1、结构及地基的抗震设计,主讲人：李绪华,前 言,抗震设计的效果验证不同于抗风及抗其他荷载的设计。 风及其他荷载作用下，如安全度不足，会很快得到失效的验 证；而地震作用很少出现或不会出现，结构的抗震效果短时 间内或永远得不到验证。因此，结构设计中有关抗震的设计 极易被忽略，这就带来了极大的隐患，一旦地震发生，将给 生命财产造成不可估量的损失。新的抗震规范GB50011-2001在诸多方面作了调整，如设 计反映谱。为全面了解GB50011-2001，以便于对外交流、 更好的使用计算软件及进行抗震设计，特举办本次讲座。,第一节 工程抗震设防,一、我国建筑抗震设计的基本准则：小震不坏、中震可修、大震不倒
2、。小震即发生机会较多的地震，50年超越概率为63.2% ，对应的烈度为多遇地震烈度。 中震即在50年内超越概率为10%的地震，对应的烈度为基本烈度。,通过对我国45个城镇的地震危险性分析结果统计， 基本烈度较多遇烈度高1.55度，较罕遇烈度低1度。, 大震即罕遇地震，50年内超越概率2%，对应的烈度为罕遇地震烈度。,抗震规范（GB50011-2001）明确提出了三个水准 的抗震设防要求：,第一水准：遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可使用；第二水准：遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，但经一般修理即可恢复使用；第三水准：遭受高于本地区设防烈
3、度的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。一般情况下，抗震设防烈度即采用基本烈度。但对进行过抗震设防区划工作并经主管部门批准的城市，按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数。,国家特大工程，如三峡水库；及较重要的工程，如国贸三期，需进行地震重要性评价。有专门的工程场地地震安全性评价技术规范GB17741-1999，由地震部门对地震断裂带及未来地震等进行评价，最终提供地震动参数，既抗震设计用的地震加速度（速度、位移）时程曲线、加速度反应谱和峰值加速度。二、抗震设计方法第一阶段设计：按多遇地震烈度对应的地震作用效应和其他荷载效应的组合，验算结构构件的承载能力和结构的弹性变形。第二
4、阶段设计：按罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构的弹塑性变形。,第一阶段的设计，保证了第一水准的承载力要求和变形要求；第二阶段的设计保证了第三水准的抗震设计要求。如何保证第二水准的抗震设防要求，尚在研究中，目前一般认为良好的抗震构造措施有助于第二水准要求的实现。三、建筑物重要性及设防分类标准有专门的国家标准建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2004） 甲类建筑：特大建筑工程和地震时不能发生严重次生灾害的建筑； 乙类建筑：地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑； 丙类建筑：一般建筑，除甲、乙、丁以外的工业与民用建筑； 丁类建筑；次要建筑，包括一般的仓库及人员较少的辅助建筑等。,对钢铁
5、厂： 甲类建筑 无； 乙类建筑：热电站厂房，总降变电所，炼铁、炼钢、轧钢变电所，氧气站、氢气站、乙炔站，油库； 丙类建筑：炼铁、炼钢、轧钢、机修、锅炉房、鼓风机站、修理库、水泵站； 丁类建筑：废料仓库、落锤车间。民用建筑抗震设防分类举例甲类：科学实验中的研究、存放巨毒生物制品、病毒（霍乱、伤寒、非典）的建筑。乙类：大型体育馆、大型电影院、大型博物馆。丙类：住宅、公寓。,建筑物抗震设防分类的意义 甲类：6-8度区，地震作用高于本地区设防烈度，其值按地震安全性评价结果；68度提高一度采取抗震措施，9度区应作专门研究； 乙类：按设防烈度进行地震作用计算，抗震措施提 高一度考虑，9度区应作专门研究；
