抗震结构设计重点

第一章1、地震的分类：、构造地震、陷落地震、火山地震、诱发地震。这就是抗震设防：1)、抗震方案设计（概念设计）2)、采取抗震构造措施（构造设计）3)、进行抗震验算（计算设计）多遇烈度：某一地区的地震烈度是一个概率事件。出现频率最多的低于基本烈度的称为多遇烈度。罕遇烈度：很少出现的高于基本烈度的大的地震烈度称为罕遇烈度。（1）基本烈度：超越概率为10%（2）多遇烈度：超越概率63.2%比基本烈度小1.55度。（3）罕遇烈度：超越概率为2~3%，比基本烈度高1度左右。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。一般情况下可采用基本烈度地震随机性：小烈度的地震多，大烈度的地震少，可能发生，也可能不发生。设防的一般目标（三水准）：当遭遇多遇的、低于设防烈度的地震时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可使用；当遭遇设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。简称为：小震不坏中震可修大震不倒保证设防目标的方法：两阶段设计法：第一阶段，通过对多遇地震弹性地震作用下的结构截面强度验算，保证小震不坏和中震可修。第二阶段，通过对罕遇地震烈度作用下结构薄弱部位的弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施保证大震不倒。地震波:体波和面波体波：纵波，横波。A、纵波：P波，为压缩波，速度快，产生颠簸。B、横波：S波，vs为剪切波，速度稍慢，产生摇晃。vp=1.67vs面波：有勒夫波和瑞利波，vR=vL=0.9vs，能量大，破坏大，产生颠簸摇晃。震级：一次地震强弱的等级。现国际上的通用震级表示为里氏震级。地震烈度：某一地点地面震动的强烈程度，由地面建筑的破坏程度，人的感觉，物体的振动及运动强烈程度而定。现在主要由地面震动的速度和加速度确定。抗震设防烈度取值大小—基本烈度烈度区划图：按基本烈度划分为不同的区。意义：做为抗震设计的依据。基本烈度：在50年期限内，一般场地条件下可能遭遇超越概率为10%的地震烈度值。第二章为什么要研究场地：震害调查发现，同一烈度区，不同场地上的建筑的震害不同。因地震的大小和工程地质条件不同而不同。场地的类型：主要与场地土和场地的覆盖层厚度有关场地覆盖层厚度：一般意义上的覆盖层厚度：从地面到基岩顶面的距离。由于地震效应与场地有关，为了进行抗震设计，有必要对场地进行分类，以便区别对待。建筑场地的类别与场地土的类型和场地土的覆盖层厚度有关。分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。软弱地基上建筑震害较重的原因1）建筑的破坏有一个过程，当建筑开裂后结构的自振周期将加大，对于坚硬场地上的建筑来，由于结构的周期将远离场地的周期，故结构的地震作用将减小。2）而软弱场地上的建筑开裂后，自振周期将靠近场地的周期，使结构的地震作用进一步加大，故破坏严重。抗震措施：对软弱粘性土采用桩基和地基加固。场地土的液化现象：处于地下水位以下的饱和砂土和粉土，在地震时容易发生液化现象。原因:砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实。这种趋于密实的作用使空隙水压力急剧上升，在地震作用的短暂时间内，孔隙水压力来不及消散，使土颗粒处于悬浮状态。砂土和粉土液化时，其强度完全丧失从而导致地基失效。危害：场地液化将使建筑整体倾斜，下沉，墙体开裂，地面喷水、冒砂、裂缝等。液化导致地基失效的条件：1）、砂土或粉土的密实度低2）、地震动剧烈3）、土的微观结构的稳定性差4）、地下水位高5）、高压水不易渗透土6）、上覆非液化土层较薄，或者有薄弱部位影响液化的因素：1），土层的地质年代，古老的不易液化，新近的易液化。2），土层土粒的组成和密实度，细砂较粗砂易液化，松散的较密实的易液化。3），沙土的埋深和地下水位深度，埋深越深、地下水越深越不易液化。4），地震烈度和地震持续时间。场地液化的判别方法：初步判别、标准贯入试验判别初步判别：1）土的年代，老于第四纪晚更新世以前的土，不液化。2）粉土的粘粒含量。7度、8度、9度分别不小于10%、13%、16%时不液化。