建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)概述

1、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)概述3.1 3.1 概概 述述3.1.1 3.1.1 幾個(gè)概念幾個(gè)概念 1 1、結(jié)構(gòu)地震作用：是指地面震動(dòng)在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生動(dòng)力荷載，、結(jié)構(gòu)地震作用：是指地面震動(dòng)在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生動(dòng)力荷載，俗稱為地震荷載，屬于間接作用。俗稱為地震荷載，屬于間接作用。2 2、結(jié)構(gòu)地震反響：由地震引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，包括結(jié)構(gòu)的、結(jié)構(gòu)地震反響：由地震引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，包括結(jié)構(gòu)的位移反響、速度反響、加速度反響及內(nèi)力和變形位移反響、速度反響、加速度反響及內(nèi)力和變形 等。等。3 3、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性：、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性： 結(jié)構(gòu)的自振周期、振動(dòng)頻率、阻尼、結(jié)構(gòu)的自振周期、振動(dòng)頻率、阻尼、振型等。振型等。4 4、結(jié)構(gòu)的地震反響分析：是

2、結(jié)構(gòu)地震作用的計(jì)算方法，、結(jié)構(gòu)的地震反響分析：是結(jié)構(gòu)地震作用的計(jì)算方法，應(yīng)屬于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的范疇。應(yīng)屬于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的范疇。3.1.2 3.1.2 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)步驟建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)步驟1 1、計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震作用、計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震作用地震荷載；地震荷載；2 2、計(jì)算結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的地震作用效應(yīng)、計(jì)算結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的地震作用效應(yīng)MM、Q Q、N N及位移；及位移；3 3、地震作用效應(yīng)與其他荷載效應(yīng)進(jìn)行組合、驗(yàn)算結(jié)構(gòu)和、地震作用效應(yīng)與其他荷載效應(yīng)進(jìn)行組合、驗(yàn)算結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的抗震承載力及變形。構(gòu)件的抗震承載力及變形。 地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算是建筑抗震設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，是地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算是建筑抗震設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)

3、，是確定所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)滿足最低抗震設(shè)防平安要求的關(guān)鍵步確定所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)滿足最低抗震設(shè)防平安要求的關(guān)鍵步驟。驟。由于地震作用的復(fù)雜性和地震作用發(fā)生的強(qiáng)度的不確定性由于地震作用的復(fù)雜性和地震作用發(fā)生的強(qiáng)度的不確定性，以及結(jié)構(gòu)和體形的差異等，地震作用的計(jì)算方法是不，以及結(jié)構(gòu)和體形的差異等，地震作用的計(jì)算方法是不同的。同的。 3.1.3 3.1.3 結(jié)構(gòu)抗震理論的開(kāi)展結(jié)構(gòu)抗震理論的開(kāi)展 一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，結(jié)構(gòu)地震反響計(jì)算方法的開(kāi)展，大致一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，結(jié)構(gòu)地震反響計(jì)算方法的開(kāi)展，大致可以劃分為三個(gè)階段：可以劃分為三個(gè)階段：1 1、靜力理論階段、靜力理論階段-靜力法靜力法 19201920年，由日本大森房吉提出

4、。年，由日本大森房吉提出。假設(shè)建筑物為絕對(duì)剛體，結(jié)構(gòu)所受假設(shè)建筑物為絕對(duì)剛體，結(jié)構(gòu)所受的水平地震作用，可以簡(jiǎn)化為作用的水平地震作用，可以簡(jiǎn)化為作用于結(jié)構(gòu)上的等效水平靜力于結(jié)構(gòu)上的等效水平靜力F F，其大小，其大小等于結(jié)構(gòu)重力荷載等于結(jié)構(gòu)重力荷載G G的的k k倍，即倍，即 GkxgGxmFgg maxmax gxkg max 地震系數(shù)：反映震級(jí)、震中距、地基等地震系數(shù)：反映震級(jí)、震中距、地基等的影響的影響)(txg m)(txmg 3.1.3 3.1.3 結(jié)構(gòu)抗震理論的開(kāi)展結(jié)構(gòu)抗震理論的開(kāi)展續(xù)續(xù)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1 1沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性；沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性；2 2認(rèn)為地震時(shí)結(jié)構(gòu)上任一點(diǎn)的振

5、動(dòng)加速度均等于地面認(rèn)為地震時(shí)結(jié)構(gòu)上任一點(diǎn)的振動(dòng)加速度均等于地面運(yùn)動(dòng)的加速度，這意味著結(jié)構(gòu)剛度是無(wú)限大的，即結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的加速度，這意味著結(jié)構(gòu)剛度是無(wú)限大的，即結(jié)構(gòu)是剛性的。是剛性的。 2 2、反響譜理論階段、反響譜理論階段地震反響譜：?jiǎn)巫杂啥葟椥泽w系在地震作用下其最大的反地震反響譜：?jiǎn)巫杂啥葟椥泽w系在地震作用下其最大的反響與自振周期的關(guān)系曲線稱為地震反響譜。響與自振周期的關(guān)系曲線稱為地震反響譜。19431943年美國(guó)皮奧特年美國(guó)皮奧特 M. A. Biot M. A. Biot發(fā)表了以實(shí)際地震記發(fā)表了以實(shí)際地震記錄求得的加速度反響譜，提出的錄求得的加速度反響譜，提出的“彈性反響譜理論。彈性反響譜理

6、論。 3.1.3 3.1.3 結(jié)構(gòu)抗震理論的開(kāi)展結(jié)構(gòu)抗震理論的開(kāi)展續(xù)續(xù) 按照反響譜理論，作為一個(gè)單自由度彈性體系結(jié)構(gòu)的按照反響譜理論，作為一個(gè)單自由度彈性體系結(jié)構(gòu)的底部剪力或地震作用為：底部剪力或地震作用為：重力荷載的代表值。:G）特性，如周期、阻尼等動(dòng)力系數(shù)(反映結(jié)構(gòu)的: GKF 按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)。按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)。 由于反響譜理論正確而簡(jiǎn)單地反映了地震特性以及結(jié)構(gòu)的動(dòng)由于反響譜理論正確而簡(jiǎn)單地反映了地震特性以及結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，從而得到了國(guó)際上廣泛的成認(rèn)。實(shí)際上到力特性，從而得到了國(guó)際上廣泛的成認(rèn)。實(shí)際上到5050年代，年代，反響譜理論已根本取代了靜力法。目前

7、，世界上普遍采用此反響譜理論已根本取代了靜力法。目前，世界上普遍采用此方法。方法。 3.1.3 3.1.3 結(jié)構(gòu)抗震理論的開(kāi)展結(jié)構(gòu)抗震理論的開(kāi)展續(xù)續(xù) 3. 動(dòng)力分析階段動(dòng)力分析階段-時(shí)程分析法時(shí)程分析法大量的震害分析說(shuō)明，反響譜理論雖考慮了振幅和頻譜兩大量的震害分析說(shuō)明，反響譜理論雖考慮了振幅和頻譜兩個(gè)要素，但只解決了大局部問(wèn)題，地震持續(xù)時(shí)間對(duì)震害個(gè)要素，但只解決了大局部問(wèn)題，地震持續(xù)時(shí)間對(duì)震害的影響始終在設(shè)計(jì)理論中沒(méi)有得到反映。這是反響譜理的影響始終在設(shè)計(jì)理論中沒(méi)有得到反映。這是反響譜理論的局限性。論的局限性。 時(shí)程分析法將實(shí)際地震加速度時(shí)程記錄作為動(dòng)荷載輸入，時(shí)程分析法將實(shí)際地震加速度時(shí)程