6、丙类：抗震计算与抗震措施按设防烈度考虑； 丁类：按设防烈度进行地震作用计算，抗震措施可降低一度，6度不再降低。 建筑场地为类时，甲、乙类建筑可按本地区抗震设防烈度采取抗震构造措施，丙类建筑可按本地区抗震设防烈度降低一度采取抗震构造措施，6度不再降低。,抗震措施 除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括内力调整及构造措施。,抗震构造措施 一般不需计算而对结构和非结构各部分采取的细部设计，包括锚固长度及箍筋加密等。,提高一度采取抗震措施举例：如7度时，高度30m框架结构，丙类建筑时无论是地震 作用计算还是抗震措施均按7度、三级进行;如提至乙类建筑, 地震作用还按7度进行,但抗震措施按8度、
7、二级进行。,laE由1.05la提高至1.15la,箍筋加密亦按二级进行(如以平 法表示,应指明框架抗震等级为二级,而不是三级),最小构造 配筋率亦按二级进行。,四、抗震设计的总体要求： 概念设计：在总体上把握抗震设计的基本原则， 如场 地选择，建筑体型的层高，层数、高度及局部尺寸的限值； 抗震计算：为抗震设计提供定量手段； 构造措施：保证结构的整体性、加强局部薄弱环节， 从而保证抗震计算的有效性。上述三个层次的抗震设计是一个不可割裂的整体，忽 略其中任一部分都可能造成抗震设计的失败。,内力调整亦采用二级抗震等级的系数，梁端剪力设 计值Vb的系数由1.1提高至1.2,用PK-PM软件时,需将抗
8、震等 级改为二级,程序自动进行系数调整。,一、 场地及其地震效应1、卓越周期在岩层中传播的地震波具有多种频率成分，其中在振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期称为地震动卓越周期。当建筑物的固有周期与地震的动卓越周期接近时，建筑物的振动会加大，震害亦相应加重。在结构设计中，应尽可能使建筑物的自振周期避开场地的卓越周期。,第二节 场地与地基,卓越周期的测试方法 （1）通过土层剪切波速,1987年墨西哥城的震害就是因为高层建筑的自振周期与 深层软土层的卓越周期相近(2s),使500栋高层建筑严重破坏,常时微振 由于各种振源（如机器运转、交通工具等），大地处于 微振状态，利用地震仪记录微振波形。测出各
9、周期Ti及 其出现的频率Ni,然后按下列计算,绘制T-（%）曲线，峰值对应T即为卓越周期。,2、地震波地震时自震源发出两种波，即纵波（p波，压缩波）横波（s波，剪切波）。,卓越周期从0.1s数秒不等,我们遇到的工程,一部分 工程的卓越周期如下:,天津无缝 T=0.510s天津东移 T=0.811s宝钢 T=1.059s玉溪 T=0.146s魏桥 T=0.476s,纵波振动方向与波的前进方向一致，相邻质点在波的 方向作压缩与拉伸运动，类似于手风琴的伸缩，这种波传 至地面时，由于竖向的拉压作用，会引起物体的下陷或上 抛；,横波振动方向与波的前进方向垂直，相邻质点作相互 剪切运动，类似于舞彩带。这种
10、波传至地面时，物体会出 现水平摇摆现象。,纵波传播速度比横波快，衰减也较快，其影响范围亦不及横波。, 抗震理论主要考虑横波的剪切作用，而纵波的影响在 某类结构情况下才考虑。如8、9度时，网架结构及大跨 屋架结构需考虑竖向地震作用，其地震作用标准值取重 力荷载代表值乘以竖向地震作用系数。类场地土，8度 抗震，对网架结构的竖向地震作用系数为0.08。,3、波速测试,在划分场地类别时，用到等效剪切波速的参数，即覆盖层 厚度和20m的较小值范围内土层的等效剪切波速。, 在岩土工程勘察报告中，必定有一节关于波速测试的报告，即采用单孔法或跨孔法测试的结果。注册结构及岩土工程师考试中，有时给出每个土层的剪切
11、波速，考生求出等效剪切波速，进而判断场地类别。 通俗意义上可以这样理解剪切波速，波速越高，土越硬，场地类别越低；反之土越软，场地类别越高。4、覆盖层厚度覆盖层厚度的原意是指从地表至地下基岩面的距离，基岩界面是地震波传播中一个强烈的折射与反射面。规范中覆盖层厚度按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面确定。, 覆盖层厚度越大，场地类别越高，即地震作用越大。有了剪切波速及覆盖层厚度便可以判定场地类别（）。 概念的误区地基加固后可降低场地类别。场地类别是基于场地宏观的土层地震特性的划分，局部的地基加固不会改变这种特性。二、 地基抗震验算1、下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算 砌体结构房
