（岩土工程专业论文）考虑土结构相互作用的建筑结构水平地震作用研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni ng e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g 删 y 1 岩4 岑呵岩岑 r e s e a r c ho nh q d n t a ls e i s m i qa c t i o n k e s e a r c a0 nh o r i z o n t a le i s m i ca c t i o no i “ b u i l d i n g ss t r u c t u r ec o n s i d e r i n gs o i l - s t r u c t u r e i n t e r a c t i o n b yl i u y i n g l i s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rs h ac h e n g m a n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 _l l_i， 1 ilj1-11 - ， t - 、 本人声明 中取得的研究 发表或撰写过 的材料。与我 中作了明确的 本学位论 学位论文的规 文的复印件和 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年0一年半口 两年口 学位论文作者签名：浏畅 签字日期： 伊多。1 7 。否秒 导师签名：专移跌谤钐导师签名：到弋烀彤 签字日期：掰7 - 垆 - i _ i ， 东北大学硕士学位论文摘要 考虑土一结构相互作用的建筑结构水平地震作用研究 摘要 高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物。高层建筑的主要特征是 层数多、高而柔、重力荷载大、抗震要求高，这对抗震设计提出了更高、更严 的要求。目前，我国抗震设计规范中水平地震作用是以刚性地基假定为前提， 但是这种刚性地基假定是不符合实际情况的，存在土一结构相互作用( s s i ) 是 客观事实。土一结构动力相互作用会使系统的频率降低、系统的等效阻尼明显 增大、对基岩的输入波的放大效应。这些相互作用效应将显著地改变系统动力 响应的性质和特性。因此，在土一结构系统的动力分析时，相互作用的影响是 不可忽视的。 针对这一现状，本论文完成了如下工作：针对集中质量剪切模型用振型分 解法不考虑s s i ，应用m a t l a b 软件计算出论文模型的地震作用、框架柱剪力以 及弯矩；对应地，用振型分解法考虑s s i ，基于m a t l a b 环境编写软件计算出模 型的地震作用、框架柱剪力以及弯矩；为方便对比采用更精确的有限单元离散 化模型，在不考虑以及考虑s s i 的不同情况下，运用有限元a n s y s 软件计算出 了模型的地震作用、框架柱剪力以及弯矩。 通过以上振型分解法、有限单元法两种方法，在考虑s s i 与不考虑s s i 两 种情况分别计算，并对计算结果进行相应的对比分析。结果表明：考虑s s i 作 用后，框架柱的内力发生较大的变化，在给出的五种不同地基类型中，地基类 型五是最软的，s s i 的影响效果也是最明显的，计算出来的框架柱内力是最小 的，振型分解法考虑地基类型五计算模型框架柱内力值比振型分解法没考虑 s s i 计算模型框架柱内力值小2 8 ；地基类型一的土是最硬的，计算出来的模 型框架柱内力是最大的，振型分解法考虑地基类型一计算模型框架柱内力值比 振型分解法不考虑s s i 计算模型框架柱内力值小1 9 ，考虑s s i 计算出来的框 架柱内力都比没考虑s s i 计算出来的框架柱内力小；有限单元法计算模型的框 架柱内力值也比振型分解法计算模型的框架柱内力值小；有限单元法没考虑 s s i 计算模型框架柱内力值比振型分解法没考虑s s i 计算模型框架柱内力值小 1 1 。这些都说明目前我国抗震设计规范采用振型分解法计算水平地震作用， m 东北大学硕士学位论文摘要 由于忽略了s s i 的影响而导致了较大误差，尤其是地基土偏软时更为严重。因 此不应该忽略s s i 这一客观事实。 本文仅从建筑结构在水平地震作用下框架柱的内力方面针对一具体模型 进行了分析和探讨。事实上，由于问题的复杂性，s s i 对于设计中结构内力的 影响是复杂的。为了进一步提高抗震设计水平，使地震作用的计算更加符合实 际，s s i 的研究将有待于进一步深入和不断完善。 