第三章-5(底部剪力法).ppt

3.5計算水平地震作用的底部剪力法,二、結(jié)構(gòu)底部剪力的計算,一、底部剪力法的適用條件,對于高度不超過40m、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)點體系的結(jié)構(gòu)。,Geq結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值，,集中于質(zhì)點i的總重力荷載代表值,相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)，對于多層砌體房屋、底部框架，取水平地震影響系數(shù)最大值,二、各質(zhì)點的水平地震作用標準值的計算,地震作用下各樓層水平地震層間剪力為,三、頂部附加地震作用的計算,當(dāng)結(jié)構(gòu)層數(shù)較多時，按上式計算出的水平地震作用比振型分解反應(yīng)譜法小。,為了修正，在頂部附加一個集中力。,-結(jié)構(gòu)總水平地震作用標準值；,-相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本周期的水平地震影響系數(shù)；多層砌體房屋、底部框架和多層內(nèi)框架磚房，宜取水平地震影響系數(shù)最大值；,-結(jié)構(gòu)等效總重力荷載；,-i質(zhì)點水平地震作用；,-i質(zhì)點重力荷載代表值；,-i質(zhì)點的計算高度；,-頂部附加地震作用系數(shù)，多層內(nèi)框架磚房0.2,多層剛混、鋼結(jié)構(gòu)房屋按下表,其它可不考慮。,四、底部剪力法應(yīng)用舉例,例1：試用底部剪力法計算圖示框架多遇地震時的層間剪力。已知結(jié)構(gòu)的基本周期T1=0.467s,抗震設(shè)防烈度為8度,類場地,設(shè)計地震分組為第二組。,解：,（1）計算結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值,（2）計算水平地震影響系數(shù),查表得,（2）計算水平地震影響系數(shù),（3）計算結(jié)構(gòu)總的水平地震作用標準值,（4）頂部附加水平地震作用,（5）計算各層的水平地震作用標準值,（6）計算各層的層間剪力,例2：六層磚混住宅樓，建造于基本烈度為8度區(qū)，場地為類，設(shè)計地震分組為第一組，根據(jù)各層樓板、墻的尺寸等得到恒荷和各樓面活荷乘以組合值系數(shù)，得到的各層的重力荷載代表值為G1=5399.7kN,G2=G3=G4=G5=5085kN,G6=3856.9kN。試用底部剪力法計算各層地震剪力標準值。,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。,例2：基本烈度為8度，場地為類，設(shè)計地震分組為第一組，G1=5399.7kN,G2=G3=G4=G5=5085kN,G6=3856.9kN。計算各層地震剪力標準值。,解：,結(jié)構(gòu)總水平地震作用標準值,各層水平地震剪力標準值,各層水平地震作用,67320.9,21328.82,33815.25,47544.75,61274.25,75003.75,306269.72,884.5,985.7,805.3,624.8,444.4,280.4,4025.1,884.5,1870.2,2675.5,3300.3,3744.7,4025.1,29596.6,例3：四層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建造于基本烈度為8度區(qū)，場地為類，設(shè)計地震分組為第一組，層高和層重力代表值如圖所示。結(jié)構(gòu)的基本周期為0.56s,試用底部剪力法計算各層地震剪力標準值。,解：,結(jié)構(gòu)總水平地震作用標準值,頂部附加水平地震作用,頂部附加水平地震作用,各層水平地震作用,各層水平地震剪力標準值,五、突出屋面附屬結(jié)構(gòu)地震內(nèi)力的調(diào)整,震害表明，突出屋面的屋頂間（電梯機房、水箱間）、女兒墻、煙囪等，它們的震害比下面的主體結(jié)構(gòu)嚴重。,原因是由于突出屋面的這些結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度突然減小，地震反應(yīng)隨之增大。-鞭端效應(yīng)。,抗震規(guī)范規(guī)定：采用底部剪力法時，突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應(yīng)，宜乘以增大系數(shù)3。此增大部分不應(yīng)向下傳遞，但與該突出部分相連的構(gòu)件應(yīng)計入。,六長周期結(jié)構(gòu)地震內(nèi)力的調(diào)整,對于長周期結(jié)構(gòu)，地震地面運動速度和位移可能對結(jié)構(gòu)的破壞具有更大的影響。為了安全，按振型分解反應(yīng)譜法和底部剪力法算得的結(jié)構(gòu)層間剪力應(yīng)符合下式要求,VEKi-第i層對應(yīng)與水平地震作用標準值的樓層剪力；,Gj-第j層的重力荷載代表值。,-剪力系數(shù)，不應(yīng)小于下表數(shù)值，對豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，尚應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)；,基本周期介于3.5s和5s之間的結(jié)構(gòu)，可插入取值。,3.7地基與上部結(jié)構(gòu)相互作用的影響,建筑抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定：,結(jié)構(gòu)抗震計算，一般情況下可不計入地基與結(jié)構(gòu)相互作用的影響；8度和9度時建造于、類場地，采用箱基、剛性較好的筏基和樁箱聯(lián)合基礎(chǔ)的鋼筋混凝土高層建筑，當(dāng)結(jié)構(gòu)基本自振周期處于特征周期的1.25倍范圍內(nèi)時，若計入地基與結(jié)構(gòu)動力相互作用的影響，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，其層間變形可按折減后的樓層剪力計算。,1.高寬比小于3的結(jié)構(gòu)，各樓層水平地震剪力的折減系數(shù)，可按下式計算：,-計入地基與結(jié)構(gòu)動力相互作用后的地震剪力折減系數(shù)；,-按剛性地基假定確定的結(jié)構(gòu)基本自振周期；,-計入地基與結(jié)構(gòu)動力相互作用的附加周期按右表采用（單位：s）；,2.高寬比不小于3的結(jié)構(gòu),底部的地震剪力按上述（1）的規(guī)定折減，頂部不折減，中間各層按線性插入值折減。,3.8結(jié)構(gòu)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(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av/ah平均值約為1/2。,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(jié)構(gòu)影響顯著。結(jié)構(gòu)豎向地震內(nèi)力NE/與重力荷載產(chǎn)生的內(nèi)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。,目前，國外抗震設(shè)計規(guī)定中要求考慮豎向地震作用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件有：,1.長懸臂結(jié)構(gòu)；2.大跨度結(jié)構(gòu)；3.高聳結(jié)構(gòu)和較高的高層建筑；4.以軸向力為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（柱或懸掛結(jié)構(gòu)）；5.砌體結(jié)構(gòu)；6.突出于建筑頂部的小構(gòu)件。,我國抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定前三類結(jié)構(gòu)要考慮向上或向下豎向地震作用的不利影響。,一、豎向地震反應(yīng)譜,豎向地震反應(yīng)譜與水平地震反應(yīng)譜的比較:,類場地豎向地震平均反應(yīng)譜與水平地震平均反應(yīng)譜,形狀相差不大,加速度峰值約為水平的1/2至2/3。,可利用水平地震反應(yīng)譜進行分析。,分析結(jié)果表明：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個振型按平方和開方組合的地震內(nèi)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(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算。,二、高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑豎向地震作用的計算公式,-結(jié)構(gòu)總豎向地震作用標準值；,-豎向、水平地震影響系數(shù)最大值。,-質(zhì)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(yīng)應(yīng)乘以1.5的增大系數(shù)。,三、平板型網(wǎng)架屋蓋與大于24m屋架的豎向地震作用計