德国建筑物的地震荷载

技术文章

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对于德国,有DIN EN 1998-1和国家附录DIN EN 1998-1 / NA用于确定地震荷载。 该标准适用于地震作用下的土木工程。

核电厂,海上建筑物和大型水坝等特殊结构不在本规范范围内[1] 。 这些规则的既定目标是确保地震

  • 人的生命受到保护,
  • 损伤有限
  • 保护人口的重要结构仍然有效。

地震作用是由土体引起的结构作用。 因此该作用对应于一组施加的变形或加速度。 根据组合标准DIN EN 1990将该作用与定义的设计状况中的其他作用(施加荷载,雪荷载等)相结合,地震作用产生的作用归类为地震作用。

功能要求

地震作用下的结构必须满足一定的稳定性和损伤限制要求,并具有一定的可靠性。

在结构稳定性方面,有必要确保结构体系能承受规定的设计地震而不发生局部和全局破坏,从而保持其内部的内聚力和残余阻力。 在这种情况下相关的设计地震必须以T NCR = 475年[2]的参考重现周期来确定。 这相当于在50年内出现或者超出10%的概率。

此外,在减轻损害方面,必须确保建筑物能够在没有损坏或相关使用限制的情况下发生地震的可能性高于设计地震,其成本与施工成本相比是不成比例的。 [1] 这种设计在德国国家地震附录中被否定了。

结构稳定性和损伤限制的可靠性通过将所考虑的建筑物划分为重要性类别来实现。 在这个重要类别中得出相应的重要系数γI,它作为参考地震作用的修正值来确定设计地震[1] 。 类别II的含义与参考地震淬火的T NCR相一致

重要性分类建筑物γ的意义
[THESIS.TITEL]结构对于保护低客流量的公众(谷仓,文化温室等)并不重要0,8
II不属于其他类别的建筑物(较小的住宅和办公楼,车间等)1.0
III在地震中失效的结构会影响很多人(大型住宅区,学校,会议室,百货公司等)1.2
地震完整性对保护公众(医院,重要民防组织,消防部门,安全部队等)具有重要意义的建筑物1.4

匹配条件 - 极限状态

为了满足建筑物在地震情况下定义的功能要求,必须检查极限状态和适用性极限状态。

最终极限状态描述了所考虑建筑的可能的坍塌场景或其他结构系统的失效[1] 。 为了确保合规性,必须确保整个建筑物的要求和结构稳定性的延展性,包括所有基础构件和土壤。

在适用性极限状态下处理可能性的损坏[1] 。 为确保足够的抗损坏可靠性,必须确保相应的变形极限。 此外,重要的建筑必须设计得足够坚固,足以保护人口,并且能够保持最重要的服务。

延展性

一般情况下,地震导致建筑物产生能量并产生振动[2] 。 相应的建筑物振动以及地震荷载取决于建筑物的属性。 在地震作用下,可以设计作用力相对较大,弹性变形小,作用力较小,塑性变形较大的建筑物。 第二种解决方案是能耗显着提高,需要对结构体系进行物理非线性计算。 在实践中,荷载和能量耗散之间的平衡是通过使用行为系数q来决定的,该系数取决于某种延性分类[1] 。 延性等级越高,地震等效应力越小。 但是,延性等级越高,确保延性的结构设计要求就越高。

 结构延性分类行为因素q
低功耗结构行为DCL(低)≤1.5
结构结构耗散分析DCM(mean)混凝土构件符合DIN EN 1998-1,第5章
钢结构按规范DIN EN 1998-1,第6章
钢和混凝土组合结构符合DIN EN 1998-1,第7章
木结构按照规范DIN EN 1998-1,第8章
砌体结构符合DIN EN 1998-1第9章
DCH(高)

地震作用

地震标准描述了地球表面某个点上的地震动,弹性地面加速度反应谱(也称为弹性反应谱)。 弹性反应谱与结构稳定性和损伤限制的设定要求相同。

因为大多数结构支持非线性反应以减少地震作用,所以计算时需要进行非线性计算[1] 。 为了简单起见,可以根据用行为系数q修改的弹性反应谱,通过线性计算确定建筑物的延性行为。 用q修正的反应谱称为设计谱[1] 。 行为系数q取决于结构的5%粘滞阻尼。

