1、 结构抗震设计原理结构抗震设计原理 概概 述述 地震是一种突发的自然灾害地震是一种突发的自然灾害 我国是世界上多地震国家之一我国是世界上多地震国家之一 六、七十年代的强烈地震造成了严重损失六、七十年代的强烈地震造成了严重损失 近几年地震比较活跃近几年地震比较活跃 搞好新建工程的抗震设计是最根本的减搞好新建工程的抗震设计是最根本的减 灾措施灾措施 地震是地壳运动的一种形式地震是地壳运动的一种形式 是一种普遍的自然现象是一种普遍的自然现象 每年约500万次地震 99%以上是人感觉不到的 不到1万次能感觉到 5级以上强烈地震仅有1000次左右 全球地震分布是有规律全球地震分布是有规律 环太平洋地震带
2、和欧亚地震带环太平洋地震带和欧亚地震带 全球地震分布是有规律全球地震分布是有规律 地震带位于板块边界 85%发生在海洋，15%发生在大陆 概概 述述 地震是一种突发的自然灾害 我国是世界上多地震国家之一 六、七十年代的强烈地震造成了严重损 失 近几年地震比较活跃 搞好新建工程的抗震设计是最根本的减 灾措施 世界陆地 世界大陆 面积 中国约占 十四分之一 地震次数 中国约占 三分之一 我国是大陆地震最多的国家我国是大陆地震最多的国家 = 20世纪以来统计结果 我 国 地 震 灾 害 特 点 我国我国 20世纪以世纪以来地震灾害统计来地震灾害统计 6.0-6.9级地震： 395次 7.0-7.9级
3、地震： 8.0级以上地震： 8.5级以上地震： 死亡人数： 伤残人数： 倒坍房屋： 受灾人数： 直接经济损失： 间接经济损失： 70次+1+1 8次+1+1 2次 59万人+7 76万人 600余万间 数亿人次 数百亿元 数千亿元 我 国 地 震 灾 害 特 点 我国我国20世纪世纪以来地震活动以来地震活动 我 国 地 震 灾 害 特 点 我国地震以浅源为主我国地震以浅源为主 台湾、喜马拉雅中源，东北深源 我 国 地 震 灾 害 特 点 以 下 VII 度 区 以 下 以 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 90% VII度区以上 50% 50% VII 度
4、区 以 上 城市 67% VII 度 33% 区 VII 度 上 区 以 下 特大城市 VII度区以下 59% 41% VII VII 度 度 区 区 以 上 全国 我国城市危险程度我国城市危险程度 100% 23个省会城市、2/3百万以上人口的大城市 我 国 地 震 灾 害 特 点 气象灾害 40% 地质灾害 4% 海洋与 林业灾害 1% 其他灾害 1% 建国后地震死亡人数为群灾之首建国后地震死亡人数为群灾之首 地震灾害 54% 死亡人总数约为55万，地震死亡28万，超过一半 我 国 地 震 灾 害 特 点 1556年陕西华县8级地震，死亡83万人 1920年宁夏海原8.6级地震，死亡23.