关键词：抗震设计；振型分解法；有限单元法；土一结构相互作用 i v 一 ， ， 匕i ， t t 东北大学硕士学位论文 a b s tr a c t r e s e a r c ho nh o r i z o n t a ls e i s m i ca c t i o no fb u i l d i n g s s t r u c t u r ec o n s i d e r i n gs o i l s t r u c t u r ei n t e r a c t i o n a b s t r a c t h i g h r i s eb u i l d i n gs t r u c t u r ei st h ep r o d u c to fe c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n d t e c h n o l o g i c a lc h a n g e t h em a i nc h a r a c t e r so fh i g h r i s es t r u c t u r ea r eb i gn u m b e ro f p i l e s ，t a l lf l e x i b l e ，h i g h l o a d ，a n dh i g hr e q i r e m e n to fs e i s m i c r e s i s t a n ta b i l i t y a t p r e s e n t ，h o r i z o n t a le a r t h q u a k ea c t i o ni sb a s e do nt h ep r e s u m p t i o no fr i g i d f o u n d a t i o ni no u rc o u n t r yc o d ey o ，s e i s m i cd e s i g no fb u i l d i n g s h o w e v e r ，t h e p r e s u m p t i o n o f r i g i df o u n d a t i o n i s n tc o n s i s t e n tw i t ht h e f a c t ，b e c a u s e s o i l s t r u c t u r ei n t e r a c t i o ni so b j e c t i v ef a c t t h es o i l s t r c t u r ei n t e r a c t i o nc a nr e d u c e t h es y s t e m s f r e q u e n c y ，e n l a r g et h es y s t e m se q u i v a l e n td a m p i n g ，m a g n i f yt h e e f f e c to fi n p u tw a v eo fb e d r o c k t h e s ei n t e r a c t i o ne f f e c t sw i l l o b v i o u s l yc h a n g e t h ep r o p e r t ya n dc h a r a c t e r i s t i co fd y n a m i cr e s p o n s eo fs y s t e m t h e r e f o r e ，w h e n s o i l s t r u c t u r es y s t e mw a sa n a l y z e dd y n a m i c a l l y ，t h ei n f l u e n c eo fi n t e r a c t i o nc a n n o tb en e g l e c t e d a i m i n ga tt h eo b j e c t i v ef a c t ，t h em a i nr e s e a r c h e sa r eo u t l i n e da sf o l l o w i n g ：i n v i e wo ft h em a s s s h e a r i n gm o d e l ，u s i n gm o d a la n a l y s i sm e t h o da n dn o t c o n s i d e r i n gs o i l s t r u c t u r ei n t e r a c t i o n ，e a r t h q u a k ea