【正文】 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論與實(shí)例 ? 第一章地震及結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí) ? 第二章場(chǎng)地、地基、基礎(chǔ) ? 第三章單自由度體系結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng) ? 第四章多自由度體系結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng) ? 第五章地震作用和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn) ? 第六章多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì) ? 第七章多層砌體房屋和底部框架、內(nèi)框架砌體房屋抗震設(shè)計(jì) ? 第八章鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì) ? 第九章單層廠房及單層空曠房屋抗震設(shè)計(jì) ? 第十章非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì) 第一章 地震及結(jié)構(gòu)抗震的基本知識(shí) 地震成因及地震類型 地殼：地球外表面的一層薄殼。最薄處約 5km，地震多發(fā)于此。 地球的構(gòu)造 地震的發(fā)生過程 地球內(nèi)部由于某種原因發(fā)生振動(dòng)，并以波的形式傳遞到地表引起地面震動(dòng)。 內(nèi)部發(fā)生振動(dòng)的地方稱之為震源。 震源在地表的投影叫震中。 震源至地面的垂直距離叫震源深度。 根據(jù)震源深度以 60m， 300m為限將地震劃分為：淺源地震、中源地震、深源地震。 淺源地震危害大。 地震的成因與類型 根據(jù)地震成因來(lái)分： 構(gòu)造地震： 火山地震； 塌陷地震； 水庫(kù)引發(fā)地震： 地震波以及傳播 地震以波的形式由震源傳遞到地表。地震波分為：體波和面波。 體波 體波是指通過地球本體內(nèi)傳播的波，包含縱波、橫波。 縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳遞方向一致的波。 橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳遞方向垂直的波。 縱波為壓縮波，無(wú)論是在固體內(nèi)還是液體內(nèi)均能傳播。 橫波為剪切波，只能在固體內(nèi)傳播。 波速可以按下式計(jì)算： ?????? GEVp2)21)(1()1( ?????????GEVs ??? )1(2 ??21)1(2???spVV式中 Vp — 縱波波速 Vs — 橫波波速 E — 介質(zhì)的彈性模量 γ — 介質(zhì)的泊松比； ρ — 介質(zhì)的密度； G — 介質(zhì)的剪切模量； λ — 拉梅常數(shù) 通過兩種波速的比較可見：縱波的傳播速度快于橫波，即縱波先到達(dá)地面 面波 瑞雷波振動(dòng)軌跡剖面 (a)和射線 (b) 面波是指介質(zhì)表面或地球表面及其附近傳播的波，一般認(rèn)為是體波經(jīng)地層界面多次反射形成的次生波，包含瑞雷波和樂普波。 樂普波的傳播是質(zhì)點(diǎn)在與波的傳播方向相垂直的水平方向的剪切型運(yùn)動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)在水平方向振動(dòng)與波行進(jìn)方向耦合后會(huì)產(chǎn)生水平扭轉(zhuǎn)分量。 地震波的主要特新及其在工程中的應(yīng)用 地震加速度波形的頻譜特性及持續(xù)時(shí)間的影響 軟土地基上地震加速度波形中長(zhǎng)周期的分量比較顯著，而硬土地基上加速度波形則包含多種頻譜成分，一般短周期的分量比較顯著。 長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的地震沖擊作用下，結(jié)構(gòu)物的破壞與靜載作用下的破壞值相差較大。 地震震級(jí)與地震烈度 地震震級(jí) 地震震級(jí)是表征地震強(qiáng)弱的指標(biāo)，是地震釋放多少能量的尺度。 