教案及讲义建筑结构抗震第二讲河北联合大学建筑工程学院
教案及讲义 建筑结构抗震 第二讲 河北联合大学建筑工程学院
教案2课程名称《建筑结构抗震》授课专业土木工程授课内容1.4工程抗震设防1.5抗震设计的总体要求知识明确结构抗震设防依据、目标及分类标准目标教学能力理解抗震概念设计的基本内容和要求，培养学生防震减灾的意识目目标标德育获取信息的能力：获取新知识的能力目标重点结构抗震设防依据、目标及分类标准教材难点抗震概念设计的基本内容、不规则的建筑结构分析关键抗震设防的依据教学设备多媒体、自制教学课件教教法图文并茂，以感观启发，结合房屋平面、立面布置，分层次教学学方学法紧扣规范一→强调规则-→总结→思考法教学环节时间教学内容教师调控学生活动点名2"组织教学师生问好1、以提问地震的基本术语导入。8"导入新课教师提问，学生思考，2、震级与烈度的区别？一、抗震设防的依据教师边讲边启发边归纳边强二、抗震设防的目标新授调。提出问题，让学生回答，72'三、抗震设防的分类之后给出正确答案。四、抗震概念设计课堂练习10"给出思考题、判断题分别让学生回答，互动1、三水准设防目标学生总结→教师归纳5'课后小结画龙点晴2、抗震概念设计的要点1、何谓三水准目标、二阶段设计法？作业做到作业本上2作业2、简述结构抗震设防的分类及标准通过课件教学，调动了学生学习的积极性，掌握了相关的教研室主任签字课堂评价基本知识，做到结合规范教学，达到了教学目标要求，教学效果较好
教案 2 课程名称 《建筑结构抗震》 授课专业 土木工程 授课内容 1.4 工程抗震设防 1.5 抗震设计的总体要求 教 学 目 标 知识 目标 明确结构抗震设防依据、目标及分类标准 能力 目标 理解抗震概念设计的基本内容和要求，培养学生防震减灾的意识 德育 目标 获取信息的能力；获取新知识的能力 教 材 分 析 重点 结构抗震设防依据、目标及分类标准 难点 抗震概念设计的基本内容、不规则的建筑结构 关键 抗震设防的依据 教学设备 多媒体、自制教学课件 教 学 方 法 教法 图文并茂，以感观启发，结合房屋平面、立面布置，分层次教学 学法 紧扣规范→强调规则→总结→思考 教学环节 教学内容 教师调控学生活动 时间 组织教学 点名 师生问好 2″ 导入新课 1、以提问地震的基本术语导入。 2、震级与烈度的区别？ 教师提问，学生思考， 8’ 新授 一、抗震设防的依据 二、抗震设防的目标 三、抗震设防的分类 四、抗震概念设计 教师边讲边启发边归纳边强 调。提出问题，让学生回答， 之后给出正确答案。 72’ 课堂练习 给出思考题、判断题 分别让学生回答，互动 10’ 课后小结 1、三水准设防目标 2、抗震概念设计的要点 学生总结→教师归纳 画龙点睛 5’ 作业 1、何谓三水准目标、二阶段设计法？ 2、简述结构抗震设防的分类及标准 作业做到作业本上 2’ 课堂评价 通过课件教学，调动了学生学习的积极性，掌握了相关的 基本知识，做到结合规范教学，达到了教学目标要求，教 学效果较好。 教研室主任签字
讲义 21.4工程抗震设防1.4.1抗震设防的目标抗震设防是指对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震构造措施，以达到结构抗震的效果和目的。抗震设防的依据是抗震设防烈度。抗震设防烈度是一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，应按国家规定权限审批或颁发的文件执行。一般情况下，采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度。近年来，国内外抗震设防目标的发展总趋势是要求建筑物在使用期间，对不同频率和强度的地震，应具有不同的抵抗能力，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。这一抗震设防自标亦为我国抗震设计规范所采纳。我国《抗震规范》中抗震设防的目标如下：（1）在遭受低于本地区设防烈度（基本烈度）的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用；（2）在遭受本地区规定的设防烈度的地震影响时，建筑物（包括结构和非结构部分）可能有一定损坏，但不致危及人民生命和生产设备的安全，经一般修理或不需修理仍可继续使用；（3）在遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。当设计基准期为50年时，则50年内众值烈度f(x)搜雷蒸的超越概率为63.2%，这就是第一水准的烈度。+1.55度+1度50年内超越概率约10%的烈度大体上相当于现行地震区划图规定的基本烈度，将它定义为第二水63.2%准的烈度。罕遇地震烈度（大震）是罕遇的地震，10%它所产生的烈度在50年内的超越概率约为2%，2%可作为第三水准的烈度。由烈度概率分布分析可N知，基本烈度与众值烈度相差约为1.55度，而66.457P9烈度众值罕遇基本基本烈度与罕遇烈度相差约为1度。