c t i o n ，i n t e r b e ds h e a ra n df r a m e p o l eo fm o m e n tw e r ec a l c u l a t e do ft h eb u i l d i n gi nt h i sp a p e rb ys o f t w a r eo fm a t l a b c o r r e s p o n d i n g l y , u s i n gm o d a la n a l y s i sm e t h o da n dc o n s i d e r i n gs o i l s t r u c t u r e i n t e r a c t i o n ，e a r t h q u a k ea c t i o n ，i n t e r b e ds h e a ra n df r a m ep o l eo fm o m e n tw e r ea l s o c a l c u l a t e db ys o f t w a r eo fm a t l a be n v i r o n m e n tc o m p i l a t i o n u s i n gf i n i t ee l e m e n t m e t h o d ，n o tc o n s i d e r i n ga n d c o n s i d e r i n gs o i l - s t r u c t u r ei n t e r a c t i o n e a r t h q u a k e a c t i o n i n t e r b e ds h e a ra n df r a m ec o l u m no fm o m e n tw e r ec a l c u l a t e db ys o f t s a r e o fa n s y s a c c o r d i n gt ot h et w om e t h o d so fm o d a la n a l y s i sm e t h o da n df i n i t ee l e m e n t m e t h o d ，t h es t r u c t u r ew a sc a l c u l a t e dc o n s i d e r i n gs s la n dn o t a n dt h er e s u l t so f t h et w oc a s e dw e r ec o m p a r e d t h er e s u l t s i n d i c a t e d ：a f t e rc o n s i d e r i n gt h es s i v 塑坠学硕士学位论文 a b s tr a c t 一_ e f f e c t ，t h ei n t e r n a lf o r c eo ff r a m ec o l u m nc h a n g e dl a r g e l y i nt h ef i v ek i n d so f d i f f e r e n tg r o u n d s ，t h ef i f t ho n ew a st h es o f t e s t ，t h es s ie f f e c tw a sa i s ot h em o s t o b v i o u sa n dt h ei n t e r n a lf o r c eo ff r a m ec o l u m nw a ss m a l l e s t t h ei n t e r n a lf o r c eo f f r a m ec o l u m nc o n s i d e r i n gs s lw h i c hw a sc a l c u l a t e d b ym o d a la n a l y s i sm e t h o d w a ss m a l l e r2 8p e r c e n tt h a nt h a tn o tc o n s i d e r i n gs s i t h ef i r s to n e i sh a r d e s t a n d t h ei n t e r n a lf o r c eo ff r a m ec o l u m nw a s l a r g e s ti nt h ef i v et y p e sg r o u n d a n dt h e i n t e r n a lf o r c eo ff r a m ec o l u m nc o