地震作用和验算
SR/RE
S G S G E E S E h h E k S E v vW kW S Wk
G---重力荷载分项系数，一般取1.2，当重力荷载效应对构件承载能力 有利时，不应大于1.0；
、
Eh
Ev ---分别为水平、竖向
地震作用
地震作用分项系数， 仅计算水平地震作用 按右表采用；
地震作用和验算
SR/RE
承载力抗震调整系数
材料 钢 砌体
混凝土
结构构件 柱、梁 支撑 节点板件、连接螺栓 连接焊缝 两端均有构造柱、芯柱的抗震墙
其他抗震墙 梁 梁轴压比小于0.15柱 梁轴压比不小于0.15柱 抗震墙 各类构件
受力状态
受剪 受剪 受弯 偏压 偏压 偏压 受剪、偏拉
RE
0.75 0.80 0.85 0.90 0.9 1.0 0.75 0.75 0.80 0.85 0.85
仅计算竖向地震作用
W ---风荷载分项系数，应采用1.4； 同时计算水平与竖向地震作用
Eh Ev
1.3 0.0 0.0 1.3 1.3 0.5
S
---重力荷载代表值的效应；
GE
SE h k、SE v-k--水平、竖向地震作用的标准值效应,尚应乘以相应的增大系数或调整系数;
S
---风荷载标准值的效应；
采用时程分析法的房屋高度范围
烈度、场地类别
房屋高度范围（m）
8度Ⅰ、 Ⅱ类场地和7度
>100
8度Ⅲ、 Ⅳ场地
>80
9度
>60
Thank you
竖向不规则的类型
不规则类型
定义
侧向刚度不规则
该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻 三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的 水平向尺寸大于相邻下一层的25%
竖向抗侧力构件不 竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平
连续
转换构件（梁、桁架等向下传递
楼层承载力突变 抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%
3）高度大于150m的钢结构； 4）甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢
结构； 5）采用隔震和消能减震设计的结构。
(b)下列结构宜进行弹塑性变形验算
1）下表所列高度范围且属于下表所列不规则类型的高层建筑结构； 2）7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构； 3）板柱-抗震墙结构和底部框架砖房； 4）高度不大于150m的其它高层钢结构。
Wk
W ---风荷载组合系数;一般结构可不考虑,风荷载起控制验算
需要进行结构罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算的范围
(a)下列结构应进行弹塑性变形验算
1）8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时,高大的单层钢筋混凝土柱 厂房的横向排架;
2）7-9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框 架结构；
地震作用与结构抗震验算
第一节地震作用
• 2.按作用大小分 • 地震作用按其作用大小可分为:多遇地震作用、基本地震作用和预
估的罕遇地震作用。下节主要介绍多遇地震作用的计算方法。
• 四、水平地震作用与风荷载的区别
• 水平地震作用与风荷载都是以水平作用为主的形式作用在建筑物上 的，但是它们作用的表现形式和作用时间的长短是有很大区别的。因 此，在结构设计中要求结构的工作状态是不同的。
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第二节地震作用的计算
• 一、动力计算简图
• 实际结构在地震作用下颠簸摇晃的现象十分复杂。在计算地震作用 时，为了将实际问题的主要矛盾突显出来，然后运用理论公式进行计 算设计，需将复杂的建筑结构简化为动力计算简图。
• 例如:对于图4-1(a)所示的实际结构一水塔，在确定其动力计算简图 时，常常将水箱及其支架的一部分质量集中在顶部，以质点m来表示; 而支承水箱的支架则简化为无质量而有弹性的杆件，其高度等于水箱 的重心高，其动力计算简图如图4-1(b)所示。这种动力计算体系称为 单质点弹性体系。
• ３)整根桩应一次连续压到设计标高,当必须中途 停压时,桩端应停留在软弱土层中,且停压的间隔 时间不宜超过２４h;