烈度烈度烈度(小鹿）(大麓)图1.14三种烈度1.4.2建筑结构抗震设计方法《抗震规范》提出了二阶段设计方法以实现上述3个烈度水准的抗震设防要求。第一阶段设计是在方案布置符合抗震设计原则的前提下，按与基本烈度相对应的众值烈度（相当于小震）的地震动参数，用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用标准值和相应的地震作用效应，然后与其他荷载效应按一定的组合系数进行组合，并对结构构件截面进行承载力验算，对手较高的建筑物还要进行变形验算，以控制其例向变形不要过大。这样，既满足了第一水准下必要的承载力可靠度，又可满足第二水准的设防要求（损坏可修），然后再通过概念设计和构造措施来满足第三水准的设防要求。对于大多数结构，一般可只进行第一阶段的设计，但对于少部分结构，如有特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构，除了应进行第一阶段的设计外，还要进行第二阶段的设计，即按与基本烈度相对应的罕遇烈度（相当于大震）验算结构的弹塑性层间变形是否满足规范要求（不发生倒塌），如果有变形过大的薄弱层（或部位），则应修改设计或采取相应的构造措施，以使其"能够满足第三水准的设防要求（大震不倒）
讲义 2 1.4 工程抗震设防 1.4.1 抗震设防的目标 抗震设防是指对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震构造措施，以达到结构抗震的效 果和目的。抗震设防的依据是抗震设防烈度。 抗震设防烈度是一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，应按国家规定权限审批或颁发 的文件执行。一般情况下，采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度。 近年来，国内外抗震设防目标的发展总趋势是要求建筑物在使用期间，对不同频率和强 度的地震，应具有不同的抵抗能力，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。这一抗震设防 目标亦为我国抗震设计规范所采纳。我国《抗震规范》中抗震设防的目标如下： （1）在遭受低于本地区设防烈度（基本烈度）的多遇地震影响时，建筑物一般不受损 坏或不需修理仍可继续使用； （2）在遭受本地区规定的设防烈度的地震影响时，建筑物（包括结构和非结构部分） 可能有一定损坏，但不致危及人民生命和生产设备的安全，经一般修理或不需修理仍可继续 使用； （3）在遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及 生命的严重破坏。 当设计基准期为 50 年时，则 50 年内众值烈度 的超越概率为 63．2％，这就是第一水准 的烈度。 50年内超越概率约1O％的烈度大体上相当于现行 地震区划图规定的基本烈度，将它定义为第二水 准的烈度。罕遇地震烈度（大震）是 罕遇的地震， 它所产生的烈度在 50 年内的超越概率约为 2％， 可作为第三水准的烈度。由烈度概率分布分析可 知，基本烈度与众值烈度相差约为 1．55 度，而 基本烈度与罕遇烈度相差约为 1 度。 图 1.14 三种烈度 1.4.2 建筑结构抗震设计方法 《抗震规范》提出了二阶段设计方法以实现上述 3 个烈度水准的抗震设防要求。 第一阶段设计是在方案布置符合抗震设计原则的前提下，按与基本烈度相对应的众值烈度 （相当于小震）的地震动参数，用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用标准值和 相应的地震作用效应，然后与其他荷载效应按一定的组合系数进行组合，并对结构构件截面 进行承载力验算，对于较高的建筑物还要进行变形验算，以控制其例向变形不要过大。这样， 既满足了第一水准下必要的承载力可靠度，又可满足第二水准的设防要求（损坏可修），然后 再通过概念设计和构造措施来满足第三水准的设防要求。 对于大多数结构，一般可只进行第一阶段的设计，但对于少部分结构，如有特殊要求的 建筑和地震时易倒塌的结构，除了应进行第一阶段的设计外，还要进行第二阶段的设计，即 按与基本烈度相对应的罕遇烈度（相当于大震）验算结构的弹塑性层间变形是否满足规范要 求（不发生倒塌），如果有变形过大的薄弱层（或部位），则应修改设计或采取相应的构造措 施，以使其“能够满足第三水准的设防要求（大震不倒）