n s i d e r i n gs s lw h i c hw a sc a l c u l a t e db ym o d a l l - , a l y s i sm e t h o dw a ss m a l l e r1 9p e r c e n tt h a nt h a tn o tc o n s i d e r i n gs s i s ot h e ja t e r n a lf o r c eo ff r a m ec o l u m n c o n s i d e r i n gs s lw a ss m a l l e rt h a nt h a tn o t c o n s i d e r i n gs s i t h ei n t e r n a lf o r c eo ff r a m ec o l u m nu s i n gf i n i t ee l e m e n tm e t h o d w a ss m a l l e rt h a nt h eo n eu s i n gm o d a la n a l y s i s m e t h o d t h e s ep r o v e dt h a tt h e h o r i z o n t a le a r t h q u a k ea c t i o nc a l c u l a t e db ym o d a la n a l y s i sm e t h o di no u rc o u n t r v s e i s m i cd e s i g nc o d ew a sn o tv e r yp r e c i s e ，a sar e s u l to fi g n o r a n c eo fs s ie f f e c t ， e s p e c i a l l yi nt h es o f t e rg r o u n d t h e r e f o r et h es s ie f f e c ts h o u l dn o tb en e g l e c t e d i nt h i sp a p e r ，t h ei n t e r n a lf o r c eo ff r a m ec o l u m no fac o n c r e t em o d a li nt h e h o r i z o n t a le a r t h q u a k ea c t i o nw a sa n a l y z e d i nf a c t ，t h ei n f l u e n c eo ns t r u c t u r eo f s s ie f f e c tw a sv e r yc o m p l i c a t e d f o ri m p r o v i n gt h eq u a l i t yo fs e i s m i c d e s i g n ，t h e r e s e a r c hw a sd o n ef u r t h e ra n dp e r f e c t e dc o n t i n u o u s l y k e yw o r d s ：s e i s m i cd e s i g n ；m o d a l a n a l y s i sm e t h o d ；f i n i t ee l e m e n tm e t h o d ； s o i l - s t r u c t u r ei n t e r a c t i o n v i j 东北大学硕士学住论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i i a b s t r a c t v 第1 章绪论1 1 1 中国的地震工程形势1 1 2 抗震设计的理论1 1 2 1 拟静力理论1 1 2 2 反应谱理论2 1 2 3 动力理论3 1 3 我国抗震设计规范发展概况3 1 3 1 概述一3 1 3 2 第一代建筑结构抗震设计规范草案4 1 3 3 第二代建筑结构抗震设计规范草案5 1 3 4 第一代建筑结构抗震设计规范7 1 3 5 第二代建筑结构抗震设计规范8 1 3 6 第三代建筑结构抗震设计规范8 1 3 7 第四代建筑结构抗震设计规范1 4 1 4 土一结构相互作用体系的研究进展1 5 1 4 1 概j 述1 5 1 4 2 土结构相互作用体系的研究进展1 5 1 5 本论文的主要研究内容1 6 第2 章规范算法不考虑s s i 地震作用计算1 7 2 1 土一结构相互作用原理1 7 2 2 范算法水平地震作用计算理论1 