建筑抗震設計

前言

　　幾易春秋，本書第一版問世已歷經4載，受到國內廣大師生和讀者的鐘愛，已連續(xù)三次重印。本教材被評為北京高等教育精品教材，并入選普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。本次修訂，重點在以下幾方面進行了補充和修改：第一，補充了2003年以來世界建筑抗震技術的最新進展。以最新地震災害及工程抗震技術研究為背景和依據(jù)，補充了抗震設計方法與技術的最新成果，如靜力彈塑性分析及抗震能力評價方法、鋼結構節(jié)點最新抗震技術、隔震減振設計方法等。第二，根據(jù)近四年的教學實踐，改寫、調整了部分內容，注重理論與實踐并重，突出教學特色，明確了教學內容在掌握、理解及了解等方面的層次要求。第三，增加了基于性態(tài)的抗震設計方法一章。關于建筑抗震性態(tài)設計，目前，僅個別國家剛剛啟用，在本科教材中還未包含有這些內容。增加此章的目的在于使讀者了解目前國際最新發(fā)展前沿，使本書的知識體系更為完整。　　在本教材編寫中，我們努力以學生的知識、能力、素質協(xié)調發(fā)展為目標，在傳授知識的同時，注重加強對學生綜合素質和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?！　∈紫?，本教材的編寫注重培養(yǎng)學生理論與實踐的銜接能力。例如，用Duhamel積分計算結構強迫震動（動力學理論），而用抗震設計反應譜方法計算結構最大地震作用（工程實踐），二者之間的延續(xù)關系對學生理解理論與實踐的關系是非常重要的。本教材通過幾個關鍵節(jié)點，即建筑場地類別的劃分、地震波的數(shù)理統(tǒng)計、安全可靠度的把握等，將上述理論與實踐編織起來，充分體現(xiàn)了理論與實踐的辨證關系，即理論源于實踐、用理論指導實踐、又通過實踐修正理論?！　∑浯危⒅嘏囵B(yǎng)學生客觀辨證地認識事物的能力。例如，本教材在編寫抗震、隔震、減震技術時，客觀地描述各自的優(yōu)缺點，突出使用這些技術在解決好安全與經濟的矛盾、安全與適用的矛盾時各自的長處；這對培養(yǎng)學生正確認識工程技術、樹立工程技術進步的科學發(fā)展觀是非常必要的?！　≡俅?，注重培養(yǎng)學生增強解決問題的能力。本教材主要是通過例題、思考題、習題，進行有針對性的訓練。還有，注重引導學生逐步改進學習方法，以適應從基礎課程學習到專業(yè)課程學習的轉變；這一轉變實際是學生從“科普人”到“專業(yè)人”轉變的重要一環(huán)。例如，本教材通過對科學試驗研究思路、工程做法的形成過程的描述，特別是對抗震概念設計的介紹，有利于學生實現(xiàn)這種轉變?！　∽詈螅鋵嵰彩欠浅Ｖ匾?，是培養(yǎng)學生綜合各種知識的能力、接納新技術的能力。本教材通過各章的概述及總結，使學生視點高、眼界寬、看得透、有辦法。本教材對發(fā)達國家抗震研究與實踐進展的介紹，有利于學生適應這種知識快速更新、多學科滲透的行業(yè)發(fā)展規(guī)律，對于學生的知識積累、今后的專業(yè)實踐直至成為社會有用的人才都是人有幫助的?！　】傊?，我們力圖使本書成為一本知識體系完整、結構嚴謹、內容新、實用性強、特色鮮明的高等教育精品教材。但終究作者知識水平有限，本書難免有不足之處，還望讀者批評指正。

內容概要

本書按《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011—2001)編寫，主要闡述建筑抗震設計理論與方法。全書共分十章，主要內容包括：地震與抗震概論，建筑場地與地基基礎，地震作用與結構抗震驗算，結構非彈性地震反應分析，多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設計，多層及高層鋼結構房屋抗震設計，砌體結構房屋抗震設計，單層廠房抗震設計，隔震與消能減震設計，基于性態(tài)的抗震設計方法簡介。為便于學習，每章均給出學習提要、習題及思考題。
本書可作為高等院校土木工程專業(yè)的教材，也可作為從事工程結構設計與施工技術人員的參考書。

