豎向地震作用與變形驗算演示文稿

豎向地震作用與變形驗算演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/181第10講豎向地震作用與變形驗算（優(yōu)選）豎向地震作用與變形驗算現(xiàn)在是2頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/182第10講豎向地震作用與變形驗算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。2.地震地面運動存在扭轉分量地震波在地面上各點的波速、周期和相位不同。建筑結構基底將產生繞豎直軸的轉動，結構便會產生扭轉振動。無論結構是否有偏心，地震地面運動產生的結構扭轉振動均是存在的。但二者有區(qū)別，無偏心結構的平動與扭轉振動不是耦合的，而有偏心結構的平動與扭轉振動是耦合的。現(xiàn)在是3頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/183第10講豎向地震作用與變形驗算二、考慮扭轉地震效應的方法1、規(guī)則結構不進行扭轉耦聯(lián)計算時，平行于地震作用方向的兩個邊榀，其地震作用效應宜乘以增大系數(shù)。一般情況下，短邊可按1.15、長邊可按1.05采用；當扭轉剛度較小時，宜按不小于1.3采用。2、采用扭轉耦聯(lián)的振型分解反應譜法?，F(xiàn)在是4頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/184第10講豎向地震作用與變形驗算三、考慮扭轉的振型分解反應譜法1、平扭耦聯(lián)體系的自由振動基本假定：（1）樓板在其自身平面內為絕對剛性，在平面外的剛度很小可以忽略不計；（2）各榀抗側力結構（框架或剪力墻）在其自身平面內剛度很大，在平面外的剛度很小可以忽略不計；（3）所有構件都不考慮其自身的抗扭作用；（4）將質量（包括柱、墻的質量）都集中于各層樓板處。計算簡圖如圖所示，坐標原點一般選在各樓層的質心處。每一層樓質量有三個自由度?，F(xiàn)在是5頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/185第10講豎向地震作用與變形驗算由結構動力學，可建立結構的運動方程為式中---質量矩陣---位移矩陣現(xiàn)在是6頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/186第10講豎向地震作用與變形驗算---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)；現(xiàn)在是7頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/187第10講豎向地震作用與變形驗算---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;現(xiàn)在是8頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/188第10講豎向地震作用與變形驗算求振型和頻率時可不計阻尼利用雅可比等方法可求出振型和頻率：現(xiàn)在是9頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/189第10講豎向地震作用與變形驗算2、考慮扭轉影響的水平地震作用---地面運動加速度---地面運動方向與x軸夾角現(xiàn)在是10頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1810第10講豎向地震作用與變形驗算設代入方程，并利用振型正交性，可得經過與前面單向平移振動類似的推導，可得到考慮扭轉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方向、y方向和轉角方向的地震作用標準值質心j振型i層質心處地震作用現(xiàn)在是11頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1811第10講豎向地震作用與變形驗算考慮扭轉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層的相對扭轉角；---j振型周期Tj對應的地震影響系數(shù)；---i層轉動半徑；質心j振型i層質心處地震作用現(xiàn)在是12頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1812第10講豎向地震作用與變形驗算考慮扭轉地震效應時水平地震作用標準值的計算公式:質心j振型i層質心處地震作用---考慮扭轉的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方向斜交地震時地震作用方向與x軸方向夾角現(xiàn)在是13頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1813第10講豎向地震作用與變形驗算3、考慮扭轉影響的水平地震作用效應不計扭轉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的地震作用效應---考慮扭轉的地震作用效應---分別為j、k振型地震作用產生的作用效應；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；現(xiàn)在是14頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1814第10講豎向地震作用與變形驗算考慮雙向水平地震作用下扭轉的地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?，F(xiàn)在是15頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1815第10講豎向地震作用與變形驗算現(xiàn)在是16頁\一共有49頁\編輯于星期三現(xiàn)在是17頁\一共有49頁\編輯于星期三現(xiàn)在是18頁\一共有49頁\編輯于星期三現(xiàn)在是19頁\一共有49頁\編輯于星期三現(xiàn)在是20頁\一共有49頁\編輯于星期三3.8結構豎向地震作用豎向地震運動是可觀的：根據(jù)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(jù)地震計算分析，對于高層建筑、高聳及大跨結構影響顯著。結構豎向地震內力NE/與重力荷載產生的內力NG的比值沿高度自下向上逐漸增大，烈度為8度時為50%至90%，9度時可達或超過1；335m高的電視塔上部，8度時為138%；高層建筑上部，8度時為50%至110%?，F(xiàn)在是21頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1821第10講豎向地震作用與變形驗算目前，國外抗震設計規(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?，F(xiàn)在是22頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1822第10講豎向地震作用與變形驗算計算結構豎向地震作用的方法：靜力法：取結構或構件重力的某個百分數(shù)作為其豎向地震作用；水平地震作用折減法：取結構或構件水平地震作用的某個百分數(shù)其豎向地震作用；豎向地震反應譜法：與水平地震反應譜法相同。規(guī)范采用的是基于豎向地震反應譜法的擬靜力法。時程反應分析：采用豎向地震波時程，按直接動力法計算現(xiàn)在是23頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1823第10講豎向地震作用與變形驗算一、豎向地震反應譜豎向地震反應譜與水平地震反應譜的比較:Ⅰ類場地豎向地震平均反應譜與水平地震平均反應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V進行分析?，F(xiàn)在是24頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1824第10講豎向地震作用與變形驗算分析結果表明：高聳結構和高層建筑豎向第一振型的地震內力與豎向前5個振型按平方和開方組合的地震內力相比較，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，基本周期小于場地特征周期。因此，高聳結構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算?，F(xiàn)在是25頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1825第10講豎向地震作用與變形驗算二、高聳結構和高層建筑豎向地震作用的計算公式---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---質點i的豎向地震作用標準值。規(guī)范要求：9度時，高層建筑樓層的豎向地震作用效應應乘以1.5的增大系數(shù)。現(xiàn)在是26頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1826第10講豎向地震作用與變形驗算三、平板型網架屋蓋與大于24m屋架的豎向地震作用計算---第i桿件的豎向地震內力；---第i桿件的重力內力。反應譜法計算結果表明1.比值雖不相同,但相差不大,故可取最大值作為設計依據(jù)；2.比值與烈度和場地類別有關；3.比值與跨度有關，但在常用的范圍內，變化不很大；為了簡化，略去其影響；---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、Ⅳ

