地面破裂、滑坡和坍塌,
地基失效等几种类型。
场地和地基的破坏作用一般是通过场地选择和地基处理来减轻地震灾害的。
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( 2)场地的地震动作用场地的地震动作用是指:
由于强烈地面运动引起地面设施振动而产生的破坏作用。
场地的地震动作用引起的结构破坏和倒塌是造成大量生命财产损失的最普遍和最主要的原因,也是其他地震破坏作用如地基失效、滑坡等的外部条件。
影响范围广大的场地的地震动作用是所有地震破坏作用中最重要的。
减轻场地地震动作用所产生的地震灾害的主要途径是合理地进行抗震和减震设计和采取抗震和减震措施。
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3、场地条件对建筑物震害影响的主要因素
( 1),场地土的刚性大小 ( 坚硬程度 ) ;
( 2),场地覆盖层厚度;
( 3),场地土土层的组成深厚软弱土层 上的长周期柔性建筑物的震害最为严重
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( 1)、场地土的刚性大小(坚硬程度)
影响一般说来,在软弱地基上,柔性结构物较容易遭受破坏,而刚性结构物表现较好;在坚硬地基上,柔性结构物震害较轻,而刚性结构物有时 (如土层浅薄 )破坏会加重。
在软弱地基上,建筑物的破坏有时是结构破坏所造成,
有时是由于沙土液化、软土震陷和地基不均匀沉降等造成的地基失效所致。
就地面建筑物总的破坏现象来说,在软弱地基上的比坚硬地基上的要严重。
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( 2)、场地覆盖层厚度的影响场地覆盖层厚度是指从地面至剪切波速大于 500m/ s
土层或坚硬土顶面的距离。
房屋的破坏率随着场地覆盖层厚度的增加而升高,覆盖层厚度超出一定范围后破坏率变化不大。
关于场地覆盖层厚度的定义:
震害一般随场地覆盖层厚度的增加而加重 。 从理论上讲,当下层波速比上层波速大得多时,下层可以当作基岩,这时从地表反射回来的地震波到达岩土界面时将向上反射,只有很小一部分能量向下透射,这个分界面的埋深就是所谓覆盖层厚度或土层厚度 。
但是实际地层的刚度往往是逐渐变化的,如果要求岩土波速比很大时才能当做基岩,覆盖层厚度势必定得很大,这对一般工程是难以行得通的 。 另一方面,由于对建筑物破坏作用最大的主要是地震波中的中短周期成分,而深层介质对这些成分的影响并不很显著 。
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( 3)、场地土土层组成的影响场地土土层的组成不同对震害的影响也不同。
如唐山地震时,天津某区地表下 l0m左右处有低剪切波速的淤泥质亚粘土夹层,与地质条件大体相同的区域相比,其震害就轻得多。
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深厚软弱土层上长周期柔性建筑物的震害研究分析表明,在岩层中传播的地震波具有多种频率成分,地震波通过覆盖土层传向地表的过程中,若其中某一频率分量的周期与覆盖土层的自振周期 (又称场地的卓越周期或固有周期 )相等或相近,由于共振作用,
该分量的幅值将得到明显放大;而其它频率分量则产生衰减或消失。
深厚软弱土层的自振周期较长,故地震波中的长周期分量得到明显放大加强。尤其是经过表层土的滤波放大作用,致使软弱地基的地面运动振幅大、周期长、
持续时间长,震害也重。若建筑物的自振周期与场地的自振周期相等或接近时,由于共振现象,建筑物的震害都有加重的趋势。
在厚的软弱土层上建造的高层建筑,其地震反应比在硬土上的反应大 3— 4倍。
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4、场地条件划分
( 1) 土层剪切波速 ( m/s) 和等效剪切波速 ( m/s)
( 2) 土层等效剪切波速的计算
( 3) 场地土的类型划分
( 4) 场地覆盖层厚度的确定
( 5) 场地类别划分
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( 1)土层剪切波速( m/s) 和等效剪切波速( m/s)
场地土对建筑物震害的影响,主要取决于土的坚硬程度 (刚性 ),因为剪切波速是最能反映场地土动力性能的重要动力参数,所以土的刚性一般用土的 剪切波速
vs来表示。
地表土层的组成通常较为复杂,只有单一性质场地土的情况是很少见的,所以一般分层场地土的剪切波速按土层 等效剪切波速 vse来表示 。
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( 2) 土层等效剪切波速的计算
tdv se /0?