1.4.3抗震设计的基本要求建筑抗震设计要求是通过地震作用的取值和抗震措施的采取来实现的。但由于地震动的随机性，加之建筑物的动力特性、所在场地、材料及结构内力的不确定性，地震时造成的破坏程度很难准确预测。因此，为了保证结构具有足够的抗震可靠性，在进行结构的抗震设计时，必须综合考虑多种因素的影响，着重从建筑物的总体上进行抗震设计，这就是结构的概念设计。概念设计主要考虑以下因素：场地条件和场地上的稳定性建筑物的平、立面布置及其外形尺寸：抗震结构体系的选取、抗侧力构件的布置以及结构质量的分布；非结构构件与主体结构的关系及其两者之间的锚拉；材料与施工质量等。一、建筑物的抗震设防类别建筑物的抗震设防类别主要是根据其重要性程度来划分的，按其受地震破坏时产生的后果，《抗震规范》将建筑分为4类：①甲类建筑特别重要的建筑，如遇地震破坏，会导致严重后果（如产生放射性物质的污婆、太爆炸的建篇等公窦建筑”董建筑，如城市生命线工程的建筑和地震时救灾需要的建筑等；②③丙类建筑甲、乙类以外的一般建筑，如大量的一般工业与民用建筑等；丁类建筑次要的建筑，如遇地震破坏，不易造成人员伤亡和较大经济损失的建筑等。《抗震标准》还对各类建筑的抗震设计提出了以下要求：（1）甲类建筑对地震作用和抗震措施，均较本地区的设防烈度提高一度采用。（2）乙类建筑对地震作用按本地区的设防烈度确定，对抗震措施，当本地区的设防烈度为6～8度时应提高一度采用：当为9度时可适当提高。对于乙类建筑的地基基础，一般不提高抗震措施，（3）丙类建筑对地震作用和抗震措施，均按本地区的设防烈度采用。（4）类建筑在一般情况下，对地震作用按本地区的设防烈度确定。对抗震措施当本地区的设防烈度为7～9度时可降低一度采用，当为6度时可不降低
1.4.3 抗震设计的基本要求 建筑抗震设计要求是通过地震作用的取值和抗震措施的采取来实现的。但由于地震动的 随机性，加之建筑物的动力特性、所在场地、材料及结构内力的不确定性，地震时造成的破 坏程度很难准确预测。因此，为了保证结构具有足够的抗震可靠性，在进行结构的抗震设计 时，必须综合考虑多种因素的影响，着重从建筑物的总体上进行抗震设计，这就是结构的概 念设计。概念设计主要考虑以下因素：场地条件和场地上的稳定性建筑物的平、立面布置及 其外形尺寸；抗震结构体系的选取、抗侧力构件的布置以及结构质量的分布；非结构构件与 主体结构的关系及其两者之间的锚拉；材料与施工质量等。 一、建筑物的抗震设防类别 建筑物的抗震设防类别主要是根据其重要性程度来划分的，按其受地震破坏时产生的 后果，《抗震规范》将建筑分为 4 类： ① 甲类建筑 特别重要的建筑，如遇地震破坏，会导致严重后果（如产生放射性物质 的污染、大爆炸）的建筑等； ② 乙类建筑 重要的建筑，如城市生命线工程的建筑和地震时救灾需要的建筑等； ③ 丙类建筑 甲、乙类以外的一般建筑，如大量的一般工业与民用建筑等； ④ 丁类建筑 次要的建筑，如遇地震破坏，不易造成人员伤亡和较大经济损失的建筑 等。 《抗震标准》还对各类建筑的抗震设计提出了以下要求： （1）甲类建筑 对地震作用和抗震措施，均较本地区的设防烈度提高一度采用。 （2）乙类建筑 对地震作用按本地区的设防烈度确定，对抗震措施，当本地区的设防 烈度为 6～8 度时应提高一度采用；当为 9 度时可适当提高。 对于乙类建筑的地基基础，一般不提高抗震措施。 （3）丙类建筑 对地震作用和抗震措施，均按本地区的设防烈度采用。 （4）丁类建筑 在一般情况下，对地震作用按本地区的设防烈度确定。对抗震措施， 当本地区的设防烈度为 7～9 度时可降低一度采用，当为 6 度时可不降低
1.5抗震设计的总体要求般说来，建筑抗震设计包括三个层次的内容与要求：概念设计、抗震计算与构造措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则：抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段：构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性。抗震设计上述三个层次的内容是一个不可割裂的整体，忽略任何一部分，都可能造成抗震设计的失败。关于抗震计算与抗震构造措施我们准备在后续各章中逐步深入论述。这里，先讨论抗震概念设计的问题。建筑抗震设计在总体上要求把握的基本原则可以概括为：注意场地选择，把握建筑体型，利用结构延性，设置多道防线，重视非结构因素。1.5.1注意场地选择建筑场地的地质条件与地形地貌对建筑物震害有显著影响。这已为大量的震害实例所证实。从建筑抗震概念设计的角度考察，首先应注意建筑场地的选择。简单地说，地震区的建筑宜选择有利地段、避开不利地段、不在危险地段建设。各类地段划分原则见表1-1。表 1-1有利、不利和危险地段的划分地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩、坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等软弱土、液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河不利地段岸和边坡边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏散的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷及半填半挖地基）等地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能危险地段发生地表位错的部位当确实需要在不利地段或危险地段建筑工程时，应遵循建筑抗震设计的有关要求进行详细的场地评价并采取必要的抗震措施。