最新13章建筑结构抗震设计基础知识.docx
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最新13章建筑结构抗震设计基础知识
青岛黄海职业学院教师教案
(编号1)年月日
课题第十三章建筑结构抗震设计基本知识
13.1概述13.2抗震设计的基本要求
课时
教学目的熟悉地震波、震级、烈度的概念;明确建筑抗震设防依据、目标及分类标准;理解抗震概念设计的基本内容和要求
教学重点抗震设防要求
教学难点抗震设防要求
教学关键点地震波、震级、烈度的概念
教具《建筑结构》教材及教案
板书设计第十三章建筑结构抗震设计基本知识
13.1概述
一、构造地震
二、地震波
三、震级
四、烈度
五、抗震设防
13.2抗震设计的基本要求
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
课题导入:
地球是一个近似于球体的椭球体,平均半径约6370km,赤道半径约6378km,两极半径约6357km.
地球内部可分为三大部分:
地壳、地幔和地核.
课程新授:
第十三章建筑结构抗震设计基本知识
13.1概述
一、构造地震
地震按其成因划分为四种类型:
1.火山地震:
由于火山爆发而引起的地震;
2.陷落地震:
由于地表或者地下岩层突然发生大规模陷落和崩塌而造成的地震;
3.诱发地震:
由于人工爆破,矿山开采及工程活动引发的地震;
4.构造地震:
由于地球内部岩层的构造变动引起的地震(约占地震发生的90%)——是结构抗震的主要研究对象
震源、震中和震中距
地球内部断层错动并引起周围介质振动的部位为震源;震源正上方的地面位置为震中;地面某处至震中的水平距离为震中距.
二、地震波
地震时振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量,这就是地震波。
它包括在地球内部传播的体波和只限于在地球表面传播的面波。
1.体波
体波中包括有纵波和横波两种形式。
纵波是由震源向外传递的压缩波,这种波质点振动的方向与波的前进方向一致,其特点是周期短、振幅小、传播速度快,能引起地面上下颠簸(竖向振动)。
横波是由震源向外传递的剪切波,其质点振动的方向与波的前进方向垂直,其特点是周期长、振幅大、传播速度较慢,能引起地面水平摇晃。
2.面波
面波是体波经地层界面多次反射传播到地面后,又沿地面传播的次生波。
面波的特点是周期长、振幅大,能引起地面建筑的水平振动。
面波的传播是平面的,衰减较体波慢,故能传播到很远的地方。
地震波的传播以纵波最快,横波次之,面波最慢。
因此,地震时一般先出现由纵波引起的上下颠簸,而后出现横波和面波造成的房屋左右摇晃和扭动。
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
三、震级
地震震级是衡量一次地震释放能量大小的尺度,即表示地震本身大小的一种尺度,震级
M常按下式确定:
震级M与震源释放能量E的关系:
M<2微震;M=2~4有感地震;M>5破坏性地震;M=7~8强烈地震;M>8特大地震。
四、烈度
1.概念:
指某一区域的地表和各类建筑物遭受某一次地震影响的平均强弱程度;由地面建筑的破坏程度,人的感觉,物体的振动及运动强烈程度而定。
现在主要由地面震动的速度和加速度确定。
一次地震,表示地震大小的震级只有一个,但可以有多种不同的烈度。
一般而言,震级越大,烈度就越大。
同一次地震,震中距越小烈度就越高,反之烈度就低。
影响烈度的因素,除了震级、震中距外,还与震源深度、地质构造和地基条件的因素有关。
中国地震烈度表见表13.1
震中区的烈度称为震中烈度;震级和震中烈度的关系:
2.多遇烈度、基本烈度、罕遇烈度
一个地区在一定时期(我国取50年)内,可能遭受的不同地震烈度的频率是不同的。
根据地震发生的概率频度(50年发生的超越概率)将地震分为“多遇烈度”、“基本烈度”和“罕遇烈度”三种。
其中,基本烈度(中震)的超越概率为10%,是一个地区进行抗震设防的依据;多遇烈度(小震)出现概率最多,超越概率为63.2%,比基本烈度约低1.55度;罕遇烈度(大震)的超越概率为2%~3%,比基本烈度约高出1.0度。
图13.2三种烈度关系示意图
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
3.抗震设防烈度、设计地震分组
抗震设防烈度是按国家批准权限审批或颁布的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。
