结构的抗震设计0830解读.pptx

地震与结构设计 《建筑抗震设计规范 GB50011-2010》 抗震设防烈度6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计 根据我国的实际情况——经济实力有了较大提高，但仍属于发展中国家水平，提出适当的抗震设防标准，即能合理使用建设投资，又能达到抗震安全的要求。 三个基本思想：小震不坏，中震可修，大震不倒 结构设计师在设计过程中怎么满足抗震要求？怎样去计算地震力？ 房子的质量和房子的刚度 刚度200kN/mm？ 用一个变形金刚那么大的千斤顶来顶房子的屋顶，当施加到200千牛的推力的时候，房子的屋顶刚好侧移1毫米 影响刚度的因素有哪些？ 柱子：柱子越粗，柱子越多，就越难推动房子，所以刚度也就越大。 高度：同样粗细、数量的柱子，一个房子比较高，相对高瘦，下盘不稳，刚度也就小一些。 计算自震周期 房子的有关地震信息：建造地区，场地类别 假设房屋建在汶川，场地属于普通土壤即第III类场地。 抗震设防烈度 8度、设计地震分组第一组、场地类别第III类。 查表！结构工程师的必备技能！ 我们的最大地震影响系数最大值是0.16，场地特征周期是0.45秒。 根据我们上面的这些数值，对于我们这块场地，对于我们这个小房子，我们就得到了一个反应谱。同样的房子，不同的场地，反应谱也不一样。对于建筑结构设计，每一个房子，都有属于自己的反应谱。 这个反应谱其实得出的是一个地震影响系数 α 和周期 T 之间的关系，α 和 T 之间的函数图象是这样的： 带入实际数据 自振周期是0.243 当横坐标T=0.243时，纵坐标α=0.16 地震影响系数是0.16 地震影响系数是0.16？ 我们房子的质量是300吨，乘以9.8的重力加速度，相当于重力为2942千牛。我们的地震力呢？就等于2942千牛乘以这个0.16，也就是471千牛。 这也就是我们设计的时候所需要考虑的地震力，地震来了，就相当于有471千牛的力在推房顶。换言之，我所有的柱子加起来，要足以抵抗这471千牛的力。否则的话，柱子不够结实，这471千牛的力加上来，柱子就折断了，房子也就塌了。 如果柱子不够多呢？不够结实呢？那就得加粗加多了。但是请注意，柱子加粗加多之后，刚度就变了，不再是200千牛每毫米了。有了新的刚度值，以上的过程就需要从头再来一遍，得到一个新的地震力，再去比较新的设计里这些柱子够不够结实。如果还不行，继续修改，继续尝试，直到满足为止。 我们再来看一下刚度的概念，施加200千牛的力，房顶侧移1毫米。现在我已经知道，地震的时候，相当于施加了471千牛的力，成比例放大，471是200的2.354倍，那我现在的位移就是2.354毫米。也就是说，近似理解，在地震的时候，房顶会被地震来回晃动 2.354 毫米。 地震下的位移也是一个很重要的指标，如果位移过大，很可能房子就被晃散架了。对于一般的框架结构，规范的限值是550分之一。假设我们这个房子的高度是3米，那么550分之一就是5.455毫米。 我们的小房子在地震下的位移值是2.354毫米，小于规范要求的5.455毫米，所以是满足要求的。如果不满足要求，还是柱子得加多加粗，以上全部过程从头再来。 实际生活中地震力如何作用到建筑物上？ 想象这样一个场景，你站在原地不动，另一个人用力推你的肩膀，是不是很容易站不稳呢？再换一个场景，你站在公交车上，公交车突然刹车，你是不是也很容易站不稳呢？这两种情况对你而言，是不是等效的呢？ 有人推你，你脚在地面上不动，肩膀被人向后推，所以站不稳。公交车急刹车，脚跟着公交车地面减速，但上半身还维持着之前高速运动的惯性，所以也站不稳，这就是一个「惯性力」的概念。 变形金刚推房子，就类似于别人推你；地震来了，就类似于把房子放在一个巨大的公交车上，然后公交车急刹车。实际上，并没有「力」直接作用到到房子上，而是房子的基础随着地面运动，而上半部分还保持静止，由于惯性就产生了「作用力」。 抗震设计中，几个参数间的相互关系： 刚度与质量→结构的自振周期 结构的自振周期→地震影响系数 地震影响系数+自重→地震力 地震力+刚度→位移 自振周期直接决定了房子地震作用的大小 自振周期跟高度和层数成正比 低房子≈低周期 高房子≈高周期 地震的震动周期是不可控的 低周期地震-1995年日本阪神地震 高周期地震-1985年墨西哥城大地震 低周期地震-1995年日本阪神地震 阪神地震震害主要集中在低周期段，所以三层房子的震害要比二十层的严重。实际的震害也证明了这一点，多层建筑破坏严重，而高层的破坏相对较轻。有句话说「超高层建筑反而是地震中最安全的地方」，也是这个意思。周期非常大的超高层建筑，地震力与自身重力的比值会非常小。 高周期地震-1985年墨西哥城大地震 像1985年墨西哥城大地震就属于这种比较少见的类型，震害偏向高周期段。所有的低层建筑几乎毫发