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《建筑抗震设计》复习资料(考试专用)
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内容提示：《建筑抗震设计》复习资料（考试专用）。1.震级和烈度有什么区别和联系？。震级是表示地震大小的一种度量，只跟地震释放能量的多少有关，而烈度则表示某一区域的地表和建筑物受一次地震影响的平均强烈的程度。烈度不仅跟震级有关，同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件等多种因素有关。一次地震只有一个震级，但不同的地点有不同的烈度。。2.如何考虑不同类型建筑的抗震设防？。规范将建筑物按其用途分为四类： 甲类（特殊设防类）、乙类（重点设防类）、丙类（标准设防类）、丁类（适度设防类）。 1 ）标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。2 ）重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。3 ）特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。4 ）适度设防类，允许比本地区
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动参数表征引起的地面运动的物理参数，包括、反应谱和持续时间等。 地震动是由释放出来的引起的地面运动。它是由不同频率、不同（或强度）在一个有限时间范围内的集合。所以通常以、频率特性和持续时间三个参数来表达的特点。包&&&&括、反应谱等适用范围改建、扩建一般建设工程抗震设防
动参数是工程的依据，不同工程对工程场地地震安全性评价的深度以及提供的参数的要求不地震动参数同，这取决于工程的类型，工程的安全性，危险性以及社会影响等因素。比如对一般工业民用，中国已经颁发的规范都以基本为基础来确定设防烈度，以烈度值换算成动进行抗震设计，但对一些重要工程和特殊工程如超高层建筑，大桥、大坝、核电厂等只提供峰值加速度还不能满足抗震设计要求，还必须提供地震过程的频率特性和强震动的持时等地动参数。动的重要工程特性至少应包括地动（加速度或速度峰值），反应谱及强震持时这三项参数。动是地震强度的表示，通常以表示的最多，如、。是指动的最大值。动的大小反应了地震过程中某一时刻地震动的最大强度，它直接反映了地震力及其产生的振动和引起结构地震变形的大小，是地震对结构影响大小的尺度。在以为基础作为抗震设防，往往以相应的烈度换算成相应的，例如，中国地震烈度（1980）规定，烈度与峰值加速度和速度的对应关系： 建设部（号文规定了烈度为Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ时，设计时取对应的峰值加速度平均值分别为：0.1，0.2，0.4，0.8g。动频谱特性就是强震地面运动对具有不同自振周期的结构的响应，反应谱是工程抗震用来表示地动频谱的一种特有的方式，这是由于它是通过单体系的反应来定义的，容易为工程界所接受。反应谱S（T，ξ）的定义是：具有同一ξ的一系列单体系（其自振周期为Ti，i=1，2，…N）的最大反应绝对值S（Ti，ξ）与周期Ti的关系，即S（Ti，ξ），有时也写为S（T）。或者说 干具有相同特性的，但结构周期不同的单自由度体系，在某一作用下的最大反应。反应谱的形状随a（t）而变，近震小震坚硬场地上的动a（t）的反应谱在高频部分，远震大震软厚场地上的a（t）的反应谱峰值在低频部分。震害经验表明：小震近震近坚硬场地上的动容易使产生震害，而大震软厚场地上的地震动容易使高柔结构产生震害。这一规律从动的频谱特性去理解就很容易解释，前一种地震动的高频比较丰富，而后一种则以底频含量较强，由于，前者易使高频结构受到破坏，后者易使底频结构受损。