8、記錄作為動(dòng)荷載輸入，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析。不僅可以全面考慮地震強(qiáng)度、進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析。不僅可以全面考慮地震強(qiáng)度、頻譜特性、地震持續(xù)時(shí)間等強(qiáng)震三要素，還進(jìn)一步考慮頻譜特性、地震持續(xù)時(shí)間等強(qiáng)震三要素，還進(jìn)一步考慮了反響譜所不能概括的其它特性。了反響譜所不能概括的其它特性。時(shí)程分析法用于大震分析計(jì)算，借助于計(jì)算機(jī)計(jì)算。時(shí)程分析法用于大震分析計(jì)算，借助于計(jì)算機(jī)計(jì)算。3.1.4 3.1.4 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)采用的結(jié)構(gòu)地震反響分析方我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)采用的結(jié)構(gòu)地震反響分析方法法我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與各類型結(jié)構(gòu)相應(yīng)的地震作用分析方法：我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與各類型結(jié)構(gòu)相應(yīng)的地震作用分析方法：不超過(guò)不超過(guò)40m40m的規(guī)那么結(jié)構(gòu)：底部剪力法；的

9、規(guī)那么結(jié)構(gòu)：底部剪力法；一般的規(guī)那么結(jié)構(gòu)：兩個(gè)主軸的振型分解反響譜法；一般的規(guī)那么結(jié)構(gòu)：兩個(gè)主軸的振型分解反響譜法；質(zhì)量和剛度分布明顯不對(duì)稱結(jié)構(gòu)：考慮扭轉(zhuǎn)或雙向地震作質(zhì)量和剛度分布明顯不對(duì)稱結(jié)構(gòu)：考慮扭轉(zhuǎn)或雙向地震作用的振型分解反響譜法用的振型分解反響譜法8 8、9 9度時(shí)的大跨、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)和度時(shí)的大跨、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)和9 9度的高層建筑，考慮豎度的高層建筑，考慮豎向地震作用；向地震作用；特別不規(guī)那么、甲類和超過(guò)規(guī)定范圍的高層建筑：一維或特別不規(guī)那么、甲類和超過(guò)規(guī)定范圍的高層建筑：一維或二維時(shí)程分析法的補(bǔ)充計(jì)算。二維時(shí)程分析法的補(bǔ)充計(jì)算。3.2 3.2 單自由度彈性體系的地震反響分析單自由度彈性體

10、系的地震反響分析3.2.1 3.2.1 計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算簡(jiǎn)圖 等高單層廠房和公路高架橋、水塔等，將該結(jié)構(gòu)中參與等高單層廠房和公路高架橋、水塔等，將該結(jié)構(gòu)中參與振動(dòng)的所有質(zhì)量全部折算至屋蓋處，而將墻、柱視為一振動(dòng)的所有質(zhì)量全部折算至屋蓋處，而將墻、柱視為一 個(gè)無(wú)重量的彈性桿，這樣就形成了一個(gè)單質(zhì)點(diǎn)體系。當(dāng)個(gè)無(wú)重量的彈性桿，這樣就形成了一個(gè)單質(zhì)點(diǎn)體系。當(dāng)該體系只作單向振動(dòng)時(shí)，就形成了一個(gè)單自由度體系。該體系只作單向振動(dòng)時(shí)，就形成了一個(gè)單自由度體系。 假定地基不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，而把地基的運(yùn)動(dòng)分解為一個(gè)豎向假定地基不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，而把地基的運(yùn)動(dòng)分解為一個(gè)豎向和兩個(gè)水平方向的分量，然后分別計(jì)算這些分量對(duì)結(jié)構(gòu)和兩個(gè)水平

11、方向的分量，然后分別計(jì)算這些分量對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。的影響。3.2.2 3.2.2 運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程1 1、水平方向的振動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程的建立、水平方向的振動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程的建立)(tx)(txgmm)(gxxm kxxc)(tx：地面（基礎(chǔ)）的水平位移：地面（基礎(chǔ)）的水平位移：質(zhì)點(diǎn)對(duì)地面的的相對(duì)位移：質(zhì)點(diǎn)對(duì)地面的的相對(duì)位移：質(zhì)點(diǎn)的總位移：質(zhì)點(diǎn)的總位移：質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)加速度：質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)加速度)()(txtxg )()(txtxg )(txg取質(zhì)點(diǎn)為隔離體，作用在質(zhì)點(diǎn)上的力慣性力：取質(zhì)點(diǎn)為隔離體，作用在質(zhì)點(diǎn)上的力慣性力：彈性恢復(fù)力：彈性恢復(fù)力：阻尼力：粘滯阻尼理論阻尼力：粘滯阻尼理論)(txcR )()(tx

12、txmIg )(tkxS 3.2.2 3.2.2 運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程續(xù)續(xù)根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，運(yùn)動(dòng)方程為：根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，運(yùn)動(dòng)方程為： )()()()(0)()()()(txmtkxtxctxmtkxtxctxtxmgg 或或進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：kmcmcmkxxxxg2222 這是一個(gè)二階常系數(shù)非齊次微分方程。令方程式左邊這是一個(gè)二階常系數(shù)非齊次微分方程。令方程式左邊=0=0，得該，得該方程的齊次解。非齊次微分方程解由有上述的齊次解和特解兩方程的齊次解。非齊次微分方程解由有上述的齊次解和特解兩局部組成。局部組成。3.2.3 3.2.3 單自由度體系地震作用分析單自由度體系地震作用分析 由

13、由DuhamelDuhamel積分可得零初始條件下質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的位移積分可得零初始條件下質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的位移為為gxxxx 22 ttteFmtx0d)(Edd)(sin)(1)(tttex0d)(gdd)(sin)(1 max0)(gmaxd)(sin)(1)(ttdtextxS 質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的最大加速度反響為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的最大加速度反響為相對(duì)于地面最大位移反響相對(duì)于地面最大位移反響max0)(gmaxd)(sin)()(ttgatexxtxS 3.3 3.3 單自由度彈性體系的水平地震作用單自由度彈性體系的水平地震作用及其反響譜及其反響譜3.3.13.3.1水平地震作用的根本公式水平

14、地震作用的根本公式 單自由度彈性體系的水平地震作用單自由度彈性體系的水平地震作用當(dāng)根底作水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，作用于單自由度彈性體系質(zhì)點(diǎn)上的當(dāng)根底作水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，作用于單自由度彈性體系質(zhì)點(diǎn)上的慣性力為慣性力為 由由得得可見(jiàn)，在地震作用下，質(zhì)點(diǎn)在任一時(shí)刻的相對(duì)位移可見(jiàn)，在地震作用下，質(zhì)點(diǎn)在任一時(shí)刻的相對(duì)位移x(t)x(t)將將與該時(shí)刻的瞬時(shí)慣性力成正比。因此可認(rèn)為這一相對(duì)位與該時(shí)刻的瞬時(shí)慣性力成正比。因此可認(rèn)為這一相對(duì)位移是在慣性力的作用下引起的，慣性力對(duì)結(jié)構(gòu)體系的作移是在慣性力的作用下引起的，慣性力對(duì)結(jié)構(gòu)體系的作用和地震對(duì)結(jié)構(gòu)體系的作用效果相當(dāng)，可認(rèn)為是一種反用和地震對(duì)結(jié)構(gòu)體系的作用效果相當(dāng)，可認(rèn)為是一種