12、屋； 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土的建筑；一般的单层厂房和单层空旷房屋；不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋，包括钢铁厂中主电室、综合楼一类的房屋； 可不进行上部结构抗震验算的建筑6度时，除类场地较高的房屋建筑，其余可不进行抗震验算。, 对于我们平时的工程，大多为单层厂房及多层框架房屋，可不进行地基的抗震承载力验算，即进行地基承载力验算时取没有地震作用参与的组合内力值。采用TAT计算时，给出的柱底内力常常是包含地震作用的内力，此时需按无地震再计算一次，得出无地震作用的组合内力。钢结构提出的柱底组合内力，需分出哪些是地震作用参与组合的，在进行地基承载力验算时采用无地震作用的组合
13、内力。2、承受竖向荷载为主的低承台桩基，当地面下无液化层，且桩承台周围无淤泥，淤泥质土和地基承载力特征值不大于100kPa时，下列建筑可不进行桩基承载力验算： 同天然地基的、； 7、8度的下列建筑同天然地基的,3、天然地基的抗震承载力验算,a取决于岩土的名称及性状，土的承载力越高，a越高。4、桩基的抗震承载力验算竖向承载力,水平承载力 无论是天然地基还是桩基，一但进行抗震承载力验算， 上部结构组合内力值必须取有地震参与组合的内力。 需要一提的是烟囱这种构筑物当6度及7度、 类场地（基本风压w00.5kN/m2）的 烟囱基础，可不进行天然地基及桩基的抗震承载力验算，其 余应进行验算。三、地基液化
14、液化无论是工程实践还是注册考试，都是一个较为重要的问题。我们在平时只根据岩土工程勘察报告，得出液化、不液化的结论，对其机理不一定十分了解，在此作一介绍。,液化即在地震作用下，砂土或粉土中孔隙水压力升高，当孔隙水压力达到或超过土颗粒的应力时，土粒间抗剪能力消失，土颗粒处于悬浮状态，形成所谓的液化。液化产生后，地基丧失承载力，建筑物产生沉陷或倒塌。 液化判别分为初步判别和标准贯入试验判别两步。 初步判别：1、饱和的砂土或粉土符合下列条件之一时，可判为不液化。 地质年代为第四纪更新世上（Q3）及其以前，且设防烈度为7、8度时。第四纪（Q）距今200300万年，主要地壳运动为喜玛拉雅运动，地壳发育成现
15、代形势，人类出现，分为：Q4-全新世Q3-更新世上Q2-更新世中Q1-更新世下, 粉土的粘粒（粒径小于0.005mm）含量 含量 c 10（7度）、 c 13（8度）、 c 16（9度）时；粒径含量越高，粘性越大，粘性有助于土粒维持稳定 ，越不容易液化。液化土多为砂土、粉土等无粘性或粘性很弱的土； 地下水位深度和覆盖非液化土层厚度, 标准贯入试验判别初步判别不能满足时，地基土存在液化的可能，需进一步判别。 地面下15m范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值当采用桩基或基础埋深5m时，地面下1520 m范围内，液化判别标准贯入锤击临界值。Ncr-液化判别标准贯入锤击数临界值No-液化判别标准贯入锤
16、击数基准值ds-饱和土标准贯入点深度c-粘粒含量百分率，3时或为砂土时，应采用3,当标准贯入锤击数（未经杆长修正）小于Ncr时，判为液化土。 对存在液化土层的地基，计算每个钻孔的液化指数， 进而确定液化等级。,Wii土层单位土层厚度的层位影响权函数值 判别深度15m5m采用10，15m为0，515插入 判别深度20m5m采用10，20m为0，520插入 Ni、Ncri-分别为i点标准贯入击数的实测值和临界值，实测值临界值时取临界值总结上述，先确定判别深度（15m，20m），再对每个土层进行液化判别，最后计算每个钻孔的液化指数，在液化指数计算中，不液化的土层应扣除。在同一地震烈度下，液化层的厚度
