高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)--地震作用的計(jì)算

1、3.3 3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算3.3.1 3.3.1 有關(guān)地震的一般概念有關(guān)地震的一般概念3.3.2 3.3.2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算3.3.4 3.3.4 結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算方法概述結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算方法概述 1 地震是指因地球內(nèi)部緩慢積累的能量突然釋放而地震是指因地球內(nèi)部緩慢積累的能量突然釋放而引起的地球表層的振動(dòng)引起的地球表層的振動(dòng) 。23地震波地震波地震波是地震發(fā)生時(shí)由震源地方的巖石破裂產(chǎn)生的彈性波。地震波是地震發(fā)生時(shí)由震源地方的巖石破裂產(chǎn)生的彈性波。地震波分為體波和面波。地震波分為體波和面波。體波體波橫波（橫波（S

2、 S波）波）縱波（縱波（P P波）波）面波面波瑞利波瑞利波樂甫波樂甫波橫波特點(diǎn)橫波特點(diǎn): :周期長、振幅大、周期長、振幅大、 波速慢波速慢,100-800m/s,100-800m/s縱波特點(diǎn)縱波特點(diǎn): :周期短周期短, ,振幅小振幅小, , 波速快波速快,200-1400m/s,200-1400m/s面波比體波衰減慢、振幅大、面波比體波衰減慢、振幅大、周期長、傳播遠(yuǎn)。建筑物破壞周期長、傳播遠(yuǎn)。建筑物破壞主要由面波造成。主要由面波造成。雜波雜波P波波開始開始S波開始波開始面波開始面波開始4一、震級(jí)一、震級(jí)二、烈度二、烈度n地震時(shí)在一定地點(diǎn)震動(dòng)的強(qiáng)烈程度。一次地震只有一個(gè)地震時(shí)在一定地點(diǎn)震動(dòng)的強(qiáng)烈

3、程度。一次地震只有一個(gè)震級(jí)，但對(duì)不同的地點(diǎn)（震中距不同），會(huì)造成不同的震級(jí)，但對(duì)不同的地點(diǎn)（震中距不同），會(huì)造成不同的烈度（破壞程度）。烈度（破壞程度）。n我國采用我國采用12度區(qū)劃。度區(qū)劃。1999年國家地震向頒布實(shí)施的年國家地震向頒布實(shí)施的中中國地震烈度表國地震烈度表（GB/T 177421999），屬于將宏觀），屬于將宏觀烈度與地面運(yùn)動(dòng)參數(shù)建立起聯(lián)系的地震烈度表。如烈度與地面運(yùn)動(dòng)參數(shù)建立起聯(lián)系的地震烈度表。如VI度：度：多數(shù)人站立不穩(wěn)多數(shù)人站立不穩(wěn) Amax Vmax 墻體出現(xiàn)裂逢墻體出現(xiàn)裂逢 0.63 (m/s2) 0.06 (m/s) 3.3.1 3.3.1 有關(guān)地震的一般概念有關(guān)地

4、震的一般概念63.3.1 3.3.1 有關(guān)地震的一般概念有關(guān)地震的一般概念一、震級(jí)一、震級(jí) 二、烈度二、烈度三、基本烈度三、基本烈度四、大震、中震和小震四、大震、中震和小震l中震：超越概率為中震：超越概率為10%的地震；烈度相當(dāng)于基本的地震；烈度相當(dāng)于基本烈度（重現(xiàn)期為烈度（重現(xiàn)期為475年）。年）。l小震：眾值烈度，超越概率為小震：眾值烈度，超越概率為63.2%的地震。（重的地震。（重現(xiàn)期為現(xiàn)期為50年）。年）。l大震：超越概率為大震：超越概率為23%的地震。（重現(xiàn)期為的地震。（重現(xiàn)期為2000年左右）。年左右）。 3.3.1 3.3.1 有關(guān)地震的一般概念有關(guān)地震的一般概念83.3.1 3

5、.3.1 有關(guān)地震的一般概念有關(guān)地震的一般概念 3.3.1 3.3.1 有關(guān)地震的一般概念有關(guān)地震的一般概念 （2-3） （10）多遇烈度大震中震 小震（63.2）罕遇烈度f()基本烈度圖1. 烈度概率密度函數(shù)10四、大震、中震和小震四、大震、中震和小震五、設(shè)防烈度和抗震設(shè)防的類別五、設(shè)防烈度和抗震設(shè)防的類別1 1、設(shè)防烈度：、設(shè)防烈度：以基本烈度作為抗震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)，以基本烈度作為抗震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)，或說以或說以類場地條件下，類場地條件下，50年超越概率年超越概率10%的不的不同檔次的峰值加速度值和作為地震動(dòng)參數(shù)。故抗同檔次的峰值加速度值和作為地震動(dòng)參數(shù)。故抗震設(shè)計(jì)和設(shè)防的基礎(chǔ)是震設(shè)計(jì)和設(shè)防的基礎(chǔ)

6、是2001年年8月月1日實(shí)施的日實(shí)施的中中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB183062001），），必要時(shí)進(jìn)行城市抗震設(shè)防區(qū)劃（經(jīng)中央批準(zhǔn)），必要時(shí)進(jìn)行城市抗震設(shè)防區(qū)劃（經(jīng)中央批準(zhǔn)），或?qū)唧w工程進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)等確定該地區(qū)或?qū)唧w工程進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)等確定該地區(qū)或項(xiàng)目的地震動(dòng)參數(shù)?；蝽?xiàng)目的地震動(dòng)參數(shù)。3.3.1 3.3.1 有關(guān)地震的一般概念有關(guān)地震的一般概念11三、基本烈度三、基本烈度四、大震、中震和小震四、大震、中震和小震五、設(shè)防烈度和抗震設(shè)防的類別五、設(shè)防烈度和抗震設(shè)防的類別2 2、抗震設(shè)防的類別：、抗震設(shè)防的類別：我國建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范根據(jù)我國建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范根據(jù)建筑重要

7、性分為下列四類：建筑重要性分為下列四類：甲類建筑甲類建筑特殊要求的建筑，如遇地震破壞會(huì)導(dǎo)特殊要求的建筑，如遇地震破壞會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果的建筑等，必須經(jīng)國家規(guī)定的批準(zhǔn)權(quán)致嚴(yán)重后果的建筑等，必須經(jīng)國家規(guī)定的批準(zhǔn)權(quán)限批準(zhǔn)；限批準(zhǔn)；乙類建筑乙類建筑國家重點(diǎn)抗震城市的生命線工程的國家重點(diǎn)抗震城市的生命線工程的建筑；建筑；丙類建筑丙類建筑甲、乙、丁類經(jīng)外的建筑；甲、乙、丁類經(jīng)外的建筑；丁類建筑丁類建筑次要的建筑，如遇地震破壞不易造次要的建筑，如遇地震破壞不易造成人員傷亡和較大經(jīng)濟(jì)損失的建筑成人員傷亡和較大經(jīng)濟(jì)損失的建筑等。等。 3.3.1 3.3.1 有關(guān)地震的一般概念有關(guān)地震的一般概念12四、大震、中震和小

