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2019-06-26

德国建筑结构地震作用

本规范不考虑特殊结构,例如核电站、海洋工程结构和大型水坝[1] 。 本规范的既定目的是确保在发生地震时,

  • 人的生命受到保护,
  • 损坏是有限的,并且
  • 对民事保护具有重要意义的建筑物仍然可以使用。

地震是由土对结构产生的作用。 因此,该作用对应于一组施加的变形或加速度。 为了将该作用与按照组合规范 DIN EN 1990 在规定的设计工况下的其他作用(活荷载、雪等)相结合,地震活动产生的作用被归类为地震作用。

功能要求

地震区的结构必须满足稳定性和损伤限制方面的要求。

考虑到结构稳定性,必须确保结构体系能够承受规定的设计地震,而不会发生局部或整体倒塌,从而保持结构的完整性和地震发生后的剩余承载能力。 在这种情况下,参考设计地震必须使用参考重现期 TNCR = 475 年[2]来确定。 这相当于在 50 年内发生或超过 10% 的概率。

此外,关于损伤限制,有必要确保结构的设计和建造能够承受地震作用。

具有比设计地震作用更大的发生概率,在不发生损坏和相关使用限制的情况下,与结构本身的成本相比,其成本将不成比例地高[1]
但是,在德国国家地震作用附录中忽略了该设计。

通过将结构划分为不同的重要性等级来实现非倒塌要求和损伤限制要求的目标可靠度。 为每个重要性等级分配一个重要性系数 γI ,作为参考地震作用的修正值,以确定设计地震[1] 。 重要性等级 II 对应于参考地震的 TNCR

重要性分类建筑结构重要系数 γI
i对公共安全不重要的建筑物(例如农业建筑等)0,8
II不属于其他类别的普通建筑(小型住宅和办公楼、厂房等)1.0
III考虑到倒塌的后果,抗震性很重要的建筑物(大型住宅建筑、学校、礼堂、商场等)1.2
IV地震时的完整性对民防至关重要的建筑物(医院、重要的民防设施、消防部门、安保人员等)1.4

合规性准则 - 极限状态

为了满足建筑物在地震作用下的功能要求,必须检查承载能力极限状态和正常使用极限状态。

承载能力极限状态描述了所考虑的建筑物[1]可能出现的倒塌情况或其他结构失效。 为了确保符合要求,必须确保整个建筑物(包括所有基础构件和土壤)的延性和结构稳定性。

但是,正常使用极限状态关注的是限制正常使用极限状态[1]的损伤。 为了保证足够的抗损坏可靠性,必须确保相应的变形极限。 此外,重要的建筑物必须设计得具有相应的刚性,以保护居民有足够的抵抗力来维持最重要的服务。

延展性

通常,地震会对建筑物施加能量并引起振动[2] 。 相应的建筑物振动以及地震荷载取决于建筑物的属性。 对于地震,建筑物可以这样设计,即它们可以承受相对较高的作用力而弹性变形很小,或者可以承受较小的作用力而塑性变形较大。 第二种解决方案会导致明显更高的能量耗散,这需要对结构体系进行物理非线性计算。 在实践中,为了平衡荷载和耗能[1] ,使用取决于特定延性等级的性能系数 q。 延性等级越高,等效地震荷载越小。 但是,延性等级越高,保证延性的结构设计要求就越高。

 结构的延性等级行为因素 q
低耗散结构性能DCL(低)≤ 1.5
耗散结构行为DCM(平均值)混凝土构件按照 DIN EN 1998-1,第 5 章
钢结构按照 DIN EN 1998-1, Chapter 6
根据 DIN EN 1998-1,第 7 章由钢和混凝土制成的组合结构
木结构按照 DIN EN 1998-1, Chapter 8
砌体结构按照 DIN EN 1998-1,第 9 章
DCH (高)

地震作用

地震规范用弹性地震动加速度反应谱(也称为弹性反应谱)描述了地球表面某点发生的地震动。 弹性反应谱与对结构稳定性和损伤极限的设定要求相同。

由于大多数结构的地震作用是通过非线性反应来降低的,因此在确定时需要进行非线性计算[1] 。 为简化起见,可以在弹性反应谱的基础上通过线性计算确定建筑物的延性行为,该弹性反应谱已修改了性能系数 q。 用 q 修正的反应谱称为设计反应谱[1] 。 作用系数 q 与结构 5% 的粘性阻尼有关。

