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1、地震工程与抗震（读书报告）,1.关于地震 2.传统抗震设计简述 3.基于结构性能的抗震设计,一.关于地震,1.常用术语 地震：地震是长期积累和能量释放后传播到地面时发生 的震动现象； 震源：地球内部发生地震的地方称为震源； 震中:震源正方向相应的地面位置称为震中 震源深度：震中到震源的垂直距离 震中距：建筑物到震中的距离 震源距：建筑物到震源之间的距离 极震区：在震中附近，震动最激烈，破坏最严重的地区,2.震级 地震震级是地震的强度级别，它由震源所释放的能量多少来确定； 国际上常用的是里氏震级，定义震级M为：等于标准地震仪记录到的震中距为100KM处的地面最大水平位移（微米为单位）的常用对数。
2、 M=lgA-lgA0 A：待定震级的地域记录的最大水平位移振幅 A0：标准地震在同一震中距离处的最大水平位移振幅（可查其对数表）,3.烈度： 烈度是度量某一地区地面和建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。可以通过地面运动速度和加速度参考指标来查。 工程抗震设防的依据一般采用烈度（即抗震设防烈度），而不是震级。 抗震设防烈度是按国家比准权限审定的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，一般可采用中国地震烈度区划进行抗震设防。目前抗震规范适用69度烈度，对高于9度的应专门规定执行。,二.传统抗震设计简述,1.传统抗震简介：现行各国抗震规范大多以地面运动反应谱为基础，按照结构延性来调整结构反应的设计方法。
3、其基本目标是保障生命安全。 2.传统抗震设计三水准：（三设防水准） 小震不坏；中震可修；大震不倒。,三设防水准的设防要求： 第一水准：在遭受低于本地区的设防烈度的地震时，结构不受损坏或不需修理仍可使用； 第二水准：在遭受本地区规定的设防烈度地震时结构可能有一定损坏，但不危机生命，经一般修理仍可使用； 第三水准：在发生高于本地区设防烈度的地震时，建筑物不至倒塌或危机生命的严重破坏。,抗震设计中的概念设计： 我们可以从以下方面进行抗震 （1）选择有利于抗震的场地； （2）选择有利于抗震的地基和基础； （3）选择有利于抗震的建筑平面和里面布置； （4）选择合理的抗震结构体系； （5）选择合理的结构构
4、件； （6）处理好非结构构件和主体结构的关系； （7）注意材料的选用和施工质量； （8）采用结构控制新技术。,3.我国现行的抗震设计 为实现三水准抗震设防准则，各国现在都采用了大同小异的抗震设计方法。我国现采用二阶段抗震设计法。概括如下：,第一阶段：对结构进行强度验算。 即取第一水准裂度的地震(常遇地震)动参数，采用弹性反应谱计算结构的弹性作用及效应，并与其他荷载组合，对结构进行抗震承载力和弹性变形验算，保证必要的强度和变形要求。 第二阶段：对结构进行弹性变形验算。 即对重要的建筑物和地震时易倒塌的结构，按三水准的地震（罕遇地震）动参数进行薄弱处的弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施实现“大震
5、不倒”,4.现行的抗震设计的不足,大多采用弹性方法计算结构在小震作用下的内力和位移，用计算所得组合力验算结构截面，使结构具有一定的承载力。 缺点： （1）基于承载力或强度的设计方法，主要考虑内力，但有些地震时段内对结构起破坏作用的主要是速度或位移而不是内力。 （2）根据反应谱确定地震作用，没有考虑地震发生的随机性和和结构反应的随机性。 （3）现行规范中对不同场地类别划分存在明显的“跳跃性”。需对场地的分类方法进行调整和改进 （4）现行规范忽略或很少考虑扭转作用，而不少建筑由于扭转破坏，应重视设计中扭转作用。,三.基于结构性能的抗震设计,1.基于结构性能的抗震设计的产生： 随着社会经济的发展和人
6、口密度的增加，地震造成的损失会越来越严重。传统抗震设计基本目标是保障生命安全，不适应综合防御的要求，不能在大震甚至中小震中有效控制直接和间接经济损失。如何改进现行的抗震设计理念，使结构在未来地震中的抗震性能达到人们的预定目标，是地震工程的重要课题，这是基于结构性能的抗震设计理论得以应运而生的基础,2.基于结构性能的抗震设计理论简介,基于结构性能的抗震设计理论是以结构抗震性能分析为基础，根据设防水准的不同，将结构的抗震性能划为不同的等级，设计者可以根据业主的要求，确定合理的抗震性能目标和合理的结构措施。简明地讲，它就是要控制结构在未来可能发生的地震作用下的抗震功能。,3.基于结构性能的抗震设计理