8、震四、大震、中震和小震五、設(shè)防烈度和抗震設(shè)防的類別五、設(shè)防烈度和抗震設(shè)防的類別六、抗震設(shè)防的起點(diǎn)六、抗震設(shè)防的起點(diǎn)l基本烈度為基本烈度為6度和度和6度以上地區(qū)的建筑物須度以上地區(qū)的建筑物須進(jìn)行抗震設(shè)防；進(jìn)行抗震設(shè)防；l防震減災(zāi)法防震減災(zāi)法第第17條規(guī)定：條規(guī)定：“新建、擴(kuò)新建、擴(kuò)建、改建建設(shè)工程必須達(dá)到抗震設(shè)防要建、改建建設(shè)工程必須達(dá)到抗震設(shè)防要求。求?！辈荒芤蚋慕ǘ雎钥拐鹪O(shè)計(jì)要求。不能因改建而忽略抗震設(shè)計(jì)要求。3.3.1 3.3.1 有關(guān)地震的一般概念有關(guān)地震的一般概念13六、抗震設(shè)防的起點(diǎn)六、抗震設(shè)防的起點(diǎn)七、抗震設(shè)計(jì)的原則或抗震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)七、抗震設(shè)計(jì)的原則或抗震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn) 三水準(zhǔn)抗震設(shè)

9、防要求，也稱抗震設(shè)防的目標(biāo)：小震不壞，三水準(zhǔn)抗震設(shè)防要求，也稱抗震設(shè)防的目標(biāo)：小震不壞，中震可修、大震不倒。中震可修、大震不倒。小震不壞：小震不壞： 在建筑物使用期間內(nèi)可能遇到的多遇地震（小震），即在建筑物使用期間內(nèi)可能遇到的多遇地震（小震），即相當(dāng)于比設(shè)防烈度低相當(dāng)于比設(shè)防烈度低1.5度的地震作用下，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)保持彈性狀態(tài)度的地震作用下，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)保持彈性狀態(tài)而不損壞，按這種受力狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和截面設(shè)計(jì)。而不損壞，按這種受力狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和截面設(shè)計(jì)。中震可修：中震可修： 即在設(shè)防烈度下，建筑結(jié)構(gòu)可以出現(xiàn)損壞，經(jīng)修理后仍即在設(shè)防烈度下，建筑結(jié)構(gòu)可以出現(xiàn)損壞，經(jīng)修理后仍可以繼續(xù)使用，并保證生

10、命和設(shè)備的安全?？梢岳^續(xù)使用，并保證生命和設(shè)備的安全。大震不倒：當(dāng)遭遇了千年不遇的罕遇地震（大震），建筑物會(huì)嚴(yán)重?fù)p大震不倒：當(dāng)遭遇了千年不遇的罕遇地震（大震），建筑物會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞，但要求不倒塌，保證生命安全。所謂大震，一般指超出設(shè)計(jì)烈度壞，但要求不倒塌，保證生命安全。所謂大震，一般指超出設(shè)計(jì)烈度11.5度的地震。度的地震。3.3.1 3.3.1 有關(guān)地震的一般概念有關(guān)地震的一般概念14一、一、抗震設(shè)計(jì)的內(nèi)容：抗震設(shè)計(jì)的內(nèi)容： 三個(gè)方面：概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算和抗震構(gòu)造措施。三個(gè)方面：概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算和抗震構(gòu)造措施。二、抗震概念設(shè)計(jì)二、抗震概念設(shè)計(jì) 概念設(shè)計(jì)是指一些計(jì)算中或在規(guī)范中難以作出具體規(guī)定的

11、概念設(shè)計(jì)是指一些計(jì)算中或在規(guī)范中難以作出具體規(guī)定的問題，必須由工程師綜合運(yùn)用自身的知識(shí)進(jìn)行考慮和分析而問題，必須由工程師綜合運(yùn)用自身的知識(shí)進(jìn)行考慮和分析而形成的一種抗震的形成的一種抗震的“理念理念”。這些。這些“理念理念”主要源自以歷史主要源自以歷史震害的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、對(duì)結(jié)構(gòu)或材料破壞機(jī)理的認(rèn)識(shí)以及所掌握震害的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、對(duì)結(jié)構(gòu)或材料破壞機(jī)理的認(rèn)識(shí)以及所掌握的力學(xué)知識(shí)等。例如：選用怎樣的體型有利于抗震？故概念的力學(xué)知識(shí)等。例如：選用怎樣的體型有利于抗震？故概念設(shè)計(jì)往往帶有經(jīng)驗(yàn)性，且往往貫穿在方案選型及結(jié)構(gòu)布置的設(shè)計(jì)往往帶有經(jīng)驗(yàn)性，且往往貫穿在方案選型及結(jié)構(gòu)布置的過程中，也體現(xiàn)在計(jì)算簡圖和計(jì)算結(jié)果的處

12、理中。過程中，也體現(xiàn)在計(jì)算簡圖和計(jì)算結(jié)果的處理中。3.3.1 3.3.1 有關(guān)地震的一般概念有關(guān)地震的一般概念3.3.2 3.3.2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法15二、抗震概念設(shè)計(jì)二、抗震概念設(shè)計(jì)l 概念設(shè)計(jì)是指一些計(jì)算中或在規(guī)范中難以作出概念設(shè)計(jì)是指一些計(jì)算中或在規(guī)范中難以作出具體規(guī)定的問題，必須由工程師綜合運(yùn)用自身的具體規(guī)定的問題，必須由工程師綜合運(yùn)用自身的知識(shí)進(jìn)行考慮和分析而形成的一種抗震的知識(shí)進(jìn)行考慮和分析而形成的一種抗震的“理理念念”。這些。這些“理念理念”主要源自以歷史震害的經(jīng)驗(yàn)主要源自以歷史震害的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、對(duì)結(jié)構(gòu)或材料破壞機(jī)理的認(rèn)識(shí)以及所掌握總結(jié)、對(duì)結(jié)構(gòu)或材料破壞機(jī)理的