17、越厚，埋深越浅，地下水位越高，与临界标贯临界值相差越多，液化越严重，震害就越大，液化指数是上述的综合体现。,d1=2.1-1=1.1d3=5.5-4.5=1d5=8-6.5=1.5查表，15m，属中等液化z1=1.0+1.1/2=1.55z3=4.5+1.1/2=5.0z5=6.5+1.5/2=7.25, 根据液化指数，确定液化等级，再根据液化等级及 建筑类别决定地基处理方案。 实际工程中液化问题不常遇到，已停工的阳谷棒材 工程属严重液化等级，采用碎石桩消除液化，充盈 系数为1.2，取得了良好的效果。,当采用桩基解决液化问题时，液化土的桩周摩阻 力及水平抗力应进行折减。折减系数根据实际标贯锤
18、击数与临界标贯锤基数之比及标贯点深度，按抗震规 范表4.4.3确定,从0.0到1.0。,第三节 结构地震反应分析,一、术语 1、结构地震反应 由地震引起的结构内力、变形、位移及结构运动 速度与加速度等统称为结构地震反应。2、地震作用 “作用”分别直接作用与间接作用，各种荷载（重 力、风、水、土）为直接作用；而各种非荷载（温度、 沉降）为间接作用。结构地震反应是地震动通过结构 惯性引起的，地震作用（即地震惯性力）是间接作用， 而不称为荷载。为工程上的方便，将地震作用等效为 某种形式的荷载作用，又称为等效地震荷载。,3、 阻尼比 物体在振动过程中，由于外部介质阻力，构件和支座部分连接处的摩擦及材料
19、的非弹性变形等原因，结构的振动将逐渐衰减，这种使结构衰减的力称为阻尼力。阻尼力与振动速度成正比，即：,临界阻尼比c/cr，简称阻尼比，1时结构不再振动。 按下列取值： 砼结构： 0.05 砌体结构： 0.05,c - 阻尼系数 当c=2 时，结构不再产生振动，此时称为临界阻尼系数cr,钢结构：多遇地震 12层0.03512层 0.02罕遇地震 0.05单层钢结构 0.05钢烟囱 0.01型钢砼结构 0.04钢框架-钢筋砼抗震墙结构 0.035二、设计反应谱 1、术语 地震系数地震动峰值加速度与重力加速度之比, 动力系数单质点弹性体系在地震作用下最大反应加速度与地面最大加速度之比, 引入地震影响
20、系数, 地震影响系数最大值maxmax=kmax根据基本烈度能对应出k值，如8度0.20g的地区，k=0.20max=2.25第一阶段进行多遇地震下验算时，k值相当于基本烈度k 值的1/3；第二阶段罕遇地震下验算时，k值相当于基本烈度k值的1.52倍。这样可得出不同烈度下，多遇及罕遇地震的水平地震影响系数最大值 max, 规范中实际隐含着动力放大系数max=2.25，对于给定场地的反应谱曲线，把max=2.25对应的最大周期定义为该场地特征周期Tg。,描述一次强震地面运动，一般认为可用加速度峰值、持续 时间和主要周期三个特性参数来表示。主要周期（特征周期） 随场地类别、震中距远近而变化。场地类
21、别越高、震中距越远， 特征周期越长。,89规范中以近震、远震加以区别，2000规范改为地 震设计分组，第一组相当于原来的近震，第三组相当于 原来的远震，第二组具界于近、远震之间，这种划分较89 规范更加全面、科学。,设计基本地震加速度,89规范称为地震加速度的设计取值，7、8、9度分别 为0.10g、0.20g、0.40g,2000规范改为6、7、8、9度分别为0.05g、0.10g(0.15g) 0.20g(0.30g)、0.40g,括号内数值俗称7.5度、8.5度的设计基本地震加速度，比89规范更加合理。,在应用时，同样是7度、8度，须注意加速度取值问题，它会影响地震影响系数等计算参数。,
22、2、设计反应谱,（一）,（二）,规范中将其称为地震影响系数曲线，即所谓的地震设计 反应谱。根据结构的自振周期，在曲线上对应求出地震影响系数 ，以便进行地震作用计算。此曲线较89规范的3s延至了6s，对于一般的结构来说均 能满足要求，但对于自振周期6s的结构来说需通过地震安 全性评价提供特殊的反应谱。对于0.05的结构来说，如高层钢结构、钢烟囱等，需 进行阻尼比调整，即对进行调整，并增加1、2调整系数。,三、弹性体系地震反应分析1、振型分解反应谱法,我们所用的计算程序都是采用这种方法编制的，相对于 基底剪力法精度更高一些，更合理一些。,质点i的第j振型水平地震作用,Fji=GijjjiGi质点i