一般情况下,抗震设防烈度可采用地震基本烈度。
五、抗震设防
1.抗震设防目标
房屋结构的抗震设防目标,是对建筑结构应具有的抗震安全性能的总要求。
我国《抗震规范》明确提出了三个水准的抗震设防要求:
第一水准:
当遭受低于本地区抗震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可继续使用。
第二水准:
当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时,建筑物可能损坏,但经一般修理或不修理仍可继续使用。
第三水准:
当遭受高于本地区抗震设防烈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。
即要求建筑物在遭到多发的小震(即多遇烈度)时做到结构上不损坏,而在遭到发生机率很小的大震(即罕遇地震)时允许结构破坏,但在任何情况下都不应使建筑物倒塌,不致造成人员伤亡。
概括来说,抗震设防目标为“小震不坏,中震可修,大震不倒”。
建筑抗震设计时,我国《抗震规范》采用简化的两阶段设计方法。
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层间位移。
第二阶段设计:
按罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构的弹塑性层间位移。
第一阶段设计保证了第一水准的承载力要求和变形要求,第二阶段设计则旨在保证结构满足第三水准的抗震设防要求。
而良好的抗震构造措施则有助于第二水准要求的实现。
2.建筑抗震设防分类
对于不同使用性质的建筑物,地震破坏所造成后果的严重性是不一样的。
因此,对于不同用途建筑物的抗震设防不宜采用同一标准,而应根据其破坏后果加以区别对待。
为此,我国《抗震规范》将建筑物按其用途的重要性分为四类:
甲类建筑:
指重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑。
这类建筑的破坏会导致严重的后果,其确定须经国家规定的批准权限批准。
乙类建筑:
指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑。
例如城市中生命线工程的核心建筑,一般包括供水、供电、交通、消防、通讯、救护、供气、供热等系统。
丙类建筑:
指一般建筑,包括除甲、乙、丁类建筑以外的一般工业与民用建筑。
丁类建筑:
指次要建筑,包括一般的仓库、人员较少的辅助建筑物等。
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
3.设防标准
对各类建筑抗震设防标准的具体规定为:
甲类建筑在6~8度设防区应本地区按设防烈度提高一度计算地震作用和采取抗震构造措施,当为9度区时,应作专门研究。
乙类建筑按本地区设防烈度进行抗震计算,抗震构造措施提高一度考虑。
丙类建筑的抗震计算与构造措施均按本地区设防烈度考虑。
丁类建筑按本地区设防烈度进行抗震计算,抗震构造措施可适当降低要求(设防烈度为6度时不再降低)。
抗震设防烈度为6度时,除另有规定外,对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。
课堂巩固:
思考题1、2
课堂小结:
熟悉地震波、震级、烈度的概念;明确建筑抗震设防依据、目标及分类标准;理解抗震概念设计的基本内容和要求
作业布置:
思考题1、2
青岛黄海职业学院教师教案
(编号3)年月日
课题13.3场地、地基和基础
课时
教学目的了解场地地基对房屋建筑的影响;掌握场地类别的划分方法和地基基础抗震验算方法;了解地基土液化的概念及抗液化措施;了解软土地基抗震措施
教学重点场地类别的划分方法和地基基础抗震验算方法;
地基土液化的概念及抗液化措施
教学难点场地类别的划分方法和地基基础抗震验算方法;
了解地基土液化的概念及抗液化措施
教学关键点场地地基对房屋建筑的影响
教具《建筑结构》教材及教案
板书设计12.2抗震设计的基本要求12.3场地、地基和基础
12.2抗震设计的基本要求
一、场地
二、地基基础的抗震设计
三、地基抗震措施
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
课题导入:
复习提问:
1.“三水准”设防要求是什么?
2.何谓抗震的基本烈度、多遇烈度、罕遇烈度?
三者之间的关系如何?
