豎向地震作用與變形驗算PPT36

第10講扭轉(zhuǎn)地震震效應與與豎向地地震作用用10/27/20221第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算本講內(nèi)容容考慮扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的水平平地震作作用計算算10/27/20222第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算一、產(chǎn)生生扭轉(zhuǎn)地地震反應應的原因因3.7建筑結構構的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)地震效效應1.建筑結構構的偏心心兩方面：：建筑自自身的原原因和地地震地面面運動的的原因。。質(zhì)心剛心產(chǎn)生偏心心的原因因：a.建筑物的的柱體與與墻體等等抗側(cè)力構件件布置不不對稱。。b.建筑物的的平面不不對稱。。10/27/20223第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算c.建筑物的的立面不不對稱。。d.建筑物的的平面、、立面均均不對稱稱。e.建筑物各各層質(zhì)心心與剛心心重合，，但上下層層不在同同一垂直直線上。。f.偶然偏心心。2.地震地面面運動存存在扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)分量地震波在在地面上上各點的的波速、、周期和和相位不不同。建建筑結構構基底將將產(chǎn)生繞繞豎直軸軸的轉(zhuǎn)動動，結構構便會產(chǎn)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)振動。。無論結構構是否有有偏心，，地震地地面運動動產(chǎn)生的的結構扭扭轉(zhuǎn)振動動均是存存在的。。但二者有有區(qū)別，，無偏心心結構的的平動與與扭轉(zhuǎn)振振動不是是耦合的的，而有有偏心結結構的平平動與扭扭轉(zhuǎn)振動動是耦合合的。10/27/20224第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算二、考慮慮扭轉(zhuǎn)地地震效應應的方法法1、規(guī)則結結構不進進行扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)耦聯(lián)計計算時，，平行于于地震作作用方向向的兩個個邊榀，，其地震震作用效效應宜乘乘以增大大系數(shù)。。一般情情況下，，短邊可可按1.15、長邊可可按1.05采用；當當扭轉(zhuǎn)剛剛度較小小時，宜宜按不小小于1.3采用。2、采用扭扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)聯(lián)的振型型分解反反應譜法法。10/27/20225第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算三、考慮慮扭轉(zhuǎn)的的振型分分解反應應譜法1、平扭耦耦聯(lián)體系系的自由由振動基本假定定：（1）樓板在在其自身身平面內(nèi)內(nèi)為絕對對剛性，，在平面面外的剛剛度很小小可以忽忽略不計計；（2）各榀抗抗側(cè)力結結構（框框架或剪剪力墻））在其自自身平面面內(nèi)剛度度很大，，在平面面外的剛剛度很小小可以忽忽略不計計；（3）所有構構件都不不考慮其其自身的的抗扭作作用；（4）將質(zhì)量量（包括括柱、墻墻的質(zhì)量量）都集集中于各各層樓板板處。計算簡圖圖如圖所所示，坐坐標原點點一般選選在各樓樓層的質(zhì)質(zhì)心處。。每一層層樓質(zhì)量量有三個個自由度度。10/27/20226第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算由結構動動力學，，可建立立結構的的運動方方程為式中---質(zhì)量矩陣---位移矩陣10/27/20227第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算---阻尼矩陣---剛度矩陣---平行于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)；10/27/20228第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算---第i層第s榀x方向的y向座標；第i層--第i層第r榀y方向框架的x向座標;10/27/20229第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算求振型和和頻率時時可不計計阻尼利用雅可可比等方方法可求求出振型型和頻率率：10/27/202210第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算2、考慮扭扭轉(zhuǎn)影響響的水平平地震作作用---地面運動加速度---地面運動方向與x軸夾角10/27/202211第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算設代入方程，并并利用振型正正交性，可得得經(jīng)過與前面單單向平移振動動類似的推導導，可得到考考慮扭轉(zhuǎn)地震震效應時水平平地震作用標標準值的計算算公式分別為j振型i層的x方向、y方向和轉(zhuǎn)角方方向的地震作作用標準值質(zhì)心j振型i層質(zhì)心處地震作用10/27/202212第10講豎豎向地震作用用與變形驗算算考慮扭轉(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；質(zhì)心j振型i層質(zhì)心處地震作用10/27/202213第10講豎豎向地震作用用與變形驗算算考慮扭轉(zhuǎn)地震震效應時水平平地震作用標標準值的計算算公式: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方向地震時僅考慮y方向地震時與x方向斜交地震震時地震作用方向向與x軸方向夾角10/27/202214第10講豎豎向地震作用用與變形驗算算3、考慮扭轉(zhuǎn)影影響的水平地地震作用效應應不計扭轉(zhuǎn)影響時的水平地震作用效應(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---考慮扭轉(zhuǎn)的地震作用效應---分別為j、k振型地震作用產(chǎn)生的作用效應；可取前9~15個振型。