Ⅱ

Ⅰ

鋼筋混凝土屋架平板型網架鋼屋架結構類型烈度場地類別采用靜力法現(xiàn)在是27頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1827第10講豎向地震作用與變形驗算對于長懸臂和其它大跨度結構的豎向地震作用標準值，8度和9度可分別取該結構、構件重力荷載代表值的10%和20%，設計基本地震加速度為0.30g時，可取該結構構件重力荷載代表值的15%?，F(xiàn)在是28頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1828第10講豎向地震作用與變形驗算六、結構抗震驗算內容為滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震要求，我國抗震規(guī)范規(guī)定進行下列內容的抗震驗算：1）多遇地震下結構允許彈性變形驗算，以防止非結構構件（隔墻、幕墻、建筑裝飾等）破壞2）多遇地震下強度驗算，以防止結構構件破壞3）罕遇地震下結構的彈塑性變形驗算，以防止結構倒塌

“中震可修”抗震要求，通過構造措施加以保證

現(xiàn)在是29頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1829第10講豎向地震作用與變形驗算1.多遇地震下結構允許彈性變形驗算

廠房——對非結構構件要求低砌體結構——剛度大、變形小可不驗算允許彈性變形：框架結構填充墻框架結構框架－剪力墻結構框架－支撐結構和框支結構的框支層部分須驗算允許彈性變形：現(xiàn)在是30頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1830第10講豎向地震作用與變形驗算一、結構抗震計算原則3.9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?，F(xiàn)在是31頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1831第10講豎向地震作用與變形驗算二、結構抗震計算方法的確定前面介紹的結構抗震計算方法總結如下：

