建筑结构抗震设计第3章

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1、建筑结构抗震设计Seismicdesignofbuildings主讲：张美霞中国地质大学（武汉）工程学院土木系第3章结构地震反应分析和抗震验算3.1概述3.2单自由度弹性体系的地震反应分析3.3单自由度弹性体系的水平地震作用及其反应谱3.4多自由度弹性体系地震反应分析的振型分解法3.5多自由度体系的水平地震作用3.6结构的地震扭转效应3.7地基和结构的相互作用3.8竖向地震作用3.9结构地震反应的时程分析法3.10结构的抗震验算本章是全课的重点！！第三章重点、难点和基本要求重点和难点：1、重要术语、概念

2、、定义2、单（多）自由度体系地震反应和地震作用计算3、底部剪力法、振型分解法4、结构抗震验算基本要求：掌握结构抗震验算基本方法。3.1概述3.1.1几个概念1、结构地震作用：地震释放的能量，以地震波的形式向四周扩散，地震波到达地面后引起地面运动，使地面原来处于静止的建筑物受到动力作用而产生强迫振动。在振动过程中所引起的结构上的惯性力称为地震作用。在振动过程中所引起的结构上的惯性力是一种能反映地震影响的等效荷载，所以地震作用可以理解为一种由于地震引起的间接作用于结构上的能反映地震影响的地震等效荷载。由于属

3、于间接作用，不称为“地震荷载”，而称为“地震作用”。地震作用与一般静荷载不同，它不仅取决于地震烈度大小，而且与建筑结构的动力特性(如结构自振周期、阻尼等)有密切关系。3.1.1几个概念2、结构地震反应：结构由地震引起的振动称为结构的地震反应，它包括地震在结构中引起的内力、变形、位移、速度和加速度等。结构的地震反应是一种动力反应，结构地震反应分析属于结构动力学的范畴，与静力分析相比要复杂得多，因为反应的大小不仅与外来干扰作用的大小及其随时间的变化规律有关，而且还取决于结构本身的动力特性(如结构自振周期和阻

4、尼等)。由于地震时地面运动为一种随机过程，运动极不规则，而建筑结构是动力特性十分复杂的空间体系，故由地震引起的结构振动是一种很复杂的空间振动。在进行分析时，常须作出一系列简化的假定。3.1.1几个概念3、结构动力特性：结构的自振周期、振动频率、阻尼、振型等。4、结构的地震反应分析：是结构地震作用的计算方法，应属于结构动力学的范畴。要进行结构的抗震验算，必须先进行结构的地震作用和地震反应分析。3.1.2建筑结构抗震设计步骤1、计算结构的地震作用—地震荷载（地震作用的简化）；2、计算结构、构件的地震作用效应

5、—M、Q、N及位移；3、地震作用效应与其他荷载效应进行组合、验算结构和构件的抗震承载力及变形。地震作用和结构抗震验算是建筑抗震设计的重要环节，是确定所设计的结构满足最低抗震设防安全要求的关键步骤。由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确定性,以及结构和体形的差异等，地震作用的计算方法是不同的。可分为简化方法和较复杂的精细方法:底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法、静力弹塑性方法3.1.2建筑结构抗震设计步骤——续地震作用的简化：地震作用简化为三个方向：两个水平方向，一个竖向。一般分别计算三个方

6、向的地震作用。返回3.1.3结构抗震理论的发展一个世纪以来，结构地震反应计算方法的发展，大致可以划分为三个阶段：1、静力理论阶段---静力法（震度法）1920年，由日本大森房吉提出。假设建筑物为绝对刚体，结构所受的水平地震作用，可以简化为作用于结构上的等效水平静力F，其大小等于结构重力荷载G的k倍，即——地震系数,反映震级、震中距、地基等的影响3.1.3结构抗震理论的发展——续静力法的缺点：（1）没有考虑结构的动力特性；（2）认为地震时结构上任一点的振动加速度均等于地面运动的加速度，这意味着结构刚度是无

7、限大的，即结构是刚性的。3.1.3结构抗震理论的发展——续2、反应谱理论阶段地震反应谱：单自由度弹性体系在地震作用下其最大的反应与自振周期的关系曲线称为地震反应谱。美国于1940年5月18日取得了具有强地震特性的ElCentro地震波记录1943年美国皮奥特（M.A.Biot）发表了以实际地震记录求得的加速度反应谱，提出的“弹性反应谱理论”。按照反应谱理论，作为一个单自由度弹性体系结构的底部剪力或地震作用为：50年代起，美国、前苏联和中国先后采用反应谱理论建立了抗震计算方法。3.1.3结构抗震理论的发展

8、——续通过反应谱理论将地震对结构的作用等效为静力荷载，按静力方法求解结构的内力和位移等。也称拟静力法、等效荷载法。由于反应谱理论正确而简单地反映了地震特性以及结构的动力特性，从而得到了国际上广泛的承认。实际上到50年代，反应谱理论已基本取代了静力法。目前，在我国和其他许多国家的抗震设计规范中，广泛采用反应谱理论来确定地震作用，其中以加速度反应谱应用最多。3.1.3结构抗震理论的发展——续加速度反应谱，就是单质点弹性体系在一定的地面运动作用下