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第一节地震作用
• 1.作用形式 • 风荷载是直接作用于建筑物表面上的压(吸)力，只和建筑物的体形、
高度、环境(地面粗糙度、地貌、周围的楼群)、受风面积大小等有关; 而地震作用都是由质量受振动而引发的惯性力，地震作用是通过场地、 地基、基础作用于结构上部的。 • 2.作用时间 • 风荷载的作用时间长，发生的机遇也多，因而要求结构在风荷载作 用下不能出现较大的变形，结构处于弹性工作状态;相反，发生地震 的机遇少，持续时间也短，但作用剧烈，故要求做到“小震不坏，中 震可修，大震不倒”。
地震作用计算
1．0．5 一般情况下，建筑的抗震设
防烈度应采用根据中国地震动参数区 划图确定的地震基本烈度(本规范设计 基本地震加速度值所对应的烈度值)。
设防烈度的确定——抗规附录A
（3）确定抗震设防烈度的目的
确定设计基本地震加速度和设计特征周期
或设计地震动参数
3．2．2 抗震设防烈度和设计基本地震加速度取值的对应关系， 应符合表3．2．2的规定。设计基本地震加速度为0.15g和0.30g 地区内的建筑，除本规范另有规定外，应分别按抗震设防烈度7 度和8度的要求进行抗震设计。
1.抗震设防的三水准目标——抗规GB50011-2010
1．0．1 按本规范进行抗震设计的建筑，其基本 的抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防 烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不 需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设 防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经 一般性修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗 震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生 危及生命的严重破坏。使用功能或其他方面有专 门要求的建筑，当采用抗震性能化设计时，具有 更具体或更高的抗震设防目标。
限批准作为一个地区抗震设防依据的地震 烈度。一般情况，取50年内超越概率10％ 的地震烈度。 抗震设防标准 ——衡量抗震设 防要求高低的尺度，由抗震设防烈度或设 计地震动参数及建筑抗震设防类别确定。
（2）设防依据——抗规
1．0．4 抗震设防烈度必须按国家规
定的权限审批、颁发的文件(图件)确 定。
3．3．2 建筑场地为Ⅰ类时，对甲、乙类的建筑应允许仍
3．3．3 建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时，对设计基本地震加速度
C.建筑物使用功能的设防标准 ——自身 条件问题。
3．1．1 抗震设防的所有建筑应按现行国家
第七章 地震作用和结构抗震验算
地球构成 92% 的 地 震发生在 地壳中， 其余的发 生在地幔 上部
地球构成：
三个圈层：地壳 、地幔 、地核
地震的形成：
地幔物质对流 板块构造运动（根本原因） 地震
地震形成的局部机制:
地球板块运动 板块之间的相互作用力 地壳中岩层变形 变形积聚超过岩石所能承受的程度 岩体就会发生突然断裂或错动
b、受力发生弯曲 a、岩层的原始状态
3建筑分类与设防标准
建筑重要性分类： 甲类建筑——重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害 的建筑， （如核电站、核设施、水库、大坝、堤防、贮油、 贮气、贮存易燃易爆、剧毒、强腐蚀物质的设施等）； 乙类建筑——地震时功能不能中断或需尽快恢复的建筑，即 生命线工程建筑， （如消防、急救、供水、供电、通讯等）； 丙类建筑——甲、乙、丁类以外的一般建筑， （如一般的公 共建筑、住宅、旅馆、厂房等）； 丁类建筑——抗震次要建筑， （如储存物品价值低的一般仓 库，人员活动少的辅助建筑等）。
7度远震 6度远震 7度近震
7.2抗震设防的基本要求 总目标： 通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免 人员死亡，减轻经济损失。要求建筑物在使 用期间，对不同频度和强度的地震，应具有 不同的抵抗能力。 具体通过“三水准”的抗震设防要求 和“两阶段”的抗震设计方法实现。
7.2.1建筑结构抗震设防的依据
3地震的破坏作用
1、地表破坏现象 地裂缝 喷砂冒水 地面下沉 滑坡、塌方 2、建筑物破坏 结构丧失整体稳定性 结构承载力不足引起破坏 地基失效