＊底部剪力法

把地震作用當做等效靜力荷載，計算結構最大地震反應＊振型分解反應譜法

利用振型分解原理和反應譜理論進行結構最大地震反應分析擬靜力法忽略了高振型的影響，且對第一振型也作了簡化，因此計算精度稍差結構計算量最小擬動力方法計算精度較高，計算誤差主要來自振型組合時關于地震動隨機特性的假定

計算量稍大現(xiàn)在是32頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1832第10講豎向地震作用與變形驗算＊時程分析法

選用一定的地震波，直接輸入到所設計的結構，然后對結構的運動平衡微分方程進行數(shù)值積分，求得結構在整個地震時程范圍內的地震反應完全動力方法

計算量大，而計算精度高時程分析法有兩種振型分解法逐步積分法

時程分析法計算的是某一確定地震動的時程反應底部剪力法和振型分解反應譜法考慮了不同地震動時程記錄的隨機性底部剪力法、振型分解反應譜法和振型分解時程分析法

——因建立在結構的動力特性基礎上，只適用于結構彈性地震反應分析逐步積分時程分析法

——不僅適用于結構非彈性地震反應分析，也適用于作為非彈性特例的結構彈性地震反應分析

現(xiàn)在是33頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1833第10講豎向地震作用與變形驗算結構抗震計算方法選擇：多遇地震作用下：根據(jù)不同的結構和不同的設計要求分別對待：

彈性分析方法

結構的地震反應是彈性罕遇地震作用下：結構的地震反應是非彈性的非彈性分析方法規(guī)則、簡單的結構：

簡化方法不規(guī)則、復雜的結構：

較精確的計算方法

次要結構：

簡化方法重要結構：較精確的計算方法

現(xiàn)在是34頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1834第10講豎向地震作用與變形驗算我國《建筑抗震設計規(guī)范》（GBJ50011—2001）規(guī)定，各類建筑結構的抗震計算，采用下列方法：（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，可采用底部剪力法

（2）除（1）外的建筑結構，宜采用振型分解反應譜法

（3）特別不規(guī)則建筑、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7度和8度時Ⅰ、Ⅱ類場地>100m8度Ⅲ、Ⅳ類場地>80m9度>60m采用時程分析法的房屋高度范圍

現(xiàn)在是35頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1835第10講豎向地震作用與變形驗算采用時程分析法進行結構抗震計算時，應注意下列問題1.地震波的選用

最好選用本地歷史上的強震記錄，如果沒有這樣的記錄，也可選用震中距和場地條件相近的其他地區(qū)的強震記錄

或選用主要周期接近的場地卓越周期或反應譜接近當?shù)卦O計反應譜的人工地震波地震波的加速度峰值可按下表取用設防烈度6789多遇地震0.180.35(0.55)0.70(1.10)1.44罕遇地震1.02.2（3.10）4.0（5.10）6.2地震波加速度峰值（）注：括號內數(shù)值分別用于設計基本地震加速度取0.15g和0.30g的地區(qū)現(xiàn)在是36頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1836第10講豎向地震作用與變形驗算2.最小底部剪力要求

彈性時程分析時：每條時程曲線計算所得結構底部剪力不應小于振型分解反應譜法計算結果的65％，多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法的80％若不滿足這一最小底部剪力要求可將地震波加速度峰值提高，以使時程分析的最小底部剪力要求得以滿足3.最少地震波數(shù)

為考慮地震波的隨機性取3條或3條以上地震波反應計算結果的平均值或最大值進行抗震驗算采用時程分析法進行抗震設計需至少選用2條實際強震記錄和一條人工模擬的加速度時程曲線現(xiàn)在是37頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1837第10講豎向地震作用與變形驗算三、重力荷載代表值進行結構抗震設計時，所考慮的重力荷載，稱為重力荷載代表值

