1、Chap5 混凝土结构抗震设计混凝土结构抗震设计5.1.1 地震概述地震概述火山地震：由于火山爆发而引起的地震叫火山地震陷落地震：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叫陷落地震构造地震：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叫构造地震一、地震类型和成因按地震按地震发生的发生的原因原因5.1 抗震设计基本知识抗震设计基本知识构造地震的成因断层学：构成地壳的岩层在运动，并不断积累能量，使得岩层内力不断提高，当其超过某处岩层强度时，就会发生断裂和错动，释放大量能量，从而产生地震。板块构造学：板块间相互挤压、冲撞引起地震板块之间的相互作用力会使地壳中的岩层发生变
2、形，当这种变形积聚到一定程度时，该处岩体就会发生突然断裂或错动，引发地震。5.1 抗震设计基本知识抗震设计基本知识震源：地球内部断层错动 并引起周围介质振 动的部位震中：震源正上方的地面 位置震源深度: 从震中到震源的距离震中距：地面某处至震中的水平距离 震中距在100公里-1000公里的称为近震 震中距超过1000公里的称为远震震源震源深度震 中等震线震中距l 震源深度在60公里以内的地震为浅源地震l 震源深度超过300公里的地震叫深源地震l 震源深度介于60-300公里之间的地震为中源地震二、震源二、震源、震中和地震波、震中和地震波1、震源和震中、震源和震中1.2.1 1.2.1 体波体波
3、体波是指通过地球本体内传播的波，它包含纵波与横波两种。 纵波是由震源向外传递的压缩波，质点的振动方向与波的前进方向一致。周期短、振幅小，在固体、液体里都能传播。 横波是由震源向外传递的剪切波，质点的振动方向与波的前进方向垂直。周期长、振幅较大，只能在固体介质中传播。面波是指沿介质表面(或地球地面)及其附近传播的波。 2 2 地震波地震波地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播，这就是地震波。地震波是震源辐射的弹性波，一般分为体波和面波。二、震源二、震源、震中和地震波、震中和地震波纵波是建筑物上下颠簸，横波使建筑物水平方向摇晃，面波则使建筑物既上下颠簸又水平摇晃。通常在横波和面波都到达时振动
4、最为激烈。造成建筑物和地表破坏的主要是面波。三、地震震级、地震烈度和地震基本烈度三、地震震级、地震烈度和地震基本烈度1、地震震级地震震级地震震级: : 衡量一次地震强弱程度即地震所释放的能量大小的度量指标。震级M与震源释放能量E（单位为 10-7J）之间的关系为： logE=11.8+1.5MM5破坏性地震M7强烈地震 地震烈度：地震对地面影响的强烈程度，主要依据宏观的地震影响和破坏现象来判断。表5-1是1999年颁布的中国地震烈度表。新烈度表既有定性的宏观标志，又有定量的物理标志，兼有宏观烈度表和定量烈度表两者的功能。 三、地震震级、地震烈度和地震基本烈度三、地震震级、地震烈度和地震基本烈度
5、2、地震烈度、地震烈度3、地震基本烈度、地震基本烈度注：一般来说，距离震中近，烈度就高；距离震中越远，烈度也越低基本烈度：指一个地区在一定时期（我国取50年）内在一般场地条件下按一定的概率（我国取10%）可能遭遇的最大地震烈度 。一个地区进行抗震设防的依据一个地区进行抗震设防的依据 5.1.2 抗震设防抗震设防一、抗震设防区、抗震设计一、抗震设防区、抗震设计 我国规定地震基本烈度为6度或6度以上的地区为抗震设防区，低于6度的为非抗震设防区。 抗震设计是指抗震设防区的工程结构考虑地震动影响的一种专业设计。凡不考虑地震动影响的结构设计，称为非抗震设计，习称静力设计或常规设计。5.1.2 抗震设防抗
