建筑结构抗震- 结构抗震计算【知识相关】

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1、 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮1底部剪力法底部剪力法v 基本原理基本原理 v 基本步骤基本步骤v 底部剪力法的修正底部剪力法的修正v 例题例题 主要内容主要内容1高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮2基本原理基本原理(1) 底底部部剪剪力力法法是是一一种种简简化化方方法法，是是反反应应谱谱分分析析法法中中的的一一种种近近似似方方法法，便便于于设设计计者者手手算算，它它是是应应工工程程设设计计的的需需要要而提出来的。而提出来的。 在在建建筑筑方方案案设设计计阶阶段段，探探索索各各种种建建

2、筑筑体体形形以以及及相相应应结结构构体体系系时时，可可以以快快速速确确定定地地震震作作用用的的数数值值，估估计计结结构构承承载载力力和和变变形形是是否否满满足足要要求求，以以及及确确定定构构件件截截面面的的大大概概尺尺寸寸。此此外外。利利用用底底部部剪剪力力法法可可以以对对计计算算软软件件结结果果进进行行总总体校核。体校核。设计需要设计需要2高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮3基本原理基本原理(2)简化思路简化思路 某某些些多多自自由由度度体体系系的的结结构构，地地震震作作用用下下的的振振动动以以第第一一振振型型为为主主，可可以以近近似似

3、认认为为作作单单自自由由度度运运动动，即即原原来来的的多多自由度体系变成广义单自由度体系。自由度体系变成广义单自由度体系。 意意义义：结结构构总总水水平平地地震震作作用用（底底部部水水平平地地震震剪剪力力）可以近似得到。可以近似得到。 对对于于这这类类结结构构，其其瞬瞬时时位位移移形形状状可可以以近近似似为为第第一一振振型型，因因此此，各各部部位位相相对对侧侧移移的的比比值值在在任任何何时时刻刻都都是是相相同同的的。任任何何瞬瞬时时，只只要要知知道道结结构构上上某某一一点点的的位位移移，其其他他各各点点的的位移就能根据振型侧移曲线唯一地确定。位移就能根据振型侧移曲线唯一地确定。 意意义义：结结

4、构构各各楼楼层层的的水水平平地地震震作作用用与与层层间间剪剪力力的的分分布规律可以近似得到。布规律可以近似得到。3高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮4基本原理基本原理(3)简化思路简化思路 在在确确定定这这类类结结构构的的水水平平地地震震作作用用时时，可可以以根根据据其其基基本本周周期期确确定定其其总总水水平平地地震震作作用用，然然后后再再按按照照第第一一振振型型的的侧侧移曲线规律来确定结构各楼层的水平地震作用。移曲线规律来确定结构各楼层的水平地震作用。多自由度体系多自由度体系单自由度体系单自由度体系总水平地震作用总水平地震作用各楼层的各

5、楼层的水平地震作用水平地震作用等效等效基本自振周期基本自振周期基本振型基本振型4高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮5基本原理基本原理(4)适用范围适用范围适适用用结结构构范范围围：不不超超过过40m，以以剪剪切切变变形形为为主主并并且且质质量量和和刚度沿高度分布比较均匀的结构。刚度沿高度分布比较均匀的结构。 不超过不超过40m：结构的振动以第一振型为主；结构的振动以第一振型为主； 高度分布均匀：高度分布均匀：第一振型近似为直线。第一振型近似为直线。 适适用用结结构构类类型型：一一般般的的多多层层砖砖房房等等砌砌体体结结构构、内内框框架架和

6、和底底部部框框架架抗抗震震墙墙砖砖房房、单单层层空空旷旷房房屋屋、单单层层工工业业厂厂房房及及多层框架结构等。多层框架结构等。5高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮6基本步骤基本步骤(1)步骤步骤1 1：结构底部水平地震剪力的计算：结构底部水平地震剪力的计算 基本概念基本概念 采采用用底底部部剪剪力力法法确确定定多多质质点点系系的的水水平平地地震震作作用用时时，将将其其等等效效为为单单质质点点体体系系。等等效效的的原原则则是是，两两者者的的基基本本周周期期和结构底部水平地震剪力相等。和结构底部水平地震剪力相等。 等效单质点系的质量等效单质点

7、系的质量 多质点系的质量多质点系的质量 多质点系的第一振型参与质量要小于结构总质量；多质点系的第一振型参与质量要小于结构总质量； 多多质质点点系系存存在在高高振振型型地地震震反反应应，而而高高振振型型地地震震作作用用对对于于各各个个质质点点来来说说有有正正有有负负。由由此此引引起起的的结结构构底底部部剪剪力力，比各质点地震作用绝对值之和要小。比各质点地震作用绝对值之和要小。？6高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮7 基本概念基本概念 因因此此，欲欲使使等等效效单单质质点点系系的的底底部部地地震震剪剪力力与与所所代代表表的的多多质质点点系系底

8、底部部剪剪力力相相等等，对对应应单单质质点点系系的的等等效效质质量量应应小小于多质点系的总质量。于多质点系的总质量。基本步骤基本步骤(2)步骤步骤1 1：结构底部水平地震剪力的计算：结构底部水平地震剪力的计算抗震规范抗震规范规定，采用底部剪力法时，结构总的水平规定，采用底部剪力法时，结构总的水平地震作用标准值（结构底部剪力）为：地震作用标准值（结构底部剪力）为：v 1：相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数；：相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数；v Geq：结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代：结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值，多质点可取总重力荷载代表值的表值，多质