結構重力荷載

恒載（自重）活載（可變荷載）

重力荷載代表值

結構恒載標準值

有關活載（可變荷載）標準值有關活載組合值系數(shù)（見下表）地震發(fā)生時，活載不一定達到標準值的水平，一般小于標準值因此計算重力荷載代表值時可對活載折減活載的變異性較大，我國荷載規(guī)范規(guī)定的活載標準值是按50年最大活載的平均值加0.5～1.5倍的均方差確定現(xiàn)在是38頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1838第10講豎向地震作用與變形驗算可變荷載種類組合值系數(shù)雪荷載0.5屋頂積灰荷載0.5屋面活荷載不計入按實際情況考慮的樓面活荷載1.0按等效均布荷載考慮的樓面活荷載藏書庫、檔案庫0.8其他民用建筑0.5吊車懸吊物重力硬鉤吊車0.3軟鉤吊車不計入表可變荷載組合值系數(shù)

現(xiàn)在是39頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1839第10講豎向地震作用與變形驗算四、不規(guī)則結構的內力調整及最低水平地震剪力要求不規(guī)則類型定義側向剛度不規(guī)則該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%。豎向抗側力構件不連續(xù)豎向抗側力構件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內力由水平轉換構件（梁、桁架等）向下傳遞樓層承載力突變抗側力結構的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%豎向不規(guī)則結構，其薄弱層的地震剪力應乘以1.15的增大系數(shù)，并應符合下列要求:

1、豎向抗側力構件不連續(xù)時，該構件傳遞給水平轉換構件的地震內力應乘以1.25～1.5的增大系數(shù)2.樓層承載力突變時，薄弱層抗側力結構的受剪承載力不應小于相鄰上一樓層的65％現(xiàn)在是40頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1840第10講豎向地震作用與變形驗算第i層對應于水平地震作用標準值的樓層剪力：為保證結構的基本安全性，抗震驗算時，結構任一樓層的水平地震剪力應符合下式的最低要求：第j層的重力荷載代表值——剪力系數(shù)不應小于規(guī)定的樓層最小地震剪力系數(shù)值對豎向不規(guī)則結構的薄弱層，尚應乘以1.15的增大系數(shù)

類別7度8度9度扭轉效應明顯或基本周期小于3.5s的結構0.016（0.024）0.032（0.048）0.064基本周期大于5.0s的結構0.012（0.018）0.024（0.032）0.040注：1.基本周期介于3.5s和5.0s之間的結構，可插入取值；2.括號內數(shù)值分別用于設計基本地震加速度為0.15g和0.30g

的地區(qū)樓層最小地震剪力系數(shù)值現(xiàn)在是41頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1841第10講豎向地震作用與變形驗算五、地基—結構相互作用8度和9度時建造于Ⅲ、Ⅳ類場地，采用箱基、剛性較好的筏基和樁箱聯(lián)合基礎的鋼筋混凝土高層建筑當結構基本周期處于特征周期的1.2～5倍范圍時，對剛性地基假定計算的水平地震剪力可按下列規(guī)定折減，層間變形可按折減后的樓層剪力計算若計入地基與結構動力相互作用的影響現(xiàn)在是42頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1842第10講豎向地震作用與變形驗算1.高寬比小于3的結構，各樓層水平地震剪力的折減系數(shù)按剛性地基假定確定的結構基本自振周期（s）計入地基與結構動力相互作用的附加周期（s）見下表烈度場地類別Ⅲ類Ⅳ類80.080.2090.100.25表附加周期（s）

2.高寬比不小于3的結構底部的地震剪力按1款規(guī)定折減，頂部不折減，中間各層按線性插入值折減3.折減后各樓層的水平地震剪力，尚應滿足結構最低地震剪力要求現(xiàn)在是43頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1843第10講豎向地震作用與變形驗算采用二階段設計法：第一階段：對絕大多數(shù)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。現(xiàn)在是44頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1844第10講豎向地震作用與變形驗算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。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

結構類型現(xiàn)在是45頁\一共有49頁\編輯于星期三2023/4/1845第10講豎向地震作用與變形驗算2.多遇地震下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（Ⅳ類場地上較高的高層建筑與高聳結構除外）；（2）7度時Ⅰ、Ⅱ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