15、反映地震影響效果的等效力，利用它的最大值來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)映地震影響效果的等效力，利用它的最大值來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算，就可以使抗震設(shè)計(jì)這一動(dòng)力計(jì)算問(wèn)題轉(zhuǎn)化行抗震驗(yàn)算，就可以使抗震設(shè)計(jì)這一動(dòng)力計(jì)算問(wèn)題轉(zhuǎn)化為相當(dāng)于靜力荷載作用下的靜力計(jì)算問(wèn)題。為相當(dāng)于靜力荷載作用下的靜力計(jì)算問(wèn)題。 )()(txtxmIg 0)()()()( tkxtxctxtxmg )()()()()(tkxtkxtxctxtxmg 3.3.2 3.3.2 地震反響譜地震反響譜 質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的最大加速度反響為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的最大加速度反響為max0)(gmaxd)(sin)()(ttgatexxtxS max0)(2g)(2sin)(

16、2 ttTdtTexT 質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)最大加速度取決于地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)加速度、結(jié)構(gòu)的自質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)最大加速度取決于地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)加速度、結(jié)構(gòu)的自振周期及結(jié)構(gòu)的阻尼比。在阻尼比、地面運(yùn)動(dòng)確定后，最大反響只振周期及結(jié)構(gòu)的阻尼比。在阻尼比、地面運(yùn)動(dòng)確定后，最大反響只是結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)。是結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)。單自由度體系在給定的地震作用下某個(gè)最大反響與體系單自由度體系在給定的地震作用下某個(gè)最大反響與體系自振周期的關(guān)系曲線稱為該反響的地震反響譜。自振周期的關(guān)系曲線稱為該反響的地震反響譜。 曲線被稱為加速度反響譜曲線被稱為加速度反響譜 。 aS3.3.2 3.3.2 地震反響譜地震反響譜續(xù)續(xù) 根據(jù)根據(jù)19401940年

17、埃爾森特羅地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)加速度記錄繪出年埃爾森特羅地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)加速度記錄繪出的加速度反響譜曲線可見(jiàn)：的加速度反響譜曲線可見(jiàn)：加速度反響譜曲線為一多峰點(diǎn)曲線。當(dāng)阻尼比等于零時(shí)，加速度反響譜曲線為一多峰點(diǎn)曲線。當(dāng)阻尼比等于零時(shí)，加速度反響譜的譜值最大，峰點(diǎn)突出。但是，不大的阻加速度反響譜的譜值最大，峰點(diǎn)突出。但是，不大的阻尼比也能使峰點(diǎn)下降很多，并且譜值隨著阻尼比的增大尼比也能使峰點(diǎn)下降很多，并且譜值隨著阻尼比的增大而減小；而減??；當(dāng)結(jié)構(gòu)的自振周期較小時(shí)，隨著周期的增大其譜值急劇當(dāng)結(jié)構(gòu)的自振周期較小時(shí)，隨著周期的增大其譜值急劇增加，但至峰值點(diǎn)后，那么隨著周期的增大其反響逐漸增加，但至峰值點(diǎn)后，那

18、么隨著周期的增大其反響逐漸衰減，而且漸趨平緩。衰減，而且漸趨平緩。根據(jù)反響譜曲線，對(duì)于任何根據(jù)反響譜曲線，對(duì)于任何一個(gè)單自由度彈性體系，如果一個(gè)單自由度彈性體系，如果其自振周期和阻尼比，就其自振周期和阻尼比，就可以從曲線中查得該體系在特可以從曲線中查得該體系在特定地震記錄下的最大加速度。定地震記錄下的最大加速度。 3.3.3 3.3.3 標(biāo)準(zhǔn)反響譜標(biāo)準(zhǔn)反響譜 1 1、把水平地震作用的根本公式變換為、把水平地震作用的根本公式變換為重力加速度之比。 動(dòng)的最大加速度與地震系數(shù)，表示地面運(yùn) g(t)xk0 kGgtxtxSmgmStxtxmFaa )()()()(00max0 基本烈度 6 7 8 9

19、 設(shè)計(jì)基本地震加速度值 0.05g 0.1g 0.2g 0.4g 0.05 0.1 0.2 0.4 標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)烈度所對(duì)應(yīng)的地面加速度峰值進(jìn)行調(diào)整后得到標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)烈度所對(duì)應(yīng)的地面加速度峰值進(jìn)行調(diào)整后得到地震系數(shù)地震系數(shù)k與地震烈度的關(guān)系表與地震烈度的關(guān)系表3.3.3 3.3.3 標(biāo)準(zhǔn)反響譜標(biāo)準(zhǔn)反響譜續(xù)續(xù)max0)(txSa max0)(20max0)(2sin)()(12ttTdtTextxT 與與T T的關(guān)系曲線稱為的關(guān)系曲線稱為譜曲線，實(shí)質(zhì)也是一條加速度反響譜譜曲線，實(shí)質(zhì)也是一條加速度反響譜曲線。曲線。速度放大了多少倍。加速度比地面最大加力效應(yīng)，質(zhì)點(diǎn)最大絕對(duì)度之比。即表示由于動(dòng)大加速大絕對(duì)加速度

20、與地面最動(dòng)力系數(shù)，是單質(zhì)點(diǎn)最 )(0txSa maxmaxmaxmax( )()gagagFF tm xxm SxSmggxFGKG 3.3.3 3.3.3 標(biāo)準(zhǔn)反響譜標(biāo)準(zhǔn)反響譜續(xù)續(xù) 地震是隨機(jī)的，每一次地震的加速度時(shí)程曲線都不相同，地震是隨機(jī)的，每一次地震的加速度時(shí)程曲線都不相同，那么加速度反響譜也不相同。那么加速度反響譜也不相同。 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，我們無(wú)法預(yù)計(jì)將發(fā)生地震的時(shí)程曲線。用于抗震設(shè)計(jì)時(shí)，我們無(wú)法預(yù)計(jì)將發(fā)生地震的時(shí)程曲線。用于設(shè)計(jì)的反響譜應(yīng)該是一個(gè)典型的具有共性的可以表達(dá)的一設(shè)計(jì)的反響譜應(yīng)該是一個(gè)典型的具有共性的可以表達(dá)的一個(gè)譜線。個(gè)譜線。 標(biāo)準(zhǔn)反響譜曲線：根據(jù)大量的強(qiáng)震記錄算出對(duì)應(yīng)于

21、每一條標(biāo)準(zhǔn)反響譜曲線：根據(jù)大量的強(qiáng)震記錄算出對(duì)應(yīng)于每一條強(qiáng)震記錄的反響譜曲線，然后統(tǒng)計(jì)求出的最有代表性的平強(qiáng)震記錄的反響譜曲線，然后統(tǒng)計(jì)求出的最有代表性的平均曲線。均曲線。周期（ ）加速度（ ）周期（ ）加速度（ ）標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化3.3.3 3.3.3 設(shè)計(jì)反響譜設(shè)計(jì)反響譜1 1、設(shè)計(jì)反響譜、設(shè)計(jì)反響譜 為了便于計(jì)算，為了便于計(jì)算，? ?抗震標(biāo)準(zhǔn)抗震標(biāo)準(zhǔn)? ?采用相對(duì)于重力加速度采用相對(duì)于重力加速度的單質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)最大加速度與體系自振周期之間的關(guān)系譜，的單質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)最大加速度與體系自振周期之間的關(guān)系譜，實(shí)質(zhì)是加速度譜。實(shí)質(zhì)是加速度譜。 稱為地震影響系數(shù)稱為地震影響系數(shù) 。 kgSa kGgtxtxSm

22、gmSFaa )()(00 因GF 則水平地震力3.3.3 3.3.3 設(shè)計(jì)反響譜設(shè)計(jì)反響譜續(xù)續(xù))(sT0 1 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT2、各系數(shù)意義、各系數(shù)意義12設(shè)計(jì)地震設(shè)計(jì)地震分組分組場(chǎng)場(chǎng) 地地 類類 別別IIIIIIIV第一組第一組0.250.350.450.65第二組第二組0.300.400.550.75第三組第三組0.350.450.650.903Tg為特征周期值，與場(chǎng)地類別和地震分組有關(guān)，見(jiàn)下表。為特征周期值，與場(chǎng)地類別和地震分組有關(guān)，見(jiàn)下表。T-結(jié)構(gòu)周期；結(jié)構(gòu)周期；-地震影響系數(shù)；地震影響系數(shù)；3.3.