6、震设防二、抗震设防烈度、设计基本地震加速度值和设计地震分组二、抗震设防烈度、设计基本地震加速度值和设计地震分组 为了进行建筑结构的抗震设防，按国家规定的权限批准审定作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，称为抗震设防烈度，简称烈度。 表5-2 抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系抗震设防烈度抗震设防烈度6度度7度度8度度9度度设计基本加速度值0.05g0.10(0.15)g0.20(0.30)g0.40g三三、建筑物的抗震设防类别及其抗震设计要求、建筑物的抗震设防类别及其抗震设计要求根据建筑物使用功能的重要性，按其地震破坏产生的后果，抗震规范将建筑物分为4个抗震设防类别：（1）甲类建筑重大
7、建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害（地震破坏可能引发水灾、火灾、爆炸、剧毒或强腐蚀性物质，恶性传染病菌大量泄露和其他严重次生灾害）的建筑。（2）乙类建筑地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，震后会产生较大社会影响或造成相当大的经济损失，包括城市的重要生命线工程和人流密集的大型公共建筑等。（3）丙类建筑属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑，如大量的一般工业与民用建筑等。（4）丁类建筑属于抗震次要建筑。地震破坏不易造成人员伤亡和较大经济损失的建筑。1.1.总目标总目标通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免人员死亡，减轻经济损失。2 2. .“三水准三水准”抗震设防目标抗震设防目标当遭受低于本地区抗震
8、设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。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。 当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。简称为：简称为：“小震小震不不坏，中震可修，坏，中震可修，大震不倒大震不倒”。四、抗震设防目标四、抗震设防目标第二阶段：对一些规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变大震作用下的弹塑性变形验算形验算。有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等。第一阶段：对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载小震作用下的结构和构件承载力验算和弹性变
9、形验算力验算和弹性变形验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。 达到达到小震小震不坏、中震可修不坏、中震可修达到大震不倒达到大震不倒五、两阶段抗震设计方法五、两阶段抗震设计方法5.1.3 建筑场地、地基和基础建筑场地、地基和基础一、建筑场地一、建筑场地建筑场地：工程群体的所在地，具有相似的反应谱特征我国规范规定场地覆盖层厚度指：地面至剪切波速大于500 m/s 的坚硬土层或岩层顶面的距离。覆盖层厚度愈大，对抗震愈不利。等效剪切等效剪切波速波速(u)场场 地地 类类 别别I类类类类类类类类Vse 5000500 Vse 25014050Vse 14080根据土层等效根据土层等效剪切波速
10、剪切波速和和覆盖层厚度覆盖层厚度，建筑场地划分为，建筑场地划分为4 4个不同的类别，个不同的类别，类最好，类最好，类最差。土层的剪切波速类最差。土层的剪切波速vsvs愈大，土层愈硬。愈大，土层愈硬。场地土等效剪切波速nisiismvddv10/式中式中计算深度，取覆盖层厚度和计算深度，取覆盖层厚度和20m20m两者的较小值；两者的较小值；计算深度范围内土层的分层数；计算深度范围内土层的分层数； 计算深度范围内第计算深度范围内第j j层土的剪切波速层土的剪切波速(m(ms)s)；第第i i层土的厚度。层土的厚度。0dnsivid根据等效剪切波速不同，场地土分为：坚硬土、中硬土、中软土和软弱土5.
