產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震反應的原因.ppt

一、產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震反應的原因,3.7 建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)地震效應,1.建筑結(jié)構(gòu)的偏心,兩方面：建筑自身的原因和地震地面運動的原因。,質(zhì)心,剛心,產(chǎn)生偏心的原因：,a.建筑物的柱體與墻體等抗 側(cè)力構(gòu)件布置不對稱。,b.建筑物的平面不對稱。,c.建筑物的立面不對稱。,d.建筑物的平面、立面均不對稱。,e.建筑物各層質(zhì)心與剛心重合， 但上下層不在同一垂直線上。,f.偶然偏心。,2.地震地面運動存在扭轉(zhuǎn)分量,地震波在地面上各點的波速、周期和相位不同。建筑結(jié)構(gòu)基底將產(chǎn)生繞豎直軸的轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)便會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。,無論結(jié)構(gòu)是否有偏心，地震地面運動產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動均是存在的。,但二者有區(qū)別，無偏心結(jié)構(gòu)的平動與扭轉(zhuǎn)振動不是耦合的，而有偏心結(jié)構(gòu)的平動與扭轉(zhuǎn)振動是耦合的。,二、考慮扭轉(zhuǎn)地震效應的方法,1、規(guī)則結(jié)構(gòu)不進行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時，平行于地震作用方向的兩個邊榀，其地震作用效應宜乘以增大系數(shù)。一般情況下，短邊可按1.15、長邊可按1.05采用；當扭轉(zhuǎn)剛度較小時，宜按不小于1.3采用。,2、采用扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的振型分解反應譜法。,1、考慮扭轉(zhuǎn)地震效應時水平地震作用標準值的計算公式:,-分別為j振型i層的x、y方 向的水平相對位移；,-為j振型i層的相對扭轉(zhuǎn)角；,-j振型周期Tj對應的地震 影響系數(shù)；,-i層轉(zhuǎn)動半徑；,三、考慮扭轉(zhuǎn)的振型分解反應譜法,考慮扭轉(zhuǎn)地震效應時水平地震作用標準值的計算公式:,-考慮扭轉(zhuǎn)的j振型參與系數(shù)；,僅考慮x方向地震時,僅考慮y方向地震時,與x方向斜交地震時,地震作用方向與x軸方向夾角,2、考慮扭轉(zhuǎn)影響的水平地震作用效應,考慮雙向水平地震作用下扭轉(zhuǎn)的地震作用效應,3.10 地基與上部結(jié)構(gòu)相互作用的影響,一般規(guī)定：建筑物基底為剛性，建筑的振動僅取決于上部結(jié)構(gòu)的特性。,考慮土結(jié)構(gòu)相互作用：,（1）改變了臨近場地中地面運動的頻譜成分； （2）改變了結(jié)構(gòu)的振動特性，使結(jié)構(gòu)周期增長、阻尼和位移增大，將減小結(jié)構(gòu)所受的地震作用，但增大了結(jié)構(gòu)的位移。,由于考慮到我國地震作用取值偏低，因此規(guī)范規(guī)定：結(jié)構(gòu)抗震計算，一般情況下可不計入地基與結(jié)構(gòu)相互作用的影響；8度和9度時建造于、類場地，采用箱基、剛性較好的筏基和樁箱聯(lián)合基礎的鋼筋混凝土高層建筑，當結(jié)構(gòu)基本自振周期處于特征周期的1.2倍至5倍范圍時，若計入地基與結(jié)構(gòu)動力相互作用的影響，對剛性地基假定計算的水平地震剪力可按下列規(guī)定折減，其層間變形可按折減后的樓層剪力計算。,1.高寬比小于3的結(jié)構(gòu)，各樓層水平地震剪力的折減系數(shù)，可按下式計算：,-計入地基與結(jié)構(gòu)動力相互作用后的地震剪力折減系數(shù)；,-按剛性地基假定確定的結(jié)構(gòu)基本自振周期；,-計入地基與結(jié)構(gòu)動力相互作用的附加周期 按右表采用（單位：s）；,2.高寬比不小于3的結(jié)構(gòu),底部的地震剪力按1款規(guī)定折減,頂部不折減,中間各層按線性插入值折減.,3.