5、4万人 1976年河北唐山7.8级地震，死亡24.2万人 856年伊朗8级地震，死亡20万人 2004年印尼苏门达腊8.7级地震，死亡30万人 历史记载上死亡超历史记载上死亡超20万人的地震万人的地震 1303年山西洪洞8级地震，死亡20万人 我 国 地 震 灾 害 特 点 概概 述述 地震是一种突发的自然灾害 我国是世界上多地震国家之一 六、七十年代的强烈地震造成了严重损 失 近几年地震比较活跃 搞好新建工程的抗震设计是最根本的减 灾措施 唐山大地震唐山大地震 1976年7月28日，唐山市发生7.8级地震。 地震的震中位置位于唐山市区。 这是中国历史上一次罕见的城市地震灾害。顷刻之间，一个
6、百万人口的城市化为一片瓦砾，人民生命财产及国家财产遭 到惨重损失。北京市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。 地震发生于深夜，市区80%的人来不及反应，被埋在瓦砾 之下。极震区包括京山铁路南北两侧的47平方公里。区内所 有的建筑物均几乎都荡然无存。 地震共造成24.2万人死亡，16.4万人受重伤。 唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，7.8级地震 时倒塌一层，7.1级地震时除四根门柱外，全部坍塌。 开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），仅 西部转角残存 。 唐山市开滦煤矿救护楼，为砖混结构人字木屋架
7、的三层楼 房，墙倒顶塌。 唐山市河北省煤矿设计院，砖混结构的楼房 局部倒塌。 唐山地区交通局，砖混结构的三层办公楼遭到破坏。 （此处为唐山地震重点保护遗迹之一。） 唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配 式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震 重点保护遗迹之一。） 唐山市机车车辆厂震后概貌。 震后工厂厂区 死亡死亡2424人，经济损失人，经济损失9494亿美元亿美元! 印印 度度 大大 地地 震震 当地时间当地时间2001年年1月月26日上午日上午8时时46分分（北京时北京时 间间2001年年1月月26日日11时时16分分36.4秒秒，国际时间国际时间2001年年1
8、 月月26日日03时时16分分40秒秒），在印度西北部古吉拉特邦在印度西北部古吉拉特邦 发生一次强烈地震发生一次强烈地震。据印度地震部门测定据印度地震部门测定，这次地这次地 震为震为里氏里氏7.9级级，震中位于北纬震中位于北纬23.6度和东经度和东经69.8度度。 至至31日止日止，地震发生后已发生了地震发生后已发生了196次余震次余震。 座落在活断层上的一座二层小学教学楼被完全摧毁。座落在活断层上的一座二层小学教学楼被完全摧毁。 地震造成达地震造成达180180公里的破碎带，水平和垂直错距都很大，公里的破碎带，水平和垂直错距都很大， 引起地表沉陷、隆起、裂缝、液化等地表破坏，同时引起地表沉陷
9、、隆起、裂缝、液化等地表破坏，同时 造成建筑物的大量毁坏。造成建筑物的大量毁坏。 概概 述述 地震是一种突发的自然灾害 我国是世界上多地震国家之一 六、七十年代的强烈地震造成了严重损 失 近几年地震比较活跃 搞好新建工程的抗震设计是最根本的减 灾措施 概概 述述 地震是一种突发的自然灾害 我国是世界上多地震国家之一 六、七十年代的强烈地震造成了严重损 失 近几年地震比较活跃 搞好新建工程的抗震设计是最根本的减 灾措施 抗震减灾的的任务抗震减灾的的任务 结构工程师的任务结构工程师的任务 对地震区域作抗震减灾规划；对地震区域作抗震减灾规划； 对新建筑工程作抗震设计；对新建筑工程作抗震设计； 已存在
10、的工程结构作抗震鉴定、抗震已存在的工程结构作抗震鉴定、抗震 加固。加固。 第十七条第十七条 新建、扩建、改建建设新建、扩建、改建建设 工程，必须达到抗震设防要求。工程，必须达到抗震设防要求。 第十九条第十九条 建设工程必须按照抗震建设工程必须按照抗震 设防要求和抗震设计规范进行抗设防要求和抗震设计规范进行抗 震设计，并按照抗震设计进行施震设计，并按照抗震设计进行施 工。工。 中华人民共和国防震减灾法 (1997年12月29日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过) 第四十五条第四十五条 违反本法规定，有下列行为之一的，由违反本法规定，有下列行为之一的，由 县级以上人民政府建设行政主