3、次生灾害 火灾 水灾 海啸 有毒及放射性物质泄露
房屋倒塌
桥梁断落
水坝开裂
铁轨变形
结构丧失整体性、承重结构强度不足
地面裂缝
山崩、滑坡
地震作用和结构抗震验算
§3.2 单自由度弹性体系的地震反应分析
一、地震作用下单自由度体系的运动方程
质点位移 质点加速度 惯性力 弹性恢复力 阻尼力
X (t) x(t) xg (t) X(t) x(t) xg (t) I (t) (mx mxg )
S(t) kx
R(t) cx
方程建立——达朗贝尔原理
运动方程 mx cx kx mxg
设防烈度I 地震系数k
6
7
8
9
0.05 0.10（0.15） 0.20（0.30） 0.40
25
放大系数－标准反应谱
放大系数与周期的曲线关系－T，与建筑场地类别、震级、
震中距等因素密切相关，通过大量的分析计算，我国抗震规
范中将最大动力放大系数max＝2.25
地震影响系数
水平地震影响系数是地震系数k与动力系数的乘积， 当基本烈度确定后，地震系数k为常数。仅随值而变化。
括号数字分别对应于设计基本加速度0.15g 和0.30g地区的地震影响系数
28
2 max 0.45 max
0 0.1
(Tg T
) 2 max
[20.2 1(T 5Tg )]max
T (s)
Tg
5Tg
6.0
Tg ---特征周期；
地震特征周期分组的特征周期值（s）
场地类别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
---曲线下降段的衰减指数；第一组 0.25
)d
max
最大相对速度
Sv
x(t) max
t 0
xg (
)e (t )
sin
(t
)d
max
最大加速度
Sa
x(t) xg max
新抗震规范——地震作用和结构抗震验算
5 地震作用和结构抗震验算5.1 一般规定5.1.1各类建筑结构的地震作用，应符合下列规定：1一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用，各方向的水平地震作用应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，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。
3质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其它情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。
48、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用5平面投影尺度很大的空间结构，应视结构形式和支承条件，分别按单点一致、多点、多向或多向多点输入计算地震作用。
注：8、9度时采用隔震设计的建筑结构，应按有关规定计算竖向地震作用。
【说明】本次修订，拟明确大跨空间结构地震作用的计算要求。
1、平面投影尺度很大的空间结构指，跨度大于120m、或长度大于300m、或悬臂大于40m的结构。
2、关于结构形式和支承条件（1）周边支承空间结构，如：网架、单、双层网壳、索穹顶、弦支穹顶屋盖和下部圈梁-框架结构，当下部支承结构为一个整体、且与上部空间结构侧向刚度比大于等于2时，应允许采用三向（水平两向加竖向）单点一致输入计算地震作用；当下部支承结构由结构缝分开、且每个独立的支承结构单元与上部空间结构侧向刚度比小于2时，应采用三向多点输入计算地震作用；（2）两线边支承空间结构，如：拱，拱桁架；门式刚架，门式桁架；圆柱面网壳等结构，当支承于独立基础时，应采用三向多点输入计算地震作用。
（3）长悬臂空间结构，应视其支承结构特点，采用多向单点一致输入、或多向多点输入计算地震作用。
3、关于单点一致输入仅对基础底部输入一致的加速度反应谱或加速度时程进行结构计算。
4、关于多向输入沿空间结构基础底部，三向同时输入，其地震动参数（加速度峰值或反应谱峰值）比例取：水平主向：水平次向：竖向= 1.00：0.85：0.65。
第三章 地震作用和结构抗震验算答案
降段起始点对应的周期值。 设计基本地震加速度：50 年设计基准期超越概率 10%的地震加速度的设计取值。
三、简答题
1、底部剪力法的适用范围及基本原理是什么？ 答：底部剪力法的适用范围是针对高度不超过 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。