11、1.3 建筑场地、地基和基础建筑场地、地基和基础5.1.3 建筑场地、地基和基础建筑场地、地基和基础一、地基和基础一、地基和基础1、地基的作用 地基在抗震中的作用是双重的，它既是建筑物的支承，又是把地震波传递给建筑物的传播介质。故在抗震设计中，既要注意地基的失效和变形，如液化、震陷、滑移和不均匀沉降；也要注意地基的滤波、放大、减震等作用。常见的对抗震不利的地基是：液化地基、软土地基、严重不均匀地基、新近填土以及其他不稳定地基。2、液化地基1）液化土及其判别 在地下水位以下的松散的饱和砂土和饱和粉土，在受到地震作用时，土颗粒间有压密的趋势，使土中孔隙水压力增高，当孔隙水来不及排出时，将致使土颗粒
12、处于悬浮状态，此时土体的抗剪强度为零，使场地土是去承载能力，这种形成有如“液体”一样的现象，称为场地土的液化。判别深度一般为地面下15m范围内。5.1.3 建筑场地、地基和基础建筑场地、地基和基础土层液化的判别方法，先初步判别，再标准贯入试验判别。首先初步判断是否会发生液化，规范规定对于饱和砂土或粉土，当符合一定条件时，可不考虑液化。钻孔至试验土层上15cm处,用63.5公斤穿心锤，落距为76cm，打击土层，打入30cm所用的锤击数记作N63.5，称为标贯击数。用N63.5与规范规定的临界值Ncr比较来确定是否会液化5.1.3 建筑场地、地基和基础建筑场地、地基和基础2）液化指数与液化等级）液
13、化指数与液化等级在同一地震烈度下，液化层的厚度愈厚厚、埋藏愈浅浅、地下水位愈高高、标准贯入锤击数实测值与临界值之差愈多多，液化就愈严重严重。3）地基抗液化措施）地基抗液化措施 可按全部消除地基液化沉陷的措施、部分消除地基液化沉陷的措施、减轻液化影响的基础和上部结构处理的原则进行选择。除丁类建筑外，不应将未经处理的液化土层作为天然地基的持力层。5.2 地震作用与抗震验算地震作用与抗震验算5.2.1 单自由度弹性体系的地震反应与抗震设计反应谱单自由度弹性体系的地震反应与抗震设计反应谱一、概述一、概述 地面运动有六个分量（两个水平、一个竖向、三个扭转），故地震作用分为水平地震作用、竖向地震作用和扭转
14、。 对结构影响最大的是水平地震作用。结构的主要振动形式，对规则结构主要是水平向的平动，对不规则结构，则是水平向的平动与扭转的耦连振动。 对于8、9度的大跨度结构、长悬臂结构以及9度的高层建筑则还需要进行竖向地震作用下的抗震验算。水平地震作用与风荷载的区别：1）风荷载主要与建筑物的体型、高度以及地形地貌有关，而水平地震作用则与建筑物的质量、动力特性以及场地、土质条件有关2）水平地震荷载比风荷载对建筑物产生的振动大3）风荷载作用时间长，水平地震荷载作用时间较短，仅有几秒或几十秒 地震引起的结构振动，称为结构的地震反应，包括内力、变形、加速度、速度和位移等。 1、单自由度弹性体系计算简图：、单自由度
15、弹性体系计算简图： 将将结构参与振动的全部质量集中于一点结构参与振动的全部质量集中于一点，用，用无重量的弹无重量的弹性直杆支承于地面性直杆支承于地面形成单质点体系，当该体系只作单向振动形成单质点体系，当该体系只作单向振动时，就形成了一个单自由度体系。如等高单层厂房、水塔等时，就形成了一个单自由度体系。如等高单层厂房、水塔等. .单质点弹性体系计算简图单质点弹性体系计算简图（a）单层厂房及简化体系；（）单层厂房及简化体系；（b）水塔及简化体系）水塔及简化体系二、单自由度弹性体系的无阻尼自由振动二、单自由度弹性体系的无阻尼自由振动( )( )0mx tKx t无阻尼自由振动微分方程：无阻尼自由振动
16、微分方程：Km二、二、 单自由度弹性体系的无阻尼自由振动单自由度弹性体系的无阻尼自由振动2、运动方程及其解答、运动方程及其解答弹性恢复力：惯性力：( )Kx t( )mx t 它的解为：( )cosx tAtA振幅，即最大的水平位移W振动的圆频率自振周期自振周期22mTK)(tx) (txg：地面（基础）的水平位移：地面（基础）的水平位移：质点对地面的的相对位移：质点对地面的的相对位移质点位移：质点位移：)()()(txtxtXg质点加速度：质点加速度：)()()(txtxtXg 三、三、 单自由度弹性体系的地震反应分析单自由度弹性体系的地震反应分析阻尼力)(C-tx )()()()(txmt
17、KxtxCtxmg 运动方程2CKm2CmK2结构振动体系的阻尼比结构振动体系的阻尼比绝对加速度反应谱max0)(gmaxd)(sin)()(ttgatexxtxS 单自由度体系在给定的地震作用下某个最大反应与体系自振周期的关系曲线称为该反应的地震反应谱。相对位移反应谱绝对加速度反应谱相对速度反应谱地震反应谱的特点：1.阻尼比对反应谱影响很大2.对于加速度反应谱，当结构周期小于某个值时幅值随周期急剧增大，大于某个值时，快速下降。3.对于速度反应谱，当结构周期小于某个值时幅值随周期增大，随后趋于常数。4.对于位移反应谱，幅值随周期增大。不同场地条件对反应谱的影响:将多个地震反应谱平均后得平均加速
18、度反应谱gSa/周期（s)岩石坚硬场地厚的无粘性土层软土层反应谱的主要影响因素：结构的阻尼比和场地条件。GGkkgmmSFa计算水平地震作用的基本公式:地震系数动力系数水平地震影响系数设防烈度设防烈度67(7. 5 )8 (8. 5 )9地震系数地震系数k0.050.10(0.15)0.20(0.30)0.40设防烈度与地震系数的对应关系gtxkgmax)( 表征地面运动强烈程度地面运动的最大加速度与重力加速度之比max0)(maxd )(sin)(1ttggtexx maxgaxS 单质点最大绝对加速度与地面最大加速度的比表示由于动力效应，质点的最大绝对加速度比地面最大加速度放大了多少倍。从