7 2 2 1 多质点弹性体系的地震反应“1 7 2 2 2 多质点体系水平地震作用和地震效应“1 9 2 3 上部结构计算模型2 1 v n 东北大学硕士学位论文 目录 2 4 振型分解法模型地震作用计算2 3 第3 章规范算法考虑s s i 地震作用计算“2 7 3 1 土一结构相互作用体系的研究现状2 7 3 1 1 土一结构相互作用原理2 7 3 1 2 土一结构相互作用研究的发展历史2 8 3 1 3 土一结构相互作用的分析方法2 9 3 2 考虑土一结构相互作用计算地震作用方程3 1 3 3 考虑土一结构相互作用的地基计算模型“3 2 3 4 地震作用、层问剪力3 3 3 5 振型分解法考虑s s i 与不考虑s s i 计算模型结果分析3 6 第4 章有限单元法不考虑s s i 地震作用计算4 1 4 1 有限元法理论4 1 4 2 上部有限元建模4 5 4 3 有限单元不考虑s s i 模型与振型分解法集中质量模型的关系4 6 4 4 模态分析4 6 4 5 谱分析5 0 4 6 有限单元法不考虑s s i 与振型分解法不考虑s s i 计算模型结果分析5 5 第5 章有限单元法考虑s s i 地震作用计算6 1 5 1 考虑s s i 作用有限元模型建模6 l 5 2 有限单元法考虑s s i 模型与集总参数法模型的关系6 4 5 3 模态分析6 4 5 4 谱分析”6 8 5 5 有限单元法考虑s s i 与振型分解法不考虑土s s i 计算模型结果分析6 8 5 6 两种模型与两种算法框架柱剪力、弯矩值比较分析7 l 第6 章结论与展望7 3 6 1 主要结论7 3 6 2 研究展望7 4 附录7 5 参考文献9 5 v m t 东北大学硕士学位论文 致谢 i x i j 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 我国是一个多地震国家，受着严重的地震灾害威胁。如何最大限度地减轻 地震灾害造成的经济损失是我们工程技术人员和政府十分关心并致力解决的 问题，严格地按照抗震规范来建造工程建筑是减轻地震灾害有力措施之一。 1 1 中国的地震工程形势 中国地处世界上两条大地震带( 环太平洋地震带及欧亚地震带) 之间，是 一个多地震国家。近四千年来，在除浙江省外的绝大部分地区都曾发生过较大 震级的破坏性地震。仅在2 0 世纪全球所发生的1 2 4 8 次造成人员死亡的地震中， 中国的死亡人数就占全球死亡人数1 7 0 万人的4 0 以上，居全球发生过大地震 的8 0 个国家之首。在上世纪全球造成人员死亡最多的l o 次毁灭性大地震中， 发生在中国的3 次大地震造成的死亡人数就占了5 3 【1 1 。 无论从2 0 世纪地震造成的人员死亡数目来看，还是从上世纪毁灭性地震发 生的次数来看，中国都遭受了最为严重的地震灾害，中国的地震形势异常严峻。 综上可见，我国是一个多地震国家，受着严重地震灾害的威胁。我们的工程 技术人员和政府对如何减轻地震灾害十分关心和重视是理所当然的。 1 2 抗震设计的理论 抗震设计理论是从2 0 世纪初开始建立起来的1 2 1 1 3 l 。随着人们对地震动特性 和结构动力特性理解的不断加深，结构抗震设计理论己从最初的拟静力理论和 反应谱理论，发展到了动力阶段以及目前的基于性态的抗震设计理论阶段。 1 2 1 拟静力理论 拟静力理论是2 0 世纪1 0 - 4 0 年代发展起来的一种理论，它在估计地震对结 构的作用时，仅假定结构为刚性，水平地震作用在结构或构件的质量中心上。地 震作用的大小相当于结构的重量乘以一个比例常数( 地震系数) 。它最初起源 于日本，1 9 0 0 年大森房吉提出的地震作用理论，认为地震对工程设施的破坏是 由于地震产生的水平力作用在建筑物上的结果。1 9 1 6 年佐野利器提出的“房屋 东北大学硕士学位论丈第1 章绪论 耐震构造论 ，引入了震度法的概念，从而创立了求解地震作用的水平静力抗 震理论该理论认为，结构所受的地震作用可以简化为等效水平静力在估计地 震作用时，假定建筑物是刚性的，地震作用在质量中心，其大小相当于建筑物的 重量乘以与结构特征无关的地震系数，结构上任何一点的加速度都等于地震动 加速度。由于根据该理论设计的房屋经历了日本关东大地震的考验，因而验证 了水平静力耐度法的有效性，但它是一种经过极大简化的设计方法。 1 2 2 反应谱理论 反应谱理论是在2 0 世纪4 0 6 0 年代发展起来的，它以强地震动加速度观测 记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解，以及结构动力反应特性的研 究为基础，是加州理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分 析后取得的一个重要成果。 