教案及讲义建筑结构抗震第十讲河北联合大学建筑工程学院
教案及讲义 建筑结构抗震 第十讲 河北联合大学建筑工程学院
教案10课程名称《建筑结构抗震》授课专业土木工程授课内容第三章结构地震反应分析与抗震验算3.9结构抗震验算知识熟悉竖向地震作用计算：目标教熟悉抗震变形验算学能力理解抗震变形验算的基本内容和要求，培养学生的工程素质目目标标德育培养执著追求科学的精神，并不断提出多种解决问题的思路目标竖向地震作用计算；重点抗震变形验算教材难点抗震变形验算分析关键抗震变形验算教学设备传统板书教教法强调概念的理解，按逻辑思维推理演算学方学法紧扣概念→强调计算→加强练习→总结归纳法教学环节教学内容教师调控学生活动时间点名2'组织教学师生问好1、以复习前一章知识导入本次课内容。导入新课5"教师提问，学生思考，1、复习结构非弹性分析的思路；教师边讲边启发边归纳边2、重点讲述截面抗震验算原则：新授75°强调。提出问题，让学生回3、讲述抗震变形验算原则；答，之后给出正确答案。4、总结该节课的教学内容。10*课堂练习给出思考题、判断题分别让学生回答。5'课后小结截面抗震验算原则学生总结→教师归纳思考题3-113-12作业做到作业本上作业3通过调动了学生学习的积极性，掌握了相关的基本知识，教研室主任签字课堂评价做到结合规范教学，达到了教学目标要求，教学效果较好
教案 10 课程名称 《建筑结构抗震》 授课专业 土木工程 授课内容 第三章 结构地震反应分析与抗震验算 3.9 结构抗震验算 教 学 目 标 知识 目标 熟悉竖向地震作用计算； 熟悉抗震变形验算 能力 目标 理解抗震变形验算的基本内容和要求，培养学生的工程素质 德育 目标 培养执著追求科学的精神，并不断提出多种解决问题的思路 教 材 分 析 重点 竖向地震作用计算； 抗震变形验算 难点 抗震变形验算 关键 抗震变形验算 教学设备 传统板书 教 学 方 法 教法 强调概念的理解，按逻辑思维推理演算 学法 紧扣概念→强调计算→加强练习→总结归纳 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、以复习前一章知识导入本次课内容。 教师提问，学生思考， 5’ 新授 1、复习结构非弹性分析的思路； 2、重点讲述截面抗震验算原则； 3、讲述抗震变形验算原则； 4、总结该节课的教学内容。 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。 75’ 课堂练习 给出思考题、判断题 分别让学生回答。 10’ 课后小结 截面抗震验算原则 学生总结→教师归纳 5’ 作业 思考题 3-11 3-12 作业做到作业本上 3’ 课堂评价 通过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103.9结构抗震验算3.9.1结构抗震计算原则各类建筑结构的抗震计算，应遵循下列原则：（1）一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力构件承担。（2）有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，宜分别考虑各抗侧力构件方向的水平地震作用。（3）：质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作用的扭转影响，同时应考虑双向水平地震作用的影响。（4）不同方向的抗侧力结构的共同构件（如框架结构角柱），应考虑双向水平地震作用的影响。（5）8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构、烟窗和类似高耸结构及9度时的高层建筑，应考虑竖向地震作用。3.9.2结构抗震计算方法的确定可将前面介绍的结构抗震计算方法总结如下：（1）底部剪力法。把地震作用当做等效静力荷载，计算结构最大地震反应。（2）振型分解反应谱法。利用振型分解原理和反应谱理论进行结构最大地震反应分析。时程分析法。选用一定的地震波，直接输入到所设计的结构，然后对结构的运动平(3）衡微分方程进行数值积分，求得结构在整个地震时程范围内的地震反应。时程分析法有两种，一种是振型分解法，另一种是逐步积分法。底部剪力法是一种拟静力法，结构计算量最小，但因忽略了高振型的影响，且对第一振型也作了简化，因此计算精度稍差。振型分解反应谱法是一种拟动力方法，计算量稍大，但计算精度较高，计算误差注要来自振型组合时关于地震动随机特性的假定。时程分析法是一完全动力方法，计算量大，而计算精度高。但时程分析法计算的是某一确定地震动的时程反应，不象底部剪力法和振型分解反应谱法考虑了不同地震动时程记录的随机性。底部剪力法、振型分解反应谱法和振型分解时程分析法，因建立在结构的动力特性基础上，只适用于结构弹性地震反应分析。而逐步积分时程分析法，则不仅适用于结构非弹性地震反应分析，也适用于作为非弹性特例的结构弹性地震反应分析。采用什么方法进行抗震设计，可根据不同的结构和不同的设计要求分别对待。在多遇地震作用下，结构的地震反应是弹性的，可按弹性分析方法进行计算：在罕遇地震作用下，结构的地震反应是非弹性的，则要按非弹性方法进行抗震计算。对于规则、简单的结构，可以采用简化方法进行抗震计算：对于不规则、复杂的结构，则应采用较精确的方法进行计算。对于次要结构，可按简化方法进行抗震计算：对于重要结构，则应采用精确方法进行抗震计算。为此，我国《建筑抗震设计规范》（GBJ50011一2001）规定，各类建筑结构的抗震计算，采用下列方法：（1）：高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法；（2）除（1）外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法；（3）：特别不规则建筑、甲类建筑和表3-10所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值