Vse----土层等效剪切波速 ( m/s)
d0----场地土计算深度,取地面下 20m和场地覆盖层厚度两者的较小值;
t----剪切波在地表与 计算深度之间传播的时间( s);
di----场地土计算深度范围内,
第 i层土的厚度 (m);
n----计算深度范围内土层的分层数目;
vsi----计算深度范围内,第 i层土的 剪切波速( m/s ) ;
n
i
sii vdt
1
)/(
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( 3)场地土的类型划分注,fak 为地基土静承载力标准值 (kPa)
土的类型土层剪切波速( m/s)
岩土名称和性状坚硬土
vs>500 稳定岩石,密实的碎石土中硬土
500≥ vs >250 中密、稍密的碎石土,密实、中密的砾、粗、中砂,
fak>200的粘性土和粉土,坚硬黄土中软土
250≥ vs >140 稍密的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,fak
≤200的粘性土和粉土,fak ≥130的填土,可塑黄土软弱土
vs ≤140 淤泥和淤泥质土,松散的砂,新近沉积的粘性土和粉土,
fak <130的填土,流塑黄土
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( 4)场地覆盖层厚度的确定
1)一般情况下,应按地面至剪切波速大于 500m/ s的坚硬土层或岩层顶面的距离确定 。
2)当地面 5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速 2,5倍的土层,且其下卧土层的剪切波速均不小于 400m/ s时,可按地面至该土层顶面的距离确定 。
3)场地土剪切波速大于 500m/ s的孤石和硬土透镜体应视同周围土层一样 。
4)剪切波速大于 500m/ s的硬夹层 (火山岩夹层 )当做绝对刚体看待,其厚度应从覆盖土层中扣除。
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( 5)场地类别划分
1) 场地类别划分的目的和作用
2) 场地类别划分指标(依据)
3) 场地类别划分标准
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1)场地类别划分的目的和作用为了考虑场地条件对设计反应谱的影响,通常的做法是将场地按某些指标和描述划分为若干类,以便采取合理的设计参数和有关的抗震构造措施。
场地分类的目的,
确定不同场地上设计反应谱 ;
场地分类的作用,
是在地震作用计算中定量考虑场地条件对设计参数的影响。
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2)场地类别划分指标(依据)
新抗震设计规范的双指标:
指标 1:土层等效剪切波速指标 2:场地覆盖层厚度
,89” 规范的双指标:
指标 1:场地土类型指标 2:场地覆盖层厚度
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3)场地类别划分标准根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为四类:
等效剪切波速( m/s)
场地类别
Ⅰ 类 Ⅱ 类 Ⅲ 类 Ⅳ 类
vs>500 0m
500≥ vs >250 5m 5m
250≥ vs >140 3m 3~50m 50m
vs ≤140 3m 3~15m 15~80m 80m
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( 6)场地的卓越周期场地的卓越周期,指地表振动的频度 — 周期关系曲线上频度最大值对应的周期。
计算公式地震动的卓越周期与场地土的固有周期基本相同。
在抗震设计中应使建筑物的自振周期避开场地的卓越周期以免发生共振。
sev
d
T 0
4
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5、场地选择
( 1),地震区场地选择与分类的目的
( 2),地震区场地选择与分类的原则
( 3),发震断裂
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( 1)、地震区场地选择与分类的目的由于在不同场地条件下建筑物所受的破坏作用是不同的,也由于建设用地受到地震以外的许多因素的限制,
这样就必须:
按照场地对建筑物所受地震破坏作用的强弱和特征进行分类,以便按照不同场地特点采取抗震措施。
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( 2)、地震区场地分类与选择的原则
1)、各类地段的划分
2),场地选择的原则
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1)、各类地段的划分地段类别 地质、地形、地貌有利地段 稳定基岩坚硬土或开阔平坦、密实均匀的中硬土等不利地段 软弱土,液化土,条状突出的山嘴,高耸孤立的山丘,非岩质的陡坡,河岸和边坡边缘,平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层(如古河道、断层破碎带、
暗埋的塘滨沟谷及半挖半填地基)等危险地段 地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、
泥石流等及发震断裂带上可能发生地表位错的部位
