关于地震荷载与抗震设计方法

格式：pdf
大小：248.79 KB
文档页数：3

关于地震荷载与杭震设计方法中国建筑科学研究院工程杭震研究所戴国莹王有为问:地震荷载的基本特点是什么答:地震发生时,房屋结构将受到十分复杂的地震作用在抗震设计中,往往沿用静态设计的概念并把地震作用称为“地震荷载”地震荷载与通常的静载活载风载等荷载不相同,它有以下几点独特的性质:1地震的发生,以及发生地震的地点和大小具有极大的不确定性和随机性,只能借用统计的方法予以描述因此地震荷载具有明显的概率特征,且其概率保证率还是不高的2地震荷载作为一种惯性力,结构的固有质量和地面运动的大小是相当重要的因素目前,衡量地面运动的大小常采用:地震强度地震的卓越频率和作用时间的长短但在地震荷载中是采用地震烈度来刻画地震的强度,用场地土条件来反映卓越频率的影响,而对于地震作用时间的长短,一般的设计中尚未有合适的考虑方案3地震荷载的又一显著特点是依赖于房屋结构的动力性能和非弹性性质作为一种动荷载,按拟静力法考虑时往往需要一个动力放大系数,而动力放大系数将取决于结构的动力特性鉴于结构在地震中发生了一定的损坏,进入弹塑性状态,相应的动力特性也要随之而变这样,在整个地震过程中,“地震荷载”将随着结构所处的弹塑性状态的变化而改变4由于地面运动的复杂性,使“地震荷载”成为一种多维的荷载,既有水平方向也有垂直方向还可能有扭转方向的作用力因此,在抗震设计时,需要采用一定的简化方法获得“设计地震荷载”显然对于不同的简化方法,其“设计地震荷载也是不大相同的问:结构地震荷载和抗震强度验算的基本假定是什么答:强烈地震时,实际结构受到的地震荷载是相当复杂的,影响因素很多(包括震源机制场地条件结构特性等)难以寻找精确的计算方法为了进行结构的抗震设计,往往在实际震害调查和理论分析基础上,采用一些基本假定,提出相应的简化方法这样确定的地震荷载,与常用的设计方法有关,不同的设计方法,可能有不同的地震荷载这实际上只是一种设计指标,而不是实际地震时结构可能遭遇到的真正荷载结合我们常用的设计方法,计算时所采用的结构模型和简化假定主要有:1结构的地基是稳固的,相当于一个刚性平面,各点的运动完全相同结构所承受的地震荷载,不考虑由于地基变形或失效所形成的地基的稳固条件,在设计中,由场地选择地基抗震措施来保证这样,地基的运动过程可以用地基上某一点的强震仪所获得的记录来表示,而且把运动过程近似地当成平稳的随机过程采用统计特征和谱分析方法来描述2假定结构是线性弹性的,并可简化为多个集中质量的多自由度振动体系〔在某些情况下,也可以简化为质量连续分布的振动体系)结构的运动,一般可用多自由度振动方程来表示对结构的非线性特性,采用理想弹塑性体(即达到屈服荷载前为线性弹性,而屈服后刚度降为零值的理想物体)予以简化其对结构反应的影响,采用半经验半理论的综合系数,对假想的没有屈服点的“对应弹性体系”的反应予以调整的办法处理3结构的阻尼较小,由于阻尼带来的各振型(严格地说,振型的概念仅在无阻尼情况下才适用)之间的祸连可以忽略,在反应计算中,可采用振型分解方法同时,由于“对应弹性体系”的变形较小,符合线性叠加原理,不论是振型组合还是各方向地震力静力的组合,都可以分别考虑再行叠加,以获得最后结果4考虑到遭遇地震的机会是很少的在结构强度验算中,可采用比静力验算时稍小些的安全系数,允许较大的应力由于采用了上述基本假定,大大的简化了计算许多研究者根据地震时(大多是较小的地震,房屋仅稍有损坏)取得的地面加速度(一般是底层或地下室)观测记录,在这些假定下,进行了上部结构反应的计算,把结果与观测到的地震反应加以比较,发现计算和观测结果是相当接近的,说明这些简化假定具有一定的可靠性问:目前采用的抗震设计方法有哪几种答:目前抗震设计的方法均是先确定地震荷载,然后再按常规的方法进行强度和变形验算而关于地震荷载的确定,一般有静力法和动力法两种计算方法1静力法假定结构为刚体,承受均匀的与地面相同的加速度,忽略结构本身的振动此法优点是计算简单缺点是抹杀了结构动力特性对于地震荷载的影响,忽略刚性结构与柔性结构在地震时反应不同的客观事实目前有些国家仍采用此法,美国在低烈度区也采用此法日本己将静力法的使用范围扩展到高度在45米以下的建筑2动力法现行各国抗震设计规范,采用的动力法有二类(1)反应谱法此法的理论基础,是以单质点体系在实际地震过程中的反应来进行结构反应分析这个理论首先要求从现有的地震记录中,寻找有代表意义的标淮反应谱(该标准反应谱一般是许多次地震的反应谱的包线或平均曲线);其次要求了解结构的自振特性,包括周期振型阻尼等;再次要求解决各个结构振型的反应,求解各个振型的组合我国抗震设计规范即采用此法世界上比较多的国家抗震规范,也采用此法说得更细些,这种方法还可分为二类:。等效静载法按基本周期,从设计反应谱曲线确定总的底部剪力,再沿高度分配此法建立在对均匀结构的一般动力分析方法的基础上,因此适用于均匀的结构的地震荷载分析计算公式详见《工业与民用建筑抗震设计规范》TJii一78第14条b振型分介法按振型(相应的周期)分析,由设计反应谱曲线求得各振型沿建筑物高度方向的水平地震荷载,由各振型水平地震荷载产生的结构内力进行组合对特殊的结构如细长的结构,为了寻求并加强结构的抗震薄弱部位而采用此法计算公式详见《工业与民用建筑抗震设计规范》TJll一78第16条(2)动态设计法此法也称为直接动力法日本武藤清称之为今天最先进的抗震设计法此法首先需弄清结构在受到种种强弱不同地震时的反应情况,以此为依据进行设计修改具体地说,就是将影响结构的地震振动的作用,模拟为一个振动体系上人射波的传递,然后跟踪寻找结构各部分上的反应加速度速度位移内力等以确保结构的安全性对于重要的结构,可以采用此法这种方法,可以充分考虑地面运动的动力性质和结构本身动力性能的关系,诸如卓越周期的影响运动持续时间的影响因为这二者被认为是破坏性地震的重要性质,对结构反应具有实质性的影响问题在于如何选择地面运动的记录在国际标准组织的草案中,认为可用于与本地区及土质条件相适应的地震运动的资料作为计算的基础此外,当对结构抗震作深入研究时,如考虑结构的弹塑性反应和考虑结构一基础一地基土的相互作用问题时,均结合此法进行分析研究随着强震观测记录的广泛积累和电子计算技术的发展,这种方法愈来愈为人们所重视除上述的静力法和动力法外,尚有二种方法正在兴起一种叫能量法,按照输人结构的能量进行设计保证结构在吸收输入能量的情形下不致破坏这种理论称之为能量理论另一种叫随机法,由于地震发生的时空强现在尚不能确切地预计,又由于一次己知震源特性的地震在任一地点产生的地震动也有很大的随机性因此,许多人认为在抗震设计中,应该采用概率理论来处理地震动结构反应和抗震设计这三个环节这二种方法是很有前途的但目前研究不足,尚未成熟问:怎样计算房屋结构的固有周期答:房屋结构的固有周期,是结构的主要动力特性它反映了结构本身的刚度质量分布材料特征构造形式以及结构的施工质量和地基状况,通常可以通过理论计算实测和试验研究等途径来决定计算固有周期的方法很多大致可以归纳为精确法近似法和经验公式三类1精确法:它是根据结构的计算简图建立结构的刚度矩阵,再通过矩阵特征的求解获得固有周期由于结构的计算简图往往难于把结构各细部的刚度变形等精确无误地反映出来,因而计算的结果的可靠性将受到计算简图合理性的限制2近似法:最常用的近似方法有能量法顶点位移法折算刚度和剪切振动折算模量法等各个方法的适用范围不完全相同,需根据结构的变形特征(弯曲变形剪切变形剪弯变形)选用适当的方法予以计算3经验公式:系根据大量的实测资料通过统计和回归分析获得的一般有较大的局限性故应严格按照经验公式的条件和范围选用洲,护~尸沪尸产沪尹,~尸尹八护一沪(上接第29页)表一2所示7其它F:一DE对应关系深度Z(米)表2折减系数D石FL荃06Z毛1010

