大工13秋《工程抗震》辅导资料八

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1、工程抗震辅导资料八主题：第三章 结构的地震响应与地震作用(第6 7节)学习时间：2013年11月18日-11月24日内 容：这周我们将学习第三章中的第6 7节，这部分主要介绍竖向地震作用及结 构抗震验算，下面整理出的框架供同学们学习，希望能够帮助大家更好的学习这 部分知识。一、学习要求1、熟悉并掌握竖向地震作用的计算；2、了解结构抗震计算原则、计算方法及结构扭转效应计算；3、熟练掌握重力荷载代表值计算及结构抗震验算。二、主要内容(一)竖向地震作用1、计算范围震害调查表明，在烈度较高的震中区，竖向地震作用对结构的破坏也会产生 较大的影响。烟囱等高耸结构和高层建筑的上部结构在竖向地震的作用下，因上

2、 下震动，而会出现受拉破坏，对于大跨度结构，竖向地震引起的结构上下振动惯 性力，相当于增加了结构的上下荷载作用。因此，我国建筑抗震设计规范 (GB50011-2010 )规定：设防烈度为8度和9度区域的大跨度屋盖结构、长悬臂 结构、烟囱及类似高耸结构和设防烈度为9度区域的高层建筑，应考虑竖向地震 作用。2、竖向地震的特点(1 )竖向地震反应谱与水平地震反应谱大致相同，因此竖向地震影响系数 谱与水平地震影响系数谱形状类似。(2) 高耸结构或高层建筑竖向基本周期很短，一般处于地震影响系数最大 值的周期范围内。(3 )竖向地震动加速度峰值大约为水平地震加速度峰值的1/2 2/3，因而 可以近似取竖向

3、地震影响系数最大值为水平地震影响系数最大值的65%。3、9度高层结构竖向地震作用计算可采用类似于水平地震作用的底部剪力法，计算高层结构的竖向地震作用。 即先确定结构底部总竖向地震作用，再计算作用在结构各质点上的竖向地震作 用，公式为Evk vmax eqFviFEvkGHY G H 2j jj=1式中：FEvk结构总竖向地震作用标准值;F质点i的竖向地震作用标准值；a 竖向地震影响系数的最大值，可取水平地震影响系数最大值的65%;Geq结构等效总重力荷载，可取其重力荷载代表值的75%。计算楼层的竖向地震作用效应时，可按各构件承受的重力荷载代表值的比例 分配，并宜乘以1.5的竖向地震动力效应增大

4、系数。4、平板型网架和屋架结构建筑抗震设计规范（GB50011-2010）规定：跨度小于120m或长度小于 300m，且规则的平板型网架屋盖和跨度大于24m的屋架、屋盖横梁及托架的水箱 地震作用标准值，宜取其重力荷载代表值和竖向地震作用系数的乘积，即F = G式中：F 竖向地震作用标准值；G 重力荷载代表值；匚一一竖向地震作用系数，按下表1采用。表1 竖向地震作用系数结构类别烈度场地类别IIIIILIV平板型网架、 钢屋架8不考虑（0.10）0.08 (0.12)0.10 (0.15)90.150.150.20钢筋混凝土屋 架80.10 (0.15)0.13 (0.19)0.13 (0.19)

5、90.200.250.25注：括号中数值用于设计基本地震加速度为0.30g的地区。5、长悬臂构件长悬臂构件和不满足4中条件的大跨结构的竖向地震作用标准值，8度和9 度，取该结构、构件重力荷载代表值的10%和20%，设计基本地震加速度为0.30g 时，可取该结构、构件重力荷载代表值的15%。6、竖向振型分解反应谱方法大跨度空间结构的竖向地震作用尚可按竖向振型分解反应谱方法计算。竖向 地震影响系数可采用水平地震影响系数的65%。设计特征周期可按设计第一组采 用。（二）结构抗震验算1、结构抗震计算原则（1）一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作 用并进行抗震验算，各方向的水平地

6、震作用全部由该方向抗侧力构件承担。（2）有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15时，宜分别考虑各抗侧力构件方向的水平地震作用。（3）质量和刚度明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影 响；其他情况，应允许采用地震作用效应的方法计入扭转影响。（4）8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构，以及9度时的高层建筑， 应考虑竖向地震作用。2、结构抗震计算方法（1）几种结构抗震计算方法介绍 底部剪力法把地震作用看作时等效静力荷载，计算结构最大地震反应，是一种拟静力法。 结构计算量小，但是因为忽略了高阶振型的影响，并且对第一振型也作了简化（假 定第一阶振型为直线），因此计算精度稍差。 振型分解反应

7、谱法利用振型分解的原理和反应谱理论进行结构最大地震反应分析，是一种拟动 力法。计算量稍大，但计算精度较好。计算误差主要来自于振型组合时关于地震 动随机特性的假定。 时程分析法选用一定的地震波，直接输入到所设计的结构，然后对结构的运动平衡微分 方程进行数值积分，求得结构在整个地震时程范围内的地震反应。时程分析法有 两种，一种是振型分解法，另一种是逐步积分法。时程分析法是一种完全动力法， 计算量大，而计算精度高。但是时程分析法计算的是某一确定地震动的时程反应， 无法像底部剪力法和振型分解反应谱法那样考虑不同地震动时程记录的随机性。底部剪力法、振型分解反应谱法和振型分解时程分析法，因建立在结构的动