23、3 3.3.3 設(shè)計(jì)反響譜設(shè)計(jì)反響譜續(xù)續(xù) 55 . 005. 09 . 0 曲線下降段的衰減指數(shù)00, 8/ )05. 0(02. 0111 時(shí)，取時(shí)，取當(dāng)當(dāng) 1.706. 005. 0155. 055. 02222 時(shí)，取時(shí)，取阻尼調(diào)整系數(shù)，)(sT0 1 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT3.3.3 3.3.3 設(shè)計(jì)反響譜設(shè)計(jì)反響譜續(xù)續(xù)地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.050.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-罕遇地震罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.

24、04多遇地震多遇地震 9 8 7 6地震影響地震影響烈度烈度 括號(hào)數(shù)字分別對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)基本加速度括號(hào)數(shù)字分別對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)基本加速度0.15g0.15g和和0.30g0.30g地區(qū)的地震影響系數(shù)地區(qū)的地震影響系數(shù)maxmaxmaxmaxmax45. 01252 k.,k此時(shí),與地面加速度相等，即其加速度0時(shí)，結(jié)構(gòu)為一剛體，T注意：當(dāng)結(jié)構(gòu)自振周期表見(jiàn) 水平地震系數(shù)的最大值max下下：)(sT0 1 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT3.43.4多自由度彈性體系地震反響分析的振多自由度彈性體系地震反響分析的振型分解法型分解法計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算簡(jiǎn)

25、圖 在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析時(shí)，對(duì)于質(zhì)量比較分散的結(jié)構(gòu)，為了能夠在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析時(shí)，對(duì)于質(zhì)量比較分散的結(jié)構(gòu)，為了能夠比較真實(shí)地反映其動(dòng)力性能，可將其簡(jiǎn)化為多質(zhì)點(diǎn)體系，并按多質(zhì)點(diǎn)體比較真實(shí)地反映其動(dòng)力性能，可將其簡(jiǎn)化為多質(zhì)點(diǎn)體系，并按多質(zhì)點(diǎn)體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震反響分析。系進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震反響分析。一般一般n n層結(jié)構(gòu)有層結(jié)構(gòu)有n n個(gè)質(zhì)點(diǎn)，個(gè)質(zhì)點(diǎn)，n n個(gè)自由度。個(gè)自由度。3.4.2 3.4.2 運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程多自由度體系的運(yùn)動(dòng)方程多自由度體系的運(yùn)動(dòng)方程m1m2mimNxixg(t)Ni, 2 , 1）giiixxmI (慣性力慣性力彈性恢復(fù)力彈性恢復(fù)力niniiixkxkxkS2211阻

26、尼力阻尼力niniiixcxcxcR2211運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程giinjijnjiijiixmxkxcxm 11 )(txImxkxcxmg 3.4.3 3.4.3 運(yùn)動(dòng)方程的解運(yùn)動(dòng)方程的解運(yùn)動(dòng)方程的解：采用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中的振型分解法，運(yùn)動(dòng)方程的解：采用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中的振型分解法， 多自由多自由度線性體系的振動(dòng)位移度線性體系的振動(dòng)位移xt可以表示為各振型下位移可以表示為各振型下位移反響的疊加線性組合。反響的疊加線性組合。1( )( )nijijjxtXqt 3( )2( )1( )1213111(t)1(t)2122232(t)3132333+3.4.3 3.4.3 運(yùn)動(dòng)方程的解運(yùn)動(dòng)方程的解續(xù)續(xù)。與

27、與第第二二振振型型所所占占的的分分量量時(shí)時(shí)刻刻的的變變位位中中第第一一振振型型一一義義坐坐標(biāo)標(biāo)，表表示示在在質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)任任是是時(shí)時(shí)間間的的函函數(shù)數(shù)，稱稱為為廣廣、來(lái)來(lái)表表示示，即即：其其兩兩個(gè)個(gè)振振型型的的線線性性組組合合用用和和的的位位移移在在地地震震作作用用下下任任一一時(shí)時(shí)刻刻和和將將質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn))()()()()()()()()()(21222121221211112121tqtqXtqXtqtxXtqXtqtxtxtxmm 以兩個(gè)自由度線性體系為例以兩個(gè)自由度線性體系為例 )(txImxkxcxmg 代入運(yùn)動(dòng)方程代入運(yùn)動(dòng)方程3.4.3 3.4.3 運(yùn)動(dòng)方程的解運(yùn)動(dòng)方程的解續(xù)續(xù) 值值。時(shí)時(shí)的的

28、即即當(dāng)當(dāng)各各質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)位位移移振振型型的的振振型型參參與與系系數(shù)數(shù)。體體系系在在地地震震反反應(yīng)應(yīng)中中第第式式中中理理后后得得剛剛度度矩矩陣陣的的正正交交性性，整整根根據(jù)據(jù)振振型型對(duì)對(duì)質(zhì)質(zhì)量量矩矩陣陣和和，得得：將將上上式式等等號(hào)號(hào)兩兩邊邊各各乘乘以以故故得得：比比例例常常數(shù)數(shù)、式式中中的的耦耦合合，即即令令：條條件件，以以消消除除振振型型之之間間阻阻尼尼矩矩陣陣亦亦能能滿滿足足正正交交合合，從從而而使使陣陣和和剛剛度度矩矩陣陣的的線線性性組組假假定定阻阻尼尼矩矩陣陣是是質(zhì)質(zhì)量量矩矩jnjjnijiinijiijTjTjjjjjjjjTjTjTjTjTjqxxxxjXmXmXmXmXnjxqqqx

29、mXqXkXqXkmXqXmXXxmqXkqXkmqXmkmc11), 2, 1(;21121022210210212121 3.4.3 3.4.3 運(yùn)動(dòng)方程的解運(yùn)動(dòng)方程的解續(xù)續(xù) 222221112121210222122),2,1(22 解解得得：阻阻尼尼比比確確定定，即即由由下下式式型型的的頻頻率率和和通通常常根根據(jù)據(jù)第第一一、第第二二振振、系系數(shù)數(shù)振振型型的的阻阻尼尼比比，對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)于于式式中中則則上上式式可可寫(xiě)寫(xiě)成成令令：jnjxqqqjjjjjjjjjjj 02221xqqqjjjjjj 3.4.3 3.4.3 運(yùn)動(dòng)方程的解運(yùn)動(dòng)方程的解續(xù)續(xù)。的的中任一質(zhì)點(diǎn)中任一質(zhì)點(diǎn)在地震作用下其在地震

