豎向地震作用與變形驗(yàn)算PPT（36頁）

1、第 10 講扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)與豎向地震作用7/24/20221第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算本講內(nèi)容考慮扭轉(zhuǎn)的水平地震作用計(jì)算7/24/20222第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算一、產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震反應(yīng)的原因3.7 建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)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(yùn)動(dòng)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(duì)稱。b.建筑物的平面不對(duì)稱。7/24/20223第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算c.建筑物的立面不對(duì)稱。 d.建筑物的平面、立面均不對(duì)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(yùn)動(dòng)存在扭轉(zhuǎn)

2、分量 地震波在地面上各點(diǎn)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(dòng)，結(jié)構(gòu)便會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。 無論結(jié)構(gòu)是否有偏心，地震地面運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)均是存在的。 但二者有區(qū)別，無偏心結(jié)構(gòu)的平動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)不是耦合的，而有偏心結(jié)構(gòu)的平動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是耦合的。7/24/20224第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算二、考慮扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)的方法1、規(guī)則結(jié)構(gòu)不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算時(shí)，平行于地震作用方向的兩個(gè)邊榀，其地震作用效應(yīng)宜乘以增大系數(shù)。一般情況下，短邊可按1.15、長(zhǎng)邊可按1.05采用；當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度較小時(shí)，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(yīng)譜法。7/24/20225第10講 豎向地震作

3、用與變形驗(yàn)算三、考慮扭轉(zhuǎn)的振型分解反應(yīng)譜法1、平扭耦聯(lián)體系的自由振動(dòng)基本假定：（1）樓板在其自身平面內(nèi)為絕對(duì)剛性，在平面外的剛度很小可以忽略不計(jì)；（2）各榀抗側(cè)力結(jié)構(gòu)（框架或剪力墻）在其自身平面內(nèi)剛度很大，在平面外的剛度很小可以忽略不計(jì)；（3）所有構(gòu)件都不考慮其自身的抗扭作用；（4）將質(zhì)量（包括柱、墻的質(zhì)量）都集中于各層樓板處。 計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示，坐標(biāo)原點(diǎn)一般選在各樓層的質(zhì)心處。每一層樓質(zhì)量有三個(gè)自由度。7/24/20226第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算由結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，可建立結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程為式中-質(zhì)量矩陣-位移矩陣7/24/20227第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算-阻尼矩陣-剛度矩陣-平行于

4、x軸第s榀框架的剛度矩陣；-平行于x軸框架的榀數(shù)；-平行于y軸第r榀框架的剛度矩陣；-平行于y軸框架的榀數(shù)；7/24/20228第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算-第i層第s榀x方向的y向座標(biāo)；第i層-第i層第r榀y方向框架的x向座標(biāo);7/24/20229第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算求振型和頻率時(shí)可不計(jì)阻尼利用雅可比等方法可求出振型和頻率：7/24/202210第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算2、考慮扭轉(zhuǎn)影響的水平地震作用-地面運(yùn)動(dòng)加速度-地面運(yùn)動(dòng)方向與x軸夾角7/24/202211第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算設(shè)代入方程，并利用振型正交性，可得 經(jīng)過與前面單向平移振動(dòng)類似的推導(dǎo)，可得到考

5、慮扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)時(shí)水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式分別為j振型i層的x方向、y方向和轉(zhuǎn)角方向的地震作用標(biāo)準(zhǔn)值質(zhì)心j振型i層質(zhì)心處地震作用7/24/202212第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算 考慮扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)時(shí)水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式:-分別為j振型i層的x、y方 向的水平相對(duì)位移；-為j振型i層的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角；-j振型周期Tj對(duì)應(yīng)的地震 影響系數(shù)；-i層轉(zhuǎn)動(dòng)半徑；質(zhì)心j振型i層質(zhì)心處地震作用7/24/202213第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算 考慮扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)時(shí)水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式:質(zhì)心j振型i層質(zhì)心處地震作用-考慮扭轉(zhuǎn)的j振型參與系數(shù)；僅考慮x方向地震時(shí)僅考慮y方向地震時(shí)與x方向斜交

6、地震時(shí)地震作用方向與x軸方向夾角7/24/202214第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算3、考慮扭轉(zhuǎn)影響的水平地震作用效應(yīng)不計(jì)扭轉(zhuǎn)影響時(shí)的水平地震作用效應(yīng)(一般情況下 m=3）考慮單向水平地震作用下扭轉(zhuǎn)的地震作用效應(yīng)-考慮扭轉(zhuǎn)的地震作用效應(yīng)-分別為j、k振型地震作用產(chǎn)生的作用效應(yīng)； 可取前9 15個(gè)振型。-分別為j、k振型的阻尼比；-為j振型與k振型的耦聯(lián)系數(shù)；-為k振型與j振型的自振周期比；7/24/202215第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算考慮雙向水平地震作用下扭轉(zhuǎn)的地震作用效應(yīng)取兩者中較大值-為僅考慮x(y)向水平地震作用時(shí)的地震作用效應(yīng)。7/24/202216第10講 豎向地震作用與變