底部剪力法的基本原理：动力分析表明，对于符合上述条件的结构，在水平地震作用下所产生的 振动在建筑下部表现出以第一振型为主的特征，而有时在建筑物顶部高振型的影响不能忽略。因此， 各质点的水平地震作用 Fi 沿高度分布可近似认为服从直线规律， 但在建筑顶部高振型影响不能忽略时， 水平地震作用应予以修正加大，即在顶部附加一个地震ΔFn。
3 六层砖混住宅楼，建造于基本烈度为 8 度区，地震基本最大加速度 0.3g，场地为Ⅱ类， 设计地震分组为第一组，根据各层楼板、墙的尺寸等得到恒荷和各楼面活荷乘以组合值系 数 ， 得 到 的 各 层 的 重 力 荷 载 代 表 值 为 G1=5399.7kN, G2=G3=G4=G5=5085kN, G6=3856.9kN。试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。 解：(注：由于多层砌体房屋中纵向或横向承重墙体的数量较多，房屋的侧移刚度很大，因而其纵向和
5、8 度地震区，下列哪种结构不要考虑竖向地震作用[AC] A.高层结构 B.长悬臂结构 C.烟囱 D.大跨度结构
6、多遇地震作用下层间弹性验算的主要目的是[ C ] A.防止结构倒塌； C.防止非结构部分发生过重的破坏； B.防止结构发生破坏； D.防止使人们发生惊慌。
二、名词解释
地震反应谱：单自由度弹性体系在给定的地震作用下某个最大反应量（如 S a S v S d ）与结构体系自振 周期的关系曲线。 地震系数：地震地面运动最大加速度与重力加速度的比值。 地震影响系数：单质点弹性体系的最大绝对加速度反应与重力加速度的比值，地震系数和动力系数的 乘积。 地震作用：由地震动引起的结构动态作用，包括水平地震作用和竖向地震作用。 重力荷载代表值：取计算范围内的结构和构件的永久荷载标准值和各可变荷载组合值之和。 设计特征周期：抗震设计用的地震影响系数曲线中，反映地震震级、震中距和场地类别等因素的下
多遇地震作用下层间弹性变形验算
多遇地震作用下层间弹性变形验算地震作用下层间弹性变形验算是结构动力学中的一项重要研究工作，应用广泛，是现代结构设计的基础研究。
下面就层间弹性变形验算进行一些介绍：一、受多遇地震作用下层间弹性变形特点1、受多遇地震作用下，层间弹性变形受到地震波形和结构几何形状等因素影响，因此其变形特点会发生变化。
2、受多遇地震作用下，层间弹性变形具有幅度高变形低的特点，即层间弹性变形的百分比会随着地震能量的增加而增加，但总变形量不会大量增加。
3、受多遇地震作用下，层间弹性变形不会引起结构局部破坏，但会引起结构整体不平衡变形，加剧破坏进程。
二、层间弹性变形验算包括：1、弹性变形计算：根据地震台站峰值加速度、应变等资料，采用有限元方法计算结构体織受力、验算超限值及结构体織受力的分布情况；2、材料的非线性分析：利用非线性法计算结构材料的屈服强度，破断强度等；3、振型比分析：根据结构型高识别度，用有限元法验算结构的振型比，确定结构发生改变的震源距离；4、动力考虑：考虑结构在动力作用下变形状态，确定结构在设计震动下发生变形状态；5、动力能量验算：考虑结构在动力作用下能量变化，采用动力能量平衡验算结构本构力学分析模型，确定构件力学量和动力特征；6、弹性失稳判断：根据弹性失稳判据，对结构形态及其构件物理量、动力参数进行验算，判断结构的失稳；7、二次变形的分析：根据结构的变形，分析结构在地震作用下的二次变形，并采用有限元验算二次变形；8、结构损伤分析：考虑各种构件截面失效几率，分析结构受多遇地震作用下损伤情况，并采用有限元验算损伤程度；9、总桥体弹性验算：验算桥体的整体弹性变形及支承设备的变形受力，并考虑多遇地震作用下的总桥体弹性变形验算。
综上所述，受多遇地震作用下的层间弹性变形验算所涉及的工作很多，其中具有一定的难度，对于结构灵活性要求较高的地方，进行层间弹性变形验算更加重要。
地震作用的计算和抗震验算
17.7.2
单质点体系的地震作用
今以任一微分脉冲作用进行讨论，设它 在t=τ－dτ时开始作用，作用时间为 x dτ，则冲量大小为 g (t )d 动量增量为 mx( ) 从动量定理，得
g (t )d x
由通解式可求得当τ－dτ时，作用 一个 g (t )d 微分脉冲的位移反应为 x ( ) x ( t ) g dx( ) e sin ' (t )d 地震作用下的质点位移分析 ' 将所有微分脉冲作用后产生的自由振动叠加，得总位移反应
质点相对于地面的最大加速度反应为
10
17.7.2
单质点体系的地震作用
地震反应谱：主要反映地面运动的特性 最大相对位移 最大相对速度 最大加速度 最大反应之间的关系 在阻尼比、地面运动确定后，最大反应只是结构周期的函数。 单自由度体系在给定的地震作用下某个最大反应与体系自振周 期的关系曲线称为该反应的地震反应谱。
h=5m