13、認(rèn)識(shí)以及所掌握的力學(xué)知識(shí)等。例如：選用怎樣的體型有利于抗的力學(xué)知識(shí)等。例如：選用怎樣的體型有利于抗震？故概念設(shè)計(jì)往往帶有經(jīng)驗(yàn)性，且往往貫穿在震？故概念設(shè)計(jì)往往帶有經(jīng)驗(yàn)性，且往往貫穿在方案選型及結(jié)構(gòu)布置的過程中，也體現(xiàn)在計(jì)算簡方案選型及結(jié)構(gòu)布置的過程中，也體現(xiàn)在計(jì)算簡圖和計(jì)算結(jié)果的處理中。圖和計(jì)算結(jié)果的處理中。3.3.2 3.3.2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法16二、抗震概念設(shè)計(jì)二、抗震概念設(shè)計(jì)l 抗震設(shè)計(jì)規(guī)范雖難于對(duì)概念設(shè)計(jì)的具體細(xì)節(jié)做出規(guī)定，但也已明確抗震設(shè)計(jì)規(guī)范雖難于對(duì)概念設(shè)計(jì)的具體細(xì)節(jié)做出規(guī)定，但也已明確提出了許多概念設(shè)計(jì)的一般原則，如提出了許多概念設(shè)計(jì)的一般原則，如3.3.1

14、.4.1條款的有關(guān)場地、地基條款的有關(guān)場地、地基的要求，的要求，3.4條款對(duì)各種結(jié)構(gòu)體系的基本要求等?，F(xiàn)將一概念設(shè)計(jì)的條款對(duì)各種結(jié)構(gòu)體系的基本要求等?，F(xiàn)將一概念設(shè)計(jì)的一般原則歸結(jié)如下：一般原則歸結(jié)如下：選擇有利的場地，避開不利場地，采取措施保證地基的穩(wěn)定性；選擇有利的場地，避開不利場地，采取措施保證地基的穩(wěn)定性；選擇合理的結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一般框架抗震能力較差，選擇合理的結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一般框架抗震能力較差，框架框架-剪力墻結(jié)構(gòu)好，剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)抗震能力高；剪力墻結(jié)構(gòu)好，剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)抗震能力高；平面布置力求簡單、規(guī)則、對(duì)稱，避免應(yīng)力集中的凹角和收進(jìn)；避免

15、平面布置力求簡單、規(guī)則、對(duì)稱，避免應(yīng)力集中的凹角和收進(jìn)；避免樓、電梯間偏置，盡量減少扭轉(zhuǎn)的影響；樓、電梯間偏置，盡量減少扭轉(zhuǎn)的影響；盡量避免建筑物豎向體型復(fù)雜、外挑內(nèi)收變化過多，力求剛度均勻，盡量避免建筑物豎向體型復(fù)雜、外挑內(nèi)收變化過多，力求剛度均勻，不要?jiǎng)偠韧蛔?，避免產(chǎn)生變形集中。當(dāng)頂層設(shè)置大房間、底層部分不要?jiǎng)偠韧蛔?，避免產(chǎn)生變形集中。當(dāng)頂層設(shè)置大房間、底層部分剪力墻變?yōu)榭蚣軙r(shí)，應(yīng)按專門規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)；剪力墻變?yōu)榭蚣軙r(shí)，應(yīng)按專門規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)；3.3.2 3.3.2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法17二、抗震概念設(shè)計(jì)二、抗震概念設(shè)計(jì) 3.3.2 3.3.2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

16、的方法結(jié)構(gòu)布置要受力明確，傳力途徑直接簡單；結(jié)構(gòu)布置要受力明確，傳力途徑直接簡單；加強(qiáng)結(jié)構(gòu)空間整體性，增加超靜定次數(shù)，組織多道設(shè)防；加強(qiáng)結(jié)構(gòu)空間整體性，增加超靜定次數(shù)，組織多道設(shè)防；保證構(gòu)件的延性，避免脆性破壞（如錨固破壞、剪切破保證構(gòu)件的延性，避免脆性破壞（如錨固破壞、剪切破壞等），也要采取措施防止結(jié)構(gòu)在地震中失穩(wěn)和傾覆。壞等），也要采取措施防止結(jié)構(gòu)在地震中失穩(wěn)和傾覆。盡量減輕結(jié)構(gòu)自重，減少地基土壓力，降低地震作用；盡量減輕結(jié)構(gòu)自重，減少地基土壓力，降低地震作用；保證足夠的剛度，滿足高層建筑結(jié)構(gòu)允許位移值的要求；保證足夠的剛度，滿足高層建筑結(jié)構(gòu)允許位移值的要求；調(diào)整平面形狀與尺寸，采取構(gòu)造措

17、施和留臨時(shí)性施工縫調(diào)整平面形狀與尺寸，采取構(gòu)造措施和留臨時(shí)性施工縫（后澆帶）的方法，盡量不設(shè)防震縫，少設(shè)防震縫。等（后澆帶）的方法，盡量不設(shè)防震縫，少設(shè)防震縫。等等等 18馬那瓜中央銀行大廈試問：那一幢破壞嚴(yán)重呢？馬那瓜美洲銀行大廈19 1）平面不規(guī)則）平面不規(guī)則4個(gè)樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻。個(gè)樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻。4層以上的樓板僅為層以上的樓板僅為5cm厚，擱置在高厚，擱置在高45cm長長14m小梁上。小梁上。 2）豎向不規(guī)則）豎向不規(guī)則塔樓上部（塔樓上部（4層樓面以上），北、東、西三面布置了密集的小柱子，共層樓面以上），北、東、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在

18、根，支承在4層樓板水平處的過渡層樓板水平處的過渡大梁上，大梁又支承在其下面的大梁上，大梁又支承在其下面的10根根1m 1.55m的柱子上（間距的柱子上（間距9.4m）。）。上下兩部分嚴(yán)重不均勻，不連續(xù)。上下兩部分嚴(yán)重不均勻，不連續(xù)。 主要破壞：第主要破壞：第4層與第層與第5層之間層之間(豎向剛度和承載力突變豎向剛度和承載力突變),周圍柱子嚴(yán)重開裂，柱鋼筋壓屈；周圍柱子嚴(yán)重開裂，柱鋼筋壓屈； 橫向裂縫貫穿橫向裂縫貫穿3層以上的所有樓板層以上的所有樓板(有的寬達(dá)有的寬達(dá)1cm),直至電梯井東側(cè)；直至電梯井東側(cè)； 塔樓西立面、其他立面窗下和電梯井處的空心磚填充墻及其它非結(jié)構(gòu)構(gòu)件均塔樓西立面、其他立面

19、窗下和電梯井處的空心磚填充墻及其它非結(jié)構(gòu)構(gòu)件均 嚴(yán)重破壞或倒塌。嚴(yán)重破壞或倒塌。 震后計(jì)算分析結(jié)果震后計(jì)算分析結(jié)果:1.結(jié)構(gòu)存在十分嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)效應(yīng)結(jié)構(gòu)存在十分嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)效應(yīng);2.塔樓塔樓3層以上北面和南面大多數(shù)柱子抗剪能力大大不層以上北面和南面大多數(shù)柱子抗剪能力大大不足足,率先破壞；率先破壞；3.水平地震作用下水平地震作用下,柔而長的樓板產(chǎn)生可觀的豎向運(yùn)動(dòng)等。柔而長的樓板產(chǎn)生可觀的豎向運(yùn)動(dòng)等。 馬那瓜馬那瓜中央銀行大廈中央銀行大廈 結(jié)構(gòu)是均勻?qū)ΨQ的，基本的抗側(cè)力體系包括結(jié)構(gòu)是均勻?qū)ΨQ的，基本的抗側(cè)力體系包括4個(gè)個(gè)L形的桶體，對(duì)稱地由連梁連接起來，這些連形的桶體，對(duì)稱地由連梁連接起來，這些連梁在地震