讲义 10 3.9 结构抗震验算 3.9.1 结构抗震计算原则 各类建筑结构的抗震计算，应遵循下列原则： （1） 一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用并进行抗震验算， 各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力构件承担。 （2） 有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于 150 时，宜分别考虑各抗侧力构件方向 的水平地震作用。 （3） 质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作用的扭转影响，同时应 考虑双向水平地震作用的影响。 （4） 不同方向的抗侧力结构的共同构件（如框架结构角柱），应考虑双向水平地震作用的 影响。 （5） 8 度和 9 度时的大跨度结构、长悬臂结构、烟囱和类似高耸结构及 9 度时的高层建 筑，应考虑竖向地震作用。 3.9.2 结构抗震计算方法的确定 可将前面介绍的结构抗震计算方法总结如下： （1） 底部剪力法。把地震作用当做等效静力荷载，计算结构最大地震反应。 （2） 振型分解反应谱法。利用振型分解原理和反应谱理论进行结构最大地震反应分 析。 （3） 时程分析法。选用一定的地震波，直接输入到所设计的结构，然后对结构的运动平 衡微分方程进行数值积分，求得结构在整个地震时程范围内的地震反应。时程分析法有 两种，一种是振型分解法，另一种是逐步积分法。 底部剪力法是一种拟静力法，结构计算量最小，但因忽略了高振型的影响，且对第一振 型也作了简化，因此计算精度稍差。振型分解反应谱法是一种拟动力方法，计算量稍大，但 计算精度较高，计算误差注要来自振型组合时关于地震动随机特性的假定。时程分析法是一 完全动力方法，计算量大，而计算精度高。但时程分析法计算的是某一确定地震动的时程反 应，不象底部剪力法和振型分解反应谱法考虑了不同地震动时程记录的随机性。 底部剪力法、振型分解反应谱法和振型分解时程分析法，因建立在结构的动力特性基础 上，只适用于结构弹性地震反应分析。而逐步积分时程分析法，则不仅适用于结构非弹性地 震反应分析，也适用于作为非弹性特例的结构弹性地震反应分析。 采用什么方法进行抗震设计，可根据不同的结构和不同的设计要求分别对待。在多遇地 震作用下，结构的地震反应是弹性的，可按弹性分析方法进行计算；在罕遇地震作用下，结 构的地震反应是非弹性的，则要按非弹性方法进行抗震计算。对于规则、简单的结构，可以 采用简化方法进行抗震计算；对于不规则、复杂的结构，则应采用较精确的方法进行计算。 对于次要结构，可按简化方法进行抗震计算；对于重要结构，则应采用精确方法进行抗震计 算。为此，我国《建筑抗震设计规范》（GBJ50011—2001）规定，各类建筑结构的抗震计算， 采用下列方法： （1） 高度不超过 40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及 近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法； （2） 除（1）外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法； （3） 特别不规则建筑、甲类建筑和表 3-10 所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法 进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法 计算结果的较大值
采用时程分析法的房屋高度范围表3-107度和8度时I、IⅡ类场地>100m8度IⅢI、IV类场地>80m9度>60m采用时程分析法进行结构抗震计算时，应注意下列问题：（1）地震波的选用。最好选用本地历史上的强震记录，如果没有这样的记录，也可选用震中距和场地条件相近的其他地区的强震记录，或选用主要周期接近的场地卓越周期或其反应谱接近当地设计反应谱的人工地震波。地震波的加速度峰值可按表3-11取用。地震波加速度峰值（m/s2）表 3-1179设防烈度68多遇地震0.180.35(0.55)1.440.70(1.10)罕遇地震6.21.02.2(3.10)4.0(5.10)注：括号内数值分别用于设计基本地震加速度取0.15g和0.30g的地区（2）最小底部剪力要求。弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小手振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法的80%。如不满足这一最小底部剪力要求，可将地震波加速度峰值提高，以使时程分析的最小底部剪力要求得以满足。（3）：最少地震波数。为考虑地震波的随机性，采用时程分析法进行抗震设计需至少选用2条实际强震记录和一条人工模拟的加速度时程曲线，取3条或3条以上地震波反应计算结果的平均值或最大值进行抗震验算。3.9.3重力荷载代表值进行结构抗震设计时，所考虑的重力荷载，称为重力荷载代表值。结构的重力荷载分恒载（自重）和活载（可变荷载）两种。活载的变异性较大，我国荷载规范规定的活载标准值是按50年最大活载的平均值加0.5～1.5倍的均方差确定的，地震发生时，活载不一定达到标准值的水平，一般小于标准值，因此计算重力荷载代表值时可对活载折减。抗震规范规定：Ge =Dk +Zy,Lki(3-212)式中G一重力荷载代表值：D,一结构恒载标准值：L一有关活载（可变荷载）标准值：