小于 2級(jí)的地震人們感覺不到； 5級(jí)以上的地震就要引起不同程度的破壞，統(tǒng)稱為破壞性地震； 7級(jí)以上地震稱為強(qiáng)烈地震。 地震烈度：是地震對(duì)地面影響的強(qiáng)烈程度，主要依據(jù)宏觀的地震影響和破壞現(xiàn)象等方面來(lái)判斷。 地震烈度是表示某一區(qū)域范圍內(nèi)地面和各種建筑物受到一次地震影響的平均強(qiáng)弱程度的一個(gè)指標(biāo)。 根據(jù) 1999年頒布的中國(guó)地震烈度表劃分地震烈度。 地震災(zāi)害與抗震設(shè)防 地震災(zāi)害： 地表破壞 建筑物破壞 次生災(zāi)害 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防： 三水準(zhǔn)的設(shè)防目標(biāo)： 小震不壞、設(shè)防烈度可修、大震不到。 抗震設(shè)防目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)： 第一水準(zhǔn)：按彈性計(jì)算結(jié)構(gòu)在多遇地震下的內(nèi)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算可保證小震不壞的設(shè)防目標(biāo)； 第二水準(zhǔn)：主要通過概念設(shè)計(jì)以及構(gòu)造措施來(lái)保證； 第三水準(zhǔn)：對(duì)脆性結(jié)構(gòu)主要從抗震措施上加強(qiáng)；對(duì)延性結(jié)構(gòu)則進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算加以保證。 第二章 場(chǎng)地、地基、和基礎(chǔ) 建筑場(chǎng)地 一 .建筑地段的選擇 (地質(zhì)構(gòu)造和地形 ) ： (1)有利地段：基巖、堅(jiān)硬土或密實(shí)均勻的中硬土。 (2)不利地段：軟土、液化土、不均勻土 (河道、暗浜等 )。 (3)危險(xiǎn)地段：地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩陷、地裂、泥石流等及發(fā)展斷裂帶。 ： (1)震害：斷裂帶是地質(zhì)構(gòu)造上的薄弱環(huán)節(jié)，在地震時(shí)可能產(chǎn)生新的錯(cuò)動(dòng)，使地面建筑物遭受較大的破壞。所以對(duì)于這種危險(xiǎn)地段選擇建筑場(chǎng)地時(shí)應(yīng)予以避開。 (2)影響斷裂帶錯(cuò)動(dòng)的因素：地震裂度、覆蓋土層厚度： 8度 60m， 9度 90m時(shí)，可不考慮其影響。 (3)避讓：不滿足上述條件時(shí)，應(yīng)避開發(fā)震地帶，避開距離應(yīng)大于 200300。 建筑場(chǎng)地 ? 二 .場(chǎng)地土的分類：地震時(shí)，地震波經(jīng)過土層多次的反射、折射、傳入建筑物振動(dòng)后，又將一部分能量回輸?shù)降鼗V波？放大？很復(fù)雜。但場(chǎng)地土的影響是明顯的。如1976年委內(nèi)瑞拉地震 P19。 ? 軟弱地基上，柔性結(jié)構(gòu)易破壞，剛性結(jié)構(gòu)相應(yīng)表現(xiàn) 較好。 堅(jiān)硬地基上，柔性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好，剛性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)不 一，如 74年寧海、 76年唐山地震。 深厚覆蓋土層上建筑物的震害較重，而淺層土上建 筑物的震害則相對(duì)要輕些。 ? 建筑場(chǎng)地 ? ? 1)影響因素 覆蓋土層類型： *堅(jiān)硬土成巖石： Vs500m/s。 *中硬土： 250m/sVs=500m/s。 *中軟土： 140m/s=250m/s。 *軟弱土： Vs=140m/s。 覆蓋土層厚度：覆蓋土層至堅(jiān)硬層 (Vs500m/s)頂面的距離。 建筑場(chǎng)地 覆蓋土層厚度：覆蓋土層至堅(jiān)硬層 (Vs500m/s)頂面的距離。 ? 2).