23、的动力荷载代表值j第j振型地震影响系数jj振型参与系数，表示结构振动时j振型所占的比重,ji振型j在质点i处的振型位移, 振型组合,确定了每个振型的水平地震作用后，便可按静力计算 方法求得每个振型对应的地震作用效应Sj（弯矩、剪力、,轴向力、位移、变形），然后按平方和平方根法（SRSS） 加以组合，得到地震作用效应的计算值S。,一般情况下，可取结构前2-3个振型进行组合；T 1.5s 或房屋高宽比H/B5，增加到57个振型进行组合。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 振型为主，因此无需取结构全部振型进行组合。,例题,T1=0.433s T2=0.202s T3=0.1
24、36s, 第二振型,计算各振型地震作用 第一振型, 第三振型,由各振型水平地震作用产生的底部剪力,通过振型组合求结构的最大底部剪力,以同样的方法可求得顶部位移或梁、柱的弯矩、剪力， 从而进行抗震截面验算。,2、底部剪力法,采用振型分解反应谱法计算结构地震反应精度较高，但 很难进行人工计算，一般要借助于计算软件在计算机上进行。理 论分析表明，当建筑物高度不超过40m，结构以剪切变形为主且,质量和刚度沿高度分布较均匀时，结构的地震反应将以 第一振型反应为主，而结构的第一振型接近直线。,结构地震反应可用第一振型反应表征; 结构的第一振型为线性倒三角形，振型位移与高度成正比, 当仅考虑第一振型地震作用
25、时，对于基本周期较长的 结构，缺少了高振型的地震作用，而此时高振型的地震作 用又不可忽略。因此规范中对于基本周期T11.4Tg的结构， 需在顶部附加一集中水平地震作用。,n顶部附加地震作用系数，多层砼结构和钢结构按表5.2.1采用，多层内框架砖房采用0.2，其他房屋可采用0.0, 突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应， 乘以增大系数3，此增大部分不往下传递。,公式中代号的解释FEk 结构总水平作用标准值1相应与结构基本周期（T1）的水平地震影响系 数，砌体结构取max,Geq单质点取总重力荷载代表值，多质点取总重力 荷载代表值的85%, 重力荷载代表值（Geq）抗震设计时，在地震作用
26、标准值的计算和结构构件 作用效应的基本组合中的重力荷载取值。它由永久荷载的标准值和可变荷载组合值组成。组合值由可变荷载标准值乘以组合值系数而来。,雪荷载 0.5 屋面活荷载 0 藏书库 0.8,一般楼面活荷载 0.5 软钩吊车吊重 0 硬钩吊车 0.3, 顺便提一下，在我们遇到的高架平台框架计算中，平台 活荷载往往很大，达到50kN/m2甚至更大。若进行地震作用 计算，其重力荷载代表值很大。根据 F=Geq，地震作用也会 很大，使得梁、柱配筋亦较大。但平台活荷载属检修荷载， 类似于屋面活荷载，不应计入重力荷载代表值。为此，我们 主张在砼高架平台设计中不考虑地震作用。,至于多层钢结构平台，如炼钢
27、车间操作平台，应考虑地 震作用，但用程序计算时将0.5的平台活荷载计入重力荷载代 表值中，显得偏大，此问题应进行妥善的处理。,3、竖向地震作用,规范中规定：8、9度区的大跨度结构、长悬臂结构、烟 囱及类似高耸结构，9度区的高层建筑，应考虑竖向地震作用。 我们的工程中涉及到网架、大跨度屋盖、烟囱等，计算程序中 一般会考虑此问题，如烟囱计算程序便考虑了这问题。若程序 中未考虑，则应予以考虑，如跨度24m的钢屋架。FV=0.1Geq（8度时的屋架）其作用分布与重力荷载分布相同。,4、结构扭转耦联地震反应,质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地 震作用下的扭转影响。规则结构不进行扭转耦联计算