---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；10/27/202215第10講豎豎向地震作用用與變形驗算算考慮雙向水平平地震作用下下扭轉(zhuǎn)的地震震作用效應取兩者中較大值---為僅考慮x(y)向水平地震作用時的地震作用效應。10/27/202216第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算3.8結構豎向地地震作用豎向地震運運動是可觀觀的：根據(jù)觀測資資料的統(tǒng)計計分析，在在震中距小小于200km范圍內(nèi)，同同一地震的的豎向地面面加速度峰峰值與水平平地面加速速度峰值之之比av/ah平均值約為為1/2，甚至有時時可達1.6。豎向地震作作用的影響響是顯著的的：根據(jù)地震計計算分析，，對于高層層建筑、高高聳及大跨跨結構影響響顯著。結結構豎向地地震內(nèi)力NE/與重力荷載載產(chǎn)生的內(nèi)內(nèi)力NG的比值沿高高度自下向向上逐漸增增大，烈度度為8度時為50%至90%，9度時可達或或超過1；335m高的電視塔塔上部，8度時為138%；高層建筑筑上部，8度時為50%至110%。10/27/202217第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算目前，國外外抗震設計計規(guī)定中要要求考慮豎豎向地震作作用的結構構或構件有有：1.長懸臂結構構；2.大跨度結構構；3.高聳結構和和較高的高高層建筑；；4.以軸向力為為主的結構構構件（柱柱或懸掛結結構）；5.砌體結構；；6.突出于建筑筑頂部的小小構件。我國抗震設設計規(guī)范規(guī)規(guī)定前三類類結構要考考慮向上或或向下豎向向地震作用用的不利影影響。10/27/202218第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算計算結構豎豎向地震作作用的方法法：靜力法：取結構或構構件重力的的某個百分分數(shù)作為其其豎向地震震作用；水平地震作作用折減法法：取結構或構構件水平地地震作用的的某個百分數(shù)其豎豎向地震作作用；豎向地震反反應譜法：：與水平地震震反應譜法法相同。規(guī)范采用的的是基于豎豎向地震反反應譜法的的擬靜力法法。時程反應分分析：采用豎向地地震波時程程，按直接接動力法計計算10/27/202219第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算一、豎向地地震反應譜譜豎向地震反反應譜與水水平地震反反應譜的比較:Ⅰ類場地豎向向地震平均反應譜譜與水平地震平均反反應譜形狀相差不不大加速度峰值值約為水平平的1/2至2/3?？衫盟狡降卣鸱磻獞V進行分分析。10/27/202220第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算分析結果果表明：：高聳結構構和高層層建筑豎豎向第一一振型的的地震內(nèi)內(nèi)力與豎豎向前5個振型按按平方和和開方組組合的地地震內(nèi)力力相比較較，誤差差僅在5%--15%。此外，豎豎向第一一振型的的數(shù)值大大致呈倒倒三角形形式，基基本周期期小于場場地特征征周期。。因此，高高聳結構構和高層層建筑豎豎向地震震作用可可按與底底部剪力力法類似似的方法法計算。。10/27/202221第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算二、高聳聳結構和和高層建建筑豎向向地震作作用的計計算公式式---結構總豎向地震作用標準值；---豎向、水平地震影響系數(shù)最大值。H1G1Hi---質(zhì)點i的豎向地地震作用用標準值值。規(guī)范要求求：9度時，高高層建筑筑樓層的的豎向地地震作用用效應應應乘以1.5的增大系系數(shù)。10/27/202222第10講講豎向向地震作作用與變變形驗算算三、平板板型網(wǎng)架架屋蓋與與大于24m屋架的豎豎向地震震作用計計算---第i桿件的豎向地震內(nèi)力；---第i桿件的重力內(nèi)力。反應譜法法計算結結果表明明1.比值雖不不相同,但相差不不大,故可取最最大值作作為設計計依據(jù)；；2.比值與烈烈度和場場地類別別有關；；3.比值與跨跨度有關關，但在在常用的的范圍內(nèi)內(nèi)，變化化不很大大；為了了簡化，，略去其其影響；；---豎向地震作用系數(shù)，按表采用；---重力荷載代表值。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)可不計算（0.10)8Ⅲ、ⅣⅡ

Ⅰ

鋼筋混凝土屋架平板型網(wǎng)架鋼屋架結構類型烈度場地類別采用靜力力法10/27/202223第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算對于長懸臂臂和其它大大跨度結構構的豎向地地震作用標標準值，8度和9度可分別取取該結構、、構件重力荷載代代表值的10%和20%，設計基本本地震加速速度為0.30g時，可取該該結構構件件重力荷載載代表值的的15%。10/27/202224第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算一、結構抗抗震計算原原則3.9結構抗震驗驗算各類建筑結結構的抗震震計算應遵遵循下列原原則：1、一般情況況下，可在在建筑結構構的兩個主軸方方向分別考慮水水平地震作作用并進行行抗震驗算算，各方向向的水平地地震作用應應由該方向向抗側(cè)力構構件承擔。。