抗震作业第三章

第三章结构地震反应分析与抗震极限状态计算

思考题

3．1 什么是地震动反应谱和抗震设计反应谱反应谱的影响因素和特点是什么

答：根据给定的地面运动加速度记录和体系的阻尼比，计算出质点的最大绝对加速度Sa，与体系的自振周期T，绘制成一条曲线－地震加速度反应谱，不同的阻尼比可以绘制出不同曲线。

规范根据同一类场地在各级烈度地震作用下地面运动的，分别计算出的反应谱曲线，再进行统计分析，求出最有代表性的平均反应谱曲线作为设计依据；通常称之为抗震设计反应谱。

反应谱影响因素：受地震动特性即峰值、频谱、持续时间的影响。

特点是随机性。

3．2 什么是地震影响系数其谱曲线的形状参数有何特点

答：单自由度体系绝对加速度反应)(TSa与重力加速度g之比。

max21maxmax2max52.05.545.0ggTTTTT

0.6551.01.00TTTTTTTTgggg

3．3 什么是地震作用怎样确定单自由度弹性体系的地震作用

答：地震作用：地面振动过程中作用在结构上的惯性力就是地震荷载，可理解为能反映地震影响的等效荷载，实际上，地震荷载是由于地面运动引起的动态作用，属于间接作用，应称为“地震作用”，而不应称为“地震荷载”。