强动的持续时间在震害及对结构的影响，主要发生在结构反应进入非线性化之后，持时的增加使出现较大永久变形的概率提高，持时愈长，则反应愈大，产生震害的积累效应。对一般工业民用的，利用动 （强度）就行了，但对重大工程、特殊工程，仅有幅值不行，需要考虑持续时间。动参数划分，是以为背景，按照不同的地震强弱程度，以一定的标准（包括时间年限、概率水地震动参数准、动、等地震动参数标准），将划分为不同抗震设防要求的区域，并以图件的形式表示出来。动参数区划图展示了地区之间潜在地震危险程度的差异，设计人员可以根据地震动参数区划图上所标示的各个地区的抗震设防要求进行建设工程。
从50年代至今，随着国民经济的发展和科学的进步，的目的、内容和方法也在不断地改进和发展。我国的图已编制完成了三张区划图；日即将颁布实施的是我国第一张地震动参数区划图。国家标准《中国动参数区划图》（GB1）是根据《中华人民共和国防震减灾法》的有关规定及工程建设对编制地震动参数区划图的需求制定的。本标准吸收了我国近10年来新增的、大量的基础资料及其综合研究的最新成果，该标准与国际接轨，采用了国际上最新的编图方法，较《中国地震烈度区划图（1990）》更能准确地反映地震动的，更能满足现代工程对地震区划的需求。该图由《中国地震区划图》（1：400万）、《中国地震动反应谱特征周期区划图》（1：400万）和《地震动反应谱特征周期调整表》组成，图上所标示的地震动参数指一般中硬场地条件下，设防水准为50年超越概率10%时的峰值加速度和特征周期。
动参数区划图可作为编制社会经济发展和利用规划的基础资料；是新建、扩建、改建一般建设工程和已建一般建设工程的抗震鉴定与加固的抗震设防要求；但抗震设防要求高于本地震动参数区划图抗震设防要求的重大工程、可能发生严重的工程，核电站和其它有特殊要求的核设施建设工程，位于地震动参数区划分界线附近的新建、扩建、改建建设工程；某些地震研究程度和资料详细程度较差的边远地区；位于复杂工程地质条件区域的大城市、大型厂矿、长距离生命线工程以及新建开发区等，不应直接采用本标准，需做专门研究。[1]验算直接采用本标准提供的动参数
当涉及地基处理、构造措施或其他防震减灾措施时，地震基本烈度数值可由本标准查取地震动峰值加速度并按表D1确定，也可根据需要做更细致的划分适用于新建、改建、扩建一般建设工程抗震设防
编制社会经济发展和国土利用规划
编制防震减灾规划
已建一般建设工程的抗震鉴定和加固
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&&&&&&&&&&&&什么是地震动反应谱特征周期？
什么是地震动反应谱特征周期？
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　　结构的自振周期顾名思义是反映结构的动力特性，与结构的质量及刚度有关，具体对单自由度就只有一个周期，而对于多自由度就有同模型中采用的自由度相同的周期个数，周期最大的为基本周期，设计用的主要参考数据！&&& 特征周期是，在地震影响系数曲线中，水平段与下降段交点的横坐标，反映了地震震级，震源机制（包括震源深度）、震中距等地震本身方面的影响，同时也反映了场地的特性；如软弱土层的厚度，类型等场地类别，所以特征周期同时反映了地震动及场地的特性！它在确定地震影响曲线时用到！&&& 规准化的反应谱曲线开始下降点所对应的周期值，也称特征周期、卓越周期，是建筑场地自身的周期。设计特征周期是指抗震设计用的地震影响系数曲线的下降阶段起始点所对应的周期值，与地震震级、震中距和场地类别等因素有关。并根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定。　&&& 给了这个定义还是不知道如何求特征周期，本来反应谱曲线就是单峰值，规范反应谱才是有平台的。　　