特殊情況：當(dāng)無(wú)實(shí)測(cè)剪切波速時(shí)，也可由載荷試驗(yàn)參考按 P20表 。當(dāng)由若干層土層組成的場(chǎng)地土，可用土層的等效剪切波速來(lái)劃分土的類型。等效剪切波速計(jì)算公式：P20式 ()()。 ? 3).抗震規(guī)范場(chǎng)地類別劃分：抗震規(guī)范按照表層土的剪切波速和場(chǎng)地覆蓋層厚度兩個(gè)因素，將建筑物場(chǎng)地分為 IIV四種類別，見表 ； P21。 例題 ： ? 已知某建筑場(chǎng)地的地質(zhì)鉆探資料如表 ，試確定該建筑場(chǎng)地的類別。 P21 ? 場(chǎng)地的地質(zhì)鉆探資料： 表 ? 層底深度 (m) 土層厚度 (m) 土層名稱 土層剪切波速(m/s) ? 砂 ? 淤泥質(zhì)粘土 ? ? ? ? 例題 解： (1)確定地面下 20m范圍內(nèi)土的類型 剪切波從地表到 20m深度范圍的傳播時(shí)間： ???ntsti Vdt1)/(??? smtdV ose /???所以表層土屬中軟土。 (2).確定覆蓋層厚度： 68m以下土層為礫石夾砂、土層剪切波速 500m/ 68m。 (3).確保類別：據(jù)表層土屬于中軟層和覆蓋層厚度在 9m80m之間兩個(gè)條件，查表 類場(chǎng)地土。 地基的抗震驗(yàn)祘 一 .天然地基破壞極少 . 二 .可不進(jìn)行抗震驗(yàn) 祘 的天然地基： P22。 三 .天然地基的抗震驗(yàn)算：考慮到地震作用下土的動(dòng)強(qiáng)度比靜強(qiáng)度高和可靠度應(yīng)該以靜力荷載下有所降低，地基抗震承載力設(shè)計(jì)值采用靜力承載力設(shè)計(jì)值乘以調(diào)整系數(shù)。 aaaEff ?? 地基和基礎(chǔ)的抗震驗(yàn)算：一般采用 是所謂的 擬靜力法 計(jì)算。另外，還需限制地震作用下過大的基礎(chǔ)偏心荷載。 地基的抗震驗(yàn)祘 四 .樁基的抗震驗(yàn)算： ： P24。 ： 1).單樁的豎向和水平向抗震承載力特征值： 見下節(jié)的討論 P24。 2).當(dāng)考慮樁基承受水平向地震荷載效應(yīng)的驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況確定樁和承臺(tái) (包括地下室 )荷載分擔(dān)此問題。 P24。 五 .液化地基的判別與處理： (1).地基土的液化：地基土液化，在地震作用下，飽和砂土或粉土顆粒間急劇上升的孔隙水壓力來(lái)不及消散，使有效壓力降低，當(dāng)有效壓力完全消失時(shí)，土體抗剪強(qiáng)度為 0，形成有如 液體 的現(xiàn)象，即稱為 液化 。 地基的抗震驗(yàn)祘 (2).液化危害 1).地面：噴水、冒砂、地陷等。 2).建筑物：下沉、傾斜，如唐山地震時(shí)，天津辦公樓半層沉地下；上部結(jié)構(gòu)破壞；室內(nèi)地坪破壞等。 ： (1)土層的地質(zhì)年代。 (2).土的組成和密實(shí)飽度。 (3).液化土層的埋深。 (4).地下水位深度。 (4).地震烈度和持續(xù)時(shí)間。 ： 初步判別為不液化或可不考慮液化影響的條件： P27。 地基的抗震驗(yàn)祘 crNN ?： *標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的判別公式為： 錘重： ()、落地： (76cm)、打入土層深度： (30cm)。 *計(jì)算液化指數(shù)： P30。 ： P31。 思考題 ?怎樣考慮 ?分 4類、分類依據(jù)。 P20。 P19。設(shè)防烈度。 ?怎樣判別 ?土層液化會(huì)造成那些后果 ? ，并判斷場(chǎng)地類別。 土層厚度 Vs(m/s) 180 200 260 420 530 第三章 單自由度體系結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng) 概述 一 .建筑結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)： *地震反應(yīng)：地面運(yùn)動(dòng)作用于房屋 ,在房屋結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力、變形、位移速度和加速度。