19、上式可知，动力系数与地面运动加速度，结构自振周期以及阻尼比有关。与的关系曲线称为谱曲线，它实际上就是相对于地面加速度的加速度反应谱，两者在形状上完全一样。max0)(2gmaxd)(2sin)(12ttTgtTexxT kgSa当基本烈度确定，地震系数k为常数，仅随变化。建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。kxSgxgSgagamaxmax 为了便于计算，抗震规范采用水平地震影响系数与体系自振周期之间的关系作为设计用反应谱。（基于标准反应谱曲线）抗震设计反应谱 -地震影响系数； -地震影响系数最大值； -结构自振周期； -特征周期； -直线下降
20、段的下降斜率调整系数； -阻尼调整系数； -衰减指数maxTgT12建筑抗震设计规范)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT 1、结构自振周期T(2)多质点体系-近似计算2、特征周期 gT(1)单自由度体系 -质点在单位水平集中力作用下产生的侧移gGT/2设计地设计地震分组震分组场地类别场地类别 IV 第一组第一组0.250.350.450.65第二组第二组0.300.400.550.75第三组第三组0.350.450.650.90 抗震设计中，设计特征周期Tg的取值根据“设计地震分组”确定。)(sT01 . 0gTgT
21、50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT 地地 震震影影 响响烈烈 度度6789多遇地震多遇地震0.04 0.08（0.12） 0.16（0.24）0.32罕遇地震罕遇地震0.50（0.72） 0.90（1.20）1.40maxmaxk（阻尼比0.05）括号内的数字分别对应设计基本加速度0.15g和0.30g地区的地震影响系数。)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT 4、对应于阻尼比等于0.05和不等于0.05，抗震设计反应谱的形状参数（ 、 、 ）不同.127 . 106
22、. 005. 01255 . 005. 09 . 0805. 002. 01 曲线由四部分组成，其值也由四部分构成。12341直线上升段：2水平段：max205. 0时, , , 。129 . 002. 01max2TTg3曲线下降段：55 . 005. 09 . 0max9 . 0TTgmax12)5(2 . 0gTT 4直线下降段：8/ )05. 0(02. 01max9 . 0)5(02. 02 . 0gTT 0T时(刚体)， ，1maxmaxmaxmax45. 025. 2kkmaxmax2max45. 07 . 106. 005. 01205. 02or解：（1）求结构体系的自振周期
23、kN/m249601248021222hikct 4 .71s/m8 . 9/kN700/2gGms336. 024960/4 .712/2kmT例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，类场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚度 ,阻尼比为0.05。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。 mkN106 . 2/4hEIicch=5m地震特征周期分组的特征周期值（s）0.90 0.65 0.450.35第三组0.75 0.55 0.400.30第二组0.65 0.45 0.35 0.25第一组 场地类别查表确定gT3 . 0gT
24、（2）查表得地震特征周期解：（1）求结构体系的自振周期kN/m249601248021222hikct 4 .71s/m8 . 9/kN700/2gGms336. 024960/4 .712/2kmT（3）求水平地震影响系数查表确定max16. 0max地震影响系数最大值（阻尼比为0.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震 9 8 7 6地震影响烈度例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，类场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚度 ,阻
25、尼比为0.05。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。 mkN106 . 2/4hEIicch=5m查表确定gT3 . 0gT（2）查表得地震特征周期例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，类场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚度 ,阻尼比为0.05。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。 mkN106 . 2/4hEIicch=5m解： （1）求结构体系的自振周期s336.0T（3）求水平地震影响系数16. 0maxggTTT5max2)(TTg)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TT
