工程结构抗震设计?电子教案第一章地震根底知识与工程结构抗震设防一、学习目的与要求1、了解地震的主要类型及其成因；2、了解世界及我国地震活动性以及地震成灾机制；3、掌握地震波的运动规律和震级、地震烈度等地震强度度量指标；4、掌握建筑抗震设防分类、抗震设防目标和抗震设计方法；5、了解基于性能的工程结构抗震概念设计根本要求二、课程内容与知识点1、地震按其成因可分为三种主要类型,即火山地震、塌陷地震和构造地震.其中构造地震为数最多,危害最大.构造地震成因的局部机制可以用地壳构造运动来说明；构造地震成因的宏观背景可以借助板块构造学说来解释.2、地球上地震活动划分为两个主要地震带：环太平洋地震带和地中海南亚地震带.我国地处环太平洋地震带和地中海南亚地震带之间,是一个多地震国家,抗震设防的国土面积约占全国面积％.3、地震灾害主要有地表的破坏、工程结构的破坏造成的直接灾害,地震引发的火灾、水灾、海啸等次生灾害,以及由前面两种灾害导致的工厂停产、城市瘫痪、瘟疫蔓延等诱发灾害.4、地震波是一种弹性波,它包括体波和面波,体波分为纵波和横波,面波分为瑞雷波和乐甫波.地震波传播速度以纵波最快,横波次之,面波最慢.纵波使工程结构产生上下颠簸, 横波使工程结构产生水平摇晃,当体波和面波同时到达时振动最为剧烈.5、地震震级是表示地震本身大小的等级,它以地震释放的能量为尺度,根据记录到的地震波来确定的.地震烈度是指某地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度,它是按地震造成的后果分类的.一次地震只有一个震级,烈度随距离震中的远近而异.6、工程结构抗震设防的依据是中国地震烈度区划图中给出的根本烈度或其他地震动参数. 为反映不同震级和震中距的地震对工程结构影响,?建筑抗震标准?将建筑工程的设计地震划分为三组,不同设计地震分组,采用不同的设计特征周期和设计根本地震加速度值.7、三水准的抗震设防要求：〔1〕当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,建筑物一般不损坏或不需修理仍可继续使用〔小震不坏〕；〔2〕当遭受本地区设防烈度的地震影响时,建筑物可能损坏,经过一般修理或不需修理仍可继续使用〔中震可修〕；〔3〕当遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时,建筑物不倒塌,或不发生危及生命的严重破见大震不倒〕.二阶段设计方法：第一阶段设计是多遇地震下承载力验算和弹性变形计算.取第一水准地震动参数,用弹性方法计算结构弹性地震作用和弹性变形,保证必要强度、限制侧向变形,满足第一水准“不坏〞和第二水准“可修〞的要求；再通过合理的结构布置和抗震构造举措, 增加结构耗能和变形水平,满足第三水准“不倒〞的要求.第二阶段设计是罕遇地震下弹塑性变形验算.对于特别重要的结构或抗侧水平较弱的结构,取第三水准的地震动参数进行薄弱部位弹塑性变形验算.8、抗震设计中,根据建筑遭受地震破坏后可能产生的经济损失、社会影响及其在抗震救灾中的作用,将建筑物按重要性分为甲、乙、丙、丁四类,对于不同重要性的建筑,采取不同的抗震设防标准.9、抗震概念设计就是依据历次震害总结出的经验,进行合理结构布置,采取可靠构造举措, 提升结构抗震性能.概念设计包括结构平面和竖向布置,复杂体型处理、结构体系选择以及结构构件强度、刚度和延性的合理匹配、非结构构件的连接等方面的内容.