折減后各樓層的水平地震剪力應符合樓層最低剪力的規(guī)定。,3.11 結(jié)構(gòu)豎向地震作用,豎向地震運動是可觀的：,根據(jù)觀測資料的統(tǒng)計分析，在震中距小于200km范圍內(nèi)，同一地震的豎向地面加速度峰值與水平地面加速度峰值之比av/ah平均值約為1/2，甚至有時可達1.6。,豎向地震作用的影響是顯著的：,根據(jù)地震計算分析，對于高層建筑、高聳及大跨結(jié)構(gòu)影響顯著。結(jié)構(gòu)豎向地震內(nèi)力NE/與重力荷載產(chǎn)生的內(nèi)力NG的比值沿高度自下向上逐漸增大，烈度為8度時為50%至90%，9度時可達或超過1；335m高的電視塔上部，8度時為138%；高層建筑上部，8度時為50%至110%。,目前,規(guī)范考慮豎向地震作用的結(jié)構(gòu)為,1.長懸臂結(jié)構(gòu)； 2.大跨度結(jié)構(gòu)； 3.高聳結(jié)構(gòu)和較高的高層建筑；,計算結(jié)構(gòu)豎向地震作用的方法：,靜力法：取結(jié)構(gòu)或構(gòu)件重力的某個百分數(shù)作為其豎向地震 作用；,水平地震作用折減法：取結(jié)構(gòu)或構(gòu)件水平地震作用的某個 百分數(shù)作為其豎向地震作用；,豎向地震反應譜法：與水平地震反應譜法相同。,時程反應分析：,一、豎向地震反應譜,豎向地震反應譜與水平地震反應譜的比較:,類場地豎向地震 平均反應譜與水平 地震平均反應譜,形狀相差不大,加速度峰值約為水平的1/2至2/3。,可利用水平地震反應譜進行分析。,分析結(jié)果表明： 高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑豎向第一振型的地震內(nèi)力與豎向前5個振型按平方和開方組合的地震內(nèi)力相比較，誤差僅在5%-15%。,此外，豎向第一振型的數(shù)值大致呈倒三角形式，基本周期小于場地特征周期。,因此，高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑豎向地震作用可按與底部剪力法類似的方法計算。,二、高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑豎向地震作用的計算公式,-結(jié)構(gòu)總豎向地震作用標準值；,-豎向、水平地震影響系數(shù)最大值。,-質(zhì)點i的豎向地震作用標準值。,規(guī)范要求：9度時，高層建筑樓層的豎向地震作用效應應乘以1.5的增大系數(shù)。,三、平板型網(wǎng)架屋蓋與大于24m屋架的豎向地震作用計算,-第i桿件的豎向地震內(nèi)力；,-第i桿件的重力內(nèi)力。,反應譜法計算結(jié)果表明,1.比值雖不相同,但相差不大,故可取最大值作為設計依據(jù)；,2.比值與烈度和場地類別有關(guān)；,3.比值與跨度有關(guān)，但在常用的范圍內(nèi)，變化不很大；為了簡化，略去其影響；,-豎向地震作用系 數(shù)，按表采用；,-重力荷載代表值。,采用靜力法,對于長懸臂和其它大跨度結(jié)構(gòu)的豎向地震作用標準值， (1) 8度和9度可分別取該結(jié)構(gòu)、構(gòu)件重力荷載代表值的10%和 20% (2)設計基本地震加速度為0.30g時，可取該結(jié)構(gòu)構(gòu)件重力荷載代表值的15%。,時程分析法概念,時程分析法是對結(jié)構(gòu)的運動微分方程直接進行逐步積分求解的一種動力分析方法。由時程分析可得到各質(zhì)點隨時間變化的位移、速度和加速度動力反應，并進而可計算出構(gòu)件內(nèi)力的時程變化關(guān)系。由于此法是對運動方程直接求解，又稱直接動力分析法。 直接動力分析包括確定性動力分析與非確定性動力分析兩大類，即確定性動力分析中的時程分析法與非確定性分析的隨機振動分析法，這里主要介紹時程分析法。 抗震規(guī)范規(guī)定，重要的工程結(jié)構(gòu)，例如：大跨橋梁，特別不規(guī)則建筑、甲類建筑，高度超出規(guī)定范圍的高層建筑應采用時程分析法進行補充計算。,結(jié)構(gòu)彈塑性時程分析方法的步驟,（1）按照建筑場址的場地條件、設防烈度、震中距遠近等因素，選取若干條具有不同特性的典型強震加速度時程曲線，作為設計用的地震動輸入； （2）根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的