规准反应谱(或称为标准反应谱) 就是将地震动加速度反应谱分别除以对应地震动的最大值,使纵坐标谱值无量纲化,它反映了单质点系在地震作用下的最大反应对地震动峰值的放大情况。反应谱与规准反应谱只是在纵轴上的数值不同,而曲线的形状是相似的。将反应谱规准化是为了消除地震动强度对反应谱纵轴坐标值的影响,是用于比较不同地震波频谱特性的工具。&&& 双规准反应谱就是在规准化反应谱的基础上,再将横坐标(即周期)无量纲化:将地震动反应谱的峰值对应周期去除相应反应谱的横坐标所得到的结果,　　特征周期实际上是地震专家们为了模拟地震反应谱提出的设计反应谱的需要，而根据大量地震统计数据提出来的一个概念，特征周期的取值和地震影响系数的取值实际都是经验值，本来地震反应谱就是经过许多假定而提出来的，为了用设计反应谱模拟地震反应谱，必须提出一个公式，而特征周期就是公式里的一个系数。
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[结构理论知识]热门知识爆破地震(爆破地震)爆破时通过炸药能量的释放，使炮孔周围介质破碎，同时由于爆破应力波作用又使远处介质产生剪应力和拉应力，使介质产生裂隙；剩余的一部分能量以波的形式传播到地面，引起地面质点的振动，形成爆破地震。地面与地下工程结构均受爆破地震的影响，在爆破工程设计时需根据实际情况进行爆破地震强度的检算。目录 随着爆破拆除工程日益增多，为了不致损伤破坏爆体周围的建筑与设备，严格控制爆破振动是极为重要的。因此，在控制爆破设计中，同样需要进行爆破强度的检算。 与自然地震区别 爆破地震与自然地震有相似之处，即二者都是急剧释放能量，并以波动的形式向外传播，从而引起介质的质点振动，产生地震效应。但爆破地震还有以下特点： 一、爆破地震的震源能量小，影响范围小； 二、持续时间短，爆破地震一般在0.1～0.2 S左右，而自然地震持续时间长，一般在10～40 S左右； 三、爆破地震振动频率高，而自然地震一般是低频振动； 四、可以控制爆破震源大小及作用方向； 五、通过改变爆破技术可以调节振动强度。?虽然在同一地点的两种地震波参数相同，但爆破地震对该处建筑的影响和破坏程度要比自然地震轻。因此，对于爆破地震问题不应按自然地震的计算方法来处理。爆破所引起的地面振动与天然地震一样，是一个非常复杂的随机变量。它是以波的形式传播的，其振幅、周期和频率都随时间而变化。振动的物理量一般用质点的振速、加速度、位移和振动频率等表示。用振动的哪些物理量作为衡量爆破地震效应强度的判据，在不同的工程实践中，各有侧重，国内外多采用地面质点的振动速度作为衡量爆破地震效应强度的判据。这是因为： 一、它可以使爆破振动的烈度与自然地震烈度相互参照； 二、采用的速度传感器及二次仪表比较普遍，标定与信号检测较容易。?三、便于换算与结构破坏判据相关的参数。岩石介质的振动矢量是由相互垂直的三个方向的矢量和求得的。一般用垂直振动速度作为判据。在理论的推导上，由于爆破振速的大小与炸药量、距离、地形、爆破方法等有关，推导出的公式（经验公式）较多，使用较多的是由相似理论 量纲分析的结果，给出按药量立方根比例推算的方法决定函数关系（萨道夫斯基提出的经验公式）v=k(Q^(1/3)/R)^α {式中：V为爆破产生的振动速度（cm/s）；K为介质系数；α为衰减系数；Q为最大一段装药量（kg）；R为测点与爆心的距离（m）}。 由于工程爆破的地质条件、装药设计等等条件千变万化，式中的参数经常变化，特别是K与α系数的值要在具体的工程条件下确定。通常使用小药量试爆，测试数据V、R、Q值进行线性回归，计算得出a，k如上所述，虽然已将爆破地震的安全振速作为建（构）筑物是否破坏的判据，据以判断该建（构）筑物在一定的爆破情况下是否安全，但是，对于建筑结构可承受爆破地震荷载数值还无法确定。因为，安全振速不能确定爆炸振动对建（构）筑物产生的地震荷载（地震力）。