三、习题与思考题1、地震按其成因分为几种类型按其震源深浅又分为哪几种类型2、试述构造地震成因的局部机制和宏观背景3、试分析地震动的空间分布规律及其震害现象4、地震波包含了哪几种波它们的传播特点是什么对地面运动影响如何5、什么是地震震级什么是地震烈度两者有何关联6、地震根本烈度的含义是什么7、为什么要进行设计地震分组8、试列出三座城市的抗震设防烈度、设计根本地震加速度和所属的设计地震分组9、什么是建筑抗震三水准设防目标和两阶段设计方法10、我国标准根据重要性将抗震类别分为哪几类,不同类别的建筑对应的抗震设防标准是什么11、什么是建筑抗震概念设计包括哪些方面的内容12、根据经验公式,某次地震释放的能量大约是5* 1024尔格,它对应的里氏震级是多少四、考核目标与要求识记：构造地震、震源、震中、震源深度、震源距、震中距、震级、地震烈度、地震根本烈度领会：地震的类型〔分别按成因、震源深浅、震级大小〕；地震波的种类,传播特点及对地面运动的影响；建筑抗震的三水准设防目标和两阶段设计方法；建筑类别和设防标准；建筑抗震的概念设计第二章场地、地基和根底抗震一、学习目的与要求1、了解工程地质条件对震害的影响2、掌握建筑场地类别划分的依据及划分方法3、了解天然地基根底抗震验算方法4、掌握场地土液化的概念及其影响因素,了解场地土液化的判别方法与抗液化举措二、课程内容与知识点1、工程地质条件对震害的影响包括对局部地形的影响、局部地质构造的影响以及地下水位的影响；2、建筑场地类别是根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分的；3、地基土抗震承载力是在地基土的静承载力根底上乘以一个大于1的调整系数,但对软弱土的抗震承载力不予提升；4、地震引起饱和砂土和粉土的颗粒趋于密实,同时孔隙水来不及排出,孔隙水压力增大, 颗粒间的有效应力减少,到达一定程度,土体完全丧失抗剪水平,呈液体状态,称为砂土液化,影响因素包括：土层的地质年代、土的组成、土层的相对密度、土层的埋深、地下水位的深度以及地震烈度和地震持续时间；5、场地土的液化判别分两步进行,即初步判别和标准贯入试验判别.初步判别主要根据土层地质年代、粉土的粘粒含量百分率、根底埋深和上覆非液化土层厚度以及地下水位深度来判别.标准贯入试验判别是利用专门的试验设备并按规定的方法在现场进行试验；6、地基抗液化举措应根据建筑物的抗震设防类别和地基的液化等级,结合具体情况综合确定,主要包括全部消除液化沉陷、局部消除液化沉陷以及根底和上部结构处理；三、习题与思考题1、什么是场地,怎样划分场地土类型和场地类别2、简述选择建筑场地的相关规定3、如何确定地基抗震承载力简述天然地基抗震承载力的验算方法4、某建筑场地的钻孔资料见下表,试计算该场地土层的自振周期,并按?抗震标准? 的规定来确定该建筑场地的类别5、什么是砂土液化液化会造成哪些危害影响液化的主要因素有哪些6、怎样判别地基土的液化,如何确定地基土液化的危害程度7、简述可液化地基的抗液化举措四、考核目标与要求识记：发震断裂、场地、场地覆盖层厚度、砂土液化领会：场地土的类型和场地类别的划分;地基抗震承载力确实定；影响砂土液化的主要因素, 如何影响；地基土液化的区分方法第三章工程结构地震反响分析与抗震验算一、学习目的与要求1、了解地震作用的机理和计算根本原那么2、了解单质点和多质点弹性体系运动方程的建立和求解3、掌握底部剪力法、振型分解反响谱法和时程分析法的适用范围4、掌握设计反响谱和地震影响系数确实定方法5、掌握底部剪力法、振型分解反响谱法用于地震作用和地震作用效应的计算6、了解平移-扭转藕联体系的振动、考虑扭转影响的水平地震作用和作用效应的计算7、了解竖向地震作用的特点和计算方法8、掌握地震作用效应和其他荷载效应的组合、截面抗震验算.