第三章結構抗震計算2.ppt

1、3.3 多自由度彈性體系的水平地震作用計算 3.3.1 振型分解反應譜法,例：試用振型分解反應譜法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力。 抗震設防烈度為8度，類場地，設計地震分組為第二組。,解：,（1）求體系的自振周期和振型,（2）計算各振型的地震影響系數,查表得,第一振型,第二振型,第三振型,（3）計算各振型的振型參與系數,第一振型,第二振型,第三振型,（4）計算各振型各樓層的水平地震作用,第一振型,第二振型,第三振型,（5）計算各振型的地震作用效應（層間剪力）,第一振型,第二振型,第三振型,（6）計算地震作用效應（層間剪力）,3.3.2 計算水平地震作用的底部剪力法,一、底部剪力的計算,j振型

2、的底部剪力為,G結構的總重力荷載代表值,組合后的結構底部剪力,Geq結構等效總重力荷載代表值，0.85G,二、各質點的水平地震作用標準值的計算,地震作用下各樓層水平地震層間剪力為,三、頂部附加地震作用的計算,當結構層數較多時，按上式計算出的水平地震作用比振型分解反應譜法小。,為了修正，在頂部附加一個集中力 。,-結構總水平地震作用標準值；,-相應于結構基本周期的水平地震影響系數；多層砌體房屋、底部框架和多層內框架磚房，宜取水平地震影響系數最大值；,- 結構等效總重力荷載；,- i質點水平地震作用；,-i質點重力荷載代表值；,- i質點的計算高度；,- 頂部附加地震作用系數，多層內框架 磚房0.

3、2,多層剛混、鋼結構房屋按下 表,其它可不考慮。,四、底部剪力法適用范圍,底部剪力法適用于一般的多層磚房等砌體結構、內框架和底部框架抗震墻磚房、單層空曠房屋、單層工業(yè)廠房及多層框架結構等低于40m以剪切變形為主的規(guī)則房屋。,以“剪切變形”為主：,在結構側移曲線中，樓蓋出平面轉動產生的側移所占的比例較小。,“規(guī)則房屋”：,1.相鄰層質量的變化不宜過大。,2.避免采用層高特別高或特別矮的樓層，相鄰層和連續(xù)三層的剛度變化平緩。,3.出屋面小建筑的尺寸不宜過大（寬度b大于高度h且出屋面高度與總高度之比滿足h/H1/5），局部縮進的尺寸也不宜大（縮進后的寬度B1與總寬度B之比滿足 ）；,4.樓層內抗側力

4、構件的布置和質量的分布要基本對稱；,5.抗側力構件在平面內呈正交（夾角大于75度）分布，以便在兩個主軸方向分別進行抗震分析；,6.平面局部突出的尺寸不大（局部伸出部分在長度方向的尺寸l大于寬度方向的尺寸b，且寬度b與總寬度B之比滿足b/B1/5-1/4）；,對于不滿足規(guī)則要求的建筑結構，則不宜將底部剪力法作為設計依據。否則，要采取相應的調整，使計算結果合理化。,五、底部剪力法應用舉例,例1：試用底部剪力法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力。已知結構的基本周期T1=0.467s ,抗震設防烈度為8度,類場地,設計地震分組為第二組。,解：,（1）計算結構等效總重力荷載代表值,（2）計算水平地震影響系

5、數,查表得,（2）計算水平地震影響系數,（3）計算結構總的水平地震作用標準值,（4）頂部附加水平地震作用,（5）計算各層的水平地震作用標準值,（6）計算各層的層間剪力,例2：四層鋼筋混凝土框架結構，建造于基本烈度為8度區(qū)，場地為類，設計地震分組為第一組，層高和層重力代表值如圖所示。結構的基本周期為0.56s,試用底部剪力法計算各層地震剪力標準值。,解：,結構總水平地震作用標準值,頂部附加水平地震作用,頂部附加水平地震作用,各層水平地震作用,各層水平地震剪力標準值,六、突出屋面附屬結構地震內力的調整,震害表明，突出屋面的屋頂間（電梯機房、水箱間）、女兒墻、煙囪等，它們的震害比下面的主體結構嚴重。

6、,原因是由于突出屋面的這些結構的質量和剛度突然減小，地震反應隨之增大。-鞭端效應。,抗震規(guī)范規(guī)定：采用底部剪力法時，突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應，宜乘以增大系數3。此增大部分不應向下傳遞，但與該突出部分相連的構件應計入。,一、產生扭轉地震反應的原因,建筑結構的扭轉地震效應,1.建筑結構的偏心,兩方面：建筑自身的原因和地震地面運動的原因。,產生偏心的原因：,a.建筑物的柱體與墻體等抗 側力構件布置不對稱。,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.建筑物各層質心與剛心重合， 但上下層不在同一垂直線上。,f.偶然偏心。,-分別為j振

