建筑结构抗震12.1.ppt
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建筑结构抗震12.1.ppt
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12.112.1建筑抗震的基础知识建筑抗震的基础知识12.1.1地震基本知识地震基本知识12.1.2抗震设计的基本要求抗震设计的基本要求12.1.3地震作用的计算地震作用的计算12.1.4结构的自振周期结构的自振周期12.1.5结构的抗震验算结构的抗震验算模块十二模块十二建筑结构抗震建筑结构抗震12.1.1地震基本知识地震基本知识一、一、地震的类型及成因地震的类型及成因二、二、常用术语常用术语一、一、地震的类型及成因地震的类型及成因v地震是由于地壳构造运动(岩层构造状态的变地震是由于地壳构造运动(岩层构造状态的变动)或其它原因而引起的地面振动的现象。
动)或其它原因而引起的地面振动的现象。
v地震按其成因可分为:
火山地震,陷落地震和地震按其成因可分为:
火山地震,陷落地震和构造地震。
构造地震。
(1)火山地震火山地震由于火山爆发而引起的地震;由于火山爆发而引起的地震;
(2)陷落地震陷落地震由于地表或地下岩层突然大规由于地表或地下岩层突然大规模陷落和崩塌而造成的地震;模陷落和崩塌而造成的地震;(3)构造地震构造地震由于地壳运动,推挤地壳岩层由于地壳运动,推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震。
使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震。
v前二种地震的影响范围和破坏程度相对较小,而后一前二种地震的影响范围和破坏程度相对较小,而后一种地震的破坏力大。
种地震的破坏力大。
v岩层断裂时以波动方式将岩层中积聚的变形能向四周岩层断裂时以波动方式将岩层中积聚的变形能向四周传播,即形成传播,即形成地震波地震波。
实际地震波是各种振动波的复。
实际地震波是各种振动波的复合体。
合体。
1.1.波的形式波的形式
(1)岩层内部传播的地震波为岩层内部传播的地震波为体波体波,分为,分为纵波纵波、横波横波。
波的传播方向与质点的振动方向相同的是纵波,其周期较短,波的传播方向与质点的振动方向相同的是纵波,其周期较短,振幅也较小,可在固体和液体中传播,如弹簧的纵向振动;振幅也较小,可在固体和液体中传播,如弹簧的纵向振动;波的传播方向与质点的振动方向垂直的是横波,其周期较长,波的传播方向与质点的振动方向垂直的是横波,其周期较长,振幅也较大,只在固体中传播。
振幅也较大,只在固体中传播。
(2)
(2)岩层表面传播的地震波为岩层表面传播的地震波为面波面波(体波折射和反射后(体波折射和反射后的产物),分为的产物),分为瑞利波瑞利波、乐普波乐普波两种。
两种。
瑞利波:
瑞利波:
质点在质点在波的传播方向与波的传播方向与地表面法向所构地表面法向所构成的平面内作与成的平面内作与波前进方向相反波前进方向相反的椭圆运动,即的椭圆运动,即作滚动运动。
作滚动运动。
乐普波:
乐普波:
质点在质点在地表内作与波前地表内作与波前进方向垂直的直进方向垂直的直线运动,即作蛇线运动,即作蛇行运动。
行运动。
2.2.各种地震波对结构物的影响各种地震波对结构物的影响纵波传播的速度最快,横波次之,面波最慢;纵波传播的速度最快,横波次之,面波最慢;面波的振动幅度最大,横波次之,纵波最小;面波的振动幅度最大,横波次之,纵波最小;面波传送的能量最多,横波次之,纵波最少。
面波传送的能量最多,横波次之,纵波最少。
纵波使地面建筑物产生上下跳动;纵波使地面建筑物产生上下跳动;横波使地面建筑物产生前后左右晃动;横波使地面建筑物产生前后左右晃动;面波则使地面建筑物产生上述两种运动的复合运动。
面波则使地面建筑物产生上述两种运动的复合运动。
v我我国国是是地地震震多多发发的的国国家家;东南、华北、东北沿沿海海处处于于环环太太平平洋洋地地震震带带的的影影响响下下,西北、西南处处于于欧欧亚亚大大陆陆地地震震带带的的影影响响下下。
部部分分地地区区处处于于这这两两地地震震带带的的支支脉脉的的控控制制下下。
我我国国地地震震的的发发生生次次数数、强强度度、破破坏坏后果均为世界罕见。