抗震变形验算的方法和计算公式二、课程内容与知识点1、结构由地震引起的振动称为结构的地震反响,振动过程中作用在结构上的惯性力就是“地震作用〞,它使结构产生内力,发生变形.地震时结构所承受的地震作用实际上是地震动输入结构后产生的动态反响.地震作用的数值大小不仅取决于地面运动的强弱程度,而且与结构的动力特性有关,即与结构的自振周期、质量、阻尼等直接相关.目前我国和世界上绝大多数国家均把反响谱理论作为确定地震作用的主要手段.2、单质点弹性体系在地震作用下的运动微分方程的通解可由常微分方程理论求得,方程的特解可由杜哈曼积分给出,求解方程过程中采用了迭加原理,杜哈曼积分只能用于弹性体系.3、单质点体系作用于质点上的水平地震作用F可表示成地震系数k、动力系数B与质点重量G的乘积,即F =邮G, k反映地面运动强弱程度,P反映结构动力特性.?抗震标准?将地震系数与动力系数的乘积用一个地震影响系数a表示,并以a为参数给出了设计用反应谱.该设计反响谱由四局部组成,谱的形状与场地条件、震中距远近和结构阻尼比有关, 设计时地震影响系数a可根据结构自振周期及其它条件确定.4、对于多质点弹性体系可建立n个联立的运动方程,每个方程均包含n个未知的质点位移, 利用振型的正交性,采用以振型为基底的广义坐标,可将联立的运动方程解耦,转化为n 个独立方程,再比照单质点体系的求解方法,即可得到多质点体系在地震作用下任一质点的位移反响,该位移反响等于n个相应的单自由度体系相对位移反响与相应振型的线性组合.5、利用振型分解反响谱法可确定多质点体系在地震作用下相应于,振型,质点的水平地震最大作用：F二a 了X G相应于各振型的最大地震作用不会在同一时刻出现,可按“平方之和再开方〞的组合公式确定水平地震作用效应,即：S = V;E S2EK j6、对于高度不超过40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比拟均匀的结构,可采用底部剪力法计算水平地震作用.结构底部总剪力按下式计算：FEK =.1 Geq各质点水平地震作用:F =—巴幺—F (1 -5 )i …EK n£ G H j jj=17、采用底部剪力法计算多质点体系的地震作用时,需要确定结构的根本自振周期,结构基本周期计算的近似方法有能量法、折算质量法和顶点位移法.采用振型分解反响谱法计算多质点体系的地震作用时,需求出多个频率和相应振型,可采用矩阵迭代法,通过振幅方程反复迭代逐步逼近求得频率或周期.8、体型复杂的结构,质量和刚度分布明显不均匀、不对称的结构,在地震作用下会发生扭转振动.引起扭转振动的主要原因是结构质量中央与刚度中央不重合,水平地震力的合力通过质心,结构抗力的合力通过刚心,质心和刚心的偏离使得结构除产生平移振动外,还围绕刚心作扭转振动,形成平扭耦联振动.考虑平扭耦联振动的多质点体系,体系自由度增至3n个,各振型的频率间隔大为缩短,进行各振型作用效应组合时,应考虑振型间的相关性. 9、在高烈度区,竖向地震运动的影响明显,应在抗震设计中加以重视.对于高耸结构、高层建筑和对竖向运动敏感的结构物可采用建立在竖向反响谱根底上的底部剪力法确定竖向地震作用；对于大跨度结构及长悬臂结构可将其重力荷载代表值放大某一比例即认为已考虑了竖向地震作用.10、建筑结构抗震承载力验算涉及地震作用的考虑、重力荷载代表值确定和结构构件截面抗震验算.一般情况下,水平地震作用对结构起限制作用,可沿结构两个主轴方向分别验算；对于质量和刚度明显不均匀、不对称的结构应考虑水平地震作用引起的扭转影响；高烈度区的高耸及高层结构、大跨及长悬臂结构应考虑竖向地震作用.