豎向地震作用與變形驗(yàn)算PPT36

第10講扭轉(zhuǎn)地震震效應(yīng)與與豎向地地震作用用10/27/20221第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算本講內(nèi)容容考慮扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的水平平地震作作用計(jì)算算10/27/20222第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算一、產(chǎn)生生扭轉(zhuǎn)地地震反應(yīng)應(yīng)的原因因3.7建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)地震效效應(yīng)1.建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)的偏心心兩方面：：建筑自自身的原原因和地地震地面面運(yùn)動的的原因。。質(zhì)心剛心產(chǎn)生偏心心的原因因：a.建筑物的的柱體與與墻體等等抗側(cè)力構(gòu)件件布置不不對稱。。b.建筑物的的平面不不對稱。。10/27/20223第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算c.建筑物的的立面不不對稱。。d.建筑物的的平面、、立面均均不對稱稱。e.建筑物各各層質(zhì)心心與剛心心重合，，但上下層層不在同同一垂直直線上。。f.偶然偏心心。2.地震地面面運(yùn)動存存在扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)分量地震波在在地面上上各點(diǎn)的的波速、、周期和和相位不不同。建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)基底將將產(chǎn)生繞繞豎直軸軸的轉(zhuǎn)動動，結(jié)構(gòu)構(gòu)便會產(chǎn)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)振動。。無論結(jié)構(gòu)構(gòu)是否有有偏心，，地震地地面運(yùn)動動產(chǎn)生的的結(jié)構(gòu)扭扭轉(zhuǎn)振動動均是存存在的。。但二者有有區(qū)別，，無偏心心結(jié)構(gòu)的的平動與與扭轉(zhuǎn)振振動不是是耦合的的，而有有偏心結(jié)結(jié)構(gòu)的平平動與扭扭轉(zhuǎn)振動動是耦合合的。10/27/20224第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算二、考慮慮扭轉(zhuǎn)地地震效應(yīng)應(yīng)的方法法1、規(guī)則結(jié)結(jié)構(gòu)不進(jìn)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)計(jì)算時，，平行于于地震作作用方向向的兩個個邊榀，，其地震震作用效效應(yīng)宜乘乘以增大大系數(shù)。。一般情情況下，，短邊可可按1.15、長邊可可按1.05采用；當(dāng)當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛剛度較小小時，宜宜按不小小于1.3采用。2、采用扭扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)聯(lián)的振型型分解反反應(yīng)譜法法。10/27/20225第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算三、考慮慮扭轉(zhuǎn)的的振型分分解反應(yīng)應(yīng)譜法1、平扭耦耦聯(lián)體系系的自由由振動基本假定定：（1）樓板在在其自身身平面內(nèi)內(nèi)為絕對對剛性，，在平面面外的剛剛度很小小可以忽忽略不計(jì)計(jì)；（2）各榀抗抗側(cè)力結(jié)結(jié)構(gòu)（框框架或剪剪力墻））在其自自身平面面內(nèi)剛度度很大，，在平面面外的剛剛度很小小可以忽忽略不計(jì)計(jì)；（3）所有構(gòu)構(gòu)件都不不考慮其其自身的的抗扭作作用；（4）將質(zhì)量量（包括括柱、墻墻的質(zhì)量量）都集集中于各各層樓板板處。計(jì)算簡圖圖如圖所所示，坐坐標(biāo)原點(diǎn)點(diǎn)一般選選在各樓樓層的質(zhì)質(zhì)心處。。每一層層樓質(zhì)量量有三個個自由度度。10/27/20226第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算由結(jié)構(gòu)動動力學(xué)，，可建立立結(jié)構(gòu)的的運(yùn)動方方程為式中---質(zhì)量矩陣---位移矩陣10/27/20227第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算---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)；10/27/20228第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算---第i層第s榀x方向的y向座標(biāo)；第i層--第i層第r榀y方向框架的x向座標(biāo);10/27/20229第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算求振型和和頻率時時可不計(jì)計(jì)阻尼利用雅可可比等方方法可求求出振型型和頻率率：10/27/202210第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算2、考慮扭扭轉(zhuǎn)影響響的水平平地震作作用---地面運(yùn)動加速度---地面運(yùn)動方向與x軸夾角10/27/202211第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算設(shè)代入方程，并并利用振型正正交性，可得得經(jīng)過與前面單單向平移振動動類似的推導(dǎo)導(dǎo)，可得到