建筑结构抗震设计--课件

建筑结构抗震设计•有关地震工程学的基础知识•建筑抗震的基本概念与原则•地震作用效应的计算与分析•常见建筑结构抗震计算方法与构造教材与参考资料历史上的地震灾害洛杉矶大地震1976年7月28日,在河北省唐山、丰南一带发生了7.8级强烈地震，这是我国历史上一次罕见的城市地震灾害,北京和天津市受到严重波及，地震破坏范围超过3万平方公里，有感范围广达14个省、市、自治区，相当于全国面积的三分之一，这次地震的震中位于唐山市区。即北纬39.6度，东经118.2度，震中烈度为XI度，震源深度为11公里。极震区内几乎所有建筑物均荡然无存，在震区及周围地区，出现大量的裂缝带，喷水冒沙、井喷、重力崩塌，滚石、边坡崩塌，地基沉陷，岩溶洞陷落以及采空区坍塌等。唐山地震造成24.2万人死亡，16.4万人受重伤，仅唐山市区终身残废者达1700多人，倒塌民房530万间。唐山地区总的直接经济损失达54亿元，公共设施遭受严重破坏，灾情之大举世罕见。京山线蓟运河上行桥。西侧桥头铁轨弯曲变形。开滦煤矿医院，砖混结构的五层楼房（局部七层），仅西部转角残存。全球每年发生500万次地震，其中6级以上强震每年发生100～200次；7级以上大震平均每年18次，达到8级或8级以上的巨大地震每年平均1～2次。我国是大陆地震最多的国家。占全球大陆地震的33％。上个世纪全球发生的8.5级以上的特大地震一共有3次，即1920年中国宁夏海原8.6级、1950年中国西藏察隅8.6级和1960年智利南方省8.5级地震。我国地震活动频度高、强度大、分布广、震源浅。作为发展中国家，人口稠密、建筑物抗震能力低。因此，我国的地震灾害可谓全球之最。20世纪以来，全球因地震而死亡的人数为110万人，其中我国就占55万人之多，为全球的一半。可以粗略地讲，我国的国土面积占全球的1／14，人口占1／4，地震占1／3，地震灾害占1／2。据建国以来的资料统计，就各种灾害所造成的经济损失比例来看，气象灾害为57％，居灾害之首。但人口死亡的统计，地震灾害占54％，为群害之首。因此，地震和地震灾害问题是我国减轻自然灾害、保障国民经济建设和社会持续发展，特别是保障人民群众生命安全的一个重要问题。地震主要分布在环太平洋带，阿尔比斯—喜马拉雅带，大西洋中脊和印度洋中脊上。总的来说，地震主要发生在洋脊和裂谷、海沟、转换断层和大陆内部的古古板块边缘等构造活动带。1995-2001年全球4级以上地震震中分布图近期全球地震活动分布图返回主页据中国台网测定，2003年02月24日,10时03分45.8秒在新疆伽师(北纬39.5,东经77.2)发生6.8级地震。据中国台网测定，2003年02月24日,10时03分45.8秒在新疆伽师(北纬39.5,东经77.2)发生6.8级地震。2003年03月12日新疆伽师5.9级地震地震参数2003年03月12日,12时47分51.9秒在新疆巴楚伽师间(北纬39.5,东经77.4)发生5.9级地震。美国地震台网测定PreliminaryEarthquakeReportMagnitude5.6Date-TimeWednesday,March12,2003at04:47:51(UTC)-CoordinatedUniversalTimeWednesday,March12,2003at12:47:51PMlocaltimeatepicenterLocation39.47N77.39EDepth10.0kilometers中国地震台网测定据中国台网测定，2003年04月17日,08时48分41.1秒在青海德令哈(北纬37.5,东经96.8)发生6.6级地震Magnitude6.2Date-TimeThursday,April17,2003at00:48:38(UTC)-CoordinatedUniversalTimeThursday,April17,2003at08:48:38AMlocaltimeatepicenterEarthquakeLocationLocation