后果均为世界罕见。
33地震地面运动的参数地震地面运动的参数
(1)地面运动加速度地面运动加速度地震烈度大则地面运动最大加速度大,建筑物上的地震烈度大则地面运动最大加速度大,建筑物上的地震作用力也大。
地震作用力也大。
(2)
(2)地面运动的周期地面运动的周期结构在动力情况下,其受荷情况除与外界因素有关结构在动力情况下,其受荷情况除与外界因素有关外,还与结构自身因素(如结构自振周期)有关,外,还与结构自身因素(如结构自振周期)有关,而地面运动的周期与结构自振周期接近时,将产生而地面运动的周期与结构自振周期接近时,将产生严重后果。
严重后果。
(3)强震持续时间强震持续时间破坏是一个过程,要完成这个过程,结构的破坏积破坏是一个过程,要完成这个过程,结构的破坏积累是一个必要的条件。
而结构的损害程度与所受到累是一个必要的条件。
而结构的损害程度与所受到的荷载大小、荷载作用时间有关。
的荷载大小、荷载作用时间有关。
二、二、常用术语常用术语1.地震震级地震震级
(1)
(1)震级:
震级:
是衡量一次地震强弱程度是衡量一次地震强弱程度(即所释放能量的即所释放能量的大小大小)的指标。
目前,国际上比较通用的是的指标。
目前,国际上比较通用的是里氏震级里氏震级,其原始定义为其原始定义为1935年由里克特年由里克特(Richter)给出,即地震给出,即地震震级震级M为:
为:
(2)
(2)地震释放的能量地震释放的能量:
v震震级级与与震震源源释释放放能能量量的的大大小小有有关关,震震级级每每震震级级差差一一级级,释释放放的的能能量量相相差差31.6倍倍,6级级地地震震的的能能量量2万万吨吨TNT炸药。
炸药。
v微震微震12级地震,仪器可记录,人感觉不到;级地震,仪器可记录,人感觉不到;v有感地震有感地震34级地震,人能感觉到,但建筑物级地震,人能感觉到,但建筑物基本无损坏;基本无损坏;v破坏性地震破坏性地震5级以上地震,一般对建筑物均有程级以上地震,一般对建筑物均有程度不一的损害;度不一的损害;v强烈地震强烈地震7级以上的地震,对建筑物产生严重级以上的地震,对建筑物产生严重破坏。
破坏。
(3)(3)一次地震发生后,地震区域周围地区因距离和地质一次地震发生后,地震区域周围地区因距离和地质条件等的不同,其地表及建筑物的破坏程度也有所不条件等的不同,其地表及建筑物的破坏程度也有所不同,因此地震震级不能区分一次地震对不同地区的影同,因此地震震级不能区分一次地震对不同地区的影响程度。
响程度。
地震烈度是描述一次地震时某地区地面震动地震烈度是描述一次地震时某地区地面震动强弱程度的尺度。
强弱程度的尺度。
故不同的地区有不同的地震烈度。
故不同的地区有不同的地震烈度。
2.地震烈度地震烈度v地地震震烈烈度度是是指指某某一一地地区区的的地地面面和和各各类类建建筑筑物物遭遭受受到到一一次次地地震震影影响响的的强强弱弱程程度度。
对对于于一一次次地地震震,表表示示地地震大小的震大小的震级只有一个;震级只有一个;v随距离震中的远近不同,随距离震中的远近不同,烈度就有差异烈度就有差异。
v评评定定地地震震烈烈度度的的标标准准就就称称为为地地震震烈烈度度表表。
绝绝大大多多数数国国家家包包括括我我国国都都采采用用分分成成12度度的的地地震震烈烈度度表表。
根根据据地地质质条条件件、历历史史资资料料、观观测测记记录录计计算算或或分分析析出出强强震震区区域域周周围围地地区区的的各各级级地地震震烈烈度度的的超超越越概概率率,按按照照统统一一标标准准定定出出各各地地的的基基本本烈烈度度,并并将将各各地地的的基基本本烈烈度度绘成图或统计成表。
绘成图或统计成表。
3.烈度分组烈度分组v某某地地区区50年年内内,在在该该地地区区一一般般场场地地条条件件下下,超超越越概概率率为为10的的最最大大地地震震烈烈度度;基基本本烈烈度度是是该该地地区区抗抗震震设计的基本标准。
设计的基本标准。
v规规范范取取超超越越概概率率为为10的的地地震震烈烈度度为为该该地地区区的的基基本本烈烈度度;超超越越概概率率为为63.2的的地地震震烈烈度度为为该该地地区区的的小小震震烈烈度度(又又称称众众值值烈烈度度,即即概概率率密密度度曲曲线线上上概概率率最最大大处处);取取超超越越概概率率为为2的的地地震震烈烈度度为为该该地地区区的的大大震烈度震烈度(又称(又称罕遇烈度罕遇烈度)。