课程新授:
12.3抗震设计的基本要求
一、场地
场地:
是指建筑物所在地,其范围大体相当于厂区、居民点和自然村的范围。
建筑物震害与
有关
震害表明:
土层厚度越大,房屋倒塌率越大
软弱场地上的建筑物震害重于坚硬场地
地震动的卓越周期:
振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期。
地表地震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的固有周期,当建筑物的固有周期与地震动的卓越周期接近时,建筑物的振动就会加大,相应震害也会加重。
多层土的地震效应主要取决于以下三个基本因素:
1.覆盖土层厚度
2.土层剪切波速
3.岩土阻抗比
其中1、2两个因素影响地震动的频谱特性;3影响共振放大效应。
1.土层剪切波速
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
场地的类别:
我国抗震规范根据
把场地划分为四类。
土层等效剪切波速实际上反映了土层的坚硬与软弱。
土层等效剪切波速越大,土的越坚硬。
2.覆盖层厚度
一般意义上的覆盖层厚度:
从地表面至基岩面的距离。
这种确定在技术上现在较为困难,因为该厚度可能大几百米深。
抗震规范定义的覆盖层厚度:
地下基岩或剪切波速
500m/s的坚硬土层至地表面的距离。
由于地震效应与场地有关,为了进行抗震设计,有必要对场地进行分类,以便区别对待。
建筑场地的类别与场地土的类型和场地土的覆盖层厚度有关。
分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。
表13.5各类场地的覆盖层厚度表(m)
等效剪切波速(m/s)
场地类别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
500
0
—
—
—
500≥
250
<5
≥5
—
—
250≥
140
<3
3~50
>50
—
≤140
<3
3~15
15~80
>80
二、地基及基础的抗震设计
1.地基抗震设计原则
地基是指建筑物基础下面受力层范围内的土层。
一般情况下,地基发生震害的情况很少。
造成上部建筑物破坏的主要是松软土地基和不均匀地基。
还有较严重的是地基的液化。
抗震措施:
不同的土质应采用不同的抗震措施.
根据土质情况,地基分为:
松软土地基,一般土地基.对地裂的危害,应采取对应措施.详见书P18-19
地基土抗震验算
不验算的范围:
若为一般地基土抗震规范建议了不需进行抗震验算的范围。
(1)砌体房屋;
(2)地基主要持力层内不存在软弱粘性土层的一般单层厂房和单层空旷房屋、不超过8层且高度在25m以下的民用框架及基础荷载相当的多层框架厂房;
(3)可不进行上部结构抗震验算的建筑
抗震验算的范围:
(1)软弱地基上采用天然地基的
(2)单厂、单层空旷房屋、
(3)7层及以上的民用框架
(4)荷载相当的多层厂房,
(5)超过规范规定的不验算范围的建筑均需进行地基和基础的抗震验算。
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
2.地基土抗震承载力
除十分软弱土之外,一般在地震作用下土的强度皆比静载作用下的强度高。
地基抗震承载力:
:
抗震承载力调整系数≥1.0
根据岩土的性质不同,
在1~1.5之间见P20表2-4
:
深宽修正后的地基承载力特征值。
3.地基抗震验算
地基平均压力设计值
地基最大压力设计值
零应力区不大于底面积的15%
三、地基抗震措施
(一)地基土液化及危害
地基土液化:
处于地下水位以下的饱和松散的砂土和粉土,在地震时容易发生液化现象。
使地基承载能力丧失或减弱,甚至喷水冒砂的现象.
1.机理:
砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用时将趋
于密实。
这种趋于密实的作用使空隙水压力急剧上
升,在地震作用的短暂时间内,孔隙水压力来不及
消散,使土颗粒处于悬浮状态。
2.危害
砂土和粉土液化时,其强度完全丧失从而导致地基失效。
场地液化将使建筑整体倾斜,下沉,墙体开裂,地面
喷水、冒砂、裂缝等。
3.液化导致地基失效的条件
1砂土或粉土的密实度低
2地振动剧烈
3土的微观结构的稳定性差
4地下水位高
5高压水不易渗透
6上覆非液化土层较薄,或者有薄弱部位
(前5条是导致液化的条件,后一条是导致地基失效的条件)
4.影响液化的因素
1土层的地质年代,古老的不易液化,新近的易液化。
2土层土粒的组成和密实度,细砂较粗砂易液化,松散的较密实的易液化。
3沙土的埋深和地下水位深度,埋深越深、地下水越深越不易液化。
4地震烈度和地震持续时间。
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
(二)液化的判别
1、初步判别
1① 土的年代为第四纪晚更新世及以前的且设防烈度为7、8度的土,不考虑液化。
2② 粉土的粘粒含量。
7度、8度、9度分别大于10%、13%、16%时不考虑液化。
3③ 覆盖非液化土层厚度和地下水位深度满足下列条件之一时,可不考虑液化。
-地下水位深度;
-液化土特征深度
-基础埋置深度,小于2m时应取2m;
-上覆非液化土层深度
--液化土特征深度表
饱和土类别
烈度
6
7
8
粉土
6m
7m
8m
砂土
7m
8m
9m
当不满足上述要求时,需进一步判别。
(若满足上述判别条件,无须进行下述工作)
2、标准贯入试验判别
贯入试验判别:
在地面以下15m深度范围内,饱和砂土或粉土液化的标准贯入实验判别公式:
(满足该式为液化)
—标准贯入锤击数实测值(未经杆长修正)
—标准贯入锤击数基准值
—饱和砂土或粉土的标准贯入点深度
—粘粒含量的百分率,小于3时取3
一般情况下,只要判断地面下15m深度范围内土的液化可能性.而当采用桩基或埋深大于5m的深基础时,尚应判别15-20m范围内土的液化可能性.此时,标准贯入捶击数的临界值为:
以上两个公式可以看出,地基液化的临界指标
的确定,主要考虑了土层所处的深度,地下水位深度,饱和土的粘粒含量以及地震烈度等土层液化的要素.