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2)、场地选择的原则在选择建筑场地时,应根据工程需要,掌握地震活动情况和工程地质的有关资料,做出综合评价,宜选择有利的地段、避开不利的地段,当无法避开时应采取适当的抗震措施;不应在危险地段建造甲、乙、
丙类建筑。
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( 3)、发震断裂发震断裂主要是指地震时与地下断裂构造直接相关的地表地裂位错带 。
建筑场地范围内存在发震断裂时,应对发震断裂的工程影响进行 评价 。
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发震断裂评价
1),当符合下列条件之一的情况,可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响:
(1),抗震设防烈度小于 8度;
(2),非全新世活动断裂;
(3),抗震设防烈度为 8度和 9度时,前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖层厚度分别大于 60m和 90m。
2)、当不符合上述规定的情况,应避开主断裂带。其避让距离不宜小于规范对发震断裂 最小避让距离 的规定。
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三、地 震 影 响规范规定:一般情况下,抗震设防烈度 可采用中国地震动参数区划图的 地震基本烈度 (或与规范 设计基本地震加速度 对应的烈度值 )。 对已编制抗震设防区划的城市,可按批准的抗震设防烈度或 设计地震动参数 进行抗震设防 。
1、抗震设防烈度
2、地震动参数区划图
3、设计基本地震加速度
4、抗震设计反应谱
5、设计特征周期
6、设计地震分组
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1、抗震设防烈度抗震设防烈度是指作为抗震设防依据的地震烈度。
抗震设计中采用的抗震设防烈度,系指按国家批准权限审定作为一个地区抗震设防依据的地震烈度,一般情况下可采用地震 基本烈度 。
一个地区的地震基本烈度是指该地区在设计基准期 50
年内,在 一般场地条件 下,可能遭遇超越概率为 10%
的地震烈度值 。
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2、地震动参数区划图
,中国地震动参数区划图,( GB18306-2001) 根据地震危险性分析方法,提供了 Ⅱ 类场地上,50年超越概率为 10% 的地震动参数,共有 2张图 (比例尺均为 1:
400万 ):
(1)中国地震动峰值加速度 (图 A1)
提供了全国 Ⅱ 类场地对应抗震设防烈度下,地震动峰值加速度的取值
(2)中国地震动反应谱特征周期区划图 (图 B1)
提供了全国 Ⅱ 类场地对应抗震设防烈度下,设计地震分组 ( 区 )
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3、设计基本地震加速度
1,设计基本地震加速度定义,50年设计基准期超越概率 10% 的地震加速度设计取值 。
抗震设防烈度和设计基本地震加速度的对应关系表中设计基本地震加速度的取值与,中国地震动参数区划图,所规定的地震动峰值加速度相当 。
抗震设防烈度 6 7 8 9
设计基本地震加速度
0.05g 0.10g 0.15g 0.20g 0.30g 0.40g
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4、抗震设计反应谱 (地震影响系数曲线 )
设计反应谱是用来预估建筑结构在其设计基准期内可能经受的地震作用,通常根据大量实际地震记录的反应谱进行统计并结合工程经验判断加以 制定 。
抗震设计中的反应谱,它包括着地震动强度(地面运动峰值加速度)和频谱特性的影响。前者影响谱坐标的绝对值,后者影响谱形状。
强震地面运动的谱特性决定于许多因素,如震源机制、
传播途径特征,地震波的反射、散射和聚焦以及局部地质和土质条件等。
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抗震设计反应谱的生成取同样场地条件下的许多加速度记录,并取一定的阻尼比,得到相应于该阻尼比的加速度反应谱,除以每一条加速度记录的最大加速度,进行统计分析取综合平均并结合经验判断给予平滑化得到,标准反应谱,,将标准反应谱乘以 地震系数 (相当于 7,8、
9度烈度峰值加速度与重力加速度的比值),即为规范采用的 地震影响系数,或称为抗震设计反应谱。
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5、设计特征周期规范规定,根据建筑工程的实际情况,将 地震动反应谱 特征周期 Tg,取名为,设计特征周期,。
设计特征周期的值应根据建筑物所在地区的地震环境确定 。 ( 所谓地震环境,是指建筑物所在地区及周围可能发生地震的震源机制,震级大小,震中距远近以及建筑物所在地区的场地条件等 。 )
抗震设计中,设计特征周期 Tg的取值根据,设计地震分组,确定 。
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6、设计地震分组
GB50011— 2001规范在附录 A中规定了县级及县级以上城镇的中心地区 (如城关地区 )的抗震设防烈度,
设计基本地震加速度和所属的设计地震分组 。
特 征 周 期 Tg 值设计地震分组场地类别
Ⅰ Ⅱ Ⅲ IV
第一组 0.25 0.35 0.45 0.65
第二组 0.30 0.40 0.55 0.75
第三组 0.35 0.45 0.65 0.90