書籍目錄

第二版前言
第一版前言
第一章  地震與抗震概論
  1．1  本課程的目的與任務
  1．2  地震與震害
    1．2．1  地震基本知識
    1．2．2  地震震害
  1．3  地震波、震級和地震烈度
    1．3．1  地震波
    1．3．2  地震動的三要素  
    1．3．3  震級
    1．3．4  地震烈度
  1．4  建筑抗震設防要求
    1．4．1  三水準設防目標
    1．4．2  兩階段設計方法
    1．4．3  建筑抗震設防分類和設防標準
  1．5  建筑抗震概念設計
    1．5．1  場地、地基和基礎
    1．5．2  建筑結構的規(guī)則性
    1．5．3  抗震結構體系
    1．5．4  結構延性的利用
    1．5．5  非結構構件
    1．5．6  結構材料與施工
  習題及思考題
第二章  建筑場地與地基基礎
  2．1  概述
  2．2  建筑場地
    2．2．1  場地土類型
    2．2．2  場地覆蓋層厚度
    2．2．3  土層等效剪切波速
    2．2．4  建筑場地類別劃分
    2．2．5  場地的卓越周期
  2．3  地基基礎抗震驗算
    2．3．1  一般原則
    2．3．2  地基抗震承載力
    2．3．3  天然地基抗震承載力驗算
  2．4  地基土的液化
    2．4．1  液化的概念
    2．4．2  液化的判別
    2．4．3  液化地基的評價
    2．4．4  地基抗液化措施
  習題及思考題
第三章  地震作用與結構抗震驗算
  3．1  概述
  3．2  單自由度彈性體系的地震反應
  3．3  單自由度彈性體系地震作用計算的反應譜法
    3．3．1  單自由度彈性體系的水平地震作用
    3．3．2  地震系數(shù)、動力系數(shù)
    3．3．3  地震影響系數(shù)和抗震設計反應譜
    3．3．4  建筑物的重力荷載代表值
    3．3．5  利用反應譜確定地震作用
  3．4  多自由度彈性體系的水平地震反應
    3．4．1  多自由度彈性體系的運動方程
    3．4．2  多自由度彈性體系的自振頻率與振型分析
    3．4．3  頻率、振型特點
    3．4．4  地震反應分析的振型分解法
  3．5  振型分解反應譜法
    3．5．1  多自由度體系的水平地震作用
    3．5．2  地震作用效應的組合
  3．6  底部剪力法
    3．6．1  底部剪力法的基本公式
    3．6．2  底部剪力法的修正
  3．7  結構基本周期的近似計算
    3．7．1  能量法
    3．7．2  頂點位移法
    3．7．3  基本周期的修正
  3．8  平動扭轉耦聯(lián)振動時結構的抗震計算
  3．9  豎向地震作用計算
    3．9．1  高層建筑的豎向地震作用計算
    3．9．2  大跨度結構的豎向地震作用計算
  3．10  結構抗震驗算
    3．10．1  結構抗震計算的一般原則
    3．10．2  截面抗震驗算
    3．10．3  多遇地震作用下結構的彈性變形驗算
    3．10．4  罕遇地震作用下結構的彈塑性變形驗算
    習題及思考題
第四章  結構非彈性地震反應分析
  4．1  概述
    4．1．1  非彈性地震反應分析的必要性
    4．1．2  非彈性地震反應分析的方法
  4．2  結構計算模型
    4．2．1  按離散方式劃分結構計算模型
    4．2．2  按結構體系劃分結構計算模型
  4．3  時程分析法
    4．3．1  時程分析法的概念
    4．3．2  地震波的選取與調整
    4．3．3  結構恢復力模型
    4．3．4  根據(jù)時程分析結果對結構抗震性能進行評估
  4．4  結構靜力彈塑性分析
    4．4．1  建立荷載-位移曲線
    4．4．2  結構抗震能力評估
    4．4．3  推覆分析法技術要點
    習題及思考題
第五章  多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設計
  5．1  震害及其分析
  5．2  抗震設計的一般規(guī)定
    5．2．1  不同類型結構體系的適用高度及高寬比要求
    5．2．2  抗震等級的劃分  
    5．2．3  結構平面和豎向布置
    5．2．4  一般性抗震措施
    5．2．5  結構材料
  5．3  框架結構的抗震設計
    5．3．1  多遇地震下的水平地震作用計算及變形驗算
    5．3．2  多遇地震下的框架內力計算
    5．3．3  豎向荷載下的框架內力計算
    5．3．4  內力組合
    5．3．5  框架梁柱和節(jié)點的抗震設計計算與驗算
    5．3．6  罕遇地震下的薄弱層彈塑性變形驗算
    5．3．7  框架結構的抗震構造措施
    5．3．8  框架結構計算實例
  5．4  抗震墻結構的抗震設計
    5．4．1  墻體布置及其抗震性能
    5．4．2  水平地震作用下抗震墻結構的結構分析
    5．4．3  墻體的內力計算和內力組合
    5．4．4  抗震墻截面抗震驗算
    5．4．5  抗震墻結構的抗震構造措施
  5．5  框架-抗震墻結構的抗震設計
    5．5．1  框架-抗震墻結構的性能特點和抗震設計要求
    5．5．2  框架-抗震墻結構抗震計算的簡化方法
    5．5．3  框架-抗震墻結構抗震構造措施
    5．5．4  框架-抗震墻結構計算實例