1.5.2把握建筑体型建筑物平、立面布置的基本原则是：对称、规则、质量与刚度变化均匀。结构对称有利于减轻结构的地震扭转效应。而形状规则的建筑物，在地震时结构各部分的振动易于协调一致，应力集中现象较少，因而有利于抗震。质量与刚度变化均匀有两方面的含义：其一是在结构平面方向应尽量使结构刚度中心与质量中心相一致，否则，扭转效应将使远离刚度中心的构件产生较严重的震害；其二是沿结构高度方向结构质量与刚度不宜有悬殊的变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自上而下逐渐减小。地震震害实例和大量理论分析均表明：结构刚度有突然削弱的薄弱层，在地震中会造成变形集中，从而加速结构的倒塌破坏过程。而在结构上部刚度较小时，会形成地震反应的“鞭梢效应”，即变形在结构顶部集中的现象。表1-2和表1-3分别列举了平面不规则和竖向不规则的建筑类型。对于因建筑或工艺要求形成的体型复杂的结构物，可以设置抗震缝，将结构物分成规则的结构单元。但对高层建筑，要注意使设缝后形成的结构单元的自振周期避开场地主的卓越周期。对于不宜设置抗震缝的体型复杂的建筑，则应进行较精细的结构抗震分析
1.5 抗震设计的总体要求 一般说来，建筑抗震设计包括三个层次的内容与要求：概念设计、抗震计算与构造 措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则；抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段； 构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效 性。抗震设计上述三个层次的内容是一个不可割裂的整体，忽略任何一部分，都可能造成抗 震设计的失败。关于抗震计算与抗震构造措施我们准备在后续各章中逐步深入论述。这里， 先讨论抗震概念设计的问题。 建筑抗震设计在总体上要求把握的基本原则可以概括为：注意场地选择，把握建筑体型， 利用结构延性，设置多道防线，重视非结构因素。 1．5．1 注意场地选择 建筑场地的地质条件与地形地貌对建筑物震害有显著影响。这已为大量的震害实例所证 实。从建筑抗震概念设计的角度考察，首先应注意建筑场地的选择。简单地说，地震区的建 筑宜选择有利地段、避开不利地段、不在危险地段建设。各类地段划分原则见表 1-1。 表 1 -1 有利、不利和危险地段的划分 地段类别 地质、地形、地貌 有利地段 稳定基岩、坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等 不利地段 软弱土、液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河 岸和边坡边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河 道、疏散的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷及半填半挖地基）等 危险地段 地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能 发生地表位错的部位 当确实需要在不利地段或危险地段建筑工程时，应遵循建筑抗震设计的有关要求进行详 细的场地评价并采取必要的抗震措施。 1．5．2 把握建筑体型 建筑物平、立面布置的基本原则是：对称、规则、质量与刚度变化均匀。 结构对称有利于减轻结构的地震扭转效应。而形状规则的建筑物，在地震时结构各部分 的振动易于协调一致，应力集中现象较少，因而有利于抗震。质量与刚度变化均匀有两方面 的含义：其一是在结构平面方向应尽量使结构刚度中心与质量中心相一致，否则，扭转效应 将使远离刚度中心的构件产生较严重的震害；其二是沿结构高度方向结构质量与刚度不宜有 悬殊的变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自上而下逐渐减小。地震震害实例和 大量理论分析均表明：结构刚度有突然削弱的薄弱层，在地震中会造成变形集中，从而加速 结构的倒塌破坏过程。而在结构上部刚度较小时，会形成地震反应的“鞭梢效应”，即变形 在结构顶部集中的现象。 表 1-2 和表 1-3 分别列举了平面不规则和竖向不规则的建筑类型。对于因建筑或工艺要 求形成的体型复杂的结构物，可以设置抗震缝，将结构物分成规则的结构单元。但对高层建 筑，要注意使设缝后形成的结构单元的自振周期避开场地土的卓越周期。对于不宜设置抗震 缝的体型复杂的建筑，则应进行较精细的结构抗震分析