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四、小震和大震
1、烈度概率密度函数
2、小震和大震
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1、烈度概率密度函数根据地震危险性分析和地震发生概率的统计分析,我国地震烈度的概率分布符合极值 Ⅲ 型。
众值烈度(多遇烈度)(第一水准烈度):烈度概率密度曲线上的峰值所对应的烈度,50年内的超越概率为
63,2%;
基本烈度(第二水准烈度),50年内的超越概率为 10%;
罕遇烈度(第三水准烈度),在 50年内的超越概率约为 2%~ 3%。
由烈度概率分布的分析可知,基本烈度与众值烈度的平均差值为 1.55度,
而罕遇烈度比基本烈度高 1度左右。
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2、、小震和大震小震:众值烈度或称多遇烈度时的地震。
大震:罕遇烈度时的地震。
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§ 2-3 抗震设防标准建筑抗震设防标准是衡量建筑抗震设防要求的尺度,
由抗震设防烈度和建筑使用功能的重要性确定。
各抗震设防类别建筑( 甲类建筑,乙类建筑,丙类和丁类建筑 )的设防标准,应符合规范要求。
抗震设防烈度为 6度时,除《抗震规范》有具体规定外,
对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。
返小结
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甲类建筑地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求,其值应按批准的地震安全性评价结果确定;抗震措施:,当抗震设防烈度为 6-8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求,当为 9度时,应符合比 9度抗震设防更高的要求 。
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乙类建筑地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求;抗震措施:一般情况下,当抗震设防烈度为 6-8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求,当为 9度时,
应符合比 9度抗震设防更高的要求 。
对较小的乙类建筑,当其结构改用抗震性能较好的结构类型时,应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施 。
抗震设防烈度为 6度时,除《抗震规范》有具体规定外,
可不进行地震作用计算。
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丙类和丁类丙类建筑,地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求 。
丁类建筑,一般情况下,地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求;抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低,但抗震设防烈度为 6度时不应降低 。
抗震设防烈度为 6度时,除,抗震规范,有具体规定外,
可不进行地震作用计算 。
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§ 2-4 抗震设防目标一,三水准地震作用的概念二、三水准设防目标,
小震不坏,中震可修,大震不倒三,三水准设防对建筑性能的要求四,规范的改进五,两阶段设计步骤六,单一水准设防与三水准设防
1、单一水准设防目标
2、单一水准设防与三水准设防的比较返小结
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一、三水准地震作用三水准的地震作用水平,也按三个不同超越概率 (或重现期 )来区分:
多遇地震 50年超越概率 63,2%,重现期 50年;
设防烈度地震 (基本地震 ) 50年超越概率 10%,重现期 475年;
罕遇地震 50年超越概率 2% -3%,重现期平均约
2000年。
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二、三水准设防目标第一水准:当遭受到多遇的低于本地区设防烈度的地震 (简称,小震,)影响时,建筑一般应不受损坏或不需修理仍能继续使用 。
第二水准:当遭受到本地区设防烈度影响时,建筑可能有一定的损坏,经一般修理或不经修理仍能继续使用 。
第三水准:当遭受到高于本地区设防烈度的罕遇地震
(简称,大震,)时,建筑不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。
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三、三水准设防对建筑性能的要求在现阶段,国际上抗震设防目标的总趋势是;在建筑使用寿命期间,对不同频度和强度的地震,要求建筑应具有不同的抵抗能力,总的原则是:应允许损坏,
但在任何情况下,不应导致建筑倒塌,即 1,小震不坏 ;
2,中震可修; 3,大震不倒
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1、小震不坏小震不坏:要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算要求及建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值 。