30、作用下其得的多自由度彈性體系得的多自由度彈性體系這就是用振型分解法求這就是用振型分解法求將解代回式得：將解代回式得：。相應(yīng)的相應(yīng)的自由度體系稱作與振型自由度體系稱作與振型下的位移反應(yīng)，這個(gè)單下的位移反應(yīng)，這個(gè)單反應(yīng)反應(yīng)的單自由度體系在地震的單自由度體系在地震、自振頻率為、自振頻率為相當(dāng)于阻尼比為相當(dāng)于阻尼比為式中式中或?qū)憺椋夯驅(qū)憺椋嚎蓪?xiě)出式的解：可寫(xiě)出式的解：動(dòng)微分方程的解，動(dòng)微分方程的解，參照單自由度體系的運(yùn)參照單自由度體系的運(yùn)位移公式振子injjijjnjjijijjtjtjjjjjtjtjjjmXtXtqtxjdtextttqdtextqjjjj 110)(00)(0)()()()(si

31、n)(1)()()()(sin)()( 3.4.3 3.4.3 運(yùn)動(dòng)方程的解運(yùn)動(dòng)方程的解續(xù)續(xù)3.5 3.5 多自由度體系的水平地震作用多自由度體系的水平地震作用3.5.1 3.5.1 振型分解反響譜法振型分解反響譜法 多自由度彈性體系在地震時(shí)質(zhì)點(diǎn)所受到的慣性力就是質(zhì)多自由度彈性體系在地震時(shí)質(zhì)點(diǎn)所受到的慣性力就是質(zhì)點(diǎn)的地震作用。質(zhì)點(diǎn)上的地震作用為：點(diǎn)的地震作用。質(zhì)點(diǎn)上的地震作用為： 地震作用效應(yīng)。地震作用效應(yīng)。應(yīng)，以求得結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)，以求得結(jié)構(gòu)的最大效應(yīng)，然后組合這些效效應(yīng)，然后組合這些效相應(yīng)的地震作用相應(yīng)的地震作用型的最大地震作用及其型的最大地震作用及其一般采用先求出每一振一般采用先求出每一振

32、算繁瑣，算繁瑣，最大地震作用。由于計(jì)最大地震作用。由于計(jì)的最大值就是設(shè)計(jì)用的的最大值就是設(shè)計(jì)用的線上線上時(shí)程曲線。曲時(shí)程曲線。曲隨時(shí)間變化的曲線，即隨時(shí)間變化的曲線，即根據(jù)上式作出根據(jù)上式作出速度。速度。振型相應(yīng)振子的絕對(duì)加振型相應(yīng)振子的絕對(duì)加與第與第的相對(duì)加速度；的相對(duì)加速度；質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)地面運(yùn)動(dòng)的加速度；地面運(yùn)動(dòng)的加速度；式中式中)()()()()()()()()()()(00010tFtFjttxitxtxttxXmtxtxmtFiijijnjjijiiii 3.5.1 3.5.1 振型分解反響譜法振型分解反響譜法續(xù)續(xù) 。質(zhì)點(diǎn)的重力荷載代表值質(zhì)點(diǎn)的重力荷載代表值集中于集中于即振型位移；即振型

33、位移；質(zhì)點(diǎn)的水平相對(duì)位移，質(zhì)點(diǎn)的水平相對(duì)位移，振型振型的振型參與系數(shù)；的振型參與系數(shù)；振型振型的地震影響系數(shù)；的地震影響系數(shù)；振型自振周期振型自振周期相應(yīng)于第相應(yīng)于第式中式中則上式寫(xiě)為：則上式寫(xiě)為：令令絕對(duì)最大標(biāo)準(zhǔn)值：絕對(duì)最大標(biāo)準(zhǔn)值：質(zhì)點(diǎn)上的水平地震作用質(zhì)點(diǎn)上的水平地震作用振型第振型第作用在第作用在第iGijXjTjGXFgmGgttxttxXmFijijijjjijijjjiiijjjjijiji max0max0)()()()( 用1、振型的最大地震作3.5.1 3.5.1 振型分解反響譜法振型分解反響譜法續(xù)續(xù)和變形。和變形。的作用效應(yīng)，包括內(nèi)力的作用效應(yīng)，包括內(nèi)力振型水平地震作用產(chǎn)生振型

34、水平地震作用產(chǎn)生水平地震作用效應(yīng)；水平地震作用效應(yīng)；式中式中即：即：”的方法確定，”的方法確定，近似采用“平方和開(kāi)方近似采用“平方和開(kāi)方結(jié)構(gòu)總的地震作用效應(yīng)結(jié)構(gòu)總的地震作用效應(yīng)也達(dá)最大值。則也達(dá)最大值。則震作用及效應(yīng)并不一定震作用及效應(yīng)并不一定值時(shí)，其他各振型的地值時(shí)，其他各振型的地的效應(yīng)）達(dá)最大的效應(yīng)）達(dá)最大的地震作用（使其相應(yīng)的地震作用（使其相應(yīng)但任一時(shí)刻當(dāng)某一振型但任一時(shí)刻當(dāng)某一振型也是最大值。也是最大值。變形），這里的變形），這里的（彎矩、剪力、軸力、（彎矩、剪力、軸力、用效應(yīng)用效應(yīng)震作震作后，就可計(jì)算結(jié)構(gòu)的地后，就可計(jì)算結(jié)構(gòu)的地質(zhì)點(diǎn)上的最大地震作用質(zhì)點(diǎn)上的最大地震作用振型振型求出求出

35、jSSSSSSijjjjj 22、振型組合3.5.1 3.5.1 振型分解反響譜法振型分解反響譜法續(xù)續(xù)R 一般的，各個(gè)振型在地震總反響中的奉獻(xiàn)隨其頻率的一般的，各個(gè)振型在地震總反響中的奉獻(xiàn)隨其頻率的增加而迅速減少，所以頻率最低的幾個(gè)振型控制結(jié)構(gòu)的增加而迅速減少，所以頻率最低的幾個(gè)振型控制結(jié)構(gòu)的最大地震反響。實(shí)際計(jì)算中，一般采用前最大地震反響。實(shí)際計(jì)算中，一般采用前2323個(gè)振型即個(gè)振型即可。可。R ? ?標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)? ?規(guī)定：在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)任一樓層的規(guī)定：在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應(yīng)符合下式要求水平地震剪力應(yīng)符合下式要求層的重力荷載代表值。層的重力荷載代表值。第

36、第的增大系數(shù)；的增大系數(shù)；尚應(yīng)乘以尚應(yīng)乘以規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，向不向不規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，對(duì)豎規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，對(duì)豎剪力系數(shù)，不應(yīng)小于剪力系數(shù)，不應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力；標(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力；層對(duì)應(yīng)于水平地震作用層對(duì)應(yīng)于水平地震作用第第jGiVGVjEkinijjEki1.15 3.5.2 3.5.2 底部剪力法底部剪力法 用振型分解反響譜法計(jì)算比較復(fù)雜，對(duì)于高度不超過(guò)用振型分解反響譜法計(jì)算比較復(fù)雜，對(duì)于高度不超過(guò)40m40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)，總的地震作勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體

37、系的結(jié)構(gòu)，總的地震作用效應(yīng)與第一振型的地震剪力分布相近，可用第一振型用效應(yīng)與第一振型的地震剪力分布相近，可用第一振型的地震剪力作為結(jié)構(gòu)的地震剪力，此方法稱為底部剪力的地震剪力作為結(jié)構(gòu)的地震剪力，此方法稱為底部剪力法。法。 1 1、底部剪力法適用范圍和假定、底部剪力法適用范圍和假定 適用條件：適用條件：? ?標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)?5.2.1?5.2.1：對(duì)于高度不超過(guò)：對(duì)于高度不超過(guò)40m40m，以剪切，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)，可以采用底部剪力法。及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)，可以采用底部剪力法。 假定：位移