采用时程分析法的房屋高度范围 表 3-10 7 度和 8 度时Ⅰ、Ⅱ类场地 >100m 8 度Ⅲ、Ⅳ类场地 >80m 9 度 >60m 采用时程分析法进行结构抗震计算时，应注意下列问题： （1） 地震波的选用。最好选用本地历史上的强震记录，如果没有这样的记录，也可选用 震中距和场地条件相近的其他地区的强震记录，或选用主要周期接近的场地卓越周期或 其反应谱接近当地设计反应谱的人工地震波。地震波的加速度峰值可按表 3-11 取用。 地震波加速度峰值（m/s2） 表 3-11 设防烈度 6 7 8 9 多遇地震 0.18 0.35(0.55) 0.70(1.10) 1.44 罕遇地震 1.0 2.2（3.10） 4.0（5.10） 6.2 注：括号内数值分别用于设计基本地震加速度取 0.15g 和 0.30g 的地区 （2） 最小底部剪力要求。弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小 于振型分解反应谱法计算结果的 65％，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值 不应小于振型分解反应谱法的 80％。如不满足这一最小底部剪力要求，可将地震波加 速度峰值提高，以使时程分析的最小底部剪力要求得以满足。 （3） 最少地震波数。为考虑地震波的随机性，采用时程分析法进行抗震设计需至少选用 2 条实际强震记录和一条人工模拟的加速度时程曲线，取 3 条或 3 条以上地震波反应计 算结果的平均值或最大值进行抗震验算。 3.9.3 重力荷载代表值 进行结构抗震设计时，所考虑的重力荷载，称为重力荷载代表值。 结构的重力荷载分恒载（自重）和活载（可变荷载）两种。活载的变异性较大，我国荷 载规范规定的活载标准值是按 50 年最大活载的平均值加 0.5～1.5 倍的均方差确定的，地震 发生时，活载不一定达到标准值的水平，一般小于标准值，因此计算重力荷载代表值时可对 活载折减。抗震规范规定： GE = Dk + iLki （3-212） 式中 GE—重力荷载代表值； Dk —结构恒载标准值； Lki —有关活载（可变荷载）标准值；
V，一有关活载组合值系数，按表3-12采用。组合值系数表3-12可变荷载种类组合值系数雪荷载0.5屋顶积灰荷载0.5不计入屋面活荷载1.0按实际情况考虑的楼面活荷载藏书库、档案库0.8按等效均布荷载考虑的楼面活荷载其他民用建筑0.50.3硬钩吊车吊车悬吊物重力软钩吊车不计入3.9.4不规则结构的内力调整及最低水平地震剪力要求对于符合表1一7情况的竖向不规则结构，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数并应符合下列要求：（1）：竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以1.25～1.5的增大系数；（2）楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%。为保证结构的基本安全性，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式的最低要求(3-213)/rhi>j=i式中VEi一第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力；2一剪力系数，不应小于表3一13规定的楼层最小地震剪力系数值，对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数；G，一第j层的重力荷载代表值。楼层最小地震剪力系数值表 3—13类别7度8度9度扭转效应明显或基本周0.0640.016(0.024)0.032(0.048)期小于3.5s的结构基本周期大于5.0s的结0.024 (0.032)0.0400.012（0.018)构
i—有关活载组合值系数，按表 3-12 采用。 组合值系数 表 3-12 可变荷载种类 组合值系数 雪荷载 0.5 屋顶积灰荷载 0.5 屋面活荷载 不计入 按实际情况考虑的楼面活荷载 1.0 按等效均布荷载考 虑的楼面活荷载 藏书库、档案库 0.8 其他民用建筑 0.5 吊车悬吊物重力 硬钩吊车 0.3 软钩吊车 不计入 3.9.4 不规则结构的内力调整及最低水平地震剪力要求 对于符合表 1—7 情况的竖向不规则结构，其薄弱层的地震剪力应乘以 1.15 的增大系数， 并应符合下列要求： （1） 竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以 1.25～1.5 的增大系数； （2） 楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的 65％。 为保证结构的基本安全性，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式的最 低要求 = n j i VEki Gj （3-213） 式中 VEki —第 i 层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力； —剪力系数，不应小于表 3—13 规定的楼层最小地震剪力系数值，对竖向不规则结 构的薄弱层，尚应乘以 1.15 的增大系数； Gj —第 j 层的重力荷载代表值。 楼层最小地震剪力系数值 表 3—13 类别 7 度 8 度 9 度 扭转效应明显或基本周 期小于 3.5s 的结构 0.016（0.024） 0.032（0.048） 0.064 基本周期大于 5.0s 的结 构 0.012（0.018） 0.024（0.032） 0.040