遵照规范设计出的建筑,在多遇的,小震,作用下,
建筑物基本处于弹性阶段,一般不会损坏,能正常使用;
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2、中震可修中震可修:要求建筑结构具有相当的延性能力 (变形能力 ),不发生不可修复的脆性破坏;
遵照规范设计出的建筑,在相应基本烈度的地震 (即中震 )作用下,建筑物将进入弹塑性状态,但不至于发生严重破坏;
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3、大震不倒大震不倒:要求建筑具有足够的变形能力,其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值 。
遵照规范设计出的建筑,在罕遇的,大震,作用下,
建筑物将产生严重破坏,可有较大的非弹性变形,但不至于倒塌,虽然没有修理价值,但可以避免人员和设备的严重损失 。
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四、规范的改进按照三水准设防的要求,GB50011--2001规范对
GB11--89规范作了一些的补充和完善:
1,为完善第一水准 (小震不坏 )的抗震设防,对规范所增加的钢筋混凝土结构和钢结构给出了弹性位移角限值的规定;
2,为完善第三水准 (大震不倒 )的抗震设防,增加了静力弹塑性分析方法和有关结构弹塑性位移角限值的规定;
3,为完善第二和第三水准设防,增加了保证各类结构延性的规定;完善了各类结构的延性措施 。
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五、两阶段设计步骤第一阶段,对绝大多数结构进行多遇地震作用下的结构和构件承载力验算和结构弹性变形验算,对各类结构按规定要求采取抗震措施;
第二阶段,对一些规范规定的结构进行罕遇地震下的弹塑性变形验算。
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六、单一水准设防与三水准设防
1、单一水准的设防目标
2、单一水准设防与三水准设防的比较
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1、单一水准设防目标当遭遇相当于设计烈度的地震影响时,建筑物的损坏不致使人民生命财产和重要生产设备遭受危害,建筑物不需修理或经一般修理仍可继续使用 。
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2、单一水准设防与三水准设防的比较单一水准设防要求 三水准设防要求抗震设防目标保障生命安全为主 保障生命安全,并在多遇地震下,正常运行,
地震作用水准设防烈度地震 多遇地震,设防烈度地震,
罕遇地震设计地震作用用结构系数折减的地震作用第二阶段用罕遇地震作用结构及构件验算承载力验算 多遇地震下承载力与弹性变形验算罕遇地震下弹塑性变形验算
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§ 2-5 建筑抗震概念设计一、建筑抗震概念设计二、建筑抗震概念设计的基本内容返小结
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一,建筑抗震概念设计建筑结构的抗震概念设计是指在进行结构抗震设计时,
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,从概念上,特别是从结构总体上考虑抗震的工程决策,即正确地解决总体方案,材料使用和细部构造,以达到合理抗震设计的目的 。
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二、建筑抗震概念设计的基本内容
1、建筑设计应重视建筑结构的规则性
2、选择合理的建筑结构体系
3、抗侧力结构和构件的延性设计
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§ 2-6 抗震设计基本要求根据建筑抗震概念设计的基本原理和基本内容,在进行抗震设计时,应遵守下列一些基本要求:
一、对场地、地基和基础的要求二、对建筑结构规则性的要求三、对结构体系的要求四、对结构构件的要求五、对非结构构件的要求六、对结构材料的要求七、对施工的要求返小结
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一、对场地、地基和基础的要求
1、场地的选择
2、建造在 I类场地上的建筑抗震构造措施的调整
3,对地基和基础设计的要求
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1、场地的选择选择对抗震有利的场地,地基和基础选择建筑场地时,
应根据工程需要,掌握地震活动情况,工程地质和地震地质的有关资料,作出综合评价 。 宜选择对抗震有利地段,避开不利地段,无法避开时,应采取有效措施;不应在危险地段建造甲,乙,丙类建筑 。
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2、建造在 I类场地上的建筑抗震构造措施的调整
(1)建筑场地为 I类时,甲,乙类建筑应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施;丙类建筑应允许按本地区抗震设防烈度的要求降低一度的要求采取抗震构造措施,但抗震设防烈度为 6度时仍应按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施 。