1 9 3 2 年美国研制出第一台强地震记录仪，并于1 9 9 3 年3 月长滩地震中取得 了第一个强震记录，以后陆续取得一些强震记录，从而为反应谱理论在抗震设 计中的应用创造了条件。 4 0 年代，b i o t 从弹性体系动力学的基本原理出发，基于振型分解的途径，为 建立结构抗震分析的系统性方法做了推演，从而明确提出了反应谱的概念。反 应谱是指将地震波作用在单质点体系上求得的位移、速度或加速度等反应的最 大值与单质点体系自振周期的关系。在求解位移、速度、加速度反应最大值时， 需要进行d u h a m e l 积分。但是，由于科学技术发展水平的限制，当时没有数字 计算机，因此只能采用机械模拟技术，因而限制了反应谱理论的发展。到了5 0 年代，h o u s n e r 精选若干有代表性的强震加速度记录进行处理，采用电子模拟计 算机技术，最早引入了加州的抗震设计规范，使得反应谱法的完整架构体系得 以形成。由于这一理论正确而简单地反映了地震动的特性，并根据强震观测资 料提出了可用的数据，因而在国际范围内得到了广泛的认可。6 0 年代以来，这 一理论基本上取代了震度法，确定了该理论的主导地位。在它的影响下，发现 由于结构的动力特性，开始采用基于经验的地震动最大加速度会随结构的高度 而增长，从而在应用拟静力法时也开始采用基于经验的地震作用分布系数，在 一定程度上考虑了结构物非刚性的实际影响。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 2 3 动力理论 动力理论是2 0 世纪7 0 8 0 年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基 于6 0 年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外，人们对各类结构在地震作 用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解，同时随着强震观测台站的不断 增多，各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时 程分析理论，它把地震作为一个时间过程，选择有代表性的地震动加速度时程 作为地震动输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物的地 震反应，从而完成抗震设计工作。动力法比反应谱法有较高的精确性，并且若建 立了结构的非线性恢复力模型，就可很容易地求解结构非弹性阶段的反应。 应该指出，目前，世界各国的传统抗震设计理论大多采用多级设计思想，如 “小震不坏、中震可修、大震不倒”。依此设计思想设计的结构在遇到破坏性 地震时，允许出现一定的破坏，但主体结构不能倒塌，以确保人民生命安全。这 种抗震设计理论没有考虑到保证中小地震时房屋结构，特别是非结构构件的不 破坏，没有考虑到减少地震破坏造成的经济损失和对社会的影响，因而可以说， 这种设计理论的实质是以生命安全为单一设防目标的抗震设计理论。但这种上 述以单一的、基于生命安全的性态水准进行设计和建造的房屋并不能满足社会 和公众的需求，抗震设计应既经济又可靠地保证建筑结构的功能。因此，传统抗 震设计理论迫切需要改进。基于上述认识，在2 0 世纪8 0 年代末、9 0 年代初期 美国科学家和工程师提出了基于性态的抗震设计理论新概念，为工程抗震发展 开阔了一个重要的新里程。 1 3 我国抗震设计规范发展概况 1 3 1 概述 我国地震工程的研究萌发于2 0 世纪初，翁文灏等率先于1 9 1 8 年和1 9 2 0 年 深入南澳、海原等大地震现场调查研究，利用现代科学知识分析我国区域地质 构造和地震活动的关系，发表的我国东部地区地震区域划分成果，至今仍有重 要意义【4 9 1 。 1 9 5 4 年中国科学院成立地震工作委员会，负责审议和协商各项重要建设场 地的地震烈度。1 9 5 5 年，前苏联科学院派遣科学家来中国协助地震研究工作。 从此，工程地震的科学研究在中国得到迅速发展。中国科学院地震工作委员会 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 在中国科学院地球物理研究所的主持和前苏联科学家的帮助下，整理了约3 0 0 0 年的历史地震资料，查阅了8 0 0 0 余种文献，从中摘录了1 5 0 0 0 余条地震记载，于 1 9 5 6 年编辑出版了中国地震资料年表。