考考慮扭轉(zhuǎn)地震震效應(yīng)時水平平地震作用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算算公式分別為j振型i層的x方向、y方向和轉(zhuǎn)角方方向的地震作作用標(biāo)準(zhǔn)值質(zhì)心j振型i層質(zhì)心處地震作用10/27/202212第10講豎豎向地震作用用與變形驗(yàn)算算考慮扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)時水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)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(zhuǎn)角；---j振型周期Tj對應(yīng)的地震影響系數(shù)；---i層轉(zhuǎn)動半徑；質(zhì)心j振型i層質(zhì)心處地震作用10/27/202213第10講豎豎向地震作用用與變形驗(yàn)算算考慮扭轉(zhuǎn)地震震效應(yīng)時水平平地震作用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算算公式:質(zhì)心j振型i層質(zhì)心處地震作用---考慮扭轉(zhuǎn)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方向斜交地震震時地震作用方向向與x軸方向夾角10/27/202214第10講豎豎向地震作用用與變形驗(yàn)算算3、考慮扭轉(zhuǎn)影影響的水平地地震作用效應(yīng)應(yīng)不計(jì)扭轉(zhuǎn)影響時的水平地震作用效應(yīng)(一般情況下m=3）考慮單向水平地震作用下扭轉(zhuǎn)的地震作用效應(yīng)---考慮扭轉(zhuǎn)的地震作用效應(yīng)---分別為j、k振型地震作用產(chǎn)生的作用效應(yīng)；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；10/27/202215第10講豎豎向地震作用用與變形驗(yàn)算算考慮雙向水平平地震作用下下扭轉(zhuǎn)的地震震作用效應(yīng)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(yīng)。10/27/202216第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算3.8結(jié)構(gòu)豎向地地震作用豎向地震運(yùn)運(yùn)動是可觀觀的：根據(jù)觀測資資料的統(tǒng)計(jì)計(jì)分析，在在震中距小小于200km范圍內(nèi)，同同一地震的的豎向地面面加速度峰峰值與水平平地面加速速度峰值之之比av/ah平均值約為為1/2，甚至有時時可達(dá)1.6。豎向地震作作用的影響響是顯著的的：根據(jù)地震計(jì)計(jì)算分析，，對于高層層建筑、高高聳及大跨跨結(jié)構(gòu)影響響顯著。結(jié)結(jié)構(gòu)豎向地地震內(nèi)力NE/與重力荷載載產(chǎn)生的內(nèi)內(nèi)力NG的比值沿高高度自下向向上逐漸增增大，烈度度為8度時為50%至90%，9度時可達(dá)或或超過1；335m高的電視塔塔上部，8度時為138%；高層建筑筑上部，8度時為50%至110%。10/27/202217第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算目前，國外外抗震設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)定中要要求考慮豎豎向地震作作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)或構(gòu)件有有：1.長懸臂結(jié)構(gòu)構(gòu)；2.大跨度結(jié)構(gòu)構(gòu)；3.高聳結(jié)構(gòu)和和較高的高高層建筑；；4.以軸向力為為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件（柱柱或懸掛結(jié)結(jié)構(gòu)）；5.砌體結(jié)構(gòu)；；6.突出于建筑筑頂部的小小構(gòu)件。我國抗震設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)規(guī)定前三類類結(jié)構(gòu)要考考慮向上或或向下豎向向地震作用用的不利影影響。10/27/202218第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算計(jì)算結(jié)構(gòu)豎豎向地震作作用的方法法：靜力法：取結(jié)構(gòu)或構(gòu)構(gòu)件重力的的某個百分分?jǐn)?shù)作為其其豎向地震震作用；水平地震作作用折減法法：取結(jié)構(gòu)或構(gòu)構(gòu)件水平地地震作用的的某個百分?jǐn)?shù)其豎豎向地震作作用；豎向地震反反應(yīng)譜法：：與水平地震震反應(yīng)譜法法相同。規(guī)范采用的的是基于豎豎向地震反反應(yīng)譜法的的擬靜力法法。時程反應(yīng)分分析：采用豎向地地震波時程程，按直接接動力法計(jì)計(jì)算10/27/202219第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算一、豎向地地震反應(yīng)譜譜豎向地震反反應(yīng)譜與水水平地震反反應(yīng)譜的比較:Ⅰ類場地豎向向地震平均反應(yīng)譜譜與水平地震平均反反應(yīng)譜形狀相差不不大加速度峰值值約為水平平的1/2至2/3?？衫盟狡降卣鸱磻?yīng)應(yīng)譜進(jìn)行分分析。10/27/202220第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算分析結(jié)果果表明：：高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)和高層層建筑豎豎向第一一振型的的地震內(nèi)內(nèi)力與豎豎向前5個振型按按平方和和開方組組合的地地震內(nèi)力力相比較較，誤差差僅在5%--15%。