20、時(shí)遭到剪切破壞，是整個(gè)結(jié)構(gòu)能觀察到梁在地震時(shí)遭到剪切破壞，是整個(gè)結(jié)構(gòu)能觀察到的主要破壞。的主要破壞。分析表明：分析表明：1.對(duì)稱的結(jié)構(gòu)布置及相對(duì)剛強(qiáng)的聯(lián)肢對(duì)稱的結(jié)構(gòu)布置及相對(duì)剛強(qiáng)的聯(lián)肢墻，有效地限制了側(cè)向位移，并防止了明顯的扭墻，有效地限制了側(cè)向位移，并防止了明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；轉(zhuǎn)效應(yīng)；2.避免了長跨度樓板和砌體填充墻的非避免了長跨度樓板和砌體填充墻的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞；3.當(dāng)連梁剪切破壞后，結(jié)構(gòu)體當(dāng)連梁剪切破壞后，結(jié)構(gòu)體系的位移雖有明顯增加，但由于抗震墻提供了較系的位移雖有明顯增加，但由于抗震墻提供了較大的側(cè)向剛度，位移量得到控制。大的側(cè)向剛度，位移量得到控制。美洲美洲銀行銀行20

21、二、抗震概念設(shè)計(jì)二、抗震概念設(shè)計(jì)三、抗震構(gòu)造措施三、抗震構(gòu)造措施 3.3.2 3.3.2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法 構(gòu)造措施主要指在構(gòu)件設(shè)計(jì)中提出的構(gòu)件尺寸要求、構(gòu)造措施主要指在構(gòu)件設(shè)計(jì)中提出的構(gòu)件尺寸要求、配筋要求等。構(gòu)造措施依據(jù)該建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)（分配筋要求等。構(gòu)造措施依據(jù)該建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)（分為一至四級(jí)）采用，等級(jí)越高（一級(jí)）措施越嚴(yán)格。例：為一至四級(jí)）采用，等級(jí)越高（一級(jí)）措施越嚴(yán)格。例：框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)箍筋加密，通長鋼筋設(shè)置要求等，詳細(xì)框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)箍筋加密，通長鋼筋設(shè)置要求等，詳細(xì)參見抗震規(guī)范。參見抗震規(guī)范。 21三、抗震構(gòu)造措施三、抗震構(gòu)造措施 四、抗震計(jì)算四、抗震

22、計(jì)算3.3.2 3.3.2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法 包括兩個(gè)階段的設(shè)計(jì)計(jì)算，第一階段設(shè)計(jì)是進(jìn)行承載力驗(yàn)算，即包括兩個(gè)階段的設(shè)計(jì)計(jì)算，第一階段設(shè)計(jì)是進(jìn)行承載力驗(yàn)算，即取第一水準(zhǔn)（小震）的地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值和相取第一水準(zhǔn)（小震）的地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng)（內(nèi)力和變形），并將該效應(yīng)參與至結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)的地震作用效應(yīng)（內(nèi)力和變形），并將該效應(yīng)參與至結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力組合中，得到最不利內(nèi)力后，進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，以保證小震不壞，實(shí)現(xiàn)力組合中，得到最不利內(nèi)力后，進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，以保證小震不壞，實(shí)現(xiàn)第一水準(zhǔn)的要求。第一水準(zhǔn)的要求。 第二階段設(shè)計(jì)是指

23、進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算，即對(duì)特殊要求的建筑、第二階段設(shè)計(jì)是指進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算，即對(duì)特殊要求的建筑、地震時(shí)易倒塌的結(jié)構(gòu)以及有明顯薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，除進(jìn)行第一階段地震時(shí)易倒塌的結(jié)構(gòu)以及有明顯薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，除進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)外，還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，除進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)外，設(shè)計(jì)外，還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，除進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)外，還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性層間變形驗(yàn)算（往往采用時(shí)程分析）并還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性層間變形驗(yàn)算（往往采用時(shí)程分析）并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，以保證大震不倒，實(shí)現(xiàn)第三水準(zhǔn)的設(shè)防要求。采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，以保證大震不倒，實(shí)現(xiàn)第三水準(zhǔn)的設(shè)防要

24、求。故我國的抗震設(shè)計(jì)方法，也稱為故我國的抗震設(shè)計(jì)方法，也稱為兩階段設(shè)計(jì)法兩階段設(shè)計(jì)法。 22三、抗震構(gòu)造措施三、抗震構(gòu)造措施 四、抗震計(jì)算四、抗震計(jì)算3.3.2 3.3.2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法 兩階段設(shè)計(jì)法是對(duì)三水準(zhǔn)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)（小震不壞、中震兩階段設(shè)計(jì)法是對(duì)三水準(zhǔn)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)（小震不壞、中震可修、大震不倒）的具體實(shí)施，即可修、大震不倒）的具體實(shí)施，即 1 1、第一階段設(shè)計(jì)：對(duì)絕大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿足第一、第一階段設(shè)計(jì)：對(duì)絕大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿足第一、二水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求，即按照第一水準(zhǔn)（多遇地震）的地震二水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求，即按照第一水準(zhǔn)（多遇地震）的地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行地震作用計(jì)算、結(jié)構(gòu)分析和

25、構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算，按動(dòng)參數(shù)進(jìn)行地震作用計(jì)算、結(jié)構(gòu)分析和構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算，按規(guī)范進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，然后采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，達(dá)到規(guī)范進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，然后采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，達(dá)到“小小震不壞、中震可修震不壞、中震可修”的要求。的要求。 2 2、第二階段設(shè)計(jì)：對(duì)特別重要的建筑和地震時(shí)容易倒塌第二階段設(shè)計(jì)：對(duì)特別重要的建筑和地震時(shí)容易倒塌的結(jié)構(gòu)，除進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)外，還要進(jìn)行薄弱層部位的的結(jié)構(gòu)，除進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)外，還要進(jìn)行薄弱層部位的彈塑性變形驗(yàn)算和采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，使薄弱層的水平彈塑性變形驗(yàn)算和采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，使薄弱層的水平位移不超過允許的彈塑性位移，實(shí)現(xiàn)第三水準(zhǔn)的要求。位移不超過允許的彈塑性位移，實(shí)現(xiàn)第三