标准贯入锤击数基准值
设计地震分组
烈度
7度
8度
9度
第一组
6(8)
10(13)
16
第二组、第三组
8(10)
12(15)
18
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
(三)液化地基的评价
1、用相对贯入锤击数之比F来表示液化的沉降比。
2、液化指数
其中:
—15(20)m深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数
—i点标准贯入捶击数的实测值与临界值
—i点代表的土层厚度(m),只考虑15m深。
—第i层土的影响权函数值
根据液化指标,可将液化地基划分为三个等级.
(四)液化地基的抗震措施
《规范》将处理措施分为三个档次,根据液化等级和建筑类别选取。
这三个档次为:
①全部消除地基液化沉降的措施
桩基、深基础、加密法、挖除液化层等。
②部分消除地基液化沉降的措施
一定深度范围内处理,使锤击数大于临界值
③通过对基础和上部结构处理,减轻液化沉降的影响
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
抗液化措施的选取:
当液化土层较平坦且均匀时,可按《规范》中下表选用;不应将未经处理的液化土层作为天然地基的持力层。
抗液化措施
建筑类别
地基的液化等级
轻微
中等
严重
乙类
②或③
①或②且③
①
丙类
③或无
③或更高
①或②且③
丁类
可不采取措施
可不采取措施
③或其他
课堂巩固:
思考题3、4、5
课堂小结:
了解场地地基对房屋建筑的影响;掌握场地类别的划分方法和地基基础抗震验算方法;了解地基土液化的概念及抗液化措施;了解软土地基抗震措施
作业布置:
思考题3
青岛黄海职业学院教师教案
(编号3)年月日
课题13.4多层砌体房屋和底部框架、内框架房屋的抗震规定
课时
教学目的了解多层砌体结构震害特点;掌握砌体结构选型与布置;掌握砌体结构抗震构造措施
教学重点砌体结构抗震构造措施
教学难点砌体结构抗震构造措施
教学关键点砌体结构抗震构造措施
教具《建筑结构》教材及教案
板书设计10.4多层砌体房屋和底部框架、内框架房屋的抗震规定
一、砌体结构震害特点
二、砌体结构选型与布置
三、砌体结构抗震构造措施
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
课题导入:
多层砌体房屋是我国目前房屋建筑中的主要结构类型之一,它数量大、分布广,具有构造简单、施工方便、可就地取材,因此在今后相当长的一段时期内,这类建筑仍将是城镇民用建筑的主要结构类型。
但是这类结构所用材料脆性大、抗拉、抗剪、抗弯能力很低。
因此提高多层砌体结构房屋的抗震性能,有着十分重要的现实意义。
课程新授:
10.4多层砌体房屋和底部框架、内框架房屋的抗震规定
一、砌体结构震害特点
1宏观灾害统计
对历次大地震的灾害调查结果的统计分析表明:
6度区主体结构基本完好,女儿墙、小烟囱严重破坏。
7度区主体结构轻微损坏,小部分中等损坏。
8度区多数出现震害,近半数达到中等破坏。
9度区房屋普遍遭到破坏,多数达到严重破坏。
10度区少数严重破坏,大多数倒塌。
事实说明:
多数砖房的抗破坏能力较低,但仍具有较高的抗倒塌能力。
仅在10度11度才有大量砖房倒塌。
经过抗震设计并且施工质量得到保证的砌体结构,其平均震害程度可比未经抗震设计的砌体结构的震害减轻1~2个等级。
通过抗震设计,可以保证砌体结构在8度区内不出现中等以上破坏,在10度区内不出现倒塌。
2震害现象
震害的发生是由外部条件和内在因素两方面原因促成的。
外部条件主要是指地震动。
其中:
与水平地震作用走向一致的墙体,会出现斜裂缝,多次往复受力作用后多形成交叉裂缝;
与水平地震作用走向垂直的墙体(纵墙)会因平面的弯曲破坏造成大面积墙体甩落;
受地震垂直力的作用,墙体会出现水平裂缝;
受地震扭转力的作用,房屋的端部(尤其是墙角处)易产生严重的震害。
内在因素主要是指结构特征。
在受力复杂、约束减弱、附属结构等部位常常易于发生较为严重的震害。
纵横墙连接处,地震时易于出现竖向裂缝、拉脱,甚至造成纵墙整片倒塌;
楼梯间墙体,由于在高度方向缺乏有力支撑,约束作用减弱,空间刚度小,易于破坏;
预制钢筋混凝土楼屋盖,楼板端部往往会在地震种受拉裂开,甚至出现倒塌;
附属物如女儿墙、出屋面烟囱、垃圾道、屋顶小间,鞭梢效应的影响,地震中常常破坏。
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
3震害规律
砌体房屋的震害,大体存在以下规律:
1 刚性楼盖房屋,上层破坏轻,下层破坏重,柔性楼盖则恰好相反;
2横墙承重房屋的震害轻于纵墙承重房屋;
3坚实地基上的房屋震害轻于软弱地基和非均匀地基上的房屋震害;
4外廊式房屋往往地震破坏较重;
5预制楼板结构比现浇楼板结构破坏重;
6房屋两端、转角、楼梯间及附属结构的震害较重.