11、管部门或者其他有关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：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；（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（二）不按照抗震设计进行施工的 中华人民共和国防震减灾法 (1997年12月29日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过) 学习本课程的主要目的学习本课程的主要目的 掌握抗震的基本知识、基本理论、基本掌握抗震的基本知识、基本理论、基本 技能，了解抗震设计的一般规律；技能，了解抗震
12、设计的一般规律； 培养运用规范、标准，查阅技术资料的培养运用规范、标准，查阅技术资料的 能力和抗震计算能力；能力和抗震计算能力； 了解结构抗震设计的新理论、新方法及了解结构抗震设计的新理论、新方法及 抗震理论、方法的发展趋势。抗震理论、方法的发展趋势。 2008.5.12汶川地震 资料来自网络 第一章 绪论 1.1 地震与地震动 1.1.1 地震类型与成因 地震的类型：地震的类型： 诱发地震诱发地震：水库蓄水、人工爆炸或矿山开采等引起的地震：水库蓄水、人工爆炸或矿山开采等引起的地震 天然地震天然地震 1)构造地震构造地震：由：由地球内部岩层的构造变动引起的地震地球内部岩层的构造变动引起的地震
13、2)火山地震：火山爆发岩浆冲出引起的地震火山地震：火山爆发岩浆冲出引起的地震 诱发地震水库地震 新丰江水库大坝 1962年3 月19日04时18分（北京时间），在大坝东北1.1 公里处发生6.1 级地震，震源深度5 公里，震中烈度 VIII 度。这次地震成为我国截止目前最大 的水库地震。极震区长轴约9 公里，面积约28平方公里。 诱发地震水库地震 构造地震 构造地震的成因 地球内部由三个圈层组成：地壳、地幔、地核 地壳是由一些巨大的板块组成 美洲板块 非洲板块 欧亚板块 印-澳板块 太平洋板块 南极洲板块 岩流层（地幔） 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
14、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。 构造地震 成 因 和 震 源 机 制 火山地震 震源、震中和地震波 1.1.2 震 源 和 震 中 H60m 60mH300m 浅源地震 中源地震 深源地震 同样大小的地震, H较小时,震中区范围小,破 坏程度大; H较大时,震中区范围大,破 坏程度小; 震源 震中区 震源深度 H 观测点 L 震中距 震源深度 地震波（弹性波） VpVsVL Vp=1.67Vs 地震波 体波 面波(L波) 纵波(P波) 上下颠簸 横波(S波) 瑞雷波 乐夫波 左右摇晃 上下颠簸 左右摇晃 地 震 波 1.1.3 地震动 强震时的地面
15、运动加速度记录曲线可以反 映地震动的特征 地震动的三要素： 最大振幅：反映强度特性 频 谱：反映周期分布特征 持续时间：地震作用程度的强弱 M5 破坏性地震 M7 强烈地震 1.2 地震震级与地震烈度 1.2.1 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 近震震级（震中距小于100km） M=logA+ R（） 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+1.5M 地震震级 震级是通过地震仪器的记录计算出来的， 地震越强，震级越大。 震级相差一级，能量相差约30倍。 目前世界上有纪录的最大地震是1960年5月 22日发生在
16、智利的8.9级地震。 一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹 1.2.2 地震烈度 地震烈度：地震时一定地点地面震动的强弱程 度。是某一区域的地表和各类建筑物遭受某一 次地震影响的平均强弱程度。 震中距L不同，烈度I不同 震中烈度：I0=1.5（M-1） 或 M=1+2I0/3 地震烈度表 地震烈度表是评定烈度的标准和尺度； 我国在1980年制定了中国地震烈度表； 中国地震烈度表将地震烈度分为1-12度。 地震烈度 地震烈度表示地面受到地震的影响和破坏程度。 一个地震的震中只有一个烈度，但随着各地的远 近和受破坏的程度不同而出现不同的烈度。 目前我国地震烈度采用12等级。 1.2.3 基本烈度