37.51N96.50EDepth10.0kilometersMagnitude6.3Date-TimeMonday,February24,2003at02:03:44(UTC)–CoordinatedUniversalTimeMonday,February24,2003at10:03:44AMlocaltimeatepicenterLocation39.64N77.20EDepth33.0kilometers美国地震台网测定Reference100km(65miles)EofKashi,Xinjiang,China220km(135miles)SSEofNaryn,Kyrgyzstan310km(190miles)WSWofAksu,Xinjiang,China3330km(2070miles)WNWofBEIJING,Beijing,China3月22日我国南黄海发生2.3级地震3月14日河北省临城发生3.4级地震3月13日河北省唐山发生3.5级地震3月7日辽宁省营口发生4.0级地震3月2日我国南黄海海域发生2.1级地震2月20日我国南黄海发生2.2级地震2月20日山西省黎城县发生3.4级地震2月14日山东省济宁石桥乡发生2.0级地震2月14日山东省济宁石桥乡发生2.5级地震2月9日山东省长岛西海域发生1.8级地震2月4日山东省曲阜下雪镇发生2.0级地震2月7日我国南黄海海域发生2.2级地震1月20日河北滦县发生4.2级地震1月8日山东省枣庄市陶庄西南发生2.1级地震1月6日山东省潍坊央子镇发生2.3级地震1月6日我国北黄海发生3.5级地震1月1日山东省乳山近海发生2.0级地震中华人民共和国防震减灾法颁布单位:全国人民代表大会颁布日期:19971229实施日期:19980301第四十五条违反本法规定，有下列行为之一的，由县级以上人民政府建设行政主管部门或者其他有关专业主管部门按照职责权限责令改正，处一万元以上十万元以下的罚款：（一）不按照抗震设计规范进行抗震设计的；（二）不按照抗震设计进行施工的。山东省防震减灾条例（1999年10月25日山东省第九届人民代表大会常务委员会第11次会议通过）建筑抗震设计规范GB50011-2001第一章绪论地壳，30km地幔，2900km地核，3470km地球构造示意1910年，前南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇契提出地壳界面。1914年，德国地震学家古登堡发现地幔界面地震的产生和类型地震分为天然地震和人工地震两大类占地震总数的90%以上。天然地震包括构造地震火山地震约占地震总数的7%。陷落地震、大陨石冲击地面其他地震人工地震是由人为活动引起的地震地下核爆炸深井高压注水大水库蓄水地震波发源的地方，叫作震源震源在地面上的垂直投影，叫作震中震中到震源的深度叫作震源深度震源深度小于60公里的叫浅源地震深度在60-300公里的叫中源地震深度大于300公里的叫深源地震地震波纵波P周期短，振幅小，地面上下震动横波S周期长，振幅大，地面左右震动体波面波瑞雷波质点在前进方向做椭圆运动，即在地面上滚动。乐甫波质点在地平面内与前进方向做垂直震动，即在地面上呈现蛇形运动，周期长，传递距离远。地震震级----一次地震强弱程度的量度1935年，C.F.Richter定义：用Wood-Anderson标准地震仪所记录到的距震中100km处地面最大水平位移（即振幅，以m计）的常用对数。LogAM震级与其释放的能量（尔格）之间的关系MLogE5.18.112级地震微震；2~4级有感地震5级以上破坏性地震；7级以及以上强烈地震地震烈度—指地震发生时，对地表和地面建筑物损伤程度的度量。一次地震只有一个震级；一次地震可以有多个烈度；距离震中远,则烈度低,距离震中近,则烈度高.震中烈度=1.5倍的（震级-1）不同国家,地震烈度划分等级不同:中国、俄罗斯采用麦卡西烈度表1~12度欧洲各国采用R-F烈度表1~10度日本采用JMA烈度表0~7度3度：少数人有感，仪器能记录到4-5度：睡觉的人会惊醒吊灯摆动6度：器皿倾倒，房屋轻微损坏。