7、形驗(yàn)算3.8 結(jié)構(gòu)豎向地震作用豎向地震運(yùn)動(dòng)是可觀的： 根據(jù)觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)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(shí)可達(dá)1.6。豎向地震作用的影響是顯著的： 根據(jù)地震計(jì)算分析，對(duì)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(shí)為50%至90%，9度時(shí)可達(dá)或超過1；335m高的電視塔上部，8度時(shí)為138%；高層建筑上部，8度時(shí)為50%至110%。7/24/202217第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算 目前，國(guó)外抗震設(shè)計(jì)規(guī)定中要求考慮豎向地震作

8、用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件有： 1.長(zhǎng)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； 4.以軸向力為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（柱或懸掛結(jié)構(gòu)）； 5.砌體結(jié)構(gòu)； 6.突出于建筑頂部的小構(gòu)件。 我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定前三類結(jié)構(gòu)要考慮向上或向下豎向地震作用的不利影響。7/24/202218第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算計(jì)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(gè)百分?jǐn)?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(gè) 百分?jǐn)?shù)其豎向地震作用；豎向地震反應(yīng)譜法：與水平地震反應(yīng)譜法相同。規(guī)范采用的是基于豎向地震反應(yīng)譜法的擬靜力法。時(shí)程反應(yīng)分析：采用豎向地震波時(shí)程，按直接動(dòng)力法計(jì)算

9、7/24/202219第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算一、豎向地震反應(yīng)譜豎向地震反應(yīng)譜與水平地震反應(yīng)譜的比較:類場(chǎng)地豎向地震平均反應(yīng)譜與水平地震平均反應(yīng)譜形狀相差不大加速度峰值約為水平的1/2至2/3?？衫盟降卣鸱磻?yīng)譜進(jìn)行分析。7/24/202220第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算分析結(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(gè)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(chǎng)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(jì)算。7/24/202221第10講 豎向地震作用與

10、變形驗(yàn)算二、高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑豎向地震作用的計(jì)算公式-結(jié)構(gòu)總豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；-豎向、水平地震影響系數(shù)最大值。H1G1Hi-質(zhì)點(diǎn)i的豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值。 規(guī)范要求：9度時(shí)，高層建筑樓層的豎向地震作用效應(yīng)應(yīng)乘以1.5的增大系數(shù)。7/24/202222第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算 三、平板型網(wǎng)架屋蓋與大于24m屋架的豎向地震作用計(jì)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(yīng)譜法計(jì)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(shè)計(jì)依據(jù)；2.比值與烈度和場(chǎng)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(jiǎn)化，略去其影響；-豎向地震作用系 數(shù)，按表采用；-重力

11、荷載代表值。0.250.250.2090.13(0.19)0.13(0.19)0.10(0.15)80.200.150.1590.10(0.15)0.08(0.12)可不計(jì)算（0.10)8、 鋼筋混凝土屋架平板型網(wǎng)架鋼屋架結(jié)構(gòu)類型烈度場(chǎng)地類別采用靜力法7/24/202223第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算 對(duì)于長(zhǎng)懸臂和其它大跨度結(jié)構(gòu)的豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，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%，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.30g時(shí)，可取該結(jié)構(gòu)構(gòu)件重力荷載代表值的15%。7/24/202224第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算一、結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算原則3.9 結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算各類建筑結(jié)構(gòu)的抗

12、震計(jì)算應(yīng)遵循下列原則： 1、一般情況下，可在建筑結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向分別考慮水平地震作用并進(jìn)行抗震驗(yàn)算，各方向的水平地震作用應(yīng)由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)。 2、有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15度時(shí)，應(yīng)分別考慮各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。 3、質(zhì)量和剛度分布明顯不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響其他情況宜采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法考慮扭轉(zhuǎn)影響。 4、8度和9度時(shí)的大跨度結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)，9度時(shí)的高層建筑，應(yīng)考慮豎向地震作用。7/24/202225第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算二、結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算方法的確定 1、高度不超過40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度 分布比較均勻的

13、結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)， 宜采用底部剪力法等簡(jiǎn)化方法。 2、除上述以外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反應(yīng)譜法。 3、特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和下表所列高度范圍的 高層建筑，應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充 計(jì)算，可取多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的平均值與振型分 解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的較大值。烈度、場(chǎng)地類別房屋高度范圍（m）8度、類場(chǎng)地和7度 100 8度、類場(chǎng)地 80 9度 607/24/202226第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算時(shí)程分析方法要點(diǎn)：按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于二組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影