后在李善邦教授的主持下，又以这些 资料为基础，于1 9 5 6 年编出了1 ：5 0 0 万中国地震区域划分图，该图标出的 烈度等级与国际上的1 2 度地震烈度表的等级相适应。该图使人们对当时中国 各地的地震危险性得以全面认识。这套原则和方法一直沿用到2 0 世纪7 0 年代 以前。 1 9 5 4 年，中国科学院土木建筑研究所( 现为中国地震局工程力学研究所) 开始研究建筑的抗震问题，我国的工程抗震研究工作由此开始。1 9 5 5 年，翻译出 版了前苏联地震区建筑规范。1 9 5 8 年，刘恢先教授发表了“论地震力”一文， 精辟地论述了地震力理论，提出了采用反应谱理论进行抗震设计的见解。1 9 5 9 年，在刘恢先教授的领导下，当多数国家仍采用静力理论计算地震作用时，我国 第一本以前苏联地震区设计规范g b 8 5 7 为蓝本的地震区建筑规范( 草案) 问世，并采用反应谱理论来计算地震作用。接着有6 4 年的地震区建筑设计规 范( 草案稿) ，7 4 年的工业与民用建筑抗震规范( t j l l 7 4 ) ，有7 8 年的工 业与民用建筑抗震规范( t j l l 7 8 ) ，8 9 年的建筑抗震设计规范( g b j l l 8 9 ) 以及2 0 0 1 年的建筑抗震设计规范( g b 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ) 。虽然，5 9 规范和6 4 规 范为草案，但它们实际上起当时抗震设计的指导作用。为简洁，在以下的讨论中 均以始用年代称谓。但是草案毕竟不是有法律效用的规范，因此，中国的抗震规 范应为7 4 ，7 8 ，8 9 及2 0 0 1 四代。 1 3 2 第一代建筑结构抗震设计规范草案 ( 1 ) 我国5 9 规范( 草案) ，是由当时的中国科学院土木建筑研究所( 现中国地 震局工程力学研究所) 组织编制的，其名称为地震区建筑规范( 草案) 。它编 制的指导思想是：“以苏联地震区建筑规范( c h 8 5 7 ) 为蓝本，充分利用我 国的研究成果，考虑其他国家的文献，结合我国具体情况适当降低设防标准并 加以取舍、修改和简化，以便设计者灵活掌握，取得安全和经济两方面的效果 。 该规范的内容包括房屋、道路工程、水工结构、给排水系统等，但以房屋结构 为主，并规定在场地烈度7 - 9 度时对一般建筑按降低1 度的要求设防。从此，结 束了我国无地震区建筑规范的历史，也满足了当时建设的迫切要求。 5 9 规范 尽管未能颁布，但它标志着中国抗震设计规范的诞生并且对当时的抗震设计起 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 到了一定的指导作用。 ( 2 ) 5 9 规范是结合1 9 5 6 年编制的中国地震区域划分图使用的。在 编制中国地震区域划分图时，采用了两条原则：对于一个给定的地区，过去 遇到过的最大地震烈度有可能重演；地震构造相类似的地区可能有类似的地震 活动性。区划图的说明中明确指出，图面上表示的烈度称为基本烈度，抗震设计 的烈度要进一步考虑局部场地条件和结构的重要性作适当调整。但究竟如何调 整抗震设计烈度，如何考虑近展，远展的影响，并没有详细的规定，也没有考虑 到不同结构类型的结构阻尼比不同所带来的影响。当然，这和当时我国地震工 程方面的研究水平息息相关。 ( 3 ) 5 9 规范在确定地震作用时用简便法和精确法。按简便法计算时， 作用于建筑物上i 质点的水平地震作用f 。 i u k a d f q ( 1 1 ) 式中，k 一地震烈度系数，场地烈度7 、8 、9 、1 0 时分别取1 、2 、4 和8 ；口一 地震影响系数，由反应谱曲线确定；g i 一集中于质点i 的重力；d ；一地震作用 沿结构高度的分布系数，与结构的刚性有关。当场地烈度为7 、8 、9 、1 0 度时， 设计峰值加速度分别为0 0 2 5 9 、o 0 5 9 、0 1 0 9 和0 2 9 。 按精确法计算时，j 振型对质点i 的水平地震作用为 巳= 坼口j ) ，j 驴，( f ) g ：f ( 1 2 ) 式中，口f j 振型的地震影响系数，根据振型的周期由反应谱曲线确定；妒，( f ) 一j 振型质点i 的振型位移；e 一振型参与系数；f , - 振型组合系数。 1 3 3 第二代建筑结构抗震设计规范草案 ( 1 ) 1 9 6 4 年规范是我国第二代的建筑抗震设计规范草案，其名称为地震区 建筑规范( 草案稿) 。它首次提出将场地划分为4 个等级( 见表1 1 ) 。对不同场 地等级采用不同反应谱的思想。它是集我国地震工程界的研究成果，由中国人 自己独立编制的综合性的抗震设计规范。