本書按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2010) 編寫, 以地震學(xué)的基礎(chǔ)知識、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本理論與方法、工程結(jié)構(gòu)的抗震三部分內(nèi)容為主線, 對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的基本知識、地震作用及危害、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本原理與方法等進(jìn)行了全面的介紹。全書共10 章, 主要內(nèi)容包括建筑抗震設(shè)計概論、地基與基礎(chǔ)抗震設(shè)計、地震作用與結(jié)構(gòu)抗震驗算、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能與設(shè)計、砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計、單層廠房抗震設(shè)計、多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計、隔震與消能減震設(shè)計、結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析、基于性能的抗震設(shè)計方法簡介。為便于學(xué)習(xí), 每章給出了習(xí)題及思考題。
本書可作為高等院校土建類專業(yè)相關(guān)課程的教材, 也可作為從事工程結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工的技術(shù)人員的參考書。
本書由清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)等高校合編,由清華大學(xué)長江學(xué)者特聘教授潘鵬教授、華中科技大學(xué)精品課程主講教師張耀庭教授主編,清華大學(xué)抗震專家錢稼茹教授主審,依據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等行業(yè)新規(guī)范,內(nèi)容系統(tǒng)介紹了建筑抗震設(shè)計基礎(chǔ)理論、方法、應(yīng)用及發(fā)展趨勢,體現(xiàn)了地震工程學(xué)科、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計領(lǐng)域的新研究成果。
本書是華中科技大學(xué)“建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計”精品課程教材,是“十三五”國家重點(diǎn)出版物。
前言
地震工程學(xué)發(fā)展至今已有一百余年的歷史, “ 建筑抗震設(shè)計” 是我國高校土木工程專業(yè)的核心專業(yè)課程之一。《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》( GB 50011—2010) 的實施, 體現(xiàn)了國家在新時期有關(guān)土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本原則和方法。《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》( GB50223—2008) 、《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》( GB 18306— 2015) 等相關(guān)規(guī)范的實施, 體現(xiàn)了地震工程的最新研究成果。
當(dāng)前, 有關(guān)建筑抗震設(shè)計方面的教材, 大多以抗震規(guī)范為藍(lán)本, 基于對規(guī)范條文的介紹和解釋而編寫, 較嚴(yán)重地受到了規(guī)范章節(jié)及條文內(nèi)容的束縛與限制; 從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度上看, 內(nèi)容多而龐雜。因此, 編寫一本系統(tǒng)介紹建筑抗震設(shè)計基礎(chǔ)理論、方法、應(yīng)用及發(fā)展趨勢, 適應(yīng)不同層次教學(xué)與科研人員需求, 具有鮮明特點(diǎn)的建筑抗震設(shè)計教科書, 正是本書的主要編寫宗旨之一。
本書共10 章, 以地震學(xué)的基礎(chǔ)知識、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本理論與方法、工程結(jié)構(gòu)的抗震三部分內(nèi)容為主線, 對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的基本知識、地震作用及危害、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本原理與方法等進(jìn)行了全面的介紹。在有關(guān)結(jié)構(gòu)非線性地震響應(yīng)分析的問題上, 對其力學(xué)分析基礎(chǔ)、數(shù)值建模時材料的本構(gòu)關(guān)系與各種單元類型、地震動的選擇與調(diào)整方法等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了較全面的分析與介紹。另外, 書中吸收了一些近年來在工程抗震領(lǐng)域的最新研究成果, 包括基于性能的抗震設(shè)計、消能減震與隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計等內(nèi)容。本書第1 章由張耀庭、潘鵬、蘇原執(zhí)筆, 第2、6 章由張耀庭執(zhí)筆, 第3、4 章由張耀庭、蘇原執(zhí)筆, 第5、7 章由黃斌執(zhí)筆, 第8 章由潘鵬執(zhí)筆, 第9、10 章由樊劍執(zhí)筆, 全書由張耀庭負(fù)責(zé)統(tǒng)稿, 由錢稼茹教授主審。
限于編者水平, 書中難免存在不當(dāng)之處, 敬請讀者批評指正。
編 者
張耀庭:華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師,國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師,多年來一直從事結(jié)構(gòu)工程與結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域的教學(xué)、科研與設(shè)計工作。在國內(nèi)外核心期刊上發(fā)表科技論文100余篇,主編教材1本;主持或參主持或參與橫向課題多項。主要研究方向為“混凝土與預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的基本理論與應(yīng)用”及“結(jié)構(gòu)抗震與減震”。