26、水準(zhǔn)的要求。 3 3、滿足了小震不壞、大震不倒，中震可修自然得以滿足。滿足了小震不壞、大震不倒，中震可修自然得以滿足。 23 地面運(yùn)動(dòng)是一隨機(jī)振動(dòng)，表現(xiàn)為強(qiáng)度、頻譜組成、地面運(yùn)動(dòng)是一隨機(jī)振動(dòng)，表現(xiàn)為強(qiáng)度、頻譜組成、持續(xù)時(shí)間的不確定性，因此地震作用是極其復(fù)雜的。持續(xù)時(shí)間的不確定性，因此地震作用是極其復(fù)雜的。 由于地震作用的復(fù)雜性和地震作用發(fā)生的強(qiáng)度的不由于地震作用的復(fù)雜性和地震作用發(fā)生的強(qiáng)度的不確定性，以及結(jié)構(gòu)和體形的差異等，地震作用的計(jì)確定性，以及結(jié)構(gòu)和體形的差異等，地震作用的計(jì)算方法是不同的?？煞譃楹喕椒ê洼^復(fù)雜的精細(xì)算方法是不同的?？煞譃楹喕椒ê洼^復(fù)雜的精細(xì)方法。方法。 四種計(jì)算方法：

27、底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜、時(shí)四種計(jì)算方法：底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜、時(shí)程分析法和靜力彈塑性方法程分析法和靜力彈塑性方法3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算24一、結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展一、結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展1.1.靜力理論階段靜力理論階段-靜力法靜力法19201920年，日本大森房吉提出。年，日本大森房吉提出。假設(shè)建筑物為絕對(duì)剛體。假設(shè)建筑物為絕對(duì)剛體。)(txg m)(txmg 地震作用地震作用GkxgGxmFggmaxmax gxkgmax -地震系數(shù)地震系數(shù)將將F F作為靜荷載，按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)作為靜荷載，按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)3.3.3 3.3

28、.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算252.2.定函數(shù)理論定函數(shù)理論tatxgcos)( 蘇聯(lián)扎夫里耶夫首先提出的，他認(rèn)為地震地面運(yùn)動(dòng)蘇聯(lián)扎夫里耶夫首先提出的，他認(rèn)為地震地面運(yùn)動(dòng)可用余弦函數(shù)來描述，也即地面位移為可用余弦函數(shù)來描述，也即地面位移為teatxniitigi1sin)( 蘇聯(lián)的柯爾琴斯基提出地面運(yùn)動(dòng)可用若干個(gè)不同振蘇聯(lián)的柯爾琴斯基提出地面運(yùn)動(dòng)可用若干個(gè)不同振幅、不同阻尼和不同頻率的衰減正弦函數(shù)的和來表示，幅、不同阻尼和不同頻率的衰減正弦函數(shù)的和來表示，也即也即3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算263.3.反應(yīng)譜理論反應(yīng)譜理論-反應(yīng)譜法反應(yīng)譜法19401940年，美國

29、皮奧特提出。年，美國皮奧特提出。地震作用地震作用GkFGk-重力荷載代表值重力荷載代表值-地震系數(shù)（反映震級(jí)、震中距、地基等的影響）地震系數(shù)（反映震級(jí)、震中距、地基等的影響）-動(dòng)力系數(shù)動(dòng)力系數(shù)( (反映結(jié)構(gòu)的特性反映結(jié)構(gòu)的特性, ,如周期、阻尼等的影響如周期、阻尼等的影響) )按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)目前，世界上普遍采用的方法。目前，世界上普遍采用的方法。3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算274.4.直接動(dòng)力分析理論直接動(dòng)力分析理論-時(shí)程分析法時(shí)程分析法 將實(shí)際地震加速度時(shí)程記錄（簡稱地震記錄將實(shí)際地震加速度時(shí)程記錄（簡稱地震記錄 ea

30、rth-quakerecord）作為動(dòng)荷載輸入，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分作為動(dòng)荷載輸入，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析。析。 此外，有用隨機(jī)振動(dòng)理論來分析結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)統(tǒng)計(jì)特征的，此外，有用隨機(jī)振動(dòng)理論來分析結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)統(tǒng)計(jì)特征的，有以地震時(shí)輸入結(jié)構(gòu)的能量進(jìn)行設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)所吸收的能量不有以地震時(shí)輸入結(jié)構(gòu)的能量進(jìn)行設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)所吸收的能量不致造成結(jié)構(gòu)破壞的理論等。但這些方法還沒有進(jìn)入抗震設(shè)計(jì)規(guī)致造成結(jié)構(gòu)破壞的理論等。但這些方法還沒有進(jìn)入抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，因此未被抗震設(shè)計(jì)使用范，因此未被抗震設(shè)計(jì)使用 。5.5.非線性靜力分析方法（非線性靜力分析方法（Push Over Analysis)Push Over Anal

31、ysis)3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算28二、與各類型結(jié)構(gòu)相應(yīng)的地震作用分析方法二、與各類型結(jié)構(gòu)相應(yīng)的地震作用分析方法不超過不超過40m40m的規(guī)則結(jié)構(gòu)：底部剪力法的規(guī)則結(jié)構(gòu)：底部剪力法一般的規(guī)則結(jié)構(gòu)：兩個(gè)主軸的振型分解反應(yīng)譜法一般的規(guī)則結(jié)構(gòu)：兩個(gè)主軸的振型分解反應(yīng)譜法 質(zhì)量和剛度分布明顯不對(duì)稱結(jié)構(gòu)：考慮扭轉(zhuǎn)或雙向地震質(zhì)量和剛度分布明顯不對(duì)稱結(jié)構(gòu)：考慮扭轉(zhuǎn)或雙向地震作用的振型分解反應(yīng)譜法作用的振型分解反應(yīng)譜法 8 8、9 9度時(shí)的大跨、長懸臂結(jié)構(gòu)和度時(shí)的大跨、長懸臂結(jié)構(gòu)和9 9度的高層建筑：考慮度的高層建筑：考慮豎向地震作用豎向地震作用 特別不規(guī)則、甲類和超過規(guī)定范圍的

32、高層建筑：一維特別不規(guī)則、甲類和超過規(guī)定范圍的高層建筑：一維或二維時(shí)程分析法的補(bǔ)充計(jì)算或二維時(shí)程分析法的補(bǔ)充計(jì)算3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算29三、三、 單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析（一）、地震作用下單自由度體系的運(yùn)動(dòng)方程（一）、地震作用下單自由度體系的運(yùn)動(dòng)方程)(tx)(txgmm)(gxxm kxxc質(zhì)點(diǎn)位移質(zhì)點(diǎn)位移)()()(txtxtXg質(zhì)點(diǎn)加速度質(zhì)點(diǎn)加速度)()()(txtxtXg 慣性力慣性力)()(gxmxmtI 彈性恢復(fù)力彈性恢復(fù)力kxtS)(阻尼力阻尼力xctR)(gxmkxxcxm 運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程3.3.3 3.3.