面积设计谱 Sd (T) 的函数
0 ≤ T ≤ TBagR ⋅ γI ⋅ S ⋅ [1 + T/TB ⋅ (2.5/q - 1)]
TB ≤ T ≤ TCagR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2.5/q
TC ≤ T ≤ TDagR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2.5/q ⋅ TC/T
TD ≤ TagR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2.5/q ⋅ (TC ⋅ TD )/T2

Sd (T) = 设计谱的纵坐标
T = 线性单质量振动的振动周期
γI = 重要性系数
q = 性能系数
agR =参考峰值地面加速度
TB, TC, TD = 反应谱的控制周期
S = 土壤系数

参考峰值地面加速度 agR是一个特定于场地的值。 该值来自德意志联邦共和国的地震风险分析。 根据当地的危险性,该国被划分为相应的地震带 0 到 3。 在每个区域内,假设危险是恒定的,并使用相应的参考峰值地面加速度 agR [1]进行分类。

地震分区参考峰值地面加速度 agR的值,m/s2
0未指定
10.4
20.6
30,8
n/a未指定

为设计谱定义的控制周期 TB 、TC和 TD以及土体系数 S 也是特定于场地的值,并且是基于以下位置的地基等级和底土等级[1]的组合。施工。

土壤条件[THESIS.THESISTITLE]TB in sTC in sTD in s
A-R1.000.010.202.0
B-R1.250.010,252.0
C-R1.500.010.302.0
B-T1.000.010.302.0
C-T1.250.010.402.0
C-S0.750.010.502.0

地面取决于剪切波速度,分为 A、B 和 C 类[1]

  • 接地类型 A
    • 高强度非风化(新鲜)实心岩石
    • 主导横波速度大于约 800 m/s
  • 接地类型 B
    • 中风化固体岩石或强度低的固体岩石
    • 具有高摩擦特性的粗粒(非粘性)或混合粒松散土,具有致密或实心稠度(例如冰川松散岩石)
    • 主要的横波速度在 350 m/s 和 800 m/s 之间
  • 接地类型 C
    • 严重或完全风化的坚硬岩石
    • 中等稠度或至少为硬稠度的粗粒(非粘性)或混合粒非固结土
    • 至少具有坚硬稠度的细粒(粘性)土
    • 主要面波测量范围在 150 m/s 和 350 m/s 之间

根据岩石和沉积物之间的变化,将底土分为 R、T 和 S [1]类:

  • 底土等级 R
    • 以岩石为主的地区
  • 底土等级 T
    • 底土等级 R 和底土等级 S 之间的过渡带,以及相对较浅的沉积盆地区域
  • 底土等级 S
    • 盆地构造较厚且沉积充填较厚的地区

确定地面加速度的局部参考峰值和底土等级

雪荷载分区,风荷载分区和地震荷载分区网页Geo-Zonen-Tool不仅查询了规范要求以及互联网数字化解决方案, 该工具会根据所选荷载类型(雪荷载、风荷载、地震作用)和特定国家/地区的规范,根据谷歌地图确定相应的数据。 在搜索功能中输入位置、地理坐标或当地条件,即可获得相关数据。 然后,该工具通过准确的海拔高度和输入的区域数据确定该位置的典型荷载或加速度。 如果新的施工地点无法通过简单含糊的地址定义,则可以放大地图并将焦点移动到正确的位置。 当标记偏移到新的高度时,就会重新计算,并输出当前的荷载。

在线服务可以在 Dlubal 网页中的“解决方法 → 在线服务”中找到。

参数默认值...

1. 荷载类型 = 地震
2. 标准 = EN 1998-1
3. 地图级别 = 地震带或底土等级
4. 附件 = 德国 | DIN EN 1998-1
5. 地址 = Domkloster 4, Cologne

…可以得出该选定地址的:

6 地震带
第 7 个自由度 底土等级
8. 如果有必要,请提供附加信息
9. 参考峰值地面加速度 agR的值


作者

Niemeier 先生负责 RFEM、RSTAB、RWIND Simulation 以及膜结构领域的开发。 他还负责质量保证和客户支持。

链接
参考
  1. Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1: Grundlagen, Erdbebeneinwirkungen und Regeln für Hochbauten; EN 1998-1:2004/A1:2013
  2. Albert, A.: Schneider - Bautabellen für Ingenieure mit Berechnungshinweisen und Beispielen, 23. Auflage. Köln: Bundesanzeiger, 2018
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