17、与地震区划 基本烈度是指一个地区在一定时期（我国取50年）一般 场地条件下按一定的概率（ 我国取10%）可能遭遇到的 最大地震烈度。 相当于475年一遇的最大地震的烈度 基本烈度是该地区进行抗震设防的依据。 各地区的基本烈度由中国地震动参数区划图 （GB18306-2001)确定。2008年修订版，2010版新规范。 地震区划：给出每一地区在未来一定时限内关于某 一烈度的超越概率，从而将国土划分为不同基本烈 度所覆盖的区域。 1990年版的中国地震烈度区划图 将烈度划分为 5个等级：5度、6度、7度、8度和9度 1.2.3 基本烈度与地震区划 中国地震烈度区划图 中国地震动参数区划图 P286
18、 附录B 地震动峰值 加速度g 0.05 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 地震基本烈 度值 1.2 B 0.3Bmax Bmax B 0.3Bmax Bmax Bmax B 0.3Bmax Bmax B 0.3Bmax 扭转不规则 凹凸角不规则 不规则类型 定义 侧向刚度不规则 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 寸大于相邻下一层的25% 竖向抗侧力构件不连续 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（梁、桁架等向下传递 楼层承载力突变 抗侧力结构的层间受剪承载力小于
19、相邻上一楼层的80% 竖向不规则的类型 Ki +2 Ki +1 Ki +3 Ki 沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层） 竖向抗侧力构件不连续 不规则类型 定义 侧向刚度不规则 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 寸大于相邻下一层的25% 竖向抗侧力构件不连续 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（梁、桁架等向下传递) 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80% Qy ,i +1 Qy ,i Qy ,i 0.8Qy ,i +1 多项不规则指标超过表中指标或某 一项大大超过
20、规定值，具有严重的 抗震薄弱环节，将会导致地震破坏 的严重后果者。 注：以上规定主要针对钢筋混凝 土和钢结构的多层和高层建筑。 竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀 （有薄弱层） 竖向不规则的类型 严重不规则是指体型复杂， 1.5.3 利用结构延性 设计中通过构造措施和截面设计尽量增加结构与构件的延性 结构的变形能力取决于组成结构的构件及其连接的 延性水平。 规范对各类结构采取的抗震措施，基本上是提高各 类结构构件的延性水平。 这些抗震措施是： 1. 采用水平向（圈梁）和竖向（构造柱、芯柱）混凝土构 件，加强对砌体结构的约束，或采用配筋砌体；使砌体 在发生裂缝后不致坍塌和散落，地震时不致丧失对重力
21、 荷载的承载能力； 2. 避免混凝土结构的脆性破坏（包括混凝土压碎、构件 剪切破坏、钢筋同混凝土粘结破坏）先于钢筋的屈服； 3. 避免钢结构构件的整体和局部失稳，保证节点焊接部 位（焊缝和母材)在地震时不致开裂。 1.5.4 设置多道防线 如“强柱弱梁”型框架结构有两道抗震防线： 一、从结构弹性到部分梁出现塑性铰； 二、从梁塑性铰发生较大转动到柱根破坏。 在两道防线之间，大量地震输入能量被结构的弹塑性变形所 消耗。 设置手段：采用超静定结构、设置人工塑性铰、利用填充 墙、设置耗能元件或装置等 设置原则： 1、不同的设防阶段应使结构周期有明显差别，避免共振； 2、最后一道防线要具备一定的强度和足