地震影响系数最大值（阻尼比为0.05） （2）求水平地震影响系数
地震影响 烈度
6 0.04 ----7 0.08(0.12) 0.50(0.72) 8 0.16(0.24) 0.90(1.20) 9 0.32 1.40
查表确定
多遇地震 罕遇地震
22
17.7.2
单质点体系的地震作用
例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋 盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，Ⅰ类 场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚 度 ,阻尼比为0.05。试求该结构多 遇地震时的水平地震作用。 解： （1）求结构体系的自振周期 （2）求水平地震影响系数 查表确定
地震特征周期分组的特征周期值（s）
第四章地震作用计算
水平地震作用计算
一、产生扭转地震反应的原因 两方面：建筑自身的原因和地震地面运动的原因。 1. 建筑结构的偏心
m
产生偏心的原因：
a. 建筑物的柱体与墙体等抗 侧力构件布置不对称。 b. 建筑物的平面不对称。
jk --- 为 j振型与k振型的耦联系数；
T --- 为 k振型与j振型的自振周期比；
考虑双向水平地震作用下扭转的地震作用效应
2 S EK S x (0.85S y ) 2
S EK S (0.85S x )
2
2
取两者中较大值
S x ( S y ) --- 为仅考虑x(y)向水平地震作用时的地震作用效应。
目前，国外抗震设计规定中要求考虑竖向地震作用的 结构或构件有： 1. 长悬臂结构； 2. 大跨度结构； 3. 高耸结构和较高的高层建筑； 4. 以轴向力为主的结构构件（柱或悬挂结构）； 5. 砌体结构； 6. 突出于建筑顶部的小构件。
我国抗震设计规范规定前三类结构要考虑向上或向下 竖向地震作用的不利影响。
§地震作用计算
一、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应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度时，应分别考虑各 抗侧力构件方向的水平地震作用。 3 、质量和刚度分布明显不对称的结构，应考虑双向水平地震作用下的 扭转影响其他情况宜采用调整地震作用效应的方法考虑扭转影响。 4 、 8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构，9度时的高层建筑，应考虑 竖向地震作用。
地震作用和结构抗震验算
地震作用和结构抗震验算地震是地球表面或内部地壳发生震动的现象，它是由于地壳运动中的应力积累和释放所引起的。
地震作用对结构物有着严重的破坏力，因此建筑结构的抗震设计和验算非常重要。
本文将介绍地震的作用机理以及结构抗震验算的方法。
地震作用机理：地震作用是由地壳运动引起的震动传递到建筑物上造成的。
地震的震源是地壳运动过程中的断层破裂，震中是地震能量释放的地点，位于震中周围的区域被称为震源区。
地震波是地壳运动所引起的能量在地球中传播时所激发的波动。
地震波包含三种类型：纵波、横波和表面波。
纵波是一种相对较快的波动，其振动方向与传播方向一致。
横波是振动方向垂直于传播方向的波动。
表面波是短周期的波动，其主要分为Rayleigh波和Love波。
Rayleigh波是一种振动旋转的表面波，而Love波是横向振动的表面波。
地震波在地下传播到地表后，将引起建筑结构的震动。
地震作用主要包括地震波引起的惯性作用、地震波引起的弹性变形作用和地震波引起的地基反力作用。
惯性作用是由于地震波的振动引起结构物惯性力的作用，迫使结构产生振动。
弹性变形作用是指结构物在地震波的激励下产生的临时弹性变形。
地基反力作用是指在地震波的力作用下，地基上产生的反向力。
结构抗震验算的方法：结构抗震验算是指通过对结构物在地震作用下的力学行为进行计算和分析，来确定结构抗震性能的一种方法。
常见的结构抗震验算方法包括动力弹塑性时程分析、静力弹塑性分析和模态超静定校验分析。
动力弹塑性时程分析是目前最为常用的抗震验算方法之一、它通过建立结构动力方程，利用数值求解方法得到结构在地震波作用下的时程反应。
这个方法可以考虑结构的非线性性质，如塑性材料的非线性、接触的失效等。
静力弹塑性分析是一种较为简化的抗震验算方法。
它是通过假设地震作用时结构处于静力平衡状态，根据结构的强度和刚度性能进行计算。
这个方法适用于一些简单的结构和小震级地震的验算。
模态超静定校验分析是一种结构验算方法，它通过分析结构的模态形式来确定结构的抗震性能。