建筑結(jié)構(gòu)抗震原理-水平地震作用的底部剪力法

工程抗震震原理PrinciplesofSeismicEngineering土木工程程專業(yè)本本科專業(yè)業(yè)課主要內(nèi)容容第一章工程抗震基礎礎知識第二章場地與地地基基礎礎抗震原理第三章建建筑結(jié)構(gòu)抗震原理理第六章橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震原理第七章工程結(jié)構(gòu)構(gòu)減震控控制原理第三章建建筑結(jié)結(jié)構(gòu)抗震原理§1概述§2單自由度度體系地地震反應應分析§3單自由度度體系水水平地震震作用§4多自由度度體系地地震反應應分析§5地震分析析振型分分解反應應譜法§6水平地震震作用的的底部剪剪力法§7考慮扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的水平平地震作作用§8結(jié)構(gòu)豎向地震震作用§9建筑結(jié)構(gòu)抗震震驗算§10結(jié)構(gòu)自振振周期和和頻率的的實用計計算方法法§11工程結(jié)構(gòu)構(gòu)地震反反應的時時程分析析方法§12地基與結(jié)結(jié)構(gòu)動力力相互作作用效應應第三章建建筑結(jié)結(jié)構(gòu)抗震原理§1概述§2單自由度度體系地地震反應應分析§3單自由度度體系水水平地震震作用§4多自由度度體系地地震反應應分析§5地震分析析振型分分解反應應譜法§6水平地震震作用的的底部剪剪力法§7考慮扭轉(zhuǎn)的水水平地震作用用§8結(jié)構(gòu)豎向地震作用用§9建筑結(jié)構(gòu)抗震驗算算§10結(jié)構(gòu)自振周期期和頻率的實實用計算方法法§11工程結(jié)構(gòu)地震震反應的時程程分析方法§12地基與結(jié)構(gòu)動動力相互作用用效應§6水平地震作用用的底部剪力力法6.1《建筑抗震設設計規(guī)范》中中的底部剪力力法1.建筑結(jié)構(gòu)的底底部剪力近似于單質(zhì)點點體系的建筑結(jié)結(jié)構(gòu)，或滿足下述條件的建筑，，可采用底部部剪力法計算算其水平地震震作用效應：：(1)質(zhì)量和剛度沿沿高度分布比比較均勻的結(jié)結(jié)構(gòu)；(2)高度不超過40m；(3)水平地震作用用下結(jié)構(gòu)變形形以剪切變形形為主；(4)地震作用下結(jié)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效效應可忽略不不計。§6水平地震作用用的底部剪力力法滿足上述條件件的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)在水平地震震作用下的反反應通常以第一振型為為主，且第一一振型接近為為直線?！?水平地震作用用的底部剪力力法按振型分解反應應譜法，j振型i質(zhì)點的最大水水平地震作用用為：j振型結(jié)構(gòu)底部部的總水平剪力為：式中，α1—相應于結(jié)構(gòu)基基本周期的水水平地震影響響系數(shù)；GE—結(jié)構(gòu)總的重重力荷載代表表值，其中Gi為質(zhì)點i的重力荷載代代表值?！?水平地震作用用的底部剪力力法按SRSS法的振型組合合原則，結(jié)構(gòu)構(gòu)底部的總水平平地震作用標準值為：式中，q—高振型影響響系數(shù)，即§6水平地震作用用的底部剪力力法研究表明，當結(jié)構(gòu)構(gòu)體系各質(zhì)點點質(zhì)量相等、、并在高度方方向均勻分布布時，q=1.5(n+1)/(2n+1)，n為質(zhì)點數(shù)。如如為單質(zhì)點體體系，q=1；如為無限多多質(zhì)點體系，，q=0.75。為簡化計算，，當n>1時取q=0.85。因此，上式結(jié)構(gòu)底部的的總水平地震作作用標準值可簡化為：式中，Geq—結(jié)構(gòu)等效總總重力荷載代代表值，單質(zhì)質(zhì)點體系應取取總重力荷載載代表值，多多質(zhì)點體系可可取總重力荷荷載代表值的的85%；GEk—建筑結(jié)構(gòu)的的總水平地震震作用標準值值。§6水平地震作用用的底部剪力力法2.各質(zhì)點的水平平地震作用按照結(jié)構(gòu)的地地震反應以第第一振型為主主的假定，各質(zhì)點的水平平地震作用可近似地取為為對應于第一一振型各質(zhì)點點的地震作用用，即再根據(jù)第一振振型近似為直直線（倒三角角形），取式中，η—比例系數(shù)；；Hi—質(zhì)點i的計算高度。。