(2)建筑场地为 Ⅲ,Ⅳ 类时,对设计基本地震加速度为
0,15g和 0,30g的地区,除,抗震规范,另有规定外,宜分别按抗震设防烈度 8度 (0,20g)和 9度
(0,40g)时各类建筑的要求采取抗震构造措施 。
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3、对地基和基础设计的要求
(1)同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上;
(2)同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基;
(3)地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土时,应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响,并采取相应措施。
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二、对建筑结构规则性的要求为了防止地震时建筑发生扭转和应力集中,或塑性变形集中,而形成薄弱部位,设计时应选择对抗震有利的建筑平面,立面和竖向剖面,具体有如下要求:
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要求 1、
建筑抗震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。
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要求 2、
建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面宜规则,
结构的侧向刚度宜均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。
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要求 3、
体形复杂、平立面特别不规则的建筑结构,可按实际需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。防震缝应根据抗震设防烈度、结构材料种类、结构类型、结构单元高度和高差情况,留有足够的宽度,其两侧的上部结构应完全分开。
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三、对结构体系的要求结构体系应根据建筑的抗震设防类别,抗震设防烈度,
建筑高度,场地条件,地基,结构材料和施工等因素,
经技术,经济和使用条件综合比较确定,选择技术和经济合理的结构体系 。
1,结构体系应符合的要求
2,结构体系宜符合的要求
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1、结构体系应符合的要求
(1)应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径 。
(2)应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力 。
(3)应具备必要的抗震承载力,良好的变形能力和消耗地震能量的能力 。
(4)对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力 。
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2、结构体系宜符合的要求
(1)宜有多道抗震防线 。
(2)宜具有合理的刚度和承载力分布,避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的应力集中或塑性变形集中 。
(3)结构在两个主轴方向的动力特性宜相近 。
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四、对结构构件的要求
1、结构构件应符合的要求
2、对结构构件之间连接的要求
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1、结构构件应符合的要求
(1)砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱,
芯柱,或采用配筋砌体等 。
(2)混凝土结构构件应合理地选择尺寸,配置纵向受力钢筋和箍筋,避免剪切破坏先于弯曲破坏,混凝土的压溃先于钢筋的屈服,钢筋的锚固粘结破坏先于构件破坏 。
(3)预应力混凝土的抗侧力构件,应配有足够的非预应力钢筋 。
(4)钢结构构件应合理控制尺寸,避免局部失稳或整体构件失稳 。
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2、对结构构件之间连接的要求
(1)构件节点的破坏,不应先于其连接的构件 。
(2)预埋件的锚固破坏,不应先于连接件 。
(3)装配式结构构件的连接,应能保证结构的整体性 。
(4)预应力混凝土构件的预应力钢筋,宜在节点核心区以外锚固 。
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五、对非结构构件的要求( 1)
1,非结构构件,包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备,自身及其与结构主体的连接,应进行抗震设计 。