7、型i層的x、y方 向的水平相對位移；,-為j振型i層的相對扭轉角；,-j振型周期Tj對應的地震 影響系數；,-i層轉動半徑；,考慮扭轉地震效應時水平地震作用標準值的計算公式:,-考慮扭轉的j振型參與系數；,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,3.4 豎向地震作用計算,豎向地震運動是可觀的：,根據觀測資料的統(tǒng)計分析，在震中距小于200km范圍內，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：,根據地震計算分析，對于高層建筑、高聳及大跨結構影響顯著。,目前，國外抗

8、震設計規(guī)定中要求考慮豎向地震作用的結構或構件有：,1.長懸臂結構； 2.大跨度結構； 3.高聳結構和較高的高層建筑； 4.以軸向力為主的結構構件（柱或懸掛結構）； 5.砌體結構； 6.突出于建筑頂部的小構件。,我國抗震設計規(guī)范規(guī)定前三類結構要考慮向上或向下豎向地震作用的不利影響。,一、結構抗震計算原則,3.5 結構抗震驗算,各類建筑結構的抗震計算應遵循下列原則：,1、一般情況下，可在建筑結構的兩個主軸方向分別考慮水平地震作用并進行抗震驗算，各方向的水平地震作用應由該方向抗側力構件承擔。,2、有斜交抗側力構件的結構，當相交角度大于15度時，應分別考慮各抗側力構件方向的水平地震作用。,3、質量和剛

9、度分布明顯不對稱的結構，應考慮雙向水平地震作用下的扭轉影響其他情況宜采用調整地震作用效應的方法考慮扭轉影響。,4、8度和9度時的大跨度結構、長懸臂結構，9度時的高層建筑，應考慮豎向地震作用。,二、結構抗震計算方法的確定,1、高度不超過40m，以剪切變形為主且質量和剛度沿高度 分布比較均勻的結構，以及近似于單質點體系的結構， 宜采用底部剪力法等簡化方法。,2、除上述以外的建筑結構，宜采用振型分解反應譜法。,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，應采用時程分析法進行多遇地震下的補充 計算，可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分 解反應譜法計算結果的較大值。,采用二階段設計

10、法：,第一階段：對絕大多數結構進行多遇地震作用下的結構和構件承載力驗算,以及多遇地震作用下的彈性變形驗算。,第二階段：對一些結構進行罕遇地震作用下的彈塑性變形驗算。,三、結構抗震驗算內容,1.多遇地震下結構允許彈性變形驗算,除砌體結構、廠房外的框架結構、填充墻框架結構、框架-剪力墻結構等需驗算允許彈性變形。,對于按底部剪力法分析結構地震作用時，其彈性位移計算公式為,-第i層的層間位移；,-第i層的側移剛度；,-第i層的水平地震剪力標準值。,樓層內最大彈性層間位移應符合下式,-多遇地震作用標準值產生的樓層內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。,2.多遇地震下

11、結構強度驗算,下列情況可不進行結構強度驗算：,（1）6度時的建筑（類場地上較高的高層建筑與高聳結構除外）；,（2）7度時、類場地、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構都要進行結構構件承載力的抗震驗算，驗算公式為,承載力抗震調整系數,-重力荷載分項系數，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， 按右表采用；,-風荷載分項系數，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

12、大系數或調整系數;,-風荷載標準值的效應；,-風荷載組合系數;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;,3.罕遇地震下結構彈塑性變形驗算,需要進行結構罕遇地震作用下薄弱層彈塑性變形驗算的范圍,(a)下列結構應進行彈塑性變形驗算,1）8度、類場地和9度時,高大的單層鋼筋混凝土柱 廠房的橫向排架; 2）7-9度時樓層屈服強度系數小于0.5的鋼筋混凝土框 架結構； 3）高度大于150m的鋼結構； 4）甲類建筑和9度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結構和鋼 結構； 5）采用隔震和消能減震設計的結構。,(b)下列結構宜進行彈塑性變形驗算,1）下表所列高度范圍且屬于下表所列不規(guī)則類型的高層建筑結構； 2）7度、類場地和8度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結構和鋼結構； 3）板柱-抗震墻結構和底部框架磚房； 4）高度不大于150m的其它高層鋼結構。,豎向不規(guī)則的類型,薄弱樓層彈塑性層間位移的驗算：,課堂測驗題目(20130426),某兩層鋼筋混凝土框架如圖，集中于樓蓋和屋蓋處的重力荷載代表值G1=1500kN，G2=1000kN，柱截面尺寸350mmX350mm，采用C20砼，梁剛度EI無窮大，抗震設防烈度為7度（