26、gmax12)5(2 . 0gTT 9 . 055 . 005. 09 . 017 . 106. 005. 012144. 016. 0)336. 0/3 . 0(9 . 0查表确定gT3 . 0gT（2）查表得地震特征周期解：例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，类场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚度 ,阻尼比为0.05。试求该结构多遇地震时的水平地震作用。 mkN106 . 2/4hEIicc（1）求结构体系的自振周期kN/m24960Kt 4 .71ms336. 0T（2）求水平地震影响系数16. 0maxh=5
27、m3 . 0gT144. 016. 0)336. 0/3 . 0(9 . 0（3）计算结构水平地震作用kN8 .100700144.0GFii+1m1m2mimn 多自由度弹性体系：对于多层或高层工业与民用建筑等，则应简化为多质点体系来计算，这样才能比较真实地反映其动力性能。 按质量集中法将i和i+1层之间的结构重力荷载和楼面活荷载集中于楼面标高处，由无重量的弹性直杆支撑于地面上，这样就将多层或高层结构简化为了多质点弹性体系。5.2.2、 多自由度弹性体系的地震反应分析多自由度弹性体系的地震反应分析 一般来说，对多质点体系，若只考虑其作单向振动时，则体系的自由度与质点个数相同。)(tFI)(t
28、FD)(tFS12)(tyiin12in)(tyg)(igiIyymF njjijniniiSykykykykF12211njjijniniiDycycycycF12211njjijnjjijigiycykyym11)( ginjjijnjjijiiymycykym 11(1)房屋结构的质量和刚度沿高度分布比较均匀；适用条件：(2)房屋的总高度不超过40m；(3)房屋结构在地震作用时的变形以剪切变形为主(房屋高宽比小于4时)；(4)房屋结构在地震作用时的扭转效应可忽略不计。振动特点：(1)位移反应以基本振型为主；(2)基本振型接近直线。5.2.3 计算水平地震作用的底部剪力法计算水平地震作用的
29、底部剪力法12in12inHiHnnH1iiH1221H111H1nF1iF21F11FiiiGHF111底部剪力法基本原理iijjiijGtF)(仅考虑基本振型！12in12injF3第j振型jF2jF1j振型的底部剪力为:niijjFV10jjijjijGFniiijjjG1niiijjjGGG111G结构的总重力荷载代表值niiGG1j振型的底部剪力为:niijjFV10niiijjjGGG111组合后的结构底部剪力：GqGGGVFnjniiijjjnjjEK111211120)( njniiijjjGGq1121)(高振型影响系数 (规范取0.85)jF3第j振型jF2jF1EKeqF
30、G1基本周期的水平地震影响系数由T1查设计反应谱结构等效重力荷载代表值结构总的重力荷载代表值的85%总的水平地震作用标准值（结构底部剪力标准值）eqEKGF1iiiiGFF11111HkHH1G1GkHknF1FkFiiGH11nkkknkkEKGHFF11111nkkkGH111结构振型以第一（基本）振型为主，且基本振型接近直线，则 i质点的水平地震作用：角度质点i的计算高度nkkkEKGHF111/1HkHH1G1GkHknF1FkFnkkkEKGHF111/iF进而,可求地震作用下各楼层水平地震层间剪力为：nikkiFViiGH11EKnkkkiiFHGHG1 经过计算发现底部剪力法对于
31、层数比较多的结构（自振周期长T1 1.4Tg），顶部水平地震作用计算结果偏小，所以规范规定：将总的地震作用拿出一部分，作为集中力作用在顶部。n顶部附加地震作用系数EKnnFFu顶部附加地震作用系数nTg(s)T11.4TgT1 1.4Tg 0.350.08 T1+0.070 0.550.08 T1-0.020顶部附加地震作用系数n由于是将各个质点的作用拿出一部分放在顶部进行修正，所以，各质点要把那一部分水平地震作用减去。)T11.4Tg 时各质点水平地震作用当结构基本周期T11.4Tg时，将结构总地震作用的一部分作为集中力Fn作用于结构顶部。12in12inHiH12in nEKnnFF）（n
32、EKnjjjiiiFHGHGF11) “鞭端效应”震害表明，局部突出屋面的小建筑如电梯机房、水箱间、女儿墙、烟囱等，它们的震害比下面主体结构严重。这是由于出屋面的这些建筑的质量和刚度突然变小，地震反应随之急剧增大的缘故。这种现象在地震工程中称为“鞭端效应”。计算其地震作用效应时，将结果乘放大系数3（相当于增加两倍），增加的两倍只在计算这些突出屋顶的建筑物时考虑，不往下传。1. 计算结构等效总重力荷载代表值2. 计算水平地震影响系数3. 计算结构总的水平地震作用标准值nikkeqGG85. 0eqEKGF14. 计算顶部附加水平地震作用5. 计算各层的水平地震作用标准值EKnnFF)1 (1nE