这一规范突破了苏联抗震设计规范用 场地等级调整烈度的规定，对场地影响区分了地基失效和振动两种破坏类型而 分别采取不同的对策。同时，根据场地条件的不同分别规定了不同动力放大系 数表示的设计反应谱。这一处理场地设计反应谱的规定较日本和美国等国在 其规范中用类似的规定约早1 0 年，当时在国际占有领先地位。 ( 2 ) 6 4 规范对计算简图可用竖立的伸臂杆表示的结构，提出了计算水平 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 地震运动产生的结构底部剪力和底部弯矩的方法，公式( 1 3 ) 和公式( 1 4 ) 分别 为底部剪力和底部弯矩的计算式。 k ；c k 卢1 x 口g ( 1 3 ) m o c k 展朋x g ( 1 4 ) 式中，c 一结构系数，一般房屋建筑取1 3 ，烟囱、水塔、无线电塔等高柔性结构 取1 2 ，重要设备取l ；k 一水平地震系数，烈度7 、8 、9 和1 0 度时，分别取o 0 7 5 、 o 1 5 、o 3 0 和0 6 0 ；展一对应于结构基本自振周期t t 的动力系数，卢蚴= 3 o ，按 图1 1 确定；g 一结构的总重力；一结构重心距基底的距离；q 、m 一剪力系数和 弯矩系数，由结构的刚度与质量分布特性按规范确定。 ( 3 ) 6 4 规范对复杂的建筑结构体系，要求按公式( 1 5 ) 采用振型分解反应 谱法计算，j 振型对质点i 的水平地震作用r 的计算式为 b 一政岛) ，乃( f ) g ( 1 5 ) 式中，c 一结构系数；k 一水平地震系数；卢；一由j 振型的自振周期根据图1 1 确 定的放大系数；，一j 振型的参与系数；矿f ( f ) 一j 振型质点i 的振型位移。 图1 1 6 4 规范反应谱 f i g 1 1t h er e s p o n s es p e c t r u mi n 6 4 c o d e ) 图中，卢- , 3 o f f o t ；t o 一地基的卓越周期； i 、i i 、级地基的卓越周期分别为0 2 、o 3 、0 5 和0 8 s 。 由式( 1 5 ) 得到各振型的地震作用后，求出相应的地震内力s ；，然后按公式 ( 1 6 ) 组合： s - s ； ( 1 6 ) ( 6 4 规范首次将土视为波的传播介质和结构物的持力层的双重作用分别 处理。土对波传播的影响用反应谱表示，将地基条件分为4 个等级( 表1 1 ) ， o 0 o 6 声 如 抛 m 晡 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 对每类场地规定相应的反应谱。 表1 1 6 4 规范地基等级划分 t a b l e1 1t h ec l a s s i f i c a t i o no fb a s er a n ki n 8 0 m 6 0 m ( 7 ) 8 9 规范首次规定了考虑竖向地震作用的结构，规定：8 度和9 度时 的大跨度结构、长悬臂结构、烟囱和类似的高耸结构，9 度的高层建筑，应考虑 竖向地震作用，并假定竖向反应谱的形状和水平反应谱形状相同，竖向地震影 响系数的最大值口，一= 0 6 5 a k 眦。竖向地震作用按底部剪力法计算，结构等效总 重力荷载取重力荷载代表值的7 5 。 ( 8 ) 8 9 规范首次给出了土与结构相互作用效应对结构地震作用的影响， 规定：、i v 场地土上采用箱基和刚性较好的筏基的钢筋混凝土高层建筑，若 考虑地基与结构互作用的影响，按刚性地基假定分析的水平地震作用，可根据 结构和场地的不同，折减1 0 - 2 0 ，其层间变形可按折减后的楼层剪力计算。 ( 9 ) 8 9 规范考虑到7 4 规范和7 8 规范以来的实践中，发现i i 类 场地土范围太宽，工程建设中遇到的场地多为i i 类，i 和类场地不多，且场地 类别鉴定没有确切的指标( 这样可能会出现由于场地类别划分不准而造成地震 力计算结果的不准确性，使场地类别划分的意义没有充分体现出来) 等因素，开 始采用覆盖层厚度和场地土特征综合确定，并把场地分为4 类( 见表1 4 ) ，称 为场地类别。场地土类型按表1 5 划分。 表1 4 d o + 以一2 ( 1 1 4 ) d ， 唬+ 以- 3 ( 1 1 5 ) 屯+ d ， 1 5 d o + 2 屯- 4 5 ( 1 1 6 ) 式中，d 。一地下水位深度( 米) ，宜按建筑使用期间内年平均最高水位采用，也 可按近期内年最高水位采用；d 。一上覆非液化土层厚度( 米) ，计算时宜将淤泥 和淤泥质土层扣除；吮一基础埋置深度( 米) ，不