此外，豎豎向第一一振型的的數(shù)值大大致呈倒倒三角形形式，基基本周期期小于場場地特征征周期。。因此，高高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)和高層層建筑豎豎向地震震作用可可按與底底部剪力力法類似似的方法法計(jì)算。。10/27/202221第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算二、高聳聳結(jié)構(gòu)和和高層建建筑豎向向地震作作用的計(jì)計(jì)算公式式---結(jié)構(gòu)總豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；---豎向、水平地震影響系數(shù)最大值。H1G1Hi---質(zhì)點(diǎn)i的豎向地地震作用用標(biāo)準(zhǔn)值值。規(guī)范要求求：9度時，高高層建筑筑樓層的的豎向地地震作用用效應(yīng)應(yīng)應(yīng)乘以1.5的增大系系數(shù)。10/27/202222第10講講豎向向地震作作用與變變形驗(yàn)算算三、平板板型網(wǎng)架架屋蓋與與大于24m屋架的豎豎向地震震作用計(jì)計(jì)算---第i桿件的豎向地震內(nèi)力；---第i桿件的重力內(nèi)力。反應(yīng)譜法法計(jì)算結(jié)結(jié)果表明明1.比值雖不不相同,但相差不不大,故可取最最大值作作為設(shè)計(jì)計(jì)依據(jù)；；2.比值與烈烈度和場場地類別別有關(guān)；；3.比值與跨跨度有關(guān)關(guān)，但在在常用的的范圍內(nèi)內(nèi)，變化化不很大大；為了了簡化，，略去其其影響；；---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(jì)算（0.10)8Ⅲ、ⅣⅡ

Ⅰ

鋼筋混凝土屋架平板型網(wǎng)架鋼屋架結(jié)構(gòu)類型烈度場地類別采用靜力力法10/27/202223第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算對于長懸臂臂和其它大大跨度結(jié)構(gòu)構(gòu)的豎向地地震作用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，8度和9度可分別取取該結(jié)構(gòu)、、構(gòu)件重力荷載代代表值的10%和20%，設(shè)計(jì)基本本地震加速速度為0.30g時，可取該該結(jié)構(gòu)構(gòu)件件重力荷載載代表值的的15%。10/27/202224第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算一、結(jié)構(gòu)抗抗震計(jì)算原原則3.9結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)驗(yàn)算各類建筑結(jié)結(jié)構(gòu)的抗震震計(jì)算應(yīng)遵遵循下列原原則：1、一般情況況下，可在在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)的兩個主軸方方向分別考慮水水平地震作作用并進(jìn)行行抗震驗(yàn)算算，各方向向的水平地地震作用應(yīng)應(yīng)由該方向向抗側(cè)力構(gòu)構(gòu)件承擔(dān)。。2、有斜交抗側(cè)力力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)當(dāng)相交角度度大于15度時，應(yīng)分分別考慮各各抗側(cè)力構(gòu)構(gòu)件方向的的水平地震震作用。3、質(zhì)量和剛剛度分布明明顯不對稱的結(jié)結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮雙雙向水平地地震作用下下的扭轉(zhuǎn)影影響其他情情況宜采用用調(diào)整地震震作用效應(yīng)應(yīng)的方法考考慮扭轉(zhuǎn)影影響。4、8度和9度時的大跨跨度結(jié)構(gòu)、、長懸臂結(jié)結(jié)構(gòu)，9度時的高層層建筑，應(yīng)應(yīng)考慮豎向地震作用。10/27/202225第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算二、結(jié)構(gòu)抗抗震計(jì)算方方法的確定定1、高度不超超過40m，以剪切變形形為主且質(zhì)質(zhì)量和剛度度沿高度分布比較均均勻的結(jié)構(gòu)構(gòu)，以及近近似于單質(zhì)質(zhì)點(diǎn)體系的的結(jié)構(gòu)，宜采用底部剪力法法等簡化方法法。2、除上述以以外的建筑筑結(jié)構(gòu)，宜宜采用振型分解反反應(yīng)譜法。3、特別不規(guī)規(guī)則的建筑筑、甲類建建筑和下表表所列高度度范圍的高層建筑，，應(yīng)采用時程分析法法進(jìn)行多遇地地震下的補(bǔ)補(bǔ)充計(jì)算，可取取多條時程程曲線計(jì)算算結(jié)果的平平均值與振振型分解反應(yīng)譜法法計(jì)算結(jié)果果的較大值值。烈度、場地類別房屋高度范圍（m）8度Ⅰ、Ⅱ類場地和7度>1008度Ⅲ、Ⅳ類場地>809度>6010/27/202226第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算時程分析方方法要點(diǎn)：：按建筑場地地類別和設(shè)設(shè)計(jì)地震分分組選用不不少于二組的實(shí)際際強(qiáng)震記錄錄和一組人工模模擬的加速速度時程曲曲線，其平均地地震影響系系數(shù)曲線應(yīng)應(yīng)與振型分分解反應(yīng)譜譜法所采用用的地震影影響系數(shù)曲曲線在統(tǒng)計(jì)計(jì)意義上相相符。