33、KnkkkiiiFHGHGF6. 计算各层的层间剪力nikkiFV例1：试用底部剪力法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。已知结构的基本周期T1=0.467s ,抗震设防烈度为8度,类场地,设计地震分组为第二组。tm2701tm2702tm1803MN/m2451KMN/m1952KMN/m983K10.5m7.0 m3.5m解：（1）计算结构等效总重力荷载代表值8 . 9)180270270(85. 085. 0nikkeqGGkN6 .5997tm2701tm2702tm1803MN/m2451KMN/m1952KMN/m983K10.5m7.0m3.5m（2）计算水平地震影响系数查表得16
34、. 0max1.400.90(1.20)0.50(0.72)-罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震 9 8 7 6地震影响地震影响系数最大值（阻尼比为0.05）解：（1）计算结构等效总重力荷载代表值kN6 .5997eqGtm2701tm2702tm1803MN/m2451KMN/m1952KMN/m983K10.5m7.0m3.5m（2）计算水平地震影响系数16. 0maxs4 .0gT地震特征周期分组的特征周期值（s）0.90 0.65 0.450.35第三组0.75 0.55 0.400.30第二组0.65 0.45 0.35 0.25第一组 场地类别
35、ggTTT51max21)(TTg139.0)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT（3）计算结构总的水平地震作用标准值eqEKGF1kN7 .8336 .5997139. 0T1=0.467s解： （1）计算结构等效总重力荷载代表值（2）计算水平地震影响系数（3）计算结构总的水平地震作用标准值（4）顶部附加水平地震作用EKnnFFgTT4 . 11gTT4 . 11)(sTg35. 055. 035. 055. 007. 008. 01T01. 008. 01T02. 008. 01T000顶部附加地震作用系数56.
36、04 . 1gTgTT4 . 110n（5）计算各层的水平地震作用标准值)1 (1nEKnkkkiiiFGHGHFkN6 .5997eqG139. 01kNFEK7 .833解： （1）计算结构等效总重力荷载代表值（2）计算水平地震影响系数（3）计算结构总的水平地震作用标准值（4）顶部附加水平地震作用0nF（5）计算各层的水平地震作用标准值)1 (1nEKnkkkiiiFGHGHFkN6 .5997eqG139. 01kNFEK7 .8337 .1667 .8335 .108 . 918078 . 92705 . 38 . 92705 . 38 . 92701F5 .3337 .8335 .1
37、08 . 918078 . 92705 . 38 . 92700 . 78 . 92702F5 .3337 .8335 .108 . 918078 . 92705 . 38 . 92705 .108 . 91803F（6）计算各层的层间剪力kNFFFV7 .8333211kNFFV0 .667322kNFV5 .333335 .3330 .6677 .8338 .3356 .6718 .845振型分解反应谱法结果解： （1）计算结构等效总重力荷载代表值（2）计算水平地震影响系数（3）计算结构总的水平地震作用标准值（4）顶部附加水平地震作用0nF（5）计算各层的水平地震作用标准值kN6 .599
38、7eqG139. 01kNFEK7 .8337 .1661F5 .3332F5 .3333Ftm2701tm27025 .3335 .3337 .166tm1803与前面的计算结果很接近，说明底部剪力法的计算结果是可靠的。例2：六层砖混住宅楼，建造于基本烈度为8度区，场地为类，设计地震分组为第一组，根据各层楼板、墙的尺寸等得到恒荷和各楼面活荷乘以组合值系数，得到的各层的重力荷载代表值为G1=5399.7kN, G2=G3=G4=G5=5085kN, G6=3856.9kN。试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。G12.952.702.702.702.702.70G2G3G4G5G6 由于多层砌
39、体房屋中纵向或横向承重墙体的数量较多，房屋的侧移刚度很大，因而其纵向和横向基本周期较短，一般均不超过0.25s。所以规范规定，对于多层砌体房屋，确定水平地震作用时采用 。并且不考虑顶部附加水平地震作用。max1例2：基本烈度为8度，场地为类，设计地震分组为第一组，G1=5399.7kN, G2=G3=G4=G5=5085kN, G6=3856.9kN。计算各层地震剪力标准值。解： 结构总水平地震作用标准值G12.952.702.702.702.702.70G2G3G4G5G6eqEKGFmax61max85. 0iiGkN1 .40256 .2959685. 016. 01.400.90(1.