22、够的变形潜力。 1.5.5 注意非结构因素 非结构构件对结构的影响： 1、影响主体结构的动力特性（周期、阻尼等）； 2、地震时会先期破坏。 设计中应注意的问题： 1、与主体结构的有效连接方式； 2、分析及估计其对主体结构可能带来的影响，并采取一 定的措施。 非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电 设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。 1. 附着于楼、屋面结构上的非结构构件，应与主体结构 有可靠的连接或锚固，避免地震时倒塌伤人或砸坏重 要设备。 2. 围护墙和隔墙应考虑对结构抗震的不利影响，避免不 合理设置而导致主体结构的破坏。 3. 幕墙、装饰贴面与主体结构应有可靠连接，避免
23、地震 时脱落伤人。 4. 安装在建筑上的附属机械、电气设备系统的支座和连 接，应符合地震时使用功能的要求，且不应导致相关 部件的损坏。 思 考 题 1.1 震级和烈度有什么区别和联系？ 1.2 如何理解不同类型建筑的抗震设防？ 1.3 怎样理解小震、中震与大震？ 1.4 概念设计、抗震计算、构造措施三者之间的关 系是什么？ 1.5 试讨论结构延性与结构抗震的内在联系。 第二章第二章 场地与地基场地与地基 2.1 场地划分与场地区划 2.2 地基抗震验算 2.3 场地土液化及其防治 2.1.1 场地及其地震效应 2.1 场地划分与场地区划 场地：建筑物所在地，其范围大体相当于厂区、 居民点和自然
24、村的范围 场地的地震效应 历史震害资料表明：房屋倒塌率随土层厚度的增加 而加大； 土层对地震波的作用表现在两方面： 1）放大通过频率与场地固有周期接近的波群； 2）过滤缩小频率与场地固有周期不一致的波群。 使得地表震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的固有周 期，所以坚硬场地土的震动以短周期为主，软弱场地土的震动 以长周期为主。 硬（软）土上的刚（柔）性建筑震害严重。 一般说来，软土地基上的建筑物震害要重于硬土地 基。 场地的地震效应 多层土的地震效应主要取决于三个基本因素： 1）覆盖土层厚度 2）土层的剪切波速 3）岩土的阻抗比 场地的地震效应场地的地震效应 2.1.2 覆盖层厚度 定义：
25、地下基岩或剪切波速大于500m/s的坚硬土 层至地表面的距离,也即覆盖在基岩面上部 的土层厚度。 v se = d n i =1 0 d i v si 式中：d0计算深度，取覆盖层厚度与20m两者的较小值 土层等效剪切波速 4di T = 2.1.4 场地区划 对于中等规模以上的城市，我国抗震规范允许采 用经过批准的场地抗震设防区划进行抗震设计； 场地设计地震动的区域划分一般给出城区范围内 的场地类别区域划分、设防地震动参数区划和场 地地面破坏潜势区划等结果； n i =1 vsi 场地固有周期T的计算方法 2.1.1 地基抗震设计原则 大量地基具有较好的抗震能力 四类不利地基 液化地基地基失
26、效、不均匀沉陷、滑坡等（7-9度，6度不 考虑液化） 软土地基震陷、不均匀沉陷等（7-9度；8、9度明显） 严重不均匀地基不均匀沉陷等（6-9度） 新填土及其它不稳定地基不均匀沉陷、滑移等（7-9度） 2.2 地基抗震验算 松软土地基通常指淤泥、淤泥质土、冲填土、 杂填土及地基承载力标准值小于80（7度）、 100（8度）、120（9度）kPa的粘性土、粉土 等软土层 松软土地基在地震时会全部或部分丧失承载能 力或产生不均匀沉陷，造成建筑物破坏，所以 应采取地基处理措施（如置换、加密、强夯 等）消除土的动力不稳定性，或采用桩基础避 开不利影响。 可不进行天然地基及基础的抗震承载力验 算的建筑：
27、 砌体； 一般厂房、单层空旷房屋、多层框架厂房； 不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋等; 规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。 对位于软弱场地土上的建筑物，基本烈度 在7度以上时，应采取防地裂措施； 岩土名称和性状 a 岩石，稍密的碎石土，密实的砾、粗、中砂， 的粘性土和粉土 f k 300kPa 1.5 中密、稍密的碎石土，中密和稍密的砾、粗、中砂，密实和中密的细、粉砂， 150 kPa f k 300 kPa 的粘性土和粉土 1.3 稍密的细、粉砂，100kPa f k 150kPa的粘性土和粉土，新近沉积的粘性土和粉土 1.1 淤泥，淤泥质土，松散的砂，填土 1.0 2.