38、反響以第一振型為主，為一直線。假定：位移反響以第一振型為主，為一直線。3.5.2 3.5.2 底部剪力法底部剪力法續(xù)續(xù)2、總思路是：首先求出等效單質(zhì)點(diǎn)的作用力即底部剪、總思路是：首先求出等效單質(zhì)點(diǎn)的作用力即底部剪力，然后再按一定的規(guī)那么分配到各個(gè)質(zhì)點(diǎn)，最后按靜力，然后再按一定的規(guī)那么分配到各個(gè)質(zhì)點(diǎn)，最后按靜力力法計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。法計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。GeqGiGeqFekFekGiFi3.5.2 3.5.2 底部剪力法底部剪力法續(xù)續(xù)3 3、結(jié)構(gòu)底部剪力計(jì)算、結(jié)構(gòu)底部剪力計(jì)算 根據(jù)底部剪力相等的原那么，把多質(zhì)點(diǎn)體系用一個(gè)與根據(jù)底部剪力相等的原那么，把多質(zhì)點(diǎn)體系用一個(gè)與其其根本周期相等的單

39、質(zhì)點(diǎn)體系代替。根本周期相等的單質(zhì)點(diǎn)體系代替。底部剪力用下式進(jìn)行計(jì)算：底部剪力用下式進(jìn)行計(jì)算：eqEkGF1 1 1 對(duì)應(yīng)根本周期的地震影響系數(shù)，對(duì)于對(duì)應(yīng)根本周期的地震影響系數(shù)，對(duì)于多層砌體房屋、底部框架和多層內(nèi)框架磚房，多層砌體房屋、底部框架和多層內(nèi)框架磚房，可取水平地震影響系數(shù)最大值；可取水平地震影響系數(shù)最大值； Geq Geq 結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值，結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值，cc等效系數(shù)；單質(zhì)點(diǎn)：等效系數(shù)；單質(zhì)點(diǎn)：c=1c=1；多質(zhì)點(diǎn)：；多質(zhì)點(diǎn)：c=0.85c=0.85eqiGcG GeqGi3.5.2 3.5.2 底部剪力法底部剪力法續(xù)續(xù)4、各質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算、各質(zhì)點(diǎn)的

40、水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算地震反響以根本振型為主，而且根本振型地震反響以根本振型為主，而且根本振型接近于直線，呈倒三角形，故接近于直線，呈倒三角形，故1HkHH1G1GkHknF1FkFiiiiGxFF1111iiGH11nkkknkkEKGHFF11111nkkkGH111nkkkEKGHF111/EKnkkkiiiFGHGHF1地震作用下各樓層水平地震層間剪力為地震作用下各樓層水平地震層間剪力為 nikkiFV1iixH 的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。適用于基本周期適用于基本周期gTT4 . 11 3.5.2 3.5.2 底部剪力法底部剪力法續(xù)續(xù)5、對(duì)底部剪力法的修正、對(duì)底部剪力法的修正1當(dāng)當(dāng) 時(shí)，由于高

41、振型的影響，按上式計(jì)算的結(jié)構(gòu)頂部時(shí)，由于高振型的影響，按上式計(jì)算的結(jié)構(gòu)頂部地震剪力偏小，故需進(jìn)行調(diào)整。地震剪力偏小，故需進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法是將結(jié)構(gòu)總地震作用的一局部作為集中力作用調(diào)整的方法是將結(jié)構(gòu)總地震作用的一局部作為集中力作用于結(jié)構(gòu)頂部，再將余下的局部按倒三角形分配給各質(zhì)點(diǎn)。于結(jié)構(gòu)頂部，再將余下的局部按倒三角形分配給各質(zhì)點(diǎn)。頂部需附加水平地震作用：頂部需附加水平地震作用：gTT4 . 11 H1G1GkHk1HkHnF1FkF)1(1nEKnkkkiiiFGHGHFeqEkGF1EKnnFF3.5.2 3.5.2 底部剪力法底部剪力法續(xù)續(xù)gTT4 . 11gTT4 . 11)(sTg35.

42、 055. 035. 055. 007. 008. 01T01. 008. 01T02. 008. 01T000頂部附加地震作用系數(shù)頂部附加地震作用系數(shù)n 頂部附加地震作用系數(shù)，多層內(nèi)框架磚房頂部附加地震作用系數(shù)，多層內(nèi)框架磚房0.2,0.2,多層鋼混、鋼結(jié)構(gòu)房屋按下表多層鋼混、鋼結(jié)構(gòu)房屋按下表, ,其它可不考慮。其它可不考慮。 當(dāng)房屋頂部有突出屋面的小建筑物時(shí)，上述附加集中水平當(dāng)房屋頂部有突出屋面的小建筑物時(shí)，上述附加集中水平地震作用應(yīng)置于主體房屋的頂層而不應(yīng)置于小建筑物的頂?shù)卣鹱饔脩?yīng)置于主體房屋的頂層而不應(yīng)置于小建筑物的頂部，但小建筑物頂部的地震作用仍可按上式計(jì)算。部，但小建筑物頂部的地震

43、作用仍可按上式計(jì)算。3.5.2 3.5.2 底部剪力法底部剪力法續(xù)續(xù) 2 2鞭端效應(yīng)鞭端效應(yīng)底部剪力法適用于重量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)。底部剪力法適用于重量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)。當(dāng)建筑物有突出屋面的小建筑如屋頂間、女兒墻和煙囪等當(dāng)建筑物有突出屋面的小建筑如屋頂間、女兒墻和煙囪等時(shí)，由于該局部的重量和剛度突然變小，地震時(shí)將產(chǎn)生時(shí)，由于該局部的重量和剛度突然變小，地震時(shí)將產(chǎn)生鞭端效應(yīng)，使得突出屋面小建筑的地震反響特別強(qiáng)烈，鞭端效應(yīng)，使得突出屋面小建筑的地震反響特別強(qiáng)烈，其程度取決于突出物與建筑物的質(zhì)量比與剛度比以及場(chǎng)其程度取決于突出物與建筑物的質(zhì)量比與剛度比以及場(chǎng)地條件等。地條件

44、等。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，? ?抗震標(biāo)準(zhǔn)抗震標(biāo)準(zhǔn)? ?規(guī)定，當(dāng)采用底部剪力法計(jì)算規(guī)定，當(dāng)采用底部剪力法計(jì)算這類小建筑的地震作用效應(yīng)時(shí)，宜乘以增大系數(shù)這類小建筑的地震作用效應(yīng)時(shí)，宜乘以增大系數(shù)3 3，但，但此增大局部不應(yīng)往下傳遞，但與該突出局部相連的構(gòu)件此增大局部不應(yīng)往下傳遞，但與該突出局部相連的構(gòu)件應(yīng)予計(jì)入；當(dāng)采用振型分解法計(jì)算時(shí)，突出屋面局部可應(yīng)予計(jì)入；當(dāng)采用振型分解法計(jì)算時(shí)，突出屋面局部可作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn) 。3.6 3.6 結(jié)構(gòu)的地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)結(jié)構(gòu)的地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng) 3.6.1 3.6.1 結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的原因結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的原因1 1、是地面運(yùn)動(dòng)存在著轉(zhuǎn)動(dòng)分量，或地震時(shí)地面各