28、时，平行于地震作用方向 的两个边榀，其地震作用效应乘以增大系数。短边1.15、长边 1.05，扭转刚度较小时按1.3。,各楼层取两个正交水平位移和一个转角共三个自由度。 每个振型的平移分量和转角分量耦联，不出现单一分量的 振动形式。,每一振型按静力方法求得某一特定最大振型地震反应 后，同样需进行振型组合求该特定最大总地震反应。不考 虑扭转耦联则取r个振型组合，考虑扭转耦联则取3r个振型 组合。,Sj、Sk-为振型j、k的地震作用效应jk-耦联系数, 上述为考虑单项水平地震作用下的扭转效应。, 按上式分别得出x向及y向某一特定地震作用效应（位移、内力），考虑双向水平地震作用。,四、结构的非弹性地
29、震反应分析在罕遇地震下，允许结构开裂，产生塑性变形，但结 构不能倒塌。结构超过弹性变形极限，进入非弹性变形状 态后，结构的刚度发生变化，结构弹性状态下的动力特征 （自振频率和振型）不再存在。固而振型分解反应谱法， 底部剪力法不再适用于非弹性地震反应。非弹性地震反应分析主要用于罕遇地震作用下薄弱层 弹塑性变形计算，使得弹塑性层间位移角不超过限值P。,TAT、SATWE高层结构计算软件中均由此功能。, 下列结构应进行弹塑性变形验算, 8度III、IV类场地和9度时，单层钢筋砼柱的排架； 7-9度楼层屈服强度系数0.5的钢筋砼框架结构,屈服强度系数,Vy（i）按框架、排架实际配筋计算的楼层i的抗剪承
30、载力； Ve（i）罕遇地震下楼层i的弹性地震剪力 高度150m的钢结构 甲类建筑和9度时的乙类建筑结构,五、时程分析法,1.弹性时程分析法,规范规定：特别不规则的建筑，甲类建筑和表5.1.2-1 所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地 震下的补充计算。输入,电脑输入时，是以数值的形式输入。,时程分析法是由数值积分求解运动微分方程的一种方 法，在数学上称为逐步积分方法。这种方法是由初始状态开始逐步积分直至地震终止， 求出结构在地震作用下从静止到振动，直至振动终止整个 过程的地震反应（位移、速度、加速度）。这种方法的基本假定是，质点的加速度反应在任意微 小时段，即积分时段t内的变化呈线
31、性关系。时程分析法 的精度与时间步长t取值有关，一般取自振周期的1/10，即 t1/10T 。,为了更好的理解时程分析法，将以单值点例题的结果列 于下表：,从上表可看出单值点在每一时刻的位移速度，加速度的 变化过程。,2. 弹塑性时程分析法与弹性时程分析法类似，只是刚度、阻尼随时间而变化。 弹塑性时程分析是计算结构弹塑性变形最为正规的方法，只 要选取合适的地震波，罕遇地震作用下的变形验算是可靠的。 随着计算软价水平及地震波选取合理性的提高，对第二阶段 的抗震设计，弹塑性时程分析将是最有意义的方法。,第四节 结构抗震验算,一.多遇地震下结构允许弹性变形为保证“小震不坏”（即多遇地震，小震），需限
32、制层 间弹性位移角，以保证填充墙、玻璃幕等维护、装修非结 构构件的损坏。,Vii层的剪力标准值 Kii层的侧移刚度,2.振型分解法,计算软件中均采用振型分解法，以杆系有限元 方法求得各楼层位移，进而求得层间位移。 在我们平时的设计中，很少有人注意层间位移问题。 对于我们的大部分框架结构层间位移都能满意要求，但当 结构层高较大，总高度较大时，可能会出现不满足的问题， 平时还得注意这个问题。,二、罕遇地震下结构弹塑性变形验算,为保证“大震不倒”（罕遇地震、大震），某些结构需 进行层间弹塑性位移验算，以满足下式：,upph,H薄弱层层高或钢筋砼单层厂房上柱高度 p层间弹塑性位移角限值，排架结构1/3
33、0,框架结构1/50, 在我们日常的工程结构设计中，可以说无人顾及到 这个问题，但下列结构要考虑这个问题： 8度III、IV类场地和9度时，高大的单层厂房砼排架柱。 一般的棒、线材车间排架柱不在此列中，炼钢车间的排架柱 可能在此列中，但高大的炼钢车间一般采用钢结构柱，也 就不在这个问题了。, 79度楼层屈服强度系数0.5的框架结构。这种情况 我们还是有可能遇到。,孙衍法提供的邢台德龙中宽带工程主电室的计算结果 （7度、0.10g）楼层 屈服系数4 0.30653 2.04292 0.41511 0.5580,第2、4层屈服强度系数y0.5，经验算up/h分别为1/71、1/79，满足p=1/5