由此可得：§6水平地震作用用的底部剪力力法因此，將上式代入可得：式中，F(xiàn)i—質(zhì)點i的水平地震作作用標準值；；i—所求水平地地震作用的質(zhì)質(zhì)點序號?！?水平地震作用用的底部剪力力法3.房屋建筑頂部部附加地震作作用按上式計算得到的的各質(zhì)點的水水平地震作用用可較好地反映剛度較大大的結(jié)構(gòu)，如砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)的地震作用用。當結(jié)構(gòu)的基本本周期較長，，場地特征周周期Tg較小時，由于于高振型的影影響，按上式計算出的結(jié)結(jié)構(gòu)頂部地震震作用偏小。。因此，《建筑筑抗震設計規(guī)規(guī)范》規(guī)定，，當建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)的基本自振振周期T1>1.4Tg時，在頂部附附加水平地震震作用，取：：§6水平地震作用用的底部剪力力法式中，ΔFn—頂部附加水水平地震作用用；δn—頂部附加地地震作用系數(shù)數(shù)，多層鋼筋筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)房屋可按按下表采用，多層層內(nèi)框架磚房房可采用0.2，其它房屋可可不考慮。注：T1為結(jié)構(gòu)基本自自振周期。Tg（s）T1>1.4TgT1≤1.4Tg≤0.350.08T1+0.07不考慮=0.35－0.550.08T1+0.01>0.550.08T1-0.02§6水平地震作用用的底部剪力力法而將余下的水水平地震作用用按下式分配給各質(zhì)質(zhì)點：此時，結(jié)構(gòu)頂頂部的水平地地震作用為按上式計算的Fn和ΔFn之和，如圖所示。Fn+ΔFnFEk底部剪力法應應用舉例[例1]試用底部剪力力法計算圖示示框架多遇地地震時的層間間剪力。已知知結(jié)構(gòu)的基本本周期T1=0.467s,抗震設防烈度度為8度,Ⅱ類場地,設計地震分組組為第二組。。解：（1）計算結(jié)構(gòu)等等效總重力荷荷載代表值（2）計算水平地地震影響系數(shù)數(shù)查表得10.5m7.0m3.5m1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影響烈度地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.05）§6水平地震作用用的底部剪力力法解：（1）計算結(jié)構(gòu)等等效總重力荷荷載代表值例1：試用底部剪剪力法計算圖圖示框架多遇遇地震時的層層間剪力。已已知結(jié)構(gòu)的基基本周期T1=0.467s,抗震設防烈度度為8度,Ⅱ類場地,設計地震分組組為第二組。。（2）計算水平地地震影響系數(shù)數(shù)地震特征周期分組的特征周期值（s）0.900.650.450.35第三組0.750.550.400.30第二組0.650.450.350.25第一組ⅣⅢⅡⅠ場地類別（3）計算結(jié)構(gòu)總總的水平地震震作用標準值值10.5m7.0m3.5m§6水平地震作用用的底部剪力力法例1：試用底部剪剪力法計算圖圖示框架多遇遇地震時的層層間剪力。已已知結(jié)構(gòu)的基基本周期T1=0.467s,抗震設防烈度度為8度,Ⅱ類場地,設計地震分組組為第二組。。解：（1）計算結(jié)構(gòu)等等效總重力荷荷載代表值（2）計算水平地地震影響系數(shù)數(shù)（3）計算結(jié)構(gòu)總總的水平地震震作用標準值值（4）頂部附加水水平地震作用用頂部附加地震作用系數(shù)（5）計算各層的的水平地震作作用標準值§6水平地震作用用的底部剪力力法10.5m7.0m3.5m§6水平地震作用用的底部剪力力法（5）計算各層的的水平地震作作用標準值例1：試用底部剪剪力法計算圖圖示框架多遇遇地震時的層層間剪力。已已知結(jié)構(gòu)的基基本周期T1=0.467s,抗震設防烈度度為8度,Ⅱ類場地,設計地震分組組為第二組。。解：（1）計算結(jié)構(gòu)等等效總重力荷荷載代表值（2）計算水平地地震影響系數(shù)數(shù)（3）計算結(jié)構(gòu)總總的水平地震震作用標準值值（4）頂部附加水水平地震作用用10.5m7.0m3.5m（6）計算各層的的層間剪力§6水平地震作用用的底部剪力力法（5）計算各層的的水平地震作作用標準值例1：試用底部剪剪力法計算圖圖示框架多遇遇地震時的層層間剪力。已已知結(jié)構(gòu)的基基本周期T1=0.467s,抗震設防烈度度為8度,Ⅱ類場地,設計地震分組組為第二組。。解：（1）計算結(jié)構(gòu)等等效總重力荷荷載代表值（2）計算水平地地震影響系數(shù)數(shù)（3）計算結(jié)構(gòu)總總的水平地震震作用標準值值（4）頂部附加水水平地震作用用振型分解反應譜法結(jié)果10.5m7.0m3.5m[例2]六層磚混住宅宅樓，建造于于基本烈度為為8度區(qū)，場地為為Ⅱ類，設計地震震分組為第一一組，根據(jù)各各層樓板、墻墻的尺寸等得得到恒荷和各各樓面活荷乘乘以組合值系系數(shù)，得到的的各層的重力力荷載代表值值為G1=5399.7kN,G2=G3=G4=G5=5085kN,G6=3856.9kN。試用底部剪剪力法計算各各層地震剪力力標準值。