图片 01 - 设计范围

区域设计光谱S d (T)的作用
0≤T≤TB.a gR · γI ·S·[1 + T / T B ·(2,5 / q - 1)]
T B≤T≤TC.a gγγS ·2.5 / q
T C≤T≤TDa gR · γI ·S·2.5 / q·T C / T.
T D≤Ta gγγS ·2.5 / q·(T C ·T D )/ T2

S d (T)=设计谱的纵坐标
T =线性单频振子的振荡持续时间
γI=显着系数
q =行为因素
a gR =地面加速度的参考峰值
T B ,T C ,T D =响应谱的控制周期
S =背景参数

地面加速度a gR的峰值参考值是站点特定的值。 该值来自德意志联邦共和国的地震危险性评估。 根据当地的危险性,该国家分为0到3个相应的地震区域。 假设风险在每个区域内是一个常数,并与相应的地面加速度参考峰值a gR [1]一起存储

地震分区地面加速度的参考峰值a gR ,单位为m / s 2
图片 03 - 地下地质分类的示意图 没有指定
10.4
[2]0.6
[BUG.REPORT.IMAGE3]0,8
n/a没有指定

图片 02 - 地震分区示意图

控制周期T B ,T C ,T D和为设计谱定义的背景系数S也是站点特定值,是基于现场可用的土层数据类别和地质分类[1]的组合。

基材条件[BUG.REPORT.DESCRIPTION]T B in sT C in sT D in s
增强对等1.000.010.202.0
BR1.250.010.252.0
CR1.500.010.302.0
Bt1.000.010.302.0
CT1.250.010.402.0
CS0.750.010.502.0

土层由剪切速率决定,分为A,B和C [1]

  • 附录等级A.
    • 高强度的未风化(新鲜)硬岩
    • 主导剪切波速度大于800 m / s
  • 附录B类
    • 中等风化的坚硬岩石或坚硬的岩石
    • 粗粒(粗粒)或混合粒混凝土,具有高摩擦力,稠密或坚固的松散性(例如松散松散的松散岩)
    • 多边形剪切波速在350 m / s到800 m / s之间
  • 土壤C类
    • 实心岩石强烈或完全风化
    • 在中等密度土层中的粗粒状(粒状)或混合粒状疏松土壤,或者至少是坚硬的稠度
    • 细化(粘结)的土壤,至少是坚硬的稠度
    • 主导剪切波速在150 m / s到350 m / s之间

岩石和沉积物之间的地质地下变化分为地基分类R,T和S [1]

  • 基板类R
    • 有岩石基岩的区域
  • 基板T类
    • 地基R级和地下S级之间的过渡带,以及相对浅的沉积盆地
  • 基础类S
    • 沉积层厚的盆地结构区域

图片 01 - 设计范围

确定地面参考峰值的地面加速度和背景类别

雪地,风荷载和地震分区上的Dlubal Geo-Zone工具使用互联网上的数字技术进行标准化。 根据选定的荷载类型(雪荷载,风荷载,地震)以及国家特定的标准,该工具将相应的区域地图放置在Google地图的地图上。 通过输入地址,地理坐标或局部条件,用户可以使用搜索功能将标记设置到计划的施工地点。 然后使用给定的区域数据和给定的区域数据确定该位置的特征荷载或加速度。 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网页的“解决方案→在线服务”中找到。

参数默认值...

1. 荷载类型=地震荷载
2. 标准= EN 1998-1
3. 平面=地震分区或地质背景分类
4. 附录=德国| DIN EN 1998-1
5. 地址=科隆Domkloster 4号地址

…可以得出该选定地址的:

6. 地震分区
7. 地基类别
8. 如果有必要,请提供附加信息
9. 地面加速度的参考峰值gR

图片 04 - Dlubal在线服务

关键词

地震 地震荷载 地面加速度 背景比率 基板类别 场地分类 地震分区 重要性分类 性态系数 延展性 结构重要性系数

参考

[1]   Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings; 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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