34、0的要求。不满足的情况发生在层高大的时候。,三、 多遇地震下结构强度验算,SR/RES梁、柱等构件内力组合设计值R构件静力承载力设计值RE承载力抗震调整系数,此系数1,如钢结构梁、 柱RE=0.75，连接焊逢RE=0.9；钢筋砼梁受弯、 剪分别为0.75、0.85，轴压比0.15的偏压柱RE=0.8,R/RE相当于考虑地震作用时，将构件承载力提高， 是基于下列原因：动力荷载下材料强度比静力荷载下高；地震是偶然作用，结构的抗震可靠度可比其他荷载的 可靠度低。,将上式变换一下，SRER，可理解为将构件 内力进行折减。,第五节 结构抗震设计,在上述四节中介绍了地震作用的机理和结构反应， 以及抗震设计
35、的总原则。根据我们的工程情况，着重 介绍一下多层钢筋砼框架及单层钢筋砼排架的抗震设计。,一.多层钢筋砼框架,1.构件（梁、柱）内力的由来,框架结构的内力分析目前都是按PK-PM系列程序 自动分析，以有限元法分别对静、活、风荷载及地震作 用进行单项内力求解，然后进行荷载效应组合，给出 梁、柱在各种荷载效应组合下的内力。,抗震设计时，结构构件的地震作用效应和其他荷 载效应的基本组合为：,S=GSGE+EhSEhk+EvSEvk+wwSwk,对于多层框架结构，不考虑竖向地震作用效应及风荷载， 简化为：S=GSGE+EhSEhk,G 重力荷载分项系数，取1.2，对构件承载力有利时取1.0 Eh 水平地
36、震作用分项系数,取1.3SGE 重力荷载代表值，如前所述，包含了一部分活荷载Sehk水平地震作用标准值,2截面设计及构造1）框架结构的抗震等级房屋越高地震反应越大，相应的抗震要求越高。 综合考虑地震作用（包括设防烈度，场地类别），结构,类型和房屋高度等主要因素，划分抗震等级进行抗震 设计，是基于经济合理的考虑。,根据设防烈度和房屋高度，框架结构抗震等级划 分为四个等级。6度时，尽管不进行抗震强度验算，但 在构造措施上要符合要求，6度时，无论是抗震强度验 算还是构造措施均不考虑，与抗震规范可以认为无关系了。,2）地震作用效应的调整通过内力组合得出的内力，还需进行调整以保证：, 梁端的破坏先于柱端
37、的破坏，即所谓的强柱弱梁； 弯曲破坏先于剪切破坏，即所谓的强剪弱弯； 构件的破坏先于节点的破坏，即所谓的强节点弱构件。,“强柱弱梁”不是指柱比梁的截面大，而是对柱的配筋 进行加大，保证柱的抗弯承载力大于梁的抗弯承载力。,MC节点上，下柱端截面顺时针成逆时针组合的弯矩设计值之和Mb节点左右两端截面逆时针成顺时针组合的弯矩设计值之和c为强柱系数，一、二、三级分别为1.4、1.2、1.1,一、二、三级框架结构的底层柱下端截面的弯矩设 计值，分别乘以1.5、1.25、1.15的增大系数。, “强柱弱梁”的调整思路, “强剪弱弯”的调整思路,对同一杆件，使其在地震作用组合下，剪力设计 值略大于按设计弯矩
38、或实际抗弯承载力及梁上荷载反 算出的剪力。,一、二、三级框架，梁端剪力设计值按下到调整,梁端剪力增大系数，一、二、三级分别为1.3、1.2、1.1,梁左右端逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值,重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端剪力设计值, 框架柱设计剪力的调整,一、二、三级框架,VC柱剪力增大系数, 一、二、三级分别为1.4、1.2、1.1,分别为柱上、下端顺时针或逆时针截面组合的弯矩设计值, 配筋及构造,为保证结构的延性，防止发生脆性破坏，抗震结构比 非抗震结构要求更严, 梁截面经受压区高度,x0.25h0 (一级)x0.35h0 (二、三级),HRB335、C25时的非抗震要求 x0
39、.55h0, 框架梁, 抗轴压比,一、二、三级轴压比限值分别为0.7、0.8、0.9, 需要指出的是，轴力设计值N指地震作用组合的设 计值，当6度时，不进行地震作用计算，取无地震作用 组合的轴力设计值。,限制轴压比是为了保证在地震作用下，柱处于大偏 心受压状态，呈延性破坏。轴压比限值是从偏心受压截 面产生界限破坏的条件得出的。,当轴压比不满足时，不可盲目加大截面或提高砼强 度等级，分析一下是否活荷截太大，因为重力荷截代表 值中包括了50%的楼面活荷截。, 箍筋加密,在地震作用下，梁、柱端部剪力最大，极易产 生剪切破坏，因此在端部将箍筋进行加密。,加密范围及最大间距，最小箍筋直径要求可从 规范中