二、砌体结构选型与布置
1.结构布置
基本要求:
规则、均匀、对称,避免质量和刚度发生突变,避免楼层错层
砌体房屋对结构布置的基本要求是:
1.优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系
2.纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;
3.对8度、9度区且有下列情况之一时宜设防震缝
⑴立面高差在6m以上
⑵房屋有错层,且楼板高差较大
⑶结构的刚度、质量截然不同
4.楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角
5.烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体
2.房屋的总高度和层数
为什么限制?
砌体房屋的震害与其总高度和层数有密切关系,随层数增加,震害随之加重,特别是房屋的倒塌率与房屋的层数成正比率增加;对砌体房屋的总高度及层数要予以限制,这也是一种最经济的抗震措施。
《抗震规范》对砌体房屋的限值如表13.10所示
对医院、教学楼等横墙较少的房屋,总高度应比表4.1规定的相应降低3m,层数相应减少一层;各层横墙很少的房屋,应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数
房屋的层数和总高度限值(m)表13.10
房屋类别
最小墙厚
烈度
6
7
8
9
高度
层数
高度
层数
高度
层数
高度
层数
多层砌体
粘土砖
240
24
8
21
7
18
6
12
4
多孔砖
240
21
7
2、价格“适中化”21
500元以上1224%7
18
是□否□6
1.www。
cer。
net/artide/2004021313098897。
shtml。
12
(一)对“漂亮女生”饰品店的分析4
目前,上海市创业培训中心已开办大学生创业培训班,共招收上海交通大学、上海商业职业技术学院等应届毕业生62人。
多孔砖
调研要解决的问题:
190
创新是时下非常流行的一个词,确实创新能力是相当重要的特别是对我们这种经营时尚饰品的小店,更应该勇于创新。
在这方面我们是很欠缺的,故我们在小店经营的时候会遇到些困难,不过我们会克服困难,努力创新,把我们的小店经营好。
21
7
我们从小学、中学到大学,学的知识总是限制在一定范围内,缺乏在商业统计、会计,理财税收等方面的知识;也无法把自己的创意准确而清晰地表达出来,缺少个性化的信息传递。
对目标市场和竞争对手情况缺乏了解,分析时采用的数据经不起推敲,没有说服力等。
这些都反映出我们大学生创业知识的缺乏;18
6
15
5
—
—
小砌块
190
21
7
21
7
18
6
—
—
青岛黄海职业学院教师教案
教案内容及教学过程
提示与补充
3.房屋的高宽比
《抗震规范》通过限制房屋高宽比的规定来确保砌体房屋不发生整体弯曲破坏,而在抗震强度验算时只验算墙片的抗剪强度,不再进行整体弯曲强度验算。
表13.11为《抗震规范》对房屋高宽比的限值。
其中,单面走廊房屋的总宽度不包括走廊宽度;建筑平面接近正方形时,其高宽比宜适当减小。
表13.11房屋最大高宽比
烈度
6
7
8
9
最大高宽比
2.5
2.5
2.0
1.5
4抗震横墙的间距
表13.12房屋抗震横墙最大间距(m)
房屋类别
烈度
6
7
8
9
多
层
砌
体
现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖
18
18
15
11
装配式钢筋混凝土楼、屋盖
15
15
11
7
木楼、屋盖
11
11
7
4
底部框架-抗震墙
上部各层
同多层砌体房屋
-
5.房屋的局部尺寸
部位
6度
7度
8度
9度
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