7-8度：房屋破坏，地面裂缝。9-10度：桥梁水坝损坏、房屋倒塌地面破坏严重。11-12度：毁灭性的破坏。1.4工程抗震的基本概念•建筑抗震设计的基本原则(三水准原则):•小震不坏,中震可修,大震不倒.•小震:对应于众值烈度的地震,或称常遇•地震.其超越概率63.2%.•中震:或称基本烈度.其超越概率10%.•大震:或称罕遇地震烈度.其超越概率•2-3%.基本烈度：是指一个地区在一定时期（50年）内在一般场地条件下，按一定的概率（10%）可能遭遇到的最大地震烈度。它是一个地区抗震设防的依据。地震烈度的概率分布kmkmIIIIIIIIkmkeIPeIIIIkIf)()(max1maxmaxmaxmaxmax)()()()(I—地震烈度；Imax—地震烈度上限值；Im–众值烈度K–拟合参数众值烈度基本烈度罕遇地震烈度1.55度1度概率密度三种烈度概率含义63.2%10%2~3%小震中震大震所谓两阶段设计：第一阶段：弹性阶段，多遇地震的效应组合，验算承载能力和弹性变形；第二阶段：弹塑性阶段，罕遇地震的效应组合，验算结构的弹塑性变形。建筑物的重要性分类与设防标准甲类建筑提高一度计算地震作用和采取构造措施；乙类建筑按照设防烈度计算，构造提高一度；丙类建筑按照设防烈度计算和采取构造措施；丁类建筑按照设防烈度计算，构造降低一度。抗震设计的总体要求•建筑抗震设计包括：概念设计；抗震计算：构造措施•概念设计:设计人员充分调动已有知识和经验,对未来结构的工况的合理正确的把握和分析,对结构破坏机制的正确判断和优化设计.是信息、技术和人工智能的结合。•抗震计算：理论模式下的定量分析。•构造措施：保证结构的整体性、加强局部薄弱部位，以保证抗震计算结果的有效性。几个基本原则•地震地区的建筑，宜选择有利地段，避开不利地段，不在危险地段上建造房屋；•有利地段：稳定的基岩、坚硬土、均匀的中硬土•不利地段：软弱土、液化土、平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层。•危险地段：地震时可能发生滑坡、坍塌、地陷等严重地质灾害的地段•建筑物的平立面宜对称、规则、质量和刚度变化均匀。•利用结构延性。•设置多道防线。第二章场地与地基•场地–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平方公里的平面面积•由于不同土层结构传递地震波频谱能力不同。在振幅谱中，幅值最大的频率分量所对应的周期，称为地震动的卓越周期。它取决于场地土的固有周期。•覆盖层厚度：地下基岩或剪切波速500m/s的坚硬土层至地表距离。场地类别：根据土层等效剪切波速和覆盖层厚度确定。等效剪切波速（m/s）场地类别I类II类III类IV类V5000----------500~2505=5------250~14033~5050---140v33~1515~8080各类建筑场地的覆盖层厚度（米）nisiisevddv10等效剪切波速计算公式d0----计算深度，取覆盖层厚度和20m两者的较小者n--计算深度范围内土层数Vsi--计算深度范围内第i土层的剪切波速di--第i层土的厚度地基抗震验算0.11.13.15.12.1maxsasaEaEaEfffpfp基底地震效应组合平均压力标准值不得超过调整后的地基土抗震承载力。地基土抗震承载力验算地基土抗震承载力为抗震调整系数与修正后的地基土静承载力特征值的乘积。岩石、碎石、密实的砾、粗、中砂及300KPa以上的粘性土和粉土。中密的碎石、砾、粗、中砂及150~300KPa的粘性土和粉土。稍密的细粉砂，100~150KPa的粘性土和粉土，可塑黄土。淤泥质、松散的砂、杂填土、新近堆积黄土、流塑黄土。地基土液化及防治•何谓地基土液化？•液化的判断：•初步判断•标准贯入试验•液化地基评价•液化地基的抗震措施第三章结构地震反应分析与抗震计算•单自由