建筑构造抗震设计第3课时-地震作用和结构抗震验算 (1).ppt

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1、第3章结构地震反应分析与结构抗震验算§3.1概述地震作用：指地震动在结构上产生动力荷载，俗称地震荷载，属于间接作用。结构地震反应：由地震动引起的结构内力和变形、位移、速度及加速度等结构动力特性：结构的自振周期、振动频率、阻尼、振型等抗震设计包括：1）抗震概念设计2）地震作用计算3）结构抗震验算4）抗震构造措施建筑结构抗震设计步骤1、结构方案（类型、体系、体型、布置等）2、计算结构的地震作用3、计算结构、构件的地震作用效应4、地震作用效应与其它荷载效应进行组合5、验算结构和构件的抗震承载力及变形6、抗震构造措施地震作用和结构抗震验算是

2、建筑抗震设计的重要环节。3.1概述结构地震反应的影响因素地震动特性结构动力特性地震动强弱，频谱组成、持续时间、场地类型结构的自振周期、振动频率、阻尼、振型等地震作用简化为三个方向：两个水平方向，一个竖向。地震作用方向的简化：一般分别计算三个方向的地震作用。结构抗震理论的发展过程静力理论反应谱理论动力理论基于性态的抗震设计理论-Performance-basedseismicdesign1.静力理论阶段---静力法1920年，日本大森房吉提出。假设建筑物为绝对刚体。地震作用---地震系数将F作为静荷载，按静力计算方法计算结构的地震效应

3、？F=ma？F=ma问题：两个建筑物的地震作用是否一样大？2.反应谱理论---反应谱法1940年，美国Housner（豪森那）和Biot（皮奥特）提出地震作用---重力荷载代表值---地震系数（反映震级、震中距、地基等的影响）---动力系数(反映结构动力特性,如周期、阻尼等的影响)按静力计算方法计算结构的地震效应目前，世界上普遍采用的方法。3、直接动力分析理论--时程分析法TimeHistoryAnalysis将实际地震加速度时程记录（简称地震记录earthquakerecord）作为动荷载输入，进行结构的地震响应分析。t求得随时间

4、变化适用于甲类建筑、超高层、特别不规则的建筑、采取隔震、减震措施的结构。目前作为辅助手段二、与各类型结构相应的地震作用分析方法不超过40m的规则结构：底部剪力法一般的规则结构：两个主轴的振型分解反应谱法质量和刚度分布明显不对称结构：考虑扭转或双向地震作用的振型分解反应谱法8、9度时的大跨、长悬臂结构和9度的高层建筑：考虑竖向地震作用特别不规则、甲类和超过规定范围的高层建筑：时程分析法作补充计算。一、结构的计算简图水平地震作用下结构的自由度简化§3.2单自由度弹性体系的地震反应分析描述质量的两种方法1.连续化描述（分布质量）2.集中

5、化描述（集中质量）采用集中质量方法确定结构计算简图（步骤）：工程上常用将区域主要质量集中在质心；将次要质量合并到相邻主要质量的质点上去定出结构质量集中位置（质心）质量集中化实例水塔：主要质量：水箱次要质量：塔柱部分单厂：主要质量：屋面次要质量：柱及附属部分质量集中化实例多高层：主要质量：楼盖次要质量：柱及墙部分烟囱：若干区质量集中体系自由度一个质点，若不考虑其转动，则空间上有三个位移分量，则有三个自由度忽略直杆的轴向变形，则只有一个自由度而在平面上有两个自由度取质点为隔离体，质点上作用有三种力：惯性力：阻尼力：弹性恢复力：达朗贝尔（

6、D’Alembert）原理，质点在上述三个力作用下处于平衡：二、单自由度弹性体系的运动方程FIFsFdmxg(t)x(t)1、运动方程建立弹性恢复力：根据虎克（Hooke）定理，惯性力：阻尼力：按照粘滞阻尼理论，阻尼系数体系刚度（刚度系数）进一步简化为：称阻尼比称无阻尼自振圆频率由力的平衡：令地震作用下体系运动方程：若与动力学中单质点弹性体系在动荷载作用下的运动方程比较：可见，地面运动对质点的影响相当于在质点上加一个动荷载，其值等于，指向与地面运动加速度方向相反。计算结构的地震反应时，必须知道地面运动加速度的变化规律，而可由地震时地

7、面加速度记录得到。齐次方程的通解（有阻尼自由振动）当很小时解为为有阻尼的圆频率注意其解与结构的初位移和初速度有关。非齐次方程的特解与齐次方程的通解相加构成非齐次方程的通解，一般情况下，初位移和初速度均为零，故其解为杜哈米积分。齐次方程的通解非齐次方程的特解（杜哈米积分）求出位移反应的解后，微分后还可求出速度反应。同理可写出加速度反应进一步求出得到结构的地震作用三、关于反应谱的计算由于地震的运动是一个复杂的问题，抗震设计中我们更关心地震反应的最大值。可写出最大反应：简化时取加速度最大值速度最大值位移最大值当地面运动及结构的阻尼比确定后

8、，结构的反应仅与结构的自振周期有关。单自由度体系在给定地震作用下某个最大反应与体系自振周期的关系曲线称为该反应的地震反应谱。四、反应谱理论的意义根据已有的大量地震地面运动的记录，计算结构的地震反应来确定地震作用。将计算结果以地震反应随