40、20)0.50(0.72)-罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震 9 8 7 6地震影响烈度地震影响系数最大值（阻尼比为0.05）16. 0maxG12.952.702.702.702.702.70G2G3G4G5G6例2：基本烈度为8度，场地为类，设计地震分组为第一组，G1=5399.7kN, G2=G3=G4=G5=5085kN, G6=3856.9kN。计算各层地震剪力标准值。解： 结构总水平地震作用标准值kN1 .4025maxeqEKGFEKnkkkiiiFGHGHF1各层水平地震剪力标准值nikkiFV各层水平地震作用层层Gi (kN)Hi (m
41、)Gi Hi (kN.m)Fi (kN)Vi (kN)63856.917.4555085.014.7545085.012.0535085.09.3525085.06.6515399.72.95 67320.921328.8233815.2547544.7561274.2575003.75306269.72884.5985.7805.3624.8444.4280.44025.1884.51870.22675.53300.33744.74025.129596.65.2.4 结构基本自振周期的计算单自由度体系的基本自振周期多自由度体系的基本自振周期122eqeqTTGGTgKK212iiTiiGuT
42、Gu对于框架结构：11,nniiiiiiiiVuuuVGK 对于质量、刚度沿竖向分布比较均匀的框架结构、框架-抗震墙结构、抗震墙结构，按下式计算：11.7TTTu竖向地震运动是可观的： 根据观测资料的统计分析，在震中距小于200km范围内，同一地震的竖向地面加速度峰值与水平地面加速度峰值之比av/ah平均值约为1/2，甚至有时可达1.6。 根据地震计算分析，对于高层建筑、高耸及大跨结构影响显著。结构竖向地震内力NE/与重力荷载产生的内力NG的比值沿高度自下向上逐渐增大，烈度为8度时为50%至90%，9度时可达或超过1；335m高的电视塔上部，8度时为138%；高层建筑上部，8度时为50%至11
43、0%。竖向地震作用的影响是显著的：5.2.6 竖向地震作用竖向地震作用(1).长悬臂结构；(2).8度和9度时的大跨度结构；(3).9度时的高耸结构和较高的高层建筑； 我国抗震设计规范规定以下三类结构要考虑向上或向下竖向地震作用的不利影响。WWWEvkvEEhkhEGEGSSSSS荷载组合：截面承载力抗震验算：RERSS-包含地震作用效应的结构构件内力组合的设计值；R-结构构件承载力设计值；RE-承载力抗震调整系数，除另有规定外，按下表采用；下列情况可不进行结构强度验算：（1）6度时的建筑（类场地上较高的高层建筑与高耸结构除外）；（2）7度时、类场地、柱高不超过10m且两端有山墙的单跨及多跨等
44、高的钢筋混凝土厂房，或柱顶标高不超过4.5m，两端均有山墙的单跨及多跨等高的砖柱厂房。 材料材料 结构构件结构构件受力状态受力状态 钢钢柱、梁柱、梁支撑支撑节点板件、连接螺栓节点板件、连接螺栓连接焊缝连接焊缝0.750.800.850.90 砌体砌体两端均有构造柱、芯柱的抗两端均有构造柱、芯柱的抗震墙震墙 其他抗震墙其他抗震墙受剪受剪受剪受剪0.91.0混凝土混凝土 梁梁梁轴压比小于梁轴压比小于0.15柱柱梁轴压比不小于梁轴压比不小于0.15柱柱 抗震墙抗震墙各类构件各类构件受弯受弯偏压偏压偏压偏压偏压偏压受剪、偏拉受剪、偏拉0.750.750.800.850.85RE承载力抗震调整系数 对于
45、按底部剪力法分析结构地震作用时，其弹性位移计算公式为:ieeKiViu/ )()(-第i层的层间位移；)(iue-第i层的侧移刚度；iK-第i层的水平地震剪力标准值。)(iVe huee楼层内最大层间位移应符合下式要求：1/300多、高层钢结构1/1000钢筋混凝土框支层1/1000钢筋混凝土抗震墙、筒中筒1/800钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒1/550钢筋混凝土框架 结构类型e)验算目的不倒塌罕遇地震作用下，结构进入弹塑性工作阶段；结构进入弹塑性后 （屈服），结构承载能力已经没有储备，需要通过发展塑性变形来吸收和消耗地震输入的能量；若结构的变形能力不足，结构会倒塌。通过