烈度、場地類別房屋高度范圍（m）8度Ⅰ、Ⅱ類場地和7度>1008度Ⅲ、Ⅳ場地>809度>60采用時程分分析法的房房屋高度范范圍時程分析所所用地震加加速度時程程的最大峰峰值地震影響烈度6789設(shè)計(jì)基本地震加速度值(g)0.050.100.150.200.300.40多遇地震(cm/s2)18355570110140罕遇地震(cm/s2)—22031040051062010/27/202227第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算采用二階段段設(shè)計(jì)法：：第一階段：：對絕大多多數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行多遇地地震作用下下的結(jié)構(gòu)和和構(gòu)件承載載力驗(yàn)算,以及多遇地地震作用下下的彈性變變形驗(yàn)算。。第二階段：：對一些結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕罕遇地震作作用下的彈彈塑性變形形驗(yàn)算。三、結(jié)構(gòu)抗抗震驗(yàn)算內(nèi)內(nèi)容1.多遇地震下下結(jié)構(gòu)允許許彈性變形形驗(yàn)算除砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)、廠房外外的框架結(jié)結(jié)構(gòu)、填充充墻框架結(jié)結(jié)構(gòu)、框架架-剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)等需驗(yàn)算算允許彈性性變形。對于按底部部剪力法分分析結(jié)構(gòu)地地震作用時時，其彈性性位移計(jì)算算公式為---第i層的層間位移；---第i層的側(cè)移剛度；---第i層的水平地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值。10/27/202228第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算樓層內(nèi)最大大彈性層間間位移應(yīng)符符合下式---多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的樓層內(nèi)最大的彈性層間位移；---計(jì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)類型10/27/202229第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算2.多遇地震下下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度度驗(yàn)算下列情況可可不進(jìn)行結(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)驗(yàn)算：（1）6度時的建筑筑（Ⅳ類場地上較較高的高層層建筑與高高聳結(jié)構(gòu)除除外）；（2）7度時Ⅰ、Ⅱ類場地、柱柱高不超過過10m且兩端有山山墻的單跨跨及多跨等等高的鋼筋筋混凝土廠廠房，或柱柱頂標(biāo)高不不超過4.5m，兩端均有山山墻的單跨跨及多跨等等高的磚柱柱廠房。除上述情況況的所有結(jié)結(jié)構(gòu)都要進(jìn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件承載力力的抗震驗(yàn)驗(yàn)算，驗(yàn)算算公式為---包含地震作用效應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計(jì)值；---結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值；---承載力抗震調(diào)整系數(shù)，除另有規(guī)定外，按下表采用；10/27/202230第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算材料結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力狀態(tài)鋼柱、梁支撐節(jié)點(diǎn)板件、連接螺栓連接焊縫0.750.800.850.90砌體兩端均有構(gòu)造柱、芯柱的抗震墻其他抗震墻受剪受剪0.91.0混凝土梁梁軸壓比小于0.15柱梁軸壓比不小于0.15柱抗震墻各類構(gòu)件受彎偏壓偏壓偏壓受剪、偏拉0.750.750.800.850.85承載力抗震震調(diào)整系數(shù)數(shù)10/27/202231第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算---重力荷載分項(xiàng)系數(shù)，一般取1.2，當(dāng)重力荷載效應(yīng)對構(gòu)件承載能力有利時，不應(yīng)大于1.0；---分別為水平、豎向地震作用分項(xiàng)系數(shù)，按右表采用；0.51.3同時計(jì)算水平與豎向地震作用1.30.0僅計(jì)算豎向地震作用0.01.3僅計(jì)算水平地震作用地震作用---風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)采用1.4；---重力荷載代表值的效應(yīng)；---水平、豎向地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng),尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù);---風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；---風(fēng)荷載組合系數(shù);一般結(jié)構(gòu)可不考慮,風(fēng)荷載起控制作用的高層建筑應(yīng)采用0.2;10/27/202232第10講豎豎向地震震作用與變變形驗(yàn)算3.罕遇地震下下結(jié)構(gòu)彈塑塑性變形驗(yàn)驗(yàn)算需要進(jìn)行結(jié)結(jié)構(gòu)罕遇地地震作用下下薄弱層彈彈塑性變形形驗(yàn)算的范范圍(a)下列結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行彈塑性性變形驗(yàn)算算1）8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時,高大的單層層鋼筋