确定单自由度弹性体系的地震作用：

水平方向：EEkGTF)( 竖直方向：EvEvkGFmax,

3．4 抗震设计中的重力荷载代表值是什么其中可变组合值系数的物理含义如何

答：重力荷载代表值是指地震作用下计算有关效应标准值时，永久性结构构配件、非结构构件和固定设备等自重标准值加上可变动荷载组合值。

变组合值系数的物理含义：是根据可变重力荷载与地震的遇合概率确定的。

3．5 多自由度集中质量体系地震下的运动方程如何说明方程中各参数的含义。

抗震措施与抗震构造措施

抗震措施和抗震构造是建筑物在地震中保持稳定和安全的关键因素。抗震措施是在建筑物设计、建造和使用过程中采取的一系列措施，旨在减少地震造成的破坏，并提高建筑物的抗震能力。抗震构造是建筑物结构的设计和构造方法，用于增加建筑物的抗震能力和韧性。

首先，抗震措施包括：

1.合理的建筑设计：建筑物设计过程中应考虑地震的作用，确保结构能够充分承受地震荷载。

2.地基处理：选择稳定的土壤，进行合理的地基处理，增加建筑物的稳定性。

3.隔震措施：采用隔震技术，将建筑物与地基隔离，减少地震对建筑物的影响。

4.抗侧移措施：在建筑物的底部设置抗侧移墙或抗侧移支撑，增加建筑物的稳定性。

5.加固措施：对老旧建筑进行加固，如加装钢筋混凝土柱、墙体加固等，提高建筑物的抗震能力。

6.防震设备：安装防震设备，如减震器、减震支座等，减少地震对建筑物的影响。

7.预应力技术：采用预应力技术，增加结构的抗震能力和韧性。

其次，抗震构造措施包括： 1.建筑物布置：根据地震力的作用方向，合理布置建筑物的结构，如提高建筑物的刚度和抗侧稳定性。

2.结构材料选用：使用高强度材料，如高强度混凝土、高强度钢材等，提高建筑物的抗震能力和韧性。

3.结构形式：选择合适的结构形式，如框架结构、桁架结构等，增加建筑物的承载能力和抗震能力。

4.桥梁结构的抗震设计：在桥梁结构设计中，采用合理的桥墩和桥面板设计，增加桥梁的抗震能力。

5.状态监测：对建筑物进行定期的状态监测，如裂缝检测、变形监测等，及时发现和处理潜在的安全隐患。

综上所述，抗震措施和抗震构造措施是保证建筑物在地震中保持稳定和安全的重要手段。只有在建筑物的设计、施工和使用过程中采取合理的抗震措施和抗震构造措施，才能提高建筑物的抗震能力，降低地震带来的破坏风险。

抗震简答题

1、工程结构抗震设防的三个水准是什么？如何通过两阶段设计方法来实现？答：抗震设防的三个水准：第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用；第二水准：当遭受相当于本地区抗震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；第三水准：当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。两阶段设计方法：第一阶段设计：对结构和构件进行多遇地震作用下的承载能力验算和弹性变形验算；第二阶段设计：对有明显薄弱层的不规则部位和有特殊要求的结构进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算并采取相应的构造措施。什么是小震、中震和大震。

答：小震指该地区 50 年内超越概率约为 63.2% 的地震烈度，即众值烈度，又称为多遇地震。中震指该地区 50 年内超

越概率约为 10%的地震烈，又称为基本烈度或设防烈度。大震指该地区 50 年内超越概率为 2% ～3% 左右的地震烈度，

又为称为罕遇地震。

2、抗震设计中为什么要限制各类结构体系的最大高度和高宽比？答：随着多层和高层房屋高度的增加，结构在地震作用以及其他荷载作用下产生的水平位移迅速增大，要求结构的抗侧移刚度必须随之增大。不同类型的结构体系具有不同的抗侧移刚度，因此具有各自不同的合理使用高度。房屋的高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。

震害表明，房屋高宽比大，地震作用产生的倾覆力矩会造成基础转动，引起上部结构产生较大侧移，影响结构整体稳定。

同时倾覆力矩会在混凝土框架结构两侧柱中引起较大轴力，使构件产生压曲破坏；会在多层砌体房屋墙体的水平截面产生较大的弯曲应力，使其易出现水平裂缝，发生明显的整体弯曲破坏。

3、简述现行抗震规范计算地震作用所采用的三种计算方法及其适用范围。答：现行抗震规范计算地震作用所采用的三种计算方法为：底部剪力法，振型分解反应谱法和时程分析法。适用条件：

抗震作业第三章 2