    習題及思考題
第六章  多層及高層鋼結構房屋抗震設計
  6．1  鋼結構房屋的震害與抗震性能
    6．1．1  鋼結構房屋的震害
    6．1．2  鋼結構房屋的抗震性能
  6．2  抗震設計規(guī)定
    6．2．1  鋼結構房屋結構類型的選擇及所適用的結構尺度  
    6．2．2  結構平、立面布置以及防震縫的設置
    6．2．3  支撐、加強層的設置要求
    6．2．4  樓蓋的選擇
    6．2．5  地下室的設置
  6．3  鋼結構房屋的抗震計算
    6．3．1  結構計算模型的技術要點
    6．3．2  結構抗震設計要點
  6．4  鋼結構房屋的抗震構造要求
    6．4．1  鋼框架構造措施
    6．4．2  鋼框架-中心支撐結構抗震構造措施
    6．4．3  鋼框架-偏心支撐結構抗震構造措施
    6．5鋼結構抗震技術的新進展
    習題及思考題
第七章  砌體結構房屋抗震設計
  7．1  震害及其分析
  7．2 砌體結構房屋抗震設計的一般規(guī)定
  7．3  砌體結構房屋抗震驗算
    7．3．1  計算簡圖
    7．3．2  水平地震作用和樓層地震剪力計算
    7．3．3  樓層地震剪力在各墻體間的分配  
    7．3．4  墻體抗震承載力驗算
    7．3．5  計算實例
  7．4  砌體房屋抗震構造措施
  7．5  配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻房屋抗震設計要點
    7．5．1  配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻房屋抗震設計的一般規(guī)定
    7．5．2  配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻抗震計算
    7．5．3  配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻房屋抗震構造措施
    習題及思考題
第八章  單層廠房抗震設計
  8．1  震害分析
    8．1．1  屋蓋體系震害
    8．1．2  鋼筋混凝土排架柱系統(tǒng)震害
    8．1．3  圍護結構震害
    8．1．4  其他震害
  8．2  單層廠房抗震設計的一般規(guī)定
    8．2．1  廠房結構的總體布置
    8．2．2  屋蓋結構布置
    8．2．3  排架柱和柱間支撐
    8．2．4  圍護結構與隔墻  
  8．3  鋼筋混凝土柱廠房抗震設計
    8．3．1  計算模型的選擇與抗震計算的主要內容
    8．3．2  橫向抗震計算
    8．3．3  縱向抗震計算
    8．3．4  截面抗震驗算
  8．4  鋼結構廠房抗震設計要點
    8．4．1  結構計算模型和地震作用計算方法的選擇
    8．4．2  抗震計算要點
    8．4．3  構件截面抗震驗算
  8．5  抗震構造措施
    8．5．1  屋蓋系統(tǒng)的抗震構造措施
    8．5．2  鋼筋混凝土排架柱的抗震構造措施
    8．5．3  山墻混凝土抗風柱配筋構造
    8．5．4  混凝土柱廠房柱間支撐抗震構造措施
    8．5．5  混凝土柱廠房的結構連接構造
    8．5．6  鋼結構廠房柱的抗震構造措施
    8．5．7  鋼結構廠房的其他抗震構造措施  
    習題及思考題
第九章  隔震與消能減震設計
  9．1  結構振動控制概述．
  9．2  隔震設計
    9．2．1  隔震的基本原理及設計要求
    9．2．2  隔震裝置簡介
    9．2．3  隔震結構的適用范圍
    9．2．4  隔震結構的設計與計算
    9．2．5  隔震結構的構造要求
  9．3  消能減震設計
    9．3．1  消能減震原理
    9．3．2  消能減震裝置與部件
    9．3．3  消能減震結構的設計
  9．4  結構的被動調諧減震控制
    習題及思考題
第十章  基于性態(tài)的抗震設計方法簡介
  10．1  概述
    10．1．1  抗震設防的經驗教訓及對工程建設的最新需求
    10．1．2 基于性態(tài)的抗震設計方法的背景及發(fā)展現(xiàn)狀
    10．1．3  本章的主要內容及目的  
  10．2  基于性態(tài)的抗震設計概念
    10．2．1  幾個基本概念
    10．2．2  性態(tài)水準
    10．2．3  設計地震水準
    10．2．4  抗震性態(tài)目標
    10．2．5  抗震性態(tài)目標的選擇及對應的設計準則  
    10．2．6  抗震性態(tài)目標的檢驗方法及性態(tài)目標決策
  10．3  《建筑工程抗震性態(tài)設計通則(試用)》概覽
    10．3．1  建筑按使用功能和重要性的分類
    10．3．2  建筑使用年限與最低抗震性態(tài)要求
    10．3．3  建筑抗震設計類別
    10．3．4  場地類別評定
    10．3．5  設計地震加速度
    10．3．6  建筑場地地震影響系數(shù)與場地設計譜
  習題及思考題
附錄I  中國地震烈度表
附錄Ⅱ  我國主要城市的抗震設防烈度、設計基本地震加速度和設計地震分組
附錄Ⅲ  D值法計算用表
附錄Ⅳ  函數(shù)φ(ξ)計算用表
附錄V  框架-抗震墻協(xié)同工作內力系數(shù)、位移系數(shù)計算圖表
參考文獻