潘鵬:清華大學(xué)土木工程系教授,博士生導(dǎo)師,系主任,日本學(xué)術(shù)振興會外國人特別研究員。主要境內(nèi)學(xué)術(shù)兼職包括:結(jié)構(gòu)減震控制專業(yè)委員會委員、高層抗震專業(yè)委員會委員、防震減災(zāi)工程技術(shù)推廣青年委員會副主任委員、建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報編委等。主要境外學(xué)術(shù)兼職包括:國際建筑和施工研究創(chuàng)新協(xié)會委員、日本兵庫縣國家地震中心(E-defense)專家委員會委員等。主要研究方向為:(1)高性能隔震和消能減震(振)結(jié)構(gòu):(2)基于性能的抗震設(shè)計和優(yōu)化方法;(3)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)抗震實驗技術(shù)和大規(guī)模地震響應(yīng)彈塑性分析方法。主持或參加多個國家和部委科研課題,主編或參編多部國家設(shè)計規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。先后在國內(nèi)外高水平期刊、會議上發(fā)表論文100余篇,其中SCI收錄40余篇。出版結(jié)構(gòu)實驗技術(shù)專著1本,消能減震(振)結(jié)構(gòu)設(shè)計教材1本,建筑結(jié)構(gòu)抗震原理和方法教材1本。2010年,北京市工程建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)二等獎,全國工程勘察設(shè)計行業(yè)建筑結(jié)構(gòu)三等獎;2013年,華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)三等獎,入選教育部新世紀(jì)人才支持計劃;2014年,國家自然科學(xué)基金委青年科學(xué)基金資助;2015年,中國地震局防震減災(zāi)科技成果一等獎;2016年,國家科技進(jìn)步二等獎;2017年,北京市科技進(jìn)步二等獎,長江學(xué)者特聘教授。
目錄
前言
上篇 基 礎(chǔ) 篇
第1 章 建筑抗震設(shè)計概論 2
1. 1 地震及地震波 2
1. 2 地震震級與地震烈度 10
1. 3 地震動 15
1. 4 地震震害與工程抗震設(shè)防 23
1. 5 建筑抗震概念設(shè)計 26
1. 6 建筑抗震設(shè)計課程的任務(wù)和內(nèi)容 40
習(xí)題及思考題 42
第2 章 地基與基礎(chǔ)抗震設(shè)計 44
2. 1 場地 45
2. 2 地震時地面運(yùn)動特性 49
2. 3 天然地基與基礎(chǔ) 55
2. 4 地基土的液化 57
2. 5 樁基的抗震驗算 64
2. 6 軟弱黏性土地基 66
習(xí)題及思考題 67
第3 章 地震作用與結(jié)構(gòu)抗震驗算 69
3. 1 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論的發(fā)展 69
3. 2 單自由度體系的地震反應(yīng) 71
3. 3 單自由度彈性體系地震作用計算的反應(yīng)譜法 78
3. 4 多自由度彈性體系的水平地震反應(yīng)分析 86
3. 5 振型分解反應(yīng)譜法 92
3. 6 底部剪力法 96
3. 7 結(jié)構(gòu)基本周期的近似計算 100
3. 8 平扭耦聯(lián)振動時結(jié)構(gòu)的抗震計算 103
3. 9 豎向地震作用計算 105
3. 10 結(jié)構(gòu)抗震驗算 106
習(xí)題及思考題 111
第4 章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能與設(shè)計 115
4. 1 多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的震害 115
4. 2 多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計原則 121
4. 3 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計 131
4. 4 抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震分析 157
4. 5 框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計 164
習(xí)題及思考題 173
第5 章 砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計 175
5. 1 震害及其分析 175
5. 2 砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計的一般規(guī)定 178
5. 3 砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震驗算 181
5. 4 砌體房屋抗震構(gòu)造措施 191
5. 5 配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻房屋抗震設(shè)計要點(diǎn) 196
5. 6 底層框架-抗震墻砌體房屋的抗震設(shè)計 201
習(xí)題及思考題 206
下篇 提 高 篇
第6 章 單層廠房抗震設(shè)計 210
6. 1 震害及分析 210
6. 2 單層廠房結(jié)構(gòu)的抗震措施 211
6. 3 單層廠房橫向抗震計算 215
6. 4 單層廠房縱向抗震計算 223
6. 5 抗震構(gòu)造措施和連接的計算要求 234
6. 6 計算實例 238
習(xí)題及思考題 245
第7 章 多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計 248
7. 1 概述 248
7. 2 震害及其分析 248
7. 3 抗震設(shè)計一般規(guī)定 251
7. 4 抗震驗算 257
7. 5 抗震構(gòu)造措施 263
7. 6 多層與單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的抗震設(shè)計 268
習(xí)題及思考題 277
第8 章 隔震與消能減震設(shè)計 278
8. 1 結(jié)構(gòu)振(震) 動控制概述 278
8. 2 隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計 279
8. 3 消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計 296
習(xí)題及思考題 313
第9 章 結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析 314
9. 1 概述 314
9. 2 結(jié)構(gòu)恢復(fù)力模型 315
9. 3 結(jié)構(gòu)計算模型 317
9. 4 時程分析法 322
9. 5 靜力彈塑性分析 327
習(xí)題及思考題 343
第10 章 基于性能的抗震設(shè)計方法簡介 344
10. 1 概述 344
10. 2 結(jié)構(gòu)性能抗震設(shè)計的理論框架 345
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