3）上覆非液化土层厚度和地下水位深度满足下列条件之一时，可不考虑液化。标准贯入试验判别：在地面以下15m深度范围内，对饱和砂土或粉土液化的标准贯入实验抗液化措施《规范》将处理措施分为三个档次，根据液化等级和建筑类别选取。这三个档次为：①全部消除地基液化沉降的措施桩基、深基础、加密法、挖除液化层等。②部分消除地基液化沉降的措施一定深度范围内处理，使锤击数大于临界值③通过对基础和上部结构处理，减轻液化沉降的影响。第三章地震作用：是指地面震动在结构上产生动力荷载，俗称为地震荷载。是间接作用地震作用效应：地震作用产生结构的内力和变形结构动力特性：结构的自振周期、阻尼、振型等。结构的地震反应：结构的位移、速度、加速度及内力和变形。结构的地震反应分析：是结构在地震作用下的位移、速度、加速度及内力和变形计算方法（应属于结构动力学的范畴）反应谱的特征：1.加速度反应随结构自振周期增大而减小。2.位移随周期增大而增大。3.阻尼比的增大使地震反应减小。4.场地的影响，软弱的场地使地震反应的峰值范围加大。反应谱：当地面运动及结构的阻尼确定后，可以看出结构的反应仅与结构的自振周期有关。对应每个T,可以得到一个反应值，将所有的反应点绘成的曲线称为影响水平地震作用的因素：1、G，结构的重量（或称为重力荷载代表值）。G越大，地震作用越大。2、K，称为地震系数。表示地面震动的大小。K与烈度有关。规范根据烈度所对应的地面加速度峰值进行调整后得到。3、β，称为动力系数。与结构的动力特性和外激励有关。β与地震作用频率组成（场地？）有关；与结构的自振周期有关；与结构的阻尼有关。α=kβ：是一个无量纲的系数，称为水平地震影响系数。抗震设计反应谱（谱）的特点：1）、T的区间，0—6s。一般建筑T都小于6.0s。2）、α存在最大值，T=0.1~Tg之间，=max。3）、T＞Tg后，随T而减小。4）、T=0，α=0.45max。T—0.1S之间，α按直线增大。5）、特征周期Tg，坚硬场地Tg小，软弱的场地Tg大。6）、α的大小与地震烈度（max）、结构的自振周期T、特征周期Tg及结构的阻尼等有关。为重力荷载代表值：计算地震作用时，采用的建筑结构的重量称重力荷载代表值=结构自重标准值+Ei可变荷载标准值Ei为组合系数，考虑地震与可变荷载同时出现的可能性。振型分解反应谱法的过程：求多质点体系的自振频率、振型——求各振型的地震作用——求各振型下的地震反应效应——总效应底部剪力法：总的地震作用效应与第一振型的地震剪力分布相近，用第一振型的地震剪力作为结构的地震剪力的方法称为——底部剪力法。底部剪力法的适用条件和假定：适用条件：建筑高度不超过40m、以剪切变形为主、质量和刚度沿高度分布均匀；假定：位移反应以第一振型为主，为一直线。底部剪力法总思路是：首先求出等效单质点的作用力（即底部剪力），然后再按一定的规则分配到各个质点。最后按静力法计算结构的内力和变形。鞭梢作用：局部突出屋顶的小屋的地震作用效应按计算结果放大3倍，但增大的2倍不向下传递。计算地震作用有哪些方法？1)、高度40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布均匀的结构，以及近似于单质点的结构，可采用底部剪力法。2)、除上述规定的建筑外，宜采用振型分解反应谱法。3)、特别不规则的建筑，甲类建筑及高层建筑宜采用时程分析法作补充验算。结构自振周期的计算方法有：1、理论与近似的计算2、经验公式3、试验方法等质心、刚心：当房屋的质心、刚心不重合时，即有偏心距，在水平力作用下，结构产生扭转。建筑结构抗震验算：抗震设计的过程：竖向荷载作用效应计算——地震作用效应计算——截面的强度计算——结构的变形验算截面的强度验算，要计算荷载作用的效应和截面的强度。抗震验算时荷载作用效应：考虑结构在各种荷载作用效应下的组合。罕遇地震作用下结构的弹塑性变形验算：1、目的：防倒塌，保证大震不倒、2、验算方法：①时程分析法，超过12层或甲类建筑②简化方法，一般建筑自振周期的计算：能量法，折算质量法,顶点位移法,经验公式法，试验方法等。第四章“概念设计”：是根据实际的经验或试验研究所得到的非常重要的定性设计原则或工程判断进行设计。概念设计包括:场地选择，建筑平立面造型，结构体系的选择，非结构构件的处理，材料的选用等。