40、查阅，在此不再赘述。, 需要强调的是，在运用软件计算框架时，应按 箍筋200先计算，看看整个梁的抗剪箍筋量是多少 ，非加密区接此配量，加密区将间距缩为100。, 配箍率,89规范直接给出柱加密区体积配箍率，新规范 改为下列,V-最小配箍特征值，与轴压比及抗震等级有关,计算体积配箍率时，应扣除重叠部分的箍筋体积,新规范增加了梁的配箍率要求，沿梁全长每处的 配箍率符合下列要求：,一级 SV0.30ft/fyv二级 SV0.28ft/fyv三、四级 SV0.26ft/fyv, 配筋率要求,柱最小配筋率：根据抗震等级及中柱、角柱查,柱最大配筋率：5%，3%时箍筋弯钩末端 平直段10d、135弯钩，或焊
41、成封闭环式。, 梁最小配筋率，接抗震等级，分为支座和跨中，如 三级支座处：,0.25%和55ft/fy%的较大值, 梁端纵向受拉配筋最大配筋率2.5%。, 纵筋间距、箍筋肢矩, 周期折减,框架结构在考虑填充墙因素时，总体刚度加大，其 自振周期会缩短，在实用上将不考虑填充墙的框架自振 周期乘以一个1的周期折减系数。周期折减后，地震影 响系数又会增大，即地震作用会加大。,轻质墙体（如加气砼）T=0.80.9砖砌体及小型砌块T=0.50.9,根据C（有砌体填充墙框架榀数与框架总榀数之比） 及有无门窗洞在抗震设计手册P361查取。,二、 单层厂房排架,1、计算模型在我们的工程中一般接平面桁架考虑即可，
42、即使是轴柱处，虽然考虑了空间作用，但也是按展开的平面桁架进行计算。,重力荷载代表值中吊车重力对于软钩吊车来说，即 一台吊车的自重在柱上产生的最大压力，多跨厂房每跨 取一台，但不超过两台。计算软件中取相邻跨的两台。,内力组合,1.2静+1.4风1.2静+1.4吊1.2静+0.91.4（吊+风）1.2静+0.91.4（吊+活+风）1.2重力荷载代表值效应+1.3水平地震作用标准值,有地震作用的内力组合中，吊车荷载只考虑竖向 荷载，不考虑水平刹车力产生的内力，每跨只考虑一 台，且最多不超过两台。计算软件中取相邻跨的两台。,3、柱间支撑,重力荷载代表值除结构自重外，应包括雪、积灰， 吊车自重取左右跨吊
43、车总重的一半。,内力组合：1.4（吊+风）1.3水平地震作用标准值,吊一侧 轮子总数的一半产生的纵向刹车力风山墙及天窗的一半传的风荷载,水平地震作用-屋盖重力荷载代表值产生的地震作用。,我们目前的单层厂房多采用轻屋面，地震作用已不 起控制作用，在柱间支撑计算时，只可按吊车荷载及风 载进行计算。,4、周期折减,大型屋面板、砖围护墙时 T=0.8压型钢板屋面、墙面 T=1.0,5、构造措施,主要是厂房柱子,震害：上柱柱端开裂，柱顶压酥、拉裂，高、低跨 处由于高振型影响产生相反方向的运动，使中柱柱肩竖 向拉裂，柱间支撑节点处由于应力集中开裂。,鉴于上述，规范对柱箍筋作如下规定：,柱头，柱顶以下500
44、 ， 不小于柱截面长边尺寸；上柱，自牛腿面至吊车梁顶面以上300；牛腿、肩梁取全高；柱根，下柱柱底（指基础顶面）至室内地坪以上500；柱间支撑与柱连接节点，取节点上、下各300。, 工字形柱，柱底至室内地坪以上500采用矩形截面。 高、低跨牛腿埋件,柱间支撑预埋件，8度、类场地，采用角钢 锚筋；其他可采用HRB335锚筋。柱间支撑的下柱支撑的下节点。屋架与柱的连接，8度时宜采用螺栓连接，采用 钢屋架时不存在此问题，但采用钢筋砼屋面梁时便产 生了这个问题。,讲座结束谢谢大家!,2004.11.5,标准贯入试验判别 初步判别不能满足时，地基土存在液化的可能，需进一步判别。 地面下15m范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值当采用桩基或基础埋深5m时，地面下1520 m范围内，液化判别标准贯入锤击临界值。Ncr-液化判别标准贯入锤击数临界值No-液化判别标准贯入锤击数基准值ds-饱和土标准贯入点深度c-粘粒含量百分率，3时或为砂土时，应采用3,