46、验算结构在罕遇地震作用下的变形能力，判断结构是否具有足够的安全性。1. 下列结构进行验算： 1)8度、类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架； 2)7-9度时楼层屈服强度系数小于05的钢筋混凝土框架结构； 3)高度大于150m的钢结构； 4)甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构； 5)采用隔震和消能减震设计的结构；) 验算范围2. 下列结构进行验算： 1）上表所列高度范围且属于下表所列不规则类型的高层建筑结构； 2）7度、类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构； 3）板柱-抗震墙结构和底部框架砖房； 4）高度不大于150m的其它高层钢结构。) 验算范围不规
47、则类型不规则类型 定义定义侧向刚度不规则侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的邻下一层的25%竖向抗侧力构件不连竖向抗侧力构件不连续续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等向下传递（梁、桁架等向下传递楼层承载力突变楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的抗侧力结构的层间受剪承载
48、力小于相邻上一楼层的80%竖向不规则的类型) 计算方法(1)简化方法 适用范围：不超过12层且层刚度无突变的钢筋混凝土框架结构、单层钢筋混凝土柱厂房可采用简化方法计算结构薄弱层(部位)弹塑性位移。 按简化方法计算时，需确定结构薄弱层(部位)的位置。结构薄弱层：指在强烈地震作用下结构首先发生屈服并产生较大弹塑性位移的部位。 (2)除适用简化方法以外的建筑结构，可采用静力弹塑性分析方法或弹塑性时程分析法等。(3)规则结构可采用弯剪层模型或平面杆系模型；不规则结构应采用空间结构模型。 79 设计不良或施工质量欠佳的钢筋混凝土结构房屋在地震中遭遇震害的情况，亦不鲜见。主要震害可概述如下：.共振效应引起
49、的震害.结构平面或竖向布置不当引起的震害.框架柱、梁和节点的震害 梁柱变形能力不足，构件过早发生破坏。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更易发生破坏。（1）柱顶 柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝。重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。 主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。 破坏不易修复。5.3 混混凝土结构房屋的抗震设计凝土结构房屋的抗震设计80一、框架结构的震害一、框架结构的震害 （2）柱底 与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。81 （3）短柱 当柱高小于4倍柱截面高度（H/b60 6060 6060 60 高
50、度（高度（m) 一一剧场剧场,体育馆等大跨度公共建筑体育馆等大跨度公共建筑一一一一二二二二三三三三四四 框架框架 2530 3030 3030 30 高度（高度（m)框架框架-抗抗震墙震墙结构结构框架框架结构结构结结 构构 类类 型型烈烈 度度6879三三二二一一三三二二现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级注：注：1.1.建筑场地为建筑场地为类时，除类时，除6 6度外可按表内降低一度所对应的度外可按表内降低一度所对应的 抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低；抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低； 2.2.接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则