场地选择：有利地段：坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土场地、不利地段：软弱土、液化土、高耸孤立的山丘、陡坡、边坡、不均匀的土层场地等。危险地段：地震时可能滑坡、崩溃、地陷、泥石流等。发震断裂带附近、局部孤突的地形。场地选择的抗震措施：1、避开危险地带（如断裂带、滑坡、泥石流等）2、同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上。3、同一结构单元的基础不宜部分采用天然地基，部分采用桩基。4、软弱地基上的基础应加强其整体性和刚性。建筑平面立面布置的要求：1、建筑平面布置：建筑物的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度变化均匀，避免楼层错层。2.建筑立面布置：建筑的质量、刚度的变化要均匀（竖向）防止出现竖向收进过大防震缝：当建筑的类型、体系、体型较复杂时，宜设置防震缝。要保证缝有足够的宽度，用缝分割的单元为独立的简单结构单元。结构材料的选择：①延性系数高；②“强度／重力”比值大；③匀质性好；④正交各向同性；⑤构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并能发挥材料的全部强度。结构形式依其材料抗震性能优劣而排列的顺序是：①钢结构；②型钢混凝土结构；③混凝土-钢混合结构；④现浇钢筋混凝土结构；⑤预应力混凝土结构；⑥装配式钢筋混凝土结构；⑦配筋砌体结构；⑧砌体结构等。依据对抗震结构体系的一般要求，如何提高砌体结构的抗震能力？加设构造柱和圈梁是提高砌体结构房屋抗震能力的有效途径。抗震结构体系的确定：①应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；②宜有多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力；③应具备必要的强度，良好的变形能力和耗能能力；④宜具有合理的刚度和强度分布，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；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。1、平面布置力求对称。（质量，刚度，强度）平面布置除了要求各向对称外，还希望能具有较大的抗扭刚度。2、竖向布置力求均匀结构竖向布置的关键在于，尽可能使其竖向刚度、强度变化均匀，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。多道抗震防线的意义：①一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。如框架-抗震墙体系是由延性框架和抗震墙两个系统组成；双肢或多肢抗震墙体系由若干个单肢墙分系统组成。②抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立起一系列分布的屈服区，以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。结构的延性定义为：结构承载能力无明显降低的前提下，结构发生非弹性变形的能力。在结构抗震设计中，“结构延性”这个术语实际上有以下5层含义：①结构总体延性：一般用结构的“顶点侧移比”或结构的“平均层间侧移比”来表达；②结构楼层延性：以一个楼层的层间侧移比来表达；③构件延性：指整个结构中某一构件（一根框架或一片墙体）的延性；④杆件延性：指一个构件中某一杆件（框架中的梁或柱，墙片中的连梁或墙肢）的延性。⑤杆件截面的延性。改善构件及结构延性的途径：（1）控制构件的破坏形态，弯曲破坏的延性远远大于剪切破坏的延性。称为：“强剪弱弯”设计原则；（2）控制框架结构的破坏机制使梁的弯曲破坏先于柱的弯曲破坏。称为：“强柱弱梁”设计原则；（3）结构构件破坏与节点破坏的关系使构件的破坏先于节点的破坏。称为：“强节点弱构件”设计原则；（4）避免构件的锚固破坏称为：“强锚固”设计原则。（5）减小杆件轴压比（N/bchcfc）轴压比是影响钢筋混凝土柱延性的一个关键性因素。（6）高强混凝土的应用范围规范规定：9度时不宜超过C60，8度时不宜超过C70。（7）钢纤维混凝土的应用良好的抗冲击韧性