28、2.2 地基土抗震承载力 进行天然地基抗震验算时，地基土的抗震承载力为： f aE =a f a 地基土抗震承载力调整系数 2.2.2 地基土抗震承载力 进行天然地基抗震验算时，地基土的抗震承载力为： f aE = a f a 调整的出发点： 1）地震是偶发事件，地基抗震承载力安全系数可比 静载时降低； 2）多数土在有限次的动载下，强度较静载下稍高。 p f aE 2.2.3 地基抗震验算 验算地基承载力时，应将建筑物上各类荷载效应和地震作用效 应加以组合，并取基底压力为直线分布。 验算公式： pmax 1.2 f aE p pmax pmax 零应力区 且应满足： 1、对于高宽比大于4的高层
29、建筑，基底不宜出现拉应力； 2、一般建筑，基底零应力区面积不超过基础底面的15%。 2.3 地基土液化及其防治 液化现象：地震作用压密饱和土颗粒结构，使颗粒间的孔隙水 压力急剧上升，冲散了土颗粒间的有效连接使土处于悬浮状 态，达到液化，场地土失效。 危害：喷水冒砂，地基失效，地面陷坑、上鼓、开裂、滑移 等，使结构倾斜、下沉、开裂、破坏。 影响因素： 地质年代；土层土粒的组成和密实程度；砂土层埋置深度；地 下水位深度；地震烈度；地震持续时间等。 2.3.1 地基土液化及其危害 唐山地震时，严 重液化地区喷水高度 可达8米，厂房沉降 可达1米。 天津地震时，海 河故道及新近沉积土 地区有近3000
30、个喷水 冒砂口成群出现，一 般冒砂量0.1-1立方 米，最多可达5立方 米。有时地面运动停 止后，喷水现象可持 续30分钟。 液化的震害：喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路基； 沿河岸出现裂缝、滑移，造成桥梁破坏，等等。 2.3.2 液化的判别 液化判别和处理的一般原则： 对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基，除6度外，应 进行液化判别。对6度区一般情况下可不进行判别和处理， 但对液化敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理。 存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的 液化等级结合具体情况采取相应的措施。 dw(m) dw=6m db=2m 例1 图示为某场地地基剖面图 上覆非
31、液化土层厚度du=5.5m 其下为砂土，地下水位深度 为dw=6m.基础埋深db=2m,该 场地为8度区。确定是否考 虑液化影响。 解：按土层液化判别图确定 1 2 3 4 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 du (m) 5 6 砂土 du=5.5m dw=6m 需要考虑液化影响。 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。 1-穿心锤 2-锤垫 3-触探杆 4-贯入器头 5-出水孔 6-贯入器身 7-贯入器靴 2、
32、标准贯入试验判别 2.3.3 液化地基的评价 定量分析、评价液化土的指标为液化指数IlE ii cri i n i lE Wd N N I)1 ( 1 = = -判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数； -分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值 时取临界值的取值； -第i点所代表的土层厚度（m)； -第i层考虑单位土层厚度的层位影响权系数（单位为m-1)。若判别深度为15m， 当该层中点深度不大于5m时采用10，等于15m时应取零值,515m时应按线性内插 值法取值;若判别深度为20m，当该层中点深度不大于5m时采用10，等于20m时应取 零值，520m时应按线性内插值法