8、力特性基础上，只适用于结构弹性地震反应分析。而逐步积分时程分析法，则不 仅适用于结构非弹性地震反应分析，也适用于作为非弹性特例的结构弹性地震反 应分析。 推覆验算推覆验算（push over分析），又称为“静力弹塑性分析方法”。优点：可以估计结构和构件的非线性变形，比承载力方法接近实际。缺点：地震的动力效应近似等效为静态荷载。选取不同的水平荷载分布形式， 计算结果存在一定的差异，为最终结果的判断带来了不确定性。 动力弹塑性分析（2）计算方法选用原则采用什么方法进行抗震设计，可根据不同的结构和不同的设计要求分别对 待。在小震（多遇地震）作用下，结构的地震反应是弹性的，可按弹性分析方法 进行计算；

9、在大震（罕遇地震）作用下，结构的地震反应是非弹性的，则要按非 弹性分析方法进行抗震计算。对于规则、简单的结构，可采用简化的方法进行抗震计算；对于不规则、复 杂的结构，则应采用较精确的方法进行计算。对于次要结构，可按简化的方法进行抗震计算；对于重要结构，则应采用精 确方法进行计算。为此，我国建筑抗震设计规范规定，各类建筑结构的抗震计算采用下列 方法： 高度不超过40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结 构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法。 除外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。 特别不规则建筑、甲类建筑和表2中范围的高层建筑，应采用时程分析法 进行多遇地震下的补充

10、验算。表2采用时程分析法的房屋高度范围烈度、场地类别房屋高度范围（m）8度1、11类场地和7度1008度III、IV类场地809度60计算罕遇地震作用下的变形，应采用简化的弹塑性分析方法或弹塑性时程 分析方法。（3）采用时程分析法时应注意的问题最好选用本地历史的强震记录，也可选用震中距和场地条件相近的其他地区 的强震记录，或选用主要周期接近场地卓越周期或其反应谱接近当地设计反应谱 的人工地震波。每条时程曲线计算所得结构底部总剪力不应小于振型分解反应谱法计算结 果的65%，多条时程曲线结果平均值不应小于振型分解反应谱法的80%。3、重力荷载代表值进行结构抗震设计时，所考虑的重力荷载，称为重力荷载

11、代表值。计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构件自重标准值和可变 荷载组合值之和。气=气+Z寸L式中：Ge 重力荷载代表值；D结构恒荷载标准值；L有关活荷载（可变荷载）标准值；kiV .有关活荷载组合系数，按下表3取值。表3组合值系数可变荷载种类组合值系数雪荷载0.5屋面积灰荷载0.5屋面活荷载不计入按实际情况计算的楼面活荷载1.0按等效均布荷载计算的 楼面活荷载藏书库、档案库0.8其他民用建筑0.5吊车悬吊物重力硬钩吊车0.3软钩吊车不计入4、结构扭转效应计算扭转效应产生的原因：强震地面运动具有扭转分量。平面不规则结构在水平 地震作用下产生扭转效应。对于复杂结构，即使楼层质心与刚度

12、中心重合，也会 产生扭转效应。对于平面规则结构，施工堆载和使用荷载分布不均匀等原因也会 造成偶然偏向，从而引起扭转效应。质量和刚度明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其 他情况，应允许采用地震作用效应的方法计入扭转影响。对于规则结构，平行于地震作用方向的两个边棉各构件，其地震作用效应应 该乘以增大系数。一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按1.05采用，角部 构件可按1.3采用。当扭转刚度较小时，周边各构件宜按不小于1.3采用。5、最小水平地震剪力要求为保证结构的基本安全性，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应满 足最小水平地震剪力要求，即V . 空 Gj=1式中：既

13、一一第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力；Gj 第j层的重力荷载代表值；人剪力系数，不应小于下表4规定的楼层最小地震剪力系数值，对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数。 表4楼层最小地震剪力系数类别6度7度8度9度扭转效应明显或 基本周期小于 3.5s的结构0.0080.016 (0.024)0.32 (0.048)0.064基本周期大于 5.0s的结构0.0060.012 (0.018)0.024 (0.036)0.048注：基本周期介于3.5s和5s之间的结构，按插入法取值;括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。6、结构抗震验算内容为满足“小

14、震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震要求，我国抗震规范规定 进行下列内容的抗震验算：多遇地震下结构弹性变形验算，以防止非结构构件(隔墙、幕墙、建筑装饰 等)破坏。多遇地震下承载力验算，以防止结构构件破坏。罕遇地震下结构的弹塑性变形验算，防止结构倒塌。(1) 多遇地震下结构允许弹性变形验算因砌体结构刚度大，变形小，以及厂房对非结构构件要求低，故可不验算砌 体结构和厂房结构的允许弹性变形，而只验算框架结构、填充墙框架结构、框架剪力墙结构、框架一支撑结构和框支结构的框支层部分的允许弹性变形。其验 算公式为u 0 h式中：,多遇地震作用标准值产生的结构层间弹性位移；h结构层高；0 结构层间弹性位移角限制

15、，按下表5采用。g表5 弹性层间位移角限制结构类型0e钢筋混凝土框架结构1/550钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒1/800钢筋混凝土抗震墙、筒中筒1/1000钢筋混凝土框支层1/1000多层、高层钢结构1/250（2）多遇地震下承载力验算经分析，下列情况可不进行结构强度抗震验算，但仍应符合有关构造措施： 6度的建筑（建造于IV类场地较高的高层建筑和高耸建筑除外）； 7度时，I、II类场地、柱高不超过10m且两端有山墙的单跨和多跨等高 的钢筋混凝土厂房，和柱顶标高不超过4.5m且两端有山墙的单跨和多跨等高砖 柱厂房。除上述情况的所有结构，都要进行结构构件的强度（或承载力）的抗震