45、點(diǎn)的運(yùn)、是地面運(yùn)動(dòng)存在著轉(zhuǎn)動(dòng)分量，或地震時(shí)地面各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)存在著相位差，這些都屬于外因；動(dòng)存在著相位差，這些都屬于外因；2 2、是結(jié)構(gòu)本身不對(duì)稱，即結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心與剛度中心不、是結(jié)構(gòu)本身不對(duì)稱，即結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心與剛度中心不重合。重合。結(jié)構(gòu)的剛度中心即結(jié)構(gòu)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度中心即結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件恢復(fù)力合力的作用點(diǎn)。構(gòu)件恢復(fù)力合力的作用點(diǎn)。結(jié)構(gòu)的質(zhì)心就是結(jié)構(gòu)的重心。結(jié)構(gòu)的質(zhì)心就是結(jié)構(gòu)的重心。當(dāng)房屋的質(zhì)心、剛心不重合時(shí)，當(dāng)房屋的質(zhì)心、剛心不重合時(shí)，即有偏心距，在水平力作用下，即有偏心距，在水平力作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。 震害調(diào)查說(shuō)明，扭轉(zhuǎn)作用會(huì)加重結(jié)構(gòu)的破壞，并且在某些震害調(diào)查說(shuō)明，扭轉(zhuǎn)作用會(huì)

46、加重結(jié)構(gòu)的破壞，并且在某些情況下還將成為導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的主要因素。情況下還將成為導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的主要因素。m)(tug質(zhì)心質(zhì)心剛心剛心3.6.1 3.6.1 結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的原因結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的原因續(xù)續(xù)? ?抗震標(biāo)準(zhǔn)抗震標(biāo)準(zhǔn)? ?規(guī)定規(guī)定1 1對(duì)于質(zhì)量和剛度明顯不均勻、不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮對(duì)于質(zhì)量和剛度明顯不均勻、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；雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響；2 2其他情況下宜采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法來(lái)考慮結(jié)其他情況下宜采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法來(lái)考慮結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)作用的影響。構(gòu)扭轉(zhuǎn)作用的影響。規(guī)那么結(jié)構(gòu)在計(jì)算中未考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，平行于地震作用規(guī)那么結(jié)構(gòu)在計(jì)算中未

47、考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)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般情況下短邊可按l.15l.15、長(zhǎng)邊可按、長(zhǎng)邊可按1.051.05采用；當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛采用；當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度較小時(shí)，可按不小于度較小時(shí)，可按不小于1.31.3采用。采用。1.151.053.6.2 3.6.2 結(jié)構(gòu)的振動(dòng)形式結(jié)構(gòu)的振動(dòng)形式 當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與剛心不重合時(shí)，在水平地震作用下由當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與剛心不重合時(shí)，在水平地震作用下由于慣性力的合力是通過(guò)結(jié)構(gòu)的質(zhì)心，而相應(yīng)的各抗側(cè)于慣性力的合力是通過(guò)結(jié)構(gòu)的質(zhì)心，而相應(yīng)的各抗側(cè)力構(gòu)件恢復(fù)力的合力那么通過(guò)結(jié)構(gòu)的剛心，結(jié)構(gòu)的

48、振力構(gòu)件恢復(fù)力的合力那么通過(guò)結(jié)構(gòu)的剛心，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)為平移動(dòng)為平移扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動(dòng)，扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動(dòng)，x x方向，方向，y y方向和轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng) ，角部的線位移最大，破壞嚴(yán)重。角部的線位移最大，破壞嚴(yán)重。 對(duì)于對(duì)于n n層房屋，有層房屋，有3n3n個(gè)自由度。個(gè)自由度。 在計(jì)算中考慮扭轉(zhuǎn)影響的結(jié)構(gòu)，各樓層可取兩個(gè)正交在計(jì)算中考慮扭轉(zhuǎn)影響的結(jié)構(gòu)，各樓層可取兩個(gè)正交的水平移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)角共的水平移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)角共3 3個(gè)自由度，然后按振型分解個(gè)自由度，然后按振型分解法計(jì)算地震作用和作用效應(yīng)。確有依據(jù)時(shí)，也可采用法計(jì)算地震作用和作用效應(yīng)。確有依據(jù)時(shí)，也可采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法確定地震作用效應(yīng)。簡(jiǎn)化計(jì)算方法確定地震作用效

49、應(yīng)。 具體計(jì)算方法可參照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。具體計(jì)算方法可參照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。 3.8 3.8 結(jié)構(gòu)豎向地震作用結(jié)構(gòu)豎向地震作用 豎向地震作用會(huì)在結(jié)構(gòu)中引起豎向振動(dòng)。根據(jù)觀測(cè)資豎向地震作用會(huì)在結(jié)構(gòu)中引起豎向振動(dòng)。根據(jù)觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)分析，在震中距小于料的統(tǒng)計(jì)分析，在震中距小于200km200km范圍內(nèi)，同一地范圍內(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震的豎向地面加速度峰值與水平地面加速度峰值之比av/ahav/ah平均值約為平均值約為1/21/2，甚至有時(shí)可達(dá)，甚至有時(shí)可達(dá)1.61.6。 震害調(diào)查說(shuō)明，在高烈度區(qū)，豎向地震的影響十清楚震害調(diào)查說(shuō)明，在高烈度區(qū)，豎向地震的影響十清楚顯，尤其是對(duì)高

50、柔的結(jié)構(gòu)。對(duì)于較高的高層建筑，其顯，尤其是對(duì)高柔的結(jié)構(gòu)。對(duì)于較高的高層建筑，其豎向地震作用在結(jié)構(gòu)上部可達(dá)其重量的豎向地震作用在結(jié)構(gòu)上部可達(dá)其重量的4040以上。以上。 ? ?抗震標(biāo)準(zhǔn)抗震標(biāo)準(zhǔn)? ?規(guī)定，對(duì)于烈度為規(guī)定，對(duì)于烈度為8 8度和度和9 9 度的大跨和長(zhǎng)度的大跨和長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)、煙囪和類似的高聳結(jié)構(gòu)以及懸臂結(jié)構(gòu)、煙囪和類似的高聳結(jié)構(gòu)以及9 9度時(shí)的高層度時(shí)的高層建筑等，應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。建筑等，應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。3.8.1 3.8.1 高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑的豎向高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑的豎向地震作用地震作用1 1、豎向地震反響譜、豎向地震反響譜豎向地震反響譜與水平地震反響譜的比較豎

51、向地震反響譜與水平地震反響譜的比較: :形狀相差不大，形狀相差不大，加速度峰值約為水平的加速度峰值約為水平的1/21/2至至2/32/3。故可利用水平地震反。故可利用水平地震反響譜進(jìn)行分析。響譜進(jìn)行分析。? ?抗震標(biāo)準(zhǔn)抗震標(biāo)準(zhǔn)? ?規(guī)定豎向地震影響系數(shù)取其最大值，且為水平規(guī)定豎向地震影響系數(shù)取其最大值，且為水平地震影響系數(shù)最大值的地震影響系數(shù)最大值的6565，即：，即：2 2、計(jì)算方法、計(jì)算方法高聳結(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 5個(gè)個(gè)振型按平方和開(kāi)方組合的地震內(nèi)力相比較，誤差僅在振型按平方和開(kāi)方組合的地震內(nèi)力相比較，誤差僅在5%