33、取值。 A A或B+C C或其它经济措施 A或B+C C或其它更高要求的措施 D B或C C或D D 乙 丙 丁 甲 严重 中等 特殊考虑，但不得低于乙类 轻微 液化等级 建筑类别 A 全部消除液化沉陷的地基措施 B 部分消除液化沉陷的地基措施 C 基础和上部结构处理 D 可不采取措施 2.3.4 液化地基的抗震措施 抗液化措施 全部消除地基液化措施 采用桩基、深基础、土层加密法或挖除全部液化 土层等措施； 采用深基础时，基底埋入液化深度以下稳定土层 中不小于0.5米； 采用加密法对液化地基进行加固处理时，应处理 至液化深度下界，且N 63.5Ncr下限 挖除全部液化土层分层回填时，地基处理宽
34、度 （基底以外）应超过基地下处理深度的1/2，且 不小于处理总宽度的1/5。 部分消除地基液化措施 处理深度应使液化指数减小； d=15m, IlE4; d=1520m, IlE5; 对于独立基础和条形基础，处理深度不小于基底 下液化土特征深度和基础宽度的较大值 处理后的液化土层应满足： N 63.5Ncr 基础和上部结构处理措施 选择合适的地基埋深，调整基底底面积，减小基 础偏心； 加强基础的整体性和刚度； 增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设 置沉降缝； 管线穿过建筑处采用柔性接头。 一般情况下，除丁类建筑以外，不能将未处理的液 化土层作为地基的持力层。 第三章 结构地震反应分析与抗
35、震计算 3.1 概述 3.2 单自由度体系的弹性地震反应分析 3.3 单自由度体系的水平地震作用与反应谱 3.4 多自由度弹性体系的地震反应分析 3.5 多自由度弹性体系的最大地震反应与水平地 震作用 3.6 竖向地震作用 3.7 结构平扭耦合地震反应与双向地震影响 3.8 结构非弹性地震反应分析 3.9 结构抗震验算 结构地震反应： 由地震动引起的结构内力、变形、位移及 结构运动的速度、加速度等结构的反应。 结构的地震反应是一种动力反应，其大小不仅 与地面运动有关，还与结构的动力特性有关。 3.1 概 述 地震作用 由于结构地震反应是地震动通过结 构惯性引起的，因此这种结构地震惯性 力属于间
36、接作用，不称为荷载，称作地 震作用。 等效地震荷载 3.1 概 述 3-1 概 述 地震作用是由地震反应 分析确定的； 地震反应分析的第一步 就是建立结构动力计算 简图； 地震作用与结构变位相 互影响，借助于结构体 系的运动微分方程进行 求解。 抗震设计的过程： 计算地震作用 求地震作用效用 （M，N，V） 静力荷 载效应 荷 载 组 合 强度与变形验算 结构动力计算简图及体系自由度 工程上常采用集中质量法确定结构动力计算简图； 取结构各区域主要质量的质心为质量集中位置，将次要 质量合并到相邻主要质量的质点上； 一个自由质点在空间内有三个自由度，在平面内有两个 自由度。 水塔、单层房 屋的计算
37、简图 多层房屋的 计算简图 P28 3.2.2 运动方程的解运动方程的解 1、齐次解、齐次解-自由振动自由振动 （2） 有阻尼时有阻尼时 定义定义 时，时， 其中，其中， 为特征解，负实数为特征解，负实数 时，时， 阻尼比通常较小，近似可得阻尼比通常较小，近似可得 m P(t ) x(t ) P(t ) t t t 3.特解一般强迫振动 将荷载看成是连续作用的一系列冲量，求出 每个冲量引起的位移后将这些位移相加即为动荷 载引起的位移。 -冲量法 方程的通解 方程的通解 = 齐次解 + 特解 体系的地震反应 = 自由振动 + 强迫振动 由于体系的自由振动由初位移和初速度引起，且有阻 尼运动会逐渐
38、衰减，直到消失，所以一般可不考虑。 因此，可仅取体系强迫振动解来计算体系的 地震位移反应。 相对速度反应谱 绝对加速度反应谱 相对位移反应谱 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度反应谱 Sa / g 坚硬场地 厚的无粘性土层 周期（s) 软土层 岩石 结构的阻尼比和场地条件对反应谱有很大影响。 地震反应谱是现阶段计算地