33、3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算30( (二二) )、單自由度體系動(dòng)力學(xué)分析回顧、單自由度體系動(dòng)力學(xué)分析回顧1.1.單自由度體系自由振動(dòng)單自由度體系自由振動(dòng)（1 1）無阻尼時(shí)）無阻尼時(shí)0 kxxm 02xx mk2)sincos()(00txtxtxmcmk2,20kxxcxm 022xxx )sincos()(dd000txxtxetxdt1時(shí)時(shí)（2 2）有阻尼時(shí)）有阻尼時(shí)3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算31)(tP)(tx)(tPttt 將荷載看成是連續(xù)作用的一系列沖量，求出每將荷載看成是連續(xù)作用的一系列沖量，求出每個(gè)沖量引起的位移后將這些位移相加即個(gè)沖量引起的位移后將

34、這些位移相加即為動(dòng)荷載引起的位移。為動(dòng)荷載引起的位移。2.2.單自由度體系受迫振動(dòng)單自由度體系受迫振動(dòng)-沖量法沖量法3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算32m)(tP)(tx0 xmP（1 1）. .瞬時(shí)沖量的反應(yīng)瞬時(shí)沖量的反應(yīng))(tPttPa.a.t=0 時(shí)作用瞬時(shí)沖量時(shí)作用瞬時(shí)沖量mSmPx/020)(21mPx0txtxtxsincos)(00tmPsinb.b. 時(shí)刻作用瞬時(shí)沖量時(shí)刻作用瞬時(shí)沖量)(tPttP)(sin)(tmPtx3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算33(2).(2).動(dòng)荷載的位移反應(yīng)動(dòng)荷載的位移反應(yīng)m)(tP)(ty)(tPtt)(P

35、dtmPtyt)(sin)()(0-杜哈美積分杜哈美積分d )(sin)()(0)(tDtDtemPty計(jì)阻尼時(shí)計(jì)阻尼時(shí)若若t=0 時(shí)體系有初位移、初速度時(shí)體系有初位移、初速度d )(sin)()sin()(0)(tDtDDttemPtAetyb.b. 時(shí)刻作用瞬時(shí)沖量時(shí)刻作用瞬時(shí)沖量)(tPttP)(sin)(tmPtx3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算34( (三三) )、單自由度體系地震作用分析、單自由度體系地震作用分析gxmkxxcxm 運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程mtFxxxe/ )(22 或或mcmk2,2其中其中g(shù)exmtF )(ttteFmtx0d)(Edd)(sin)(

36、1)(由由Duhamel積分可得零初始條件下質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的位移為積分可得零初始條件下質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的位移為tttex0d)(gdd)(sin)(1 max0)(gmaxd)(sin)(1)(ttdtextxS 最大位最大位移反應(yīng)移反應(yīng)3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算35質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的速度為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的速度為tdtgdttdtextexdtdxtx0)(0d)(g)(sin)(d)(cos)()( max0)(gmaxd)(sin)()(ttvtextxS 質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的最大速度反應(yīng)為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的最大速度反應(yīng)為3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算

37、36xxxxg22 質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)加速度為質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)加速度為tttex0d)(gd2d)(sin)( tdtgdttdtextex0)(220d)(g)(sin)(2d)(cos)(2 質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的最大加速度反應(yīng)為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的最大加速度反應(yīng)為max0)(gmaxd)(sin)()(ttgatexxtxS 3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算37(四)、地震反應(yīng)譜最大相對(duì)速度最大相對(duì)速度最大加速度最大加速度最大反應(yīng)之間的關(guān)系dvaSSS2在阻尼比、地面運(yùn)動(dòng)確定后，最大反應(yīng)只是結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)。在阻尼比、地面運(yùn)動(dòng)確定后，最大反應(yīng)只是結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)。 單自由度體系在給定的地震作用下

38、某個(gè)最大反應(yīng)與體系單自由度體系在給定的地震作用下某個(gè)最大反應(yīng)與體系自振周期的關(guān)系曲線稱為該反應(yīng)的地震反應(yīng)譜。自振周期的關(guān)系曲線稱為該反應(yīng)的地震反應(yīng)譜。max0)(gmaxd)(sin)(1)(ttdtextxS max0)(gmaxd)(sin)()(ttvtextxS max0)(gmaxd)(sin)()(ttgatexxtxS 最大相對(duì)位移最大相對(duì)位移3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算38max0)(gd)(sin)(1ttdtexS 位移反應(yīng)譜位移反應(yīng)譜t)( tyg Elcentro 1940 （N-S） 地震記錄)(ms2)(s3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)

39、算地震作用的計(jì)算39相對(duì)速度反應(yīng)譜相對(duì)速度反應(yīng)譜t)( tyg Elcentro 1940 （N-S） 地震記錄)(ms2)(smax0)(gmaxd)(sin)()(ttvtextxS 3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算40絕對(duì)加速度反應(yīng)譜絕對(duì)加速度反應(yīng)譜t)( tyg Elcentro 1940 （N-S） 地震記錄)(ms2)(smax0)(gmaxd)(sin)()(ttgatexxtxS 3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算41相對(duì)位移反應(yīng)譜相對(duì)位移反應(yīng)譜絕對(duì)加速度反應(yīng)譜絕對(duì)加速度反應(yīng)譜相對(duì)速度反應(yīng)譜相對(duì)速度反應(yīng)譜地震反應(yīng)譜的特點(diǎn)地震反應(yīng)譜的特點(diǎn)1.

40、1.阻尼比對(duì)反應(yīng)譜影響很大阻尼比對(duì)反應(yīng)譜影響很大2.2.對(duì)于加速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小對(duì)于加速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小 于某個(gè)值時(shí)幅值隨周期急劇增大，于某個(gè)值時(shí)幅值隨周期急劇增大， 大于某個(gè)值時(shí)，快速下降。大于某個(gè)值時(shí)，快速下降。3.3.對(duì)于速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某對(duì)于速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某 個(gè)值時(shí)幅值隨周期增大，隨后趨于常數(shù)。個(gè)值時(shí)幅值隨周期增大，隨后趨于常數(shù)。4.4.對(duì)于位移反應(yīng)譜，幅值隨周期增大。對(duì)于位移反應(yīng)譜，幅值隨周期增大。3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算42不同場地條件對(duì)反應(yīng)譜的影響不同場地條件對(duì)反應(yīng)譜的影響將多個(gè)地震反應(yīng)譜平均后得平均加速度反應(yīng)譜將多個(gè)