9、点可取总重力荷载代表值的85%。7高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮8基本步骤基本步骤(3)步骤步骤2 2：各质点水平地震作用的计算：各质点水平地震作用的计算 基本假定基本假定 结结构构的的地地震震反反应应可可用用第第一一振型反应表征；振型反应表征； 结结构构的的第第一一振振型型为为线线性性倒倒三角形。三角形。8高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮9基本步骤基本步骤(4)步骤步骤2 2：各质点水平地震作用的计算：各质点水平地震作用的计算 各质点的水平地震作用：各质点的水平地震作用： 各

10、楼层水平地震层间剪力：各楼层水平地震层间剪力：9高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮10 的取值见教材的取值见教材P.55P.55表表2-122-12。底部剪力法的修正底部剪力法的修正(1) 高高振振型型对对结结构构地地震震反反应应的的影影响响主主要要在在结结构构上上部部，而而且且震震害害经经验验表表明明：某某些些基基本本周周期较长的建筑上部震害较为严重。期较长的建筑上部震害较为严重。 抗抗震震规规范范规规定定：T11.4Tg的的建建筑筑，取取顶顶部部附附加加水水平平地地震震作作用用 作作为为集集中中的的水水平平力加在结构的顶部来加以修正。

11、力加在结构的顶部来加以修正。顶部附加地震作用顶部附加地震作用10高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮11顶部附加地震作用顶部附加地震作用 计计算算原原则则：总总的的水水平平地地震震作作用用FEk保保持持不不变变，除除了了顶顶部部附附加加的的水水平平地地震震作作用用外外，剩剩余余的的水水平平地地震震作作用用由由各各层层分分担。担。顶部地震作用：顶部地震作用：其他各层地震作用：其他各层地震作用：底部剪力法的修正底部剪力法的修正(2)11高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮12突出屋面附属结构

12、地震内力的调整突出屋面附属结构地震内力的调整 震震害害表表明明，突突出出屋屋面面的的屋屋顶顶间间（电电梯梯机机房房、水水箱箱间间）、女儿墙、烟囱等，它们的震害比下面的主体结构严重。女儿墙、烟囱等，它们的震害比下面的主体结构严重。 原原因因是是由由于于突突出出屋屋面面的的这这些些结结构构的的质质量量和和刚刚度度突突然然减减小，地震反应随之增大。小，地震反应随之增大。-鞭端效应（鞭梢效应）。鞭端效应（鞭梢效应）。 抗抗震震规规范范规规定定：采采用用底底部部剪剪力力法法时时，突突出出屋屋面面的的屋屋顶顶间间、女女儿儿墙墙、烟烟囱囱等等的的地地震震作作用用效效应应，宜宜乘乘以以增增大大系系数数3。此此

13、增增大大部部分分不不应应向向下下传传递递，但但与与该该突突出出部部分分相相连的构件应予计入。连的构件应予计入。底部剪力法的修正底部剪力法的修正(3)12高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮13突出屋面附属结构地震内力的调整突出屋面附属结构地震内力的调整计算注意点：计算注意点： 对对于于T11.4Tg的的建建筑筑并并有有突突出出小小屋屋时时，计计算算的的顶顶部部附附加加水水平平地地震震作作用用应应位位于于主主体体房房屋屋的的顶顶部部，而而不不应应置置于于局局部突出小屋的屋顶处。部突出小屋的屋顶处。 对对于于顶顶层层带带有有空空旷旷大大房房间间

14、或或轻轻钢钢结结构构的的房房屋屋，应应视视为为结构体系的一部分，采用振型分解反应谱法计算。结构体系的一部分，采用振型分解反应谱法计算。 底部剪力法的修正底部剪力法的修正(4)13高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮14查表得查表得 ； 可得可得 例题例题(1)例例题题：四四层层钢钢筋筋混混凝凝土土框框架架结结构构，已已知知抗抗震震设设防防烈烈度度为为8度度(0.20g)，类类场场地地，设设计计地地震震分分组组为为第第一一组组，层层高高和和层层重重力力代代表表值值如如图图所所示示。结结构构的的基基本本周周期期为为0.56s,试试用用底底部剪力

15、法计算多遇地震时的层间地震剪力。部剪力法计算多遇地震时的层间地震剪力。4.36m3.36m3.36mG4 =831. 6kNG3 =1039. 6kNG2 =1039. 6kNG1 =1122.7kN3.36m解：解： （1 1）计算结构等效总重力荷载代表值）计算结构等效总重力荷载代表值（2 2）计算水平地震影响系数）计算水平地震影响系数14高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮15例题例题(2)（3 3）计算结构总的水平地震作用标准值）计算结构总的水平地震作用标准值（4 4）顶部附加水平地震作用）顶部附加水平地震作用（5 5）计算各层的水平

16、地震作用标准值和层间剪力）计算各层的水平地震作用标准值和层间剪力15高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮16（5 5）计算各层的水平地震作用标准值和层间剪力）计算各层的水平地震作用标准值和层间剪力例题例题(3)146.1246.6316.6359.341.25104.8100.570.042.7318.012008.311517.78024.94895.036445.914.4411.087.724.36831.61039.51039.51122.74033.34321Vi(kN)Fn(kN)Fi(kN)GiHi(kNm)Hi(m)Gi(kN)层层16高教 工程结构抗震与防灾工程结构抗震与防灾电子教案电子教案 东南大学东南大学 丁幼亮丁幼亮1717高教