抗震设计的重力荷载代表值中, 永久荷载取标准值,可变荷载取组合值,适用于计算地震作用以及与地震作用相遇的其他重力荷载.构件截面抗震承载力验算时,结构构件内力组合设计值采用多遇地震的作用效应和其他荷载效应组合的多系数表达式,结构构件承载力设计值应考虑承载力抗震调整系数予以调整,适当降低地震作用下结构的可靠度.11、建筑结构的抗震变形验算包括在多遇地震作用下的弹性变形验算和罕遇地震作用下的弹塑性变形验算.三、习题与思考题1、什么是地震作用如何确定结构的地震作用2、地震系数和动力系数的物理意义是什么通过什么途径确定这两个系数3、影响地震反响谱形状的因素有哪些设计用反响谱如何反映这些因素影响的4、简述确定结构地震作用的底部剪力法和振型分解反响谱法的根本原理和步骤5、何谓求水平地震作用效应的平方和开方法〔5区55〕,写出其表达式,说明其根本假定和适用范围6、简述计算地震作用的方法和适用范围7、什么叫鞭端效应设计时如何考虑这种效应8、什么叫结构的刚心和质心结构的扭转地震效应是如何产生的9、哪些结构需要考虑竖向地震作用如何计算竖向地震作用10、什么是结构或构件恢复力特征曲线,反映了结构或构件的什么性能11、地震动的三要素是什么采用时程分析法选取地震波时如何考虑这三要素12、抗震设计中如何考虑结构的地震作用依据的原那么是什么13、什么是承载力抗震调整系数为什么要引入这一系数14、什么是楼层屈服强度系数怎样确定结构薄弱层或部位15、一单层单跨框架如图1所示.假设屋盖平面内刚度为无穷大,集中于屋盖处的重力代表值G=1200kN, 框架柱线刚度i c=x104,框架刚度h = 5.0m,跨度l=9.0m.设防烈度为8度,设计根本地震加速度0.2g,设计地震分组为第二组,11类场地,结构阻尼比为.试求该结构在多遇地震和罕遇地震时的水平地震作用.16、求图2所示体系的频率、振型.：m1=m2=m,k1=k2=k17、试用振型分解反响谱法计算图3所示框架多遇地震时的层间剪力.抗震设防烈度为8度,11类场地,设计地震分组为第二组.18、试用底部剪力法计算图3所示框架多遇地震时的层间剪力.结构的根本周期T1=, 每层的层高均为3.5m,抗震设防烈度为8度,11类场地,设计地震分组为第二组.图2图319、某三层框架各层的层间侧移刚度K(1)=x105kN/m; K(2)=x 105kN/m; K(3)= x 105kN/m;各层层高h(1)=4m; h(2)=3.8m; h(3)=3.6m;各层的抗剪承载力V y(1)=2500kN, V y(2)=800kN, V y(3)=900kN,罕遇地震作用下各层的弹性地震剪力V e(1)=4200kN, V e(2)=3800kN, V e(3)=2000kN,试计算罕遇地震时该框架结构的薄弱层位置,并验算其层间弹塑性位移.四、考核目标与要求识记：地震作用、地震系数、动力系数、水平地震影响系数、反响谱、振型、鞭端效应、质心、刚心、重力荷载代表值、楼层屈服强度系数、承载力调整系数领会：地震作用的计算方法和适用范围；振型分解反响谱法的计算步骤；底部剪力法的计算步骤,如何考虑高振型的影响；地震动的三要素；竖向地震作用的计算应用：单质点体系地震作用的计算采用振型分解反响谱法和底部剪力法进行多质点体系地震作用的计算第四章多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计一、学习目的与要求1、了解多层及高层钢筋混凝土结构房屋震害现象并能分析其原因.2、掌握和深刻理解多层及高层钢筋混凝土结构抗震概念设计的根本要求与一般规定.3、掌握多层及高层钢筋混凝土结构抗震性能的特点.4、熟练掌握钢筋混凝土框架结构房屋抗震设计的内容与方法步骤.5、掌握框架结构和框架一抗震墙结构房屋的抗震设计方法.6、掌握和深刻理解多层及高层钢筋混凝土结构抗震性能的主要抗震构造举措,并深刻理解其意义.