41、地震反應(yīng)譜平均后得平均加速度反應(yīng)譜 地震反應(yīng)譜是現(xiàn)階段計(jì)算地震作用的基礎(chǔ)，通過反應(yīng)譜地震反應(yīng)譜是現(xiàn)階段計(jì)算地震作用的基礎(chǔ)，通過反應(yīng)譜把隨時(shí)程變化的地震作用轉(zhuǎn)化為最大的等效側(cè)向力。把隨時(shí)程變化的地震作用轉(zhuǎn)化為最大的等效側(cè)向力。gSa/周期（周期（s)s)巖石巖石堅(jiān)硬場地堅(jiān)硬場地厚的無粘性土層厚的無粘性土層軟土層軟土層結(jié)構(gòu)的阻尼比和場地條件對(duì)反應(yīng)譜有很大影響。結(jié)構(gòu)的阻尼比和場地條件對(duì)反應(yīng)譜有很大影響。3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算43四、四、 單自由度彈性體系的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜單自由度彈性體系的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜（一）、單自由度體系的水平地震作用（一）、

42、單自由度體系的水平地震作用 對(duì)于單自由度體系，把慣性力看作反映地震對(duì)結(jié)構(gòu)體系影對(duì)于單自由度體系，把慣性力看作反映地震對(duì)結(jié)構(gòu)體系影響的等效力，用它對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算。響的等效力，用它對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)在地震持續(xù)過程中經(jīng)受的最大地震作用為結(jié)構(gòu)在地震持續(xù)過程中經(jīng)受的最大地震作用為agmStxtxmtFFmaxmax)()()( GkGgtxtxSmgggamaxmax)()( G-集中于質(zhì)點(diǎn)處的重力荷載代表值；集中于質(zhì)點(diǎn)處的重力荷載代表值；g-重力加速度重力加速度max)(txSga -動(dòng)力系數(shù)動(dòng)力系數(shù)gtxkgmax)( -地震系數(shù)地震系數(shù)k-水平地震影響系數(shù)水平地震影響系數(shù)3.3.3 3.

43、3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算44GFmax)(txSga gtxkgmax)( kmax0)(2max)(2sin)()(12ttTggdtTextxT （二）、抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜（二）、抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT 3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算45-地震影響系數(shù)；地震影響系數(shù)；max-地震影響系數(shù)最地震影響系數(shù)最 大值；大值；地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.050.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-罕遇地震罕遇地震0

44、.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震多遇地震 9 8 7 6地震影響地震影響烈度烈度 括號(hào)數(shù)字分別對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)基本加速度括號(hào)數(shù)字分別對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)基本加速度0.15g0.15g和和0.30g0.30g地區(qū)的地震影響系數(shù)地區(qū)的地震影響系數(shù)T-結(jié)構(gòu)周期；結(jié)構(gòu)周期；)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT 3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算46gT-特征周期；特征周期；)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT 地震特

45、征周期分組的特征周期值（地震特征周期分組的特征周期值（s s）0.90 0.65 0.450.35第三組第三組0.75 0.55 0.400.30第二組第二組0.65 0.45 0.35 0.25第一組第一組 場地類別場地類別-曲線下降段的衰減指數(shù)；曲線下降段的衰減指數(shù)；1-直線下降段的斜率調(diào)整系直線下降段的斜率調(diào)整系數(shù)；數(shù)；2-阻尼調(diào)整系數(shù)，小于阻尼調(diào)整系數(shù)，小于 0.550.55時(shí)，應(yīng)取時(shí)，應(yīng)取0.550.55。55 . 005. 09 . 08/ )05. 0(02. 017 . 106. 005. 0123.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算47解：解： （1 1）求結(jié)構(gòu)

46、體系的自振周期）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期kN/m249601248021222hiKct4 .71s/m8 . 9/kN700/2gGms336. 024960/4 .712/2KmT（2 2）求水平地震影響系數(shù)）求水平地震影響系數(shù)查表確定查表確定max16. 0max地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.050.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-罕遇地震罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震多遇地震 9 8 7 6地震影響地震影響烈度烈度例：單層單跨框架。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。例：單層單跨框架。屋蓋剛度為

47、無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已知設(shè)防烈度為已知設(shè)防烈度為8 8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，類場地；屋蓋類場地；屋蓋處的重力荷載代表值處的重力荷載代表值G=700kNG=700kN，框架柱線剛框架柱線剛度度 , ,阻尼比為阻尼比為0.050.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。震時(shí)的水平地震作用。 mkN106 . 2/4hEIicch=5mh=5m3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算48查表確定查表確定max16. 0max解：解：例：單層單跨框架。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。例：單層單跨框架。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處

48、。已知設(shè)防烈度為已知設(shè)防烈度為8 8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，類場地；屋蓋類場地；屋蓋處的重力荷載代表值處的重力荷載代表值G=700kNG=700kN，框架柱線剛框架柱線剛度度 , ,阻尼比為阻尼比為0.050.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。震時(shí)的水平地震作用。 mkN106 . 2/4hEIicc（1 1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期kN/m249601248021222hiKct4 .71s/m8 . 9/kN700/2gGms336. 024960/4 .712/2KmT（2 2）求水平地震影響系數(shù)）求水平地震影響系數(shù)h=

49、5mh=5m查表確定查表確定gT3 . 0gT地震特征周期分組的特征周期值（地震特征周期分組的特征周期值（s s）0.90 0.65 0.450.35第三組第三組0.75 0.55 0.400.30第二組第二組0.65 0.45 0.35 0.25第一組第一組 場地類別場地類別3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算49解：解：例：單層單跨框架。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。例：單層單跨框架。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已知設(shè)防烈度為已知設(shè)防烈度為8 8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，類場地；屋蓋類場地；屋蓋處的重力荷載代表值處的重力荷載代表值G=70

50、0kNG=700kN，框架柱線剛框架柱線剛度度 , ,阻尼比為阻尼比為0.050.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。震時(shí)的水平地震作用。 mkN106 . 2/4hEIicc（1 1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期kN/m24960Kt4 .71ms336. 0T（2 2）求水平地震影響系數(shù)）求水平地震影響系數(shù)16. 0maxh=5mh=5m3 . 0gTggTTT5)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT max2)(TTg9 . 055 . 005. 09 . 017 . 106

51、. 005. 012144. 016. 0)336. 0/3 . 0(9 . 0（3 3）計(jì)算結(jié)構(gòu)水平地震作用）計(jì)算結(jié)構(gòu)水平地震作用kN8 .100700144.0GF3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算50（三）、重力荷載代表值的確定（三）、重力荷載代表值的確定 結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值等于結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值等于結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值G Gk k加加上各可變荷載組合值。上各可變荷載組合值。niikQikQGG1ikQ-第第i i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值；個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Qi-第第i i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)；個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)； 不考慮不考慮 軟鉤吊車軟鉤吊