7、论的特点：,（1）目标从单体抗震设防转向考虑单体及所在系统安全。 （2）将单一的设防标准改成满足不同性能要求的可变的防御目标。 （3）研究设计人员可根据业主需要求及管理部门意见优化设防标准，制定最优方案。,4.结构的基本性能水准包括：,（1）适用性水准：指在常遇地震作用下避免结构发生破坏，从而保证结构震后尽快恢复使用。 （2）破坏控制水准：指在大震时控制财产损失和社会影响在可接受的范围内，可有业主自行选择 （3）安全性水准：结构遭受可能发生的最大地震时对结构性能的最低要求。,5.基于结构性能的抗震设计理论的基本内容,（1）地震设防水准 （2）结构抗震设计目标 （3）结构抗震设计方法 这三个基本
8、内容如下,（1）地震设防水准,* 地震设防水准指未来可能施加于结构地震作用的大小。 *基于结构性能设计的理论追求能控制结构能发生的所有地震波谱的破坏水准，因而需根据不同重现期选择所有可能发生的对应于不同等级的地震参数的波谱，这些地震动参数称为“地震设防水准”。采用地震等级为设防标准，从设防地震出发，用概率一致设定地震和估计近场地的方法，就可以对不同量级地震参数做出估计。 *地震等级分为：常遇地震，偶遇地震，罕遇地震和非常地震。,。,（2）结构抗震性能目标,结构抗震性能：表示结构在特定地震设计水准下预期破坏的最大程度。 结构性能等级划分为：基本完好；轻微破坏；中等破坏；严重破坏；倒塌。 结构抗震
9、设防目标：指针对某一地震设防水准而期望达到的抗震等级。 结构抗震性能目标分为：基本设防目标；重要设防目标；特别设防目标。,（3）基于结构性能设计的抗震设计方法,a.抗震理想设计： *真正实现基于不同抗震设防水准的多级设计，控制在不同设防地震下主体结构的安全性和非主体机构的破坏性。 *重点:如何选择结构设计参数。 *难点：结构抗震性能是多因素综合作用结果，实现某一抗震性目标意味着要同时控制各个因素。 *要求：进行性能设计时反复验算修改，直到满足预定的设防目标。,.,b.国内外目前基于结构性能设计这一课题的主要工作： （1）三级结构性能水准； （2）三级抗震设防水准； （3）结构计算分析方法； （
10、4）结构安全性。 简单介绍如下,（1）三级结构性能水准： *生命安全水准：要求在地震作用下不产生楼层倒塌。 *结构损伤水准：要求不发生危机结构安全的损伤。 *确保使用功能水准: 要求不产生影响建筑物功能的变形。,（2）三级抗震设防水准： 相应于三级结构性能提出的最高设防水准，在建筑物寿命期间遭遇一次地震灾害危险的水准和可能遭受多地震危险的水准。,（3）结构计算分析方法 对应于三级结构性能水准和抗震设防水准提出的结构计算分析方法和极限状态；弹性解析法及使用极限状态；弹塑性解析法及破坏极限状态；等效线性化反应谱解析法及保证结构的使用功能的变形值等。,（4）结构安全性 根据上面确定的特性参数，估计结
11、构的临界变形、屈服点，确定设备正常使用的地震反应限值。,（5）基于结构性能设计的两种方法,“能力谱”法 通过地震反应谱曲线和结构能力谱线的叠加来评估结构在给定的地震作用下的反应特性。 % 反应谱：指单自由度弹性体在给定的地震输 入下的加速度反应谱； %能力谱：通过push-over分析,对结构转换得到等效单自由度体系的“加速度-位移”关系曲线。,位移影响系数法 此法用来确定给定结构静力分析的最大期望位移，将最大期望位移定义为， =C0*C1*C2*C3*Sa*Te*G/4/ C0：等效单自由度体系位移与结构顶点位移的比值 C1：最大非线性位移期望值与线性位移的比值 C2：滞回环状对最大位移反应的影响系数 C3：P-效应对位移的影响系数 Sa:在实际自振周期和阻尼下的谱反应加速度 Te:结构自振周期 要求：将多自由度结构体系转化为等效单自由体系（这是关键），抽象化的方法与精度有待研究。 此法只是总体抗震水平的评估方法，对具体结构无法体现其性能水准，有待进一步完善。,P-效应即为重力二阶效应，是在建筑结构分析中竖向荷载的侧移效应 ； Pi一般由两部分构成：质点的重力和竖向地震加速度产生的竖向地震作用 ； i是由于水平地震作用引起的结构侧向位移。,谢谢,