2、有斜交抗側(cè)力力構件的結構，當當相交角度度大于15度時，應分分別考慮各各抗側(cè)力構構件方向的的水平地震震作用。3、質(zhì)量和剛剛度分布明明顯不對稱的結結構，應考慮雙雙向水平地地震作用下下的扭轉(zhuǎn)影影響其他情情況宜采用用調(diào)整地震震作用效應應的方法考考慮扭轉(zhuǎn)影影響。4、8度和9度時的大跨跨度結構、、長懸臂結結構，9度時的高層層建筑，應應考慮豎向地震作用。10/27/202225第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算二、結構抗抗震計算方方法的確定定1、高度不超超過40m，以剪切變形形為主且質(zhì)質(zhì)量和剛度度沿高度分布比較均均勻的結構構，以及近近似于單質(zhì)質(zhì)點體系的的結構，宜采用底部剪力法法等簡化方法法。2、除上述以以外的建筑筑結構，宜宜采用振型分解反反應譜法。3、特別不規(guī)規(guī)則的建筑筑、甲類建建筑和下表表所列高度度范圍的高層建筑，，應采用時程分析法法進行多遇地地震下的補補充計算，可取取多條時程程曲線計算算結果的平平均值與振振型分解反應譜法法計算結果果的較大值值。烈度、場地類別房屋高度范圍（m）8度Ⅰ、Ⅱ類場地和7度>1008度Ⅲ、Ⅳ類場地>809度>6010/27/202226第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算時程分析方方法要點：：按建筑場地地類別和設設計地震分分組選用不不少于二組的實際際強震記錄錄和一組人工模模擬的加速速度時程曲曲線，其平均地地震影響系系數(shù)曲線應應與振型分分解反應譜譜法所采用用的地震影影響系數(shù)曲曲線在統(tǒng)計計意義上相相符。烈度、場地類別房屋高度范圍（m）8度Ⅰ、Ⅱ類場地和7度>1008度Ⅲ、Ⅳ場地>809度>60采用時程分分析法的房房屋高度范范圍時程分析所所用地震加加速度時程程的最大峰峰值地震影響烈度6789設計基本地震加速度值(g)0.050.100.150.200.300.40多遇地震(cm/s2)18355570110140罕遇地震(cm/s2)—22031040051062010/27/202227第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算采用二階段段設計法：：第一階段：：對絕大多多數(shù)結構進進行多遇地地震作用下下的結構和和構件承載載力驗算,以及多遇地地震作用下下的彈性變變形驗算。。第二階段：：對一些結結構進行罕罕遇地震作作用下的彈彈塑性變形形驗算。三、結構抗抗震驗算內(nèi)內(nèi)容1.多遇地震下下結構允許許彈性變形形驗算除砌體結構構、廠房外外的框架結結構、填充充墻框架結結構、框架架-剪力墻結構構等需驗算算允許彈性性變形。對于按底部部剪力法分分析結構地地震作用時時，其彈性性位移計算算公式為---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準值。10/27/202228第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算樓層內(nèi)最大大彈性層間間位移應符符合下式---多遇地震作用標準值產(chǎn)生的樓層內(nèi)最大的彈性層間位移；---計算樓層層高；---彈性層間位移角限值，按下表采用。1/300多、高層鋼結構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、板柱-抗震墻、框架-核心筒1/550鋼筋混凝土框架

結構類型10/27/202229第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算2.多遇地震下下結構強度度驗算下列情況可可不進行結結構強度驗驗算：（1）6度時的建筑筑（Ⅳ類場地上較較高的高層層建筑與高高聳結構除除外）；（2）7度時Ⅰ、Ⅱ類場地、柱柱高不超過過10m且兩端有山山墻的單跨跨及多跨等等高的鋼筋筋混凝土廠廠房，或柱柱頂標高不不超過4.5m，兩端均有山山墻的單跨跨及多跨等等高的磚柱柱廠房。除上述情況況的所有結結構都要進進行結構構構件承載力力的抗震驗驗算，驗算算公式為---包含地震作用效應的結構構件內(nèi)力組合的設計值；---結構構件承載力設計值；---承載力抗震調(diào)整系數(shù)，除另有規(guī)定外，按下表采用；10/27/202230第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算材料結構構件受力狀態(tài)鋼柱、梁支撐節(jié)點板件、連接螺栓連接焊縫0.750.800.850.90砌體兩端均有構造柱、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柱抗震墻各類構件受彎偏壓偏壓偏壓受剪、偏拉0.750.750.800.850.85承載力抗震震調(diào)整系數(shù)數(shù)10/27/202231第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算---重力荷載分項系數(shù)，一般取1.2，當重力荷載效應對構件承載能力有利時，不應大于1.0；---分別為水平、豎向地震作用分項系數(shù)，按右表采用；0.51.3同時計算水平與豎向地震作用1.30.0僅計算豎向地震作用0.01.3僅計算水平地震作用地震作用---風荷載分項系數(shù)，應采用1.4；---重力荷載代表值的效應；---水平、豎向地震作用的標準值效應,尚應乘以相應的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù);---風荷載標準值的效應；---風荷載組合系數(shù);一般結構可不考慮,風荷載起控制作用的高層建筑應采用0.2;10/27/202232第10講豎豎向地震震作用與變變形驗算3.罕遇地震下下結構彈塑塑性變形驗驗算需要進行結結構罕遇地地震作用下下薄弱層彈彈塑性變形形驗算的范范圍(a)下列結構應進行彈塑性性變形驗算算1）8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時,高大的單層層鋼筋