52、車 0.3 硬鉤吊車硬鉤吊車 0.5 其它民用建筑其它民用建筑 0.8 藏書庫、檔案庫藏書庫、檔案庫 1.0按實(shí)際情況考慮的樓面活荷載按實(shí)際情況考慮的樓面活荷載 不考慮不考慮 屋面活荷載屋面活荷載 0.5屋面積灰荷載屋面積灰荷載 0.5 雪荷載雪荷載組合值系數(shù)組合值系數(shù)可變荷載種類可變荷載種類按等效均布荷載考慮按等效均布荷載考慮的樓面活荷載的樓面活荷載吊車懸吊物重力吊車懸吊物重力組合值系數(shù)組合值系數(shù)3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算51五、底部剪力法五、底部剪力法 3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算 底部剪力法是常用的簡化方法。此法的基本思底部剪力法是常用的

53、簡化方法。此法的基本思路是：結(jié)構(gòu)底部的剪力等于其總水平地震作用，由反路是：結(jié)構(gòu)底部的剪力等于其總水平地震作用，由反應(yīng)譜得到，而地震作用沿高底的分布則根據(jù)近似的結(jié)應(yīng)譜得到，而地震作用沿高底的分布則根據(jù)近似的結(jié)構(gòu)側(cè)移假定得到。構(gòu)側(cè)移假定得到。（一）、適用范圍（一）、適用范圍底部剪力法適用于一般的多層磚房等砌體結(jié)構(gòu)、內(nèi)底部剪力法適用于一般的多層磚房等砌體結(jié)構(gòu)、內(nèi)框架和底部框架框架和底部框架抗震墻磚房、單層空曠房屋、單層抗震墻磚房、單層空曠房屋、單層工業(yè)廠房、多層框架結(jié)構(gòu)等低于工業(yè)廠房、多層框架結(jié)構(gòu)等低于40m40m以剪切變形為主以剪切變形為主的規(guī)則房屋。的規(guī)則房屋。 52五、底部剪力法五、底部剪力法

54、 3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算 （二）（二）、計(jì)算公式計(jì)算公式 式中式中FFEKEK結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值； 相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)，多層砌體房屋、底部框架和多層內(nèi)相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)，多層砌體房屋、底部框架和多層內(nèi)框架磚房，可取水平地震影響系數(shù)最大值；框架磚房，可取水平地震影響系數(shù)最大值；GGeqeq結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，單質(zhì)點(diǎn)取總重力荷載代表值，多質(zhì)點(diǎn)可取重力荷載代表值的結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，單質(zhì)點(diǎn)取總重力荷載代表值，多質(zhì)點(diǎn)可取重力荷載代表值的0.850.85；F Fi i質(zhì)點(diǎn)水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；質(zhì)點(diǎn)水平

55、地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；GGi i、GGj j分別為集中于質(zhì)點(diǎn)、的重力荷載代表值；分別為集中于質(zhì)點(diǎn)、的重力荷載代表值；HiHi、HHj j 分別為集中于質(zhì)點(diǎn)、的計(jì)算高度；分別為集中于質(zhì)點(diǎn)、的計(jì)算高度； 頂部地震作用系數(shù)，多層鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)房屋可按表頂部地震作用系數(shù)，多層鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)房屋可按表2-22-2采用，多層內(nèi)框架采用，多層內(nèi)框架磚房可采用磚房可采用0.20.2，其他房屋可不考慮；，其他房屋可不考慮； 頂部附加地震作用。頂部附加地震作用。 njiiiiHGHGF1)(FHGHGFnEKnjiiii 11eqEKGF1 1 iFiFn nF 53結(jié)構(gòu)水平地震作用計(jì)算計(jì)算簡圖結(jié)構(gòu)水平地震作用

56、計(jì)算計(jì)算簡圖Fa+FnGiGnG1FE1HiH1Fi54五、底部剪力法五、底部剪力法 3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算 （三）（三）、例題（見例題（見WORDWORD文檔）文檔） 底部剪力法例題底部剪力法例題.doc.doc njiiiiHGHGF1iFiF55六、六、 多自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析多自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析 振振型分解反應(yīng)譜法型分解反應(yīng)譜法ii+1m1m2mimn3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算56（一）（一）. .多自由度彈性體系動(dòng)力分析回顧多自由度彈性體系動(dòng)力分析回顧1.1.自由振動(dòng)分析自由振動(dòng)分析 0ykym 運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方

57、程11212111ymykyk 22222121ymykyk 設(shè)方程的特解為設(shè)方程的特解為)sin()sin(2211tXytXy0121212111XmXkXk0222222121XmXkXk1)(1ty2)(2ty00)00(2122122211211XXmmkkkk 0)(2Xmk 02mk-頻率方程頻率方程-振型方程振型方程3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算57解解: :例例. .求圖示體系的頻率、振型求圖示體系的頻率、振型. . 已知已知: :.;2121mmmkkk0222221122111mkkkmkm12k1EI1EI1km20121212111XmXkXk0

58、222222121XmXkXkkkkk22111kkk2112kk220222mkkkmk0)(2(222kmkmkmk /618. 01mk /618. 12618. 01;618. 1122122111XXXX 618. 111X 618. 012X1 11.6181.6181 10.6180.618 1X 2X3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算58按振型振動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律按振型振動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律m1)(1tym2)(2ty)sin()()sin()(2211iiiiiitXtytXty按按i i振型振動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為振型振動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移為質(zhì)點(diǎn)的加速度為質(zhì)點(diǎn)的加速度為)s

59、in()()sin()(222211iiiiiiiitXtytXty 質(zhì)點(diǎn)上的慣性力為質(zhì)點(diǎn)上的慣性力為)sin()()sin()(222222211111iiiiiiiitXmymtItXmymtI 質(zhì)點(diǎn)上的慣性力與位移同頻同步。質(zhì)點(diǎn)上的慣性力與位移同頻同步。11X21X211iiXm222iiXm 振型可看成是將按振型振動(dòng)時(shí)的慣性力幅值作為靜荷載振型可看成是將按振型振動(dòng)時(shí)的慣性力幅值作為靜荷載所引起的靜位移。所引起的靜位移。3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算592.2.振型的正交性振型的正交性i i振型振型NiiiiXXXX21i i振型上的慣性力振型上的慣性力NiiiNi

60、NiiNiiiiXXXmmmXmXmXm212122222121iiXm21m2miX1NmiX2NiX1m2mjX1NmjX2NjXj j振型振型NiiiiXXXX21i i振型上的慣性力在振型上的慣性力在j j振型上作的虛功振型上作的虛功jiijiiijXXmXXmW22221121iTjiXmX2iiXm121iiXm222NiiNXm2i i振型振型j j振型振型3.3.3 3.3.3 地震作用的計(jì)算地震作用的計(jì)算60j j振型上的慣性力振型上的慣性力jjNiiNiiiiXmXmXmXm222221212.2.振型的正交性振型的正交性i i振型上的慣性力在振型上的慣性力在j j振型上作