章節(jié)摘錄

　　軸壓比是影響抗震墻墻肢延性的重要因素。軸壓比超過一定限值時，很難成為延性抗震墻?？拐饓S壓比高的部位在底部，而底部加強部位又是抗震重要部位，應有較高延性要求。因此，尤其要限制此部位的軸壓比。　　具體要求是：對于底部加強部位，一級抗震墻在重力荷載代表值作用下墻體平均軸壓比，9度時不宜超過0.4，8度時不宜超過0.5（高層抗震墻結構7度時也不宜超過0.5）；二級抗震墻不宜超過0.6。底部加強部位以上的一般部位，墻體平均軸壓比不宜大于底部加強部位的墻體平均軸壓比。　　注意，這里在計算軸壓，N為重力荷載代表值作用下墻肢的軸壓力設計值，A為墻肢截面面積，f為混凝土軸心抗壓強度設計值?！　?.抗震墻邊緣構件的設置構造要求　　抗震墻的邊緣構件包括抗震墻兩端及洞口兩側設置的暗柱、端柱、翼墻、轉角墻。研究表明，抗震墻端部設置邊緣構件，可以有效地改善其受壓性能、增大延性。按照邊緣構件的范圍和配筋要求的不同，分為約束邊緣構件和構造邊緣構件，前者強于后者。　?。?）邊緣構件的設置部位　　抗震墻兩端和洞13兩側的邊緣構件設置應符合下列要求：　　1）對于一、二級抗震墻結構和框架一抗震墻結構中的抗震墻，應在其底部加強部位及相鄰的上一層墻肢設置約束邊緣構件，但當墻肢底截面在重力荷載代表值作用下的軸壓比較小（即：一級9度時小于0.1、一級8度時小于0.2、二級時小于0.3）時，這些部位可設置構造邊緣構件；一、二級墻的其他一般部位以及三、四級抗震墻結構和框架一抗震墻結構中的抗震墻，應設置構造邊緣構件。　　2）對于部分框支抗震墻結構中一、二級落地抗震墻的底部加強部位及相鄰的上一層墻肢，兩端應設置符合約束邊緣構件要求的翼墻或端柱，洞13兩側應設置約束邊緣構件；不落地的抗震墻，應在底部加強部位及相鄰的上一層墻肢的兩端設置約束邊緣構件?！　。?）約束邊緣構件的構造要求（圖5.28）　　1）約束邊緣構件沿墻肢的長度和配箍特征值應符合表5.30的要求。

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