由于多層砌體房屋中縱向或橫向承重墻體的數(shù)量較多，房屋的側(cè)移剛度很大，因而其縱向和橫向基本周期較短，一般均不超過0.25s。所以規(guī)范規(guī)定，對于多層砌體房屋，確定水平地震作用時采用。并且不考慮頂部附加水平地震作用。G12.952.702.702.702.702.70G2G3G4G5G6§6水平地震作用用的底部剪力力法[例2]基本烈度為8度，場地為Ⅱ類，設計地震震分組為第一一組，G1=5399.7kN,G2=G3=G4=G5=5085kN,G6=3856.9kN。計算各層地地震剪力標準準值。解：結(jié)構(gòu)總水平地地震作用標準準值1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影響烈度地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.05）§6水平地震作用用的底部剪力力法G12.952.702.702.702.702.70G2G3G4G5G6各層水平地震震剪力標準值值各層水平地震震作用層Gi(kN)Hi(m)GiHi(kN.m)Fi(kN)Vi(kN)63856.917.4555085.014.7545085.012.0535085.09.3525085.06.6515399.72.95Σ

67320.921328.8233815.2547544.7561274.2575003.75306269.72884.5985.7805.3624.8444.4280.44025.1884.51870.22675.53300.33744.74025.129596.6§6水平地震作用用的底部剪力力法[例2]基本烈度為8度，場地為Ⅱ類，設計地震震分組為第一一組，G1=5399.7kN,G2=G3=G4=G5=5085kN,G6=3856.9kN。計算各層地地震剪力標準準值。解：結(jié)構(gòu)總水平地地震作用標準準值G12.952.702.702.702.702.70G2G3G4G5G6[例3]四層鋼筋混凝凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)，建造于基基本烈度為8度區(qū)，場地為為Ⅱ類，設計地震震分組為第一一組，層高和和層重力代表表值如圖所示示。結(jié)構(gòu)的基基本周期為0.56s,試用底部剪力力法計算各層層地震剪力標標準值。解：結(jié)構(gòu)總水平地地震作用標準準值4.363.363.36G4=831.6G3=1039.6G2=1039.6G1=1122.73.361.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影響烈度地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.05）地震特征周期分組的特征周期值（s）0.900.650.450.35第三組0.750.550.400.30第二組0.650.450.350.25第一組ⅣⅢⅡⅠ場地類別§6水平地震作用用的底部剪力力法§6水平地震作用用的底部剪力力法[例3]四層鋼筋混凝凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)，建造于基基本烈度為8度區(qū)，場地為為Ⅱ類，設計地震震分組為第一一組，層高和和層重力代表表值如圖所示示。結(jié)構(gòu)的基基本周期為0.56s,試用底底部剪剪力法法計算算各層層地震震剪力力標準準值。。解：結(jié)構(gòu)總總水平平地震震作用用標準準值4.363.363.36G4=831.6G3=1039.6G2=1039.6G1=1122.73.36頂部附附加水水平地地震作作用頂部附加地震作用系數(shù)§6水平地地震作作用的的底部部剪力力法4.363.363.36G4=831.6G3=1039.6G2=1039.6G1=1122.73.36[例3]四層鋼鋼筋混混凝土土框架架結(jié)構(gòu)構(gòu)，建建造于于基本本烈度度為8度區(qū)，，場地地為Ⅱ類，設設計地地震分分組為為第一一組，，層高高和層層重力力代表表值如如圖所所示。。結(jié)構(gòu)構(gòu)的基基本周周期為為0.56