)。
小震烈度基本烈度小震烈度基本烈度1.55度度大震烈度基本烈度大震烈度基本烈度1.00度度4.抗震设防烈度:
抗震设防烈度:
建筑物抗震设防时采用的烈度。
建筑物抗震设防时采用的烈度。
5.地震设计分组地震设计分组v地震对建筑物的影响地震对建筑物的影响12.1.2抗震设计的基本要求抗震设计的基本要求一、一、建筑抗震设防分类和设防标准建筑抗震设防分类和设防标准二、二、抗震设防的目标抗震设防的目标三、三、抗震概念设计抗震概念设计一、一、建筑抗震设防分类和设防标准建筑抗震设防分类和设防标准1.抗震设防类别抗震设防类别v根据建筑的使用功能的重要性,分为甲类、根据建筑的使用功能的重要性,分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。
乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。
2.抗震设防标准抗震设防标准v甲类建筑甲类建筑v乙类建筑乙类建筑v丙类建筑丙类建筑v丁类建筑丁类建筑二、二、抗震设防的目标抗震设防的目标v抗震设防的目标抗震设防的目标三水准要求三水准要求所谓的三水准抗震目标,可简单的概括为:
所谓的三水准抗震目标,可简单的概括为:
(1)小震不坏小震不坏
(2)中震可修中震可修(3)大震不倒大震不倒三、抗震概念设计三、抗震概念设计概概念念设设计计指指一一些些在在计计算算中中或或在在规规范范中中难难以以作作出出具具体体规规定定的的问问题题,必必须须由由工工程程师师运运用用“概概念念”进进行分析,作出判断,以便采取相应的措施。
行分析,作出判断,以便采取相应的措施。
v结构破坏机理的概念;结构破坏机理的概念;v力学概念;力学概念;v由震害、试验现象等总结提供的各种宏观的和具体的经验等。
由震害、试验现象等总结提供的各种宏观的和具体的经验等。
概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置过程中,概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置过程中,应体现在计算简图或计算结果的处理中,应体现在计算简图或计算结果的处理中,对某些薄弱部位的配筋构造起作用。
对某些薄弱部位的配筋构造起作用。
概概念念设设计计带带有有一一定定的的经经验验性性。
但但它它和和抗抗震震计计算算、构构造造设设计计等等是是不不可可分分割割、互互为为补补充充的的抗抗震震设设计计的的重重要要组成部分。
组成部分。
1.场地、地基和基础选择场地、地基和基础选择v场地土的分类场地土的分类v场地的选择场地的选择v地基和基础选择地基和基础选择2.结构的平面和立面布置结构的平面和立面布置3.结构体系的选择结构体系的选择4.抗震结构构件及其连接抗震结构构件及其连接5.非结构构件非结构构件6.材料选择和施工材料选择和施工12.1.3地震作用的计算地震作用的计算一、一、重力荷载代表值重力荷载代表值二、二、单质点弹性体系的地震作用单质点弹性体系的地震作用三、三、多质点弹性体系的地震作用多质点弹性体系的地震作用一、一、重力荷载代表值重力荷载代表值v一一般般把把各各层层质质量量集集中中在在楼楼层层处处,nn个个楼楼层层即即形形成成nn个个质质点点。
每每一一楼楼面面标标高高位位置置的的重重量量(称称重重力力荷荷载载代代表表值)由以下几部分组成:
值)由以下几部分组成:
恒恒荷荷载载(本本层层楼楼面面结结构构及及上上、下下各各半半层层墙墙、柱柱)的的全部;全部;雪荷载的雪荷载的5050;一一般般楼楼面面活活荷荷载载的的5050,藏藏书书库库、档档案案库库活活荷荷载载的的8080。
v简简化化后后的的计计算算简简图图如如图图,图图中中GGii为为第第ii层层质质点点的的重重力力荷载代表值。
荷载代表值。
1.1.单质点体系单质点体系v等高单层厂房、水塔等;等高单层厂房、水塔等;v该结构中参与振动的所有质量全部折算至顶部;该结构中参与振动的所有质量全部折算至顶部;v墙、柱视作一无重的弹性杆;墙、柱视作一无重的弹性杆;v该体系只
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