2,非结构构件的抗震设计,应由相关人员分别负责进行 。
3,附着于楼,屋面结构上的非结构构件,应与主体结构有可靠的连接或锚固,避免地震时倒塌伤人砸坏重要设备 。
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对非结构构件的要求( 2)
4、围护墙和隔墙应考虑对结构抗震的不利影响,避免不合理设置而导致主体结构的破坏。
5、幕墙、装饰贴面与主体结构应有可靠连接,避免地震时脱落伤人。
6、安装在建筑上的附属机械、电气设备系统的支座和连接,应符合地震时使用功能的要求,且不应导致相关部件的损坏。
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六、对结构材料的要求
1、基本原则
2、对砌体结构材料的要求
3、对混凝土结构材料的要求
4、对钢结构材料的要求
5、对结构材料选用的要求
6、对替代钢筋的要求
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1、基本原则
( 1)、抗震结构在材料选用,特别是材料的代用上均有其特殊的要求,应在设计文件上注明,并应保证切实执行。
( 2)、材料的选用要满足结构强度和变形能力的要求,
结构材料性能指标应符合规范的最低要求 。
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2、对砌体结构材料的要求
( 1),烧结普通粘土砖和烧结多孔粘土砖的强度等级不应低于 MUIO,其砌筑砂浆强度等级不应低于 M5;
( 2),混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于
MU7,5,其砌筑砂浆强度等级不应低于 M7,5。
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3、对混凝土结构材料的要求
( 1),混凝土强度等级,框支梁,框支柱,及抗震等级为一级的框架梁,柱,节点核芯区,不应低于 C30;
构造柱,芯柱,圈梁及其他各类构件不应低于 C20;
( 2),抗震等级为一、二级的框架结构,其纵向受力钢筋采用普通钢筋时,钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于 125;且钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值,不应大于 1,3。
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4、对钢结构材料的要求
( 1),钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于 1,2;
( 2),钢材应有明显的屈服台阶,且伸长率应大于
20% ;
( 3)、钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。
( 4)、采用焊接连接的钢结构,当钢板厚度不小于
40mm且承受沿板厚方向的拉力时,受拉试件板厚方向截面收缩率,不应小于国家标准《厚度方向性能钢板,(GB 50313)关于 Z15级规定的容许值。
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5、对结构材料选用的要求
( 1),普通钢筋宜优先采用延性,韧性和可焊性较好的钢筋;普通钢筋的强度等级,纵向受力钢筋宜选用
HRB400 级和 HRB335 级 热轧钢筋,箍筋宜选用
HRB335,HRB400和 HPB235级热轧钢筋 。
( 2),混凝土结构的混凝土强度等级,9度时不宜超过 C60; 8度时不宜超过 C70。
( 3),钢结构的钢材宜采用 Q235等级 B,C,D的碳素结构钢及 Q345等级 B,C,D,E 的低合金高强度结构钢;当有可靠依据时,尚可采用其他钢种和钢号 。
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6、对替代钢筋的要求
( 1)、对主要受力钢筋不宜以强度等级比原设计高的钢筋代替;
( 2)、当需要以强度等级较高的钢筋替代原设计中的纵向受力钢筋时,应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则换算,并应满足正常使用极限状态和抗震构造措施的要求。
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七、对施工的要求基本原则:
对抗震结构在施工及施工质量上的特殊要求,应在设计文件上注明,并应保证切实执行。
钢筋混凝土构造柱、芯柱和底部框架 -抗震墙砖房中砖抗震墙的施工,应先砌墙后浇构造柱、芯柱和框架柱。
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第二章小结
A,课程内容
§ 2-1 建筑抗震设计规范
§ 2-2 抗震设防基本概念
§ 2-3 抗震设防标准
§ 2-4 抗震设防目标
§ 2-5 建筑抗震概念设计
§ 2-6 抗震设计基本要求
B,重点和难点,1、术语、概念、定义
2,§ 2-2 抗震设防基本概念
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C,主要要求:
1、掌握:( 1)主要术语、概念、定义
( 2) § 2-2 抗震设防基本概念的所有内容
2、了解,§ 2-1 建筑抗震设计规范;
§ 2-3 抗震设防标准;
§ 2-4 抗震设防目标;
§ 2-6 建筑抗震设计基本要求
3、理解,§ 2-5 建筑抗震概念设计
4、能回答与本章课程内容有关的思考题