二、课程内容与知识点1、钢筋混凝土结构因结构方案不当引起的震害主要是设计时平面布置不规那么、竖向布置不连续以及防震缝构造不当等原因造成.在设计时应注意结构选型和结构布置,综合考虑建筑抗震重要性类别、设防烈度、结构类型和房屋高度等因素,确定房屋的抗震等级；2、框架结构在水平荷载作用下的内力分析常采用D值法,竖向荷载作用下的内力分析常采用二次弯矩分配法；内力组合时一般考虑两种根本组合：〔1〕地震作用效应与重力荷载代表值效应的组合；〔2〕竖向永久荷载与可变荷载的荷载效应组合；3、在进行框架结构抗震设计时,应使框架结构具有足够的承载水平、良好的变形水平以及合理的破坏机制,即在抗震设计时应遵循“强柱弱梁〞“强剪弱弯〞,“强节点、强锚固〞的设计原那么4、为实现“强柱弱梁〞预防或推迟柱端产生塑性铰以形成合理的破坏机制,对柱端弯矩应进行调整：E M ="Z M b5、为实现“强剪弱弯〞,预防构件先发生脆性的剪切破坏,应使构件的受剪承载力大于构件弯曲屈服时实际到达的剪力值：M l + M rV =n -b + V梁端截面的剪力设计值调整为：b Vb l GbnM t + M b柱端截面的剪力设计值调整为：V =" V c H'c Vc _H6、抗震构造要求涵盖了很多抗震计算所不能表达的重要因素,是在总结了历次地震的房屋震害经验教训以及抗震试验研究得到的规律后,以标准条文的形式确定下来的抗震设计要求.对框架梁、柱和节点核心区的构造举措应深刻理解和掌握.三、习题与思考题1、多层及高层钢筋混疑土房屋有哪些结构体系各自的特点和适用范围是什么2、多层及高层钢筋混凝土结构的震害有哪些有哪些抗震薄弱环节在设计中应如何采取对策3、抗震概念设计在多层及高层钢筋混凝土结构设计时具体是如何表达的概念设计与计算设计的关系是什么4、抗震设计为什么要限制各类结构体系的最大高度和高宽比5、多层及高层钢筋混疑土结构设计时为什么要划分抗震等级是如何划分的6、框架结构和框架一抗震墙结构房屋的结构布置应着重解决哪些问题7、框架结构和框架一抗震墙结构在水平力作用下各有什么变形特点8、框架结构和框架一抗震墙结构的抗震计算采用了哪些假设如何确定各自的计算简图9、如何合理选用框架结构和框架一抗震墙结构的抗震计算方法各有哪些主要步骤10、如何计算在水平地震作用下框架结构的内力和位移11、在计算竖向荷载下框架结构的内力时要注意哪些方面的问题12、如何设计结构合理的破坏机制13、框架结构柱的截面设计应考虑哪些因素纵筋和箍筋的配置应注意结构问题14、框架结构梁的截面由哪些因素确定纵筋和箍筋的配置应注意什么问题15、框架一抗震墙结构如何实现多道抗震防线的设计思想16、什么是“强柱弱梁〞、“强剪弱弯〞原那么在设计中如何表达17、怎样保证框架梁柱节点的抗震性能如何进行节点设计18、框架结构和框架一抗震墙结构在抗震设计中有哪些主要构造举措19、多层及高层钢筋混疑土结构的抗震设计对楼屋盖有什么要求20、框架一抗震墙结构中的框架局部的地震剪力为什么要调整,如何调整21、框架一抗震墙结构协同工作体系其内力分布有哪些特点22、框架一抗震墙结构中的框架抗震墙的端柱和边框梁有什么作用应如何进行设计23、在9度区建设两相邻的钢筋混凝土框架楼房,总高度分别为26m和32m,试计算其防震缝的最小宽度四、考核目标与要求识记：