14、響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符。烈度、場(chǎng)地類別房屋高度范圍（m）8度、 類場(chǎng)地和7度 1008度、 場(chǎng)地 809度 60采用時(shí)程分析法的房屋高度范圍時(shí)程分析所用地震加速度時(shí)程的最大峰值地震影響烈 度6789設(shè)計(jì)基本地震加速度值(g)0.050.10 0.150.20 0.300.40多遇地震(cm/s2)1835 5570 110140罕遇地震(cm/s2)220 310400 5106207/24/202227第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算采用二階段設(shè)計(jì)法：第一階段：對(duì)絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力驗(yàn)算,以及多遇地震作用下的彈性變形驗(yàn)算。第二階段：對(duì)一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震作用下

15、的彈塑性變形驗(yàn)算。三、結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算內(nèi)容1.多遇地震下結(jié)構(gòu)允許彈性變形驗(yàn)算 除砌體結(jié)構(gòu)、廠房外的框架結(jié)構(gòu)、填充墻框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)等需驗(yàn)算允許彈性變形。 對(duì)于按底部剪力法分析結(jié)構(gòu)地震作用時(shí)，其彈性位移計(jì)算公式為-第i層的層間位移；-第i層的側(cè)移剛度；-第i層的水平地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值。7/24/202228第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算 樓層內(nèi)最大彈性層間位移應(yīng)符合下式-多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的樓層內(nèi)最大的彈性層間位移；-計(jì)算樓層層高；-彈性層間位移角限值，按下表采用。1/300多、高層鋼結(jié)構(gòu)1/1000鋼筋混凝土框支層1/1000鋼筋混凝土抗震墻、筒中筒1/800鋼筋混凝土框架-抗震墻、板

16、柱-抗震墻、框架-核心筒1/550鋼筋混凝土框架 結(jié)構(gòu)類型7/24/202229第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算2.多遇地震下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算下列情況可不進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算：（1）6度時(shí)的建筑（類場(chǎng)地上較高的高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)除外）；（2）7度時(shí)、類場(chǎng)地、柱高不超過10m且兩端有山墻的單跨及多跨等高的鋼筋混凝土廠房，或柱頂標(biāo)高不超過4.5m，兩端均有山墻的單跨及多跨等高的磚柱廠房。 除上述情況的所有結(jié)構(gòu)都要進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力的抗震驗(yàn)算，驗(yàn)算公式為-包含地震作用效應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計(jì)值；-結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值；-承載力抗震調(diào)整系數(shù)，除另有規(guī)定外，按下表采用；7/24/202230第10講 豎向地

17、震作用與變形驗(yàn)算 材料 結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力狀態(tài) 鋼柱、梁支撐節(jié)點(diǎn)板件、連接螺栓連接焊縫0.750.800.850.90 砌體兩端均有構(gòu)造柱、芯柱的抗震墻 其他抗震墻受剪受剪0.91.0混凝土 梁梁軸壓比小于0.15柱梁軸壓比不小于0.15柱 抗震墻各類構(gòu)件受彎偏壓偏壓偏壓受剪、偏拉0.750.750.800.850.85承載力抗震調(diào)整系數(shù)7/24/202231第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算-重力荷載分項(xiàng)系數(shù)，一般取1.2，當(dāng)重力荷載效應(yīng)對(duì)構(gòu)件承載能力 有利時(shí)，不應(yīng)大于1.0；-分別為水平、豎向 地震作用分項(xiàng)系數(shù)， 按右表采用；0.51.3同時(shí)計(jì)算水平與豎向地震作用1.30.0僅計(jì)算豎向地震作用0.

18、01.3僅計(jì)算水平地震作用地震作用-風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)采用1.4；-重力荷載代表值的效應(yīng)；-水平、豎向地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng),尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù);-風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；-風(fēng)荷載組合系數(shù);一般結(jié)構(gòu)可不考慮,風(fēng)荷載起控制作用的高層建筑應(yīng)采用0.2;7/24/202232第10講 豎向地震作用與變形驗(yàn)算3.罕遇地震下結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算 需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)罕遇地震作用下薄弱層彈塑性變形驗(yàn)算的范圍(a)下列結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算1）8度、類場(chǎng)地和9度時(shí),高大的單層鋼筋混凝土柱 廠房的橫向排架;2）7-9度時(shí)樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)小于0.5的鋼筋混凝土框 架結(jié)構(gòu)；3）高度大于150m的鋼結(jié)構(gòu)；4）甲類建筑和9度時(shí)乙類建筑中的鋼筋混凝土