39、震作用的基础，通过反应谱 把随时程变化的地震作用转化为最大的等效侧向力。 基本烈度 6 7 8 9 地震系数 k 0.05 0.10 （0.15） 0.20 （0.30） 0.40 地震系数k与基本烈度的关系 9 0.32 1.40 8 0.16(0.24) 0.90(1.20) 7 0.08(0.12) 0.50(0.72) 6 0.04 - 烈度 多遇地震 罕遇地震 水平地震影响系数最大值 max 2) 查表3-3得 max=0.08 9 0.32 1.40 8 0.16(0.24) 0.90(1.20) 7 0.08(0.12) 0.50(0.72) 6 0.04 - 烈度 多遇地震 罕
40、遇地震 例题 某钢筋混凝土单层框架结构的自振周期为0.88s， 其集中于屋盖处的重力荷载代表值G=1200kN，结构的阻 尼比为0.05，II类场地，设防烈度为7度，设计基本地震加 速度为0.10g，设计地震分组为第二组，试确定该结构在 多遇地震作用下的水平地震作用。 解：1) 查表3-2得特征周期： Tg=0.4s; 4 4）水平地震作用：）水平地震作用： 0.9 0.9 max 0.4 0.080.039 0.88 g T T = 0.039 120046.80FGkN= 问答题（P92） 3.1.2 什么是地震作用？什么是地震反应？ 3.1.3 什么是地震反应谱？什么是设计反应 谱？它们
41、有何关系？ 3.1.5 什么是地震系数和地震影响系数？它们 有何关系？ 作业3-2 i i+1 m1 m2 mi mn 3.4 多自由度弹性体系的地震反应分析 多层房屋可以简化为一个多质点体系，需要进行 纵、横两个方向的水平地震作用验算。 在单向水平地震作用下n质点体系有n个自由度。 3.4 多自由度弹性体系的地震反应分析 振型分解法：将求解n个自由度弹性体系的地震反应分解为 求解n个独立的等效单自由度弹性体系的最大地震反应，从 而求得对应每一个振型的作用效应（M,V,N，等），再 按一定的法则将每个振型的效应组合成总的地震作用效应 进行截面抗震验算。 n个质点就有n个振型，n个周期，一般周期
42、最长的主振型 对总效应贡献最大，其余次之。即使n个质点，一般只需考 虑前几个振型（35），精度就很高了。 作业 P93，3.2计算题 1 3.5 多自由度弹性体系的水平地震 作用与最大地震反应 确定体系最大地震反应的前提就是求出 体系的水平地震作用 振型分解反应谱法 底部剪力法 例题3-5 注意的问题： 应先求出各振型的地震反应（剪力、位移等)，再进行组合 如果将地震力直接进行振型组合，然后再求地震反应，结 果与前者不一致。 结构的低阶振型反应大于高阶振型反应； 结构的总地震反应以低阶振型反应为主； 一般情况下，取结构前23阶振型反应进行组合即可，当建 筑物的基本周期较大时可适当增加振型反应组
43、合数。 作业 P93，3.2计算 2 题中的 k3 =98000kN / m 3.5.2 底部剪力法 振型分解反应谱法比较复 杂，质点多时无法手算。 对于H40m的规则结 构，振动以第一振型为 主，且第一振型接近直 线，可简化为底部剪力法 进行计算。 1i=CHi Hi Fi FEk Fn 作业：P93，3.2计算题：3 3.5.3 结构自振周期的近似计算 通过结构的频率方程求自振周期比较 复杂，这里介绍几种近似计算方法。 能量法 能量守恒原理 一个无阻尼的弹性体系 作自由振动 时，其总能 量（势能与动能之和） 在任何时刻保持不变。 m n m1 x n (t ) x 2 (t ) x1 ( t ) 等效质量法 等效单质点体系的自振频率与原多质点体系的 基本频率相等； 等效单质点体系自由振动的最大动能与原多质 点体系的基本自由振动的最大动能相等。 eq M x m m 1 m n x1 x n m 1 m N x1 x n eq M x eq 等效质量法 顶点位移法 将悬臂结构的基本周 期用将结构重力荷载 代表值作为水平荷载 所产生的顶点位移UT 来表示. m EI q =m g u T 弯曲型：T1 =1.6 uT 剪切型：T1 =1.8 uT UT指将各质点的Gi视为水平荷载加