52、-5%-15%-15%。此外，豎向第一振型的數(shù)值大致呈倒三角形式，根本周期此外，豎向第一振型的數(shù)值大致呈倒三角形式，根本周期小于場(chǎng)地特征周期。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，即先求出結(jié)構(gòu)的總豎向地震作用。法類似的方法計(jì)算，即先求出結(jié)構(gòu)的總豎向地震作用。maxmax0.65vH 3.8.1 3.8.1 高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑的豎向高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑的豎向地震作用地震作用續(xù)續(xù)2、高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑豎向地震作用的計(jì)算公式高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑豎向地震作用的計(jì)算公式eqVEVKGFmax ieqGG75.0

53、maxmax65.0HV 結(jié)構(gòu)總豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；結(jié)構(gòu)總豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；EVKFmaxmax,HV 豎向、水平地震影響系數(shù)最大值。豎向、水平地震影響系數(shù)最大值。H1G1HinGiGEVKFViFEVKnjjjiiViFHGHGF 1質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)i i的豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值。的豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值。標(biāo)準(zhǔn)要求：標(biāo)準(zhǔn)要求：9 9度時(shí)，高層建筑樓層的豎向地震作用效應(yīng)應(yīng)乘以度時(shí)，高層建筑樓層的豎向地震作用效應(yīng)應(yīng)乘以1.51.5的的增大系數(shù)。增大系數(shù)。3.8.2 3.8.2 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：平板型網(wǎng)架屋蓋和跨度大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：平板型網(wǎng)架屋蓋和跨度大于24m24m屋架結(jié)構(gòu)的豎屋架結(jié)構(gòu)的豎向地震作用采

54、用靜力法計(jì)算，即：向地震作用采用靜力法計(jì)算，即： 重力荷載代表值；重力荷載代表值； 豎向地震作用系數(shù)，與烈度和場(chǎng)地有關(guān)，按下豎向地震作用系數(shù)，與烈度和場(chǎng)地有關(guān)，按下表采用。表采用。 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（可不計(jì)算（0.10)8、 鋼筋混凝土鋼筋混凝土屋架屋架平板型網(wǎng)架平板型網(wǎng)架鋼屋架鋼屋架結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型烈烈度度場(chǎng)地類別場(chǎng)地類別viviFG iGv 3.8.3 3.8.3 長(zhǎng)懸臂和其他大跨度結(jié)構(gòu)長(zhǎng)懸臂和其他大跨度結(jié)構(gòu) 對(duì)于長(zhǎng)懸臂和其它大跨度結(jié)構(gòu)的豎向地震

55、作用標(biāo)準(zhǔn)值，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 8度和度和9 9度可分別取該結(jié)構(gòu)、構(gòu)件重力荷載代表值的度可分別取該結(jié)構(gòu)、構(gòu)件重力荷載代表值的10%10%和和20%20%； 設(shè)計(jì)根本地震加速度為設(shè)計(jì)根本地震加速度為0.30g0.30g時(shí)，可取該結(jié)構(gòu)構(gòu)件重力時(shí)，可取該結(jié)構(gòu)構(gòu)件重力荷載代表值的荷載代表值的15%15%。0.1(0.2)viiFG 或或iviGF15. 0 3.10 3.10 建筑結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算建筑結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算3.10.1 3.10.1 結(jié)構(gòu)抗震承載力驗(yàn)算結(jié)構(gòu)抗震承載力驗(yàn)算1 1、結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算原那么、結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算原那么各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算應(yīng)遵循以下原那么：各類建筑結(jié)構(gòu)的

56、抗震計(jì)算應(yīng)遵循以下原那么：在驗(yàn)算水平地震作用效應(yīng)時(shí)，一般情況下可在建筑結(jié)構(gòu)的在驗(yàn)算水平地震作用效應(yīng)時(shí)，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，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)。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)。有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于1515。時(shí)應(yīng)分別。時(shí)應(yīng)分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。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

57、轉(zhuǎn)影響其他情況宜采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的作用下的扭轉(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。方法考慮扭轉(zhuǎn)影響。 8 8度和度和9 9度時(shí)的大跨度結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)，度時(shí)的大跨度結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)，9 9度時(shí)的高層建度時(shí)的高層建筑，應(yīng)考慮豎向地震作用。筑，應(yīng)考慮豎向地震作用。3.10.1 3.10.1 結(jié)構(gòu)抗震承載力驗(yàn)算結(jié)構(gòu)抗震承載力驗(yàn)算續(xù)續(xù)2、結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算方法確實(shí)定、結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算方法確實(shí)定高度不超過(guò)高度不超過(guò)40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)，宜布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)，宜采用底

58、部剪力法等簡(jiǎn)化方法。采用底部剪力法等簡(jiǎn)化方法。 除上述以外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反響譜法。除上述以外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反響譜法。特別不規(guī)那么的建筑、甲類建筑和下表所列高度范圍的高特別不規(guī)那么的建筑、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，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響譜可取多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的平均值與振型分解反響譜法計(jì)算結(jié)果的較大值。法計(jì)算結(jié)果的較大值。烈度、場(chǎng)地類別烈度、場(chǎng)地類別房屋高度范圍（房屋高度范圍（m）8度度、類場(chǎng)地和類場(chǎng)地和7 7度度 100 8度度、類場(chǎng)地類場(chǎng)地

59、 80 9度度 603.10.1 3.10.1 結(jié)構(gòu)抗震承載力驗(yàn)算結(jié)構(gòu)抗震承載力驗(yàn)算續(xù)續(xù)3 3、 重力荷載代表值重力荷載代表值 在抗震設(shè)計(jì)中，當(dāng)計(jì)算地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值、計(jì)算結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)中，當(dāng)計(jì)算地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值、計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震作用效應(yīng)與其他荷載效應(yīng)的根本組合時(shí)，作構(gòu)件的地震作用效應(yīng)與其他荷載效應(yīng)的根本組合時(shí)，作用于結(jié)構(gòu)的重力荷載采用重力荷載代表值，它是永久荷用于結(jié)構(gòu)的重力荷載采用重力荷載代表值，它是永久荷載和有關(guān)可變荷載的組合值之和，即：載和有關(guān)可變荷載的組合值之和，即：數(shù)數(shù)，查查規(guī)規(guī)范范表表取取值值。個(gè)個(gè)可可變變荷荷載載的的組組合合值值系系第第個(gè)個(gè)可可變變荷荷載載的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值值；結(jié)結(jié)構(gòu)

60、構(gòu)或或構(gòu)構(gòu)件件第第載載標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值值；結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)或或構(gòu)構(gòu)件件的的永永久久荷荷iiQGQGGEiKiKKiEiKE 抗震計(jì)算時(shí)重力荷載代表值集中到每個(gè)樓層質(zhì)點(diǎn)處。抗震計(jì)算時(shí)重力荷載代表值集中到每個(gè)樓層質(zhì)點(diǎn)處。3.10.1 3.10.1 結(jié)構(gòu)抗震承載力驗(yàn)算結(jié)構(gòu)抗震承載力驗(yàn)算續(xù)續(xù)4、結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的抗震驗(yàn)算、結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的抗震驗(yàn)算 在抗震設(shè)計(jì)的第一階段，對(duì)絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)要進(jìn)行多遇在抗震設(shè)計(jì)的第一階段，對(duì)絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)要進(jìn)行多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力驗(yàn)算地震作用下的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力驗(yàn)算,即用多遇地震的水即用多遇地震的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，采用線彈性理論的方法求出結(jié)構(gòu)構(gòu)件平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，采用線彈性理論的方法