地震荷载与一般荷载不同，一般荷载与结构的动力特性无关，可以独立确定。而地震荷载不仅取决于地震烈度，即地震时受到的影响和破坏程度的大小，还与建筑物的动力特性等因素有密切关系，如结构的自振周期、阻尼等。我国与世界上大多数国家对自然地震的抗震设计规范，采用了反应谱理论来确定地震荷载。?3.1 反应谱的概念?用一个阻尼谐和振动子（即单自由度体系）来模拟真实建筑物，然后考察此振动子在承受地震引起的速度、加速度、位移特性。我们将实测到的地面加速度曲线作为确定反应谱的输入，对于某一个自振频率 阻尼的组合情况求出对于地面加速度的最大反应，这一最大反应就是反应谱曲线上的一个点。因此，反应谱的定义是单自由度体系对于给定的地面加速度考虑阻尼时的最大反应（加速度、速度、位移）与系统的自振频率（或周期）的关系曲线。?反应谱计算理论是根据地震时的实测记录，通过分析计算所绘制的加速度反应谱曲线为依据的。?3.2 反应谱分析在爆破地震中的应用?爆破振动波形可进行直观分析，为什么还要进行反应谱分析？振动强度的物理量中，如振幅的大小，振动持续的时间的长短等在所测波形中容易了解。然而，象频率的高低、分布情况、能量的大小等物理量，从波形图中不易得到。只有通过频谱分析才能获得振动各参量中的各频率成分和分布范围，得到主振幅的频率值。?爆破地震频谱分析很重要，它对各种结构物，地下工程等，在爆破作用下的动力分析，提供了不可缺少的振动参数。?3.3 频谱分析?地震波是质点作周期性振动的弹性波，波动可能是瞬态的、周期性的或随机性的。?分析地震的作用，所关心的是地震通过时质点产生的运动。谐振运动的基本运动方程为：u=umax sinwt (3)??式中：u是在t时刻的质点位移；umax是位移幅值；w 是角频率，w =2πf，f为频率。对式(3)求导，得到质点作谐振动的速度（V）和加速度（a）。 若只考虑最大值，则 实际上，地震波中质点的运动不是简单的谐振动，位移幅值和周期都不是固定常数，而随时间变化。但上述各参量幅值间的关系，可用来分析地震波中质点的运动。爆破产生的振动波中包含各种成分的波。图1是一较典型的爆炸地震图。地震图中三条曲线分别记录了质点位置矢量在三个方向上（纵向L，垂直方向Z，横向T）的分量。可以看出，最先记录下的是体波，尔后是表面波。各谐波分量中振幅最大的分量的频率为主频率。求算主频率的方法是对波形进行傅里叶谱分析，因质点的振动波形是时间的函数，通过傅里叶变换把振动波形的振幅随时间变化的函数变换成振幅随频率变化的函数，即由时域变成频域。? 3.3.1 频谱分析是以傅里叶级数和傅里叶积分为基础。波形分析采用傅里叶积分的方法，是把时间域里的信号x(t)变换为频率域里的函数x(w)之间的关系，记录波形只在持续的时间T内，x(t)才存在傅里叶变换。??式中：x(t)：是爆破振动量（如位移、加速度等 ）的时间历程；x(w)：为x(t)的频谱；w是角频率；j=-1是复数单位。?对有限长波形的傅里叶变换是一复数。? ?x(w)=R(w)+jI(w) (7)??式中实部： ?虚部： 谱的幅值为 相位谱为： 快速傅里叶变换(即FFT算法)，是通过把整个数据序列，分离成若干个较短的序列来计算离散傅里叶变换(DFT)，以替代整个序列的DFT。FFT算法有多种计算结构形式，常用的柯立 杜开法是使数列成2P的数据序列。FFT法可达到较快较高的速度和精度，达到实时分析的效果和替代繁杂的计算。因此用它编制成软件，在计算机上进行频谱分析。3.3.2 进行实测的爆破地震测试系统框图如图2所示。?使用上述系统可以把爆破地震直接进行记录分析打印,得到频谱分析的结果，找出振动波形中的主频率。该系统可用笔记本式电脑直接在现场进行测试。?找出主频率，以此来判断地震波对结构的影响，以及分析结构在地震波作用下的反应，求算出爆破地震荷载的大小和方向。?
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