剪压比、轴压比、延性框架、强柱弱梁、强剪弱弯领会：抗震等级的划分；各类结构体系最大高度和高宽比的限制；如何实现强柱弱梁、强剪弱弯；如何提升梁的延性；限制轴压比的意义应用：应用底部剪力法进行多层钢筋混凝土房屋的抗震计算和抗震设计第五章多层砌体房屋和底部框架-抗震墙房屋抗震设计一、学习目的与要求1、了解砌体房屋、底部框架-抗震墙房屋的震害特点；2、掌握砌体房屋抗震设计的一般规定、抗震验算的根本方法和抗震构造举措3、了解底部框架-抗震墙房屋抗震设计的一般规定、抗震验算的根本方法和抗震构造措施二、课程内容与知识点1、根据多层砌体房屋和底部框架房屋的震害现象及原因分析,提出了砌体结构房屋抗震设计的一般规定,包括结构的总体布置和细部构造举措等,以提升砌体房层的抗震水平并在地震作用下不致倒塌；2、多层砌体房层在抗震计算时一般只考虑水平地震作用,不考虑地震扭转的作用,因此在建筑平面、立面布置时应尽量做到质量、刚度均匀,以减少扭转的影响.由于多层砌体房层整体的刚度较大,在地震作用下结构的变形为剪切型,地震作用确实定可用底部剪力法求得；3、楼层地震剪力在各墙体间的分配主要取决于楼盖的水平刚度及各墙体的侧移刚度；4、多层砌体房层,可只选择纵、横向的不利墙段进行截面抗震承载力的验算,不利墙段为：①承当地震剪力较大的墙段；②竖向压力较小的墙段；③局部截面较小的墙段.5、由于底部框架一抗震墙砌体房屋是一种“上刚下柔〞的结构体系,为预防底层变形集中而发生严重震害,应对这类房屋的结构方案和结构布置进行严格限制,如：①底部框架沿纵、横两个方向应均匀对称设置一定数量的抗震墙；②规定底部与上部砌体房屋的刚度比限值; ③上部砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或根本对齐;④底部框架一一抗震墙房屋的抗震墙下应设置条形根底、筏式根底或桩基.6、底部框架-抗震墙砌体房屋地震作用的计算、底层水平地震作用的分配、底层倾覆力矩的分配以及钢筋混凝土托墙梁的计算.三、习题与思考题1、多层砌体房屋在地震作用下,其震害主要表现在哪些方面产生的原因是什么2、多层砌体房屋在抗震设计中,除进行抗震承载水平的验算外,为何更要注意概念设计及抗震构造举措的处理3、多层砌体房屋的计算简图如何选取地震作用如何确定层间地震剪力在墙体间如何分配墙体的抗震承载力如何验算4、底部框架-抗震墙砌体房屋的结构方案和结构布置时应注意哪些方面5、底层框架-抗震墙砌体房屋为什么要限制第二层与底层的侧移刚度比方果底层的侧移刚度大于第二层砌体房屋的侧移刚度,对结构是否有利为什么6、在计算底部框架一抗震墙结构地震倾覆力矩时,如何求得倾覆力矩在框架柱中引起的轴力四、考核目标与要求领会：砌体房屋计算简图、地震作用确实定；层间地震剪力在墙体间的分配原那么；楼梯间不宜设在房屋两端和转角处的原因；设置圈梁和构造柱的目的；限制抗震横墙的最大间距的原因应用：多层砌体房屋的抗震计算和抗震设计第九章结构隔震、减震设计与制振技术一、学习目的与要求1、了解结构基底隔震原理、基底隔震装置的类型及组成、隔震结构设计方法和计算要点；2、了解结构消能及阻尼减震原理、消能减震装置和部件、消能减震结构的设计方法；3、了解结构被动限制P-TMD体系及TLD体系的工作原理和工程应用,以及结构主动限制体系制振工作原理和工程应用.二、课程内容与知识点1、基底隔震是在结构物底部与根底面之间设置隔震装置,使之与固结于地基中的根底顶面分开,限制地震动向结构物的传递,减小主体结构的振动反响.隔震装置由隔震器、阻尼器、复位装置组成,目前应用最多的隔震装置是叠层橡胶支座.。
