结构抗震-第3章-第7讲

1、 结 构 抗 震刘君阳2016年3月课程性质：必修课课程学时：24学时授课班级：2013级土木工程 第 7 讲3.1 概述3.2 单自由度弹性体系的地震反应分析3.3 单自由度弹性体系的水平地震作用及其反应谱第三章 结构地震反应分析与抗震计算3.4 多自由度弹性体系的地震反应分析的振型分解法3.5 多自由度弹性体系的水平地震作用3.6 竖向地震作用3.7 建筑结构抗震验算 3.6 竖向地震作用目前，国外抗震设计规定中要求考虑竖向地震作用的结构或构件有： 1.长悬臂结构； 2.大跨度结构； 3.高耸结构和较高的高层建筑； 4.以轴向力为主的结构构件（柱或悬挂结构）； 5.砌体结构； 6.突出于建

2、筑顶部的小构件。我国抗震设计规范规定应考虑竖向地震作用的有：1.8度和9度的大跨度结构、长悬臂结构；2.8度和9度的烟囱和类似的高耸结构；3.9度时的高层建筑。大跨度结构屋顶产生破坏高耸结构产生破坏高耸结构及高层建筑1.高耸结构和高层建筑竖向第一振型的地震内力与竖向前5个振型按平方和开方组合的地震内力相比较，误差仅在5%-15%。2.此外，竖向第一振型的数值大致呈倒三角形式，基本周期小于场地特征周期。因此，高耸结构和高层建筑竖向地震作用可按与底部剪力法类似的方法计算。分析结果表明：H1G1HinGiGEVKFViF基本计算公式eqEvkGF1EvknjjjiiViFHGHGF1-结构总竖向地震

3、作用标准值；EvkF-质点i的竖向地震作用标准值。ViF1-第一竖向振型周期的竖向地震影响系数。niieqGG175.0maxmax, 1165. 0H1G1HinGiGEVKFViF注：规范要求，9度时，高层建筑楼层的竖向地震作用效应 应乘以1.5的增大系数。屋盖结构 大跨（大于等于24m）屋架、屋盖结构，其竖向地震作用标准值G可按下式计算：GGv-重力荷载代表值；G-竖向地震作用系数，按下表采用v竖向地震作用系数结构类型烈度场地类别、平板型屋架、钢屋架8度可不计算（0.10） 0.08（0.12） 0.10（0.15）9度0.150.150.20钢筋混凝土屋架8度0.10（0.15）0.1

4、3（0.19） 0.13（0.19）9度0.200.250.25 3.7 建筑结构抗震验算结构抗震承载力验算1.1 地震作用的方向1.2 重力荷载代表值1.3 结构构件截面的抗震验算结构抗震变形验算2.1 多遇地震作用下的结构抗震变形验算2.2 罕遇地震作用下的结构抗震变形验算 在进行建筑抗震设计时，原则上应满足上述三水准的抗震设防要求。在具体做法上，我国建筑抗震设计规范采用了简化的两阶段设计方法。第一阶段设计第二阶段设计按多遇地震烈度对应的地震作用效应和其他荷载效应的组合验算结构构件的承载能力和结构的弹性变形。保证了第一水准的强度要求和变形要求。按罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构的弹塑

5、性变形。保证结构满足第三水准的抗震设防要求。第二水准良好地构造措施 知识回顾结构抗震承载力验算1.1 地震作用的方向水平方向水平地震作用对结构起主要作用，一般只考虑此项；垂直方向高烈度、大跨、长悬臂、高耸及高层才考虑；扭转方向质量和刚度明显不均匀、不对称的结构才考虑。m)(tug质心质心刚心刚心结构地震扭转效应产生的原因1.2 重力荷载代表值 当计算地震作用的标准值和计算结构构件的地震作用效应与其他荷载效应的基本组合时，作用于结构的重力荷载采用重力荷载代表值GE，是永久荷载和有关可变荷载的组合值之和，即：KiEiKEQGG-结构或构件的永久荷载标准值；KG-结构或构件第i个可变荷载标准值；Ki

6、QEi-第i个可变荷载的组合值系数，见表3.12。可变荷载种类组合值系数雪荷载0.5屋面积灰荷载0.5屋面活荷载不计入暗世界情况考虑的楼面活荷载1.0按等效均布荷载考虑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软钩吊车不计入组合值系数承载力抗震调整系数材料结构构件受力状态钢柱、梁支撑节点板件、连接螺栓连接焊缝0.750.800.850.90砌体两端均有构造柱、芯柱的抗震墙其他抗震墙受剪受剪0.901.00钢筋混凝土梁轴压比小于0.15的柱轴压比不小于0.15的柱抗震墙各类构件受弯偏压偏压偏压受剪、偏拉0.750.750.800.850.851.3 结构构件截

7、面的抗震验算 在结构抗震设计第一阶段，即按多遇地震下的抗震承载力验算中，结构构件截面承载力应满足：RERS/ 结构构件内力组合的设计值，包括弯矩、轴向力和剪力， 由地震作用效应和其他荷载效应组合而得；S 结构构件承载力的设计值，按照有关结构设计规范中承载 力设计值取用；R 承载力抗震调整系数，与材料和受力状态有关，查表3.13RE 结构构件内力组合的设计值S：由地震作用效应和其他荷载效应基本组合按下式计算：kEvkEvEhkEhGEGSSSSS 重力荷载分项系数，一般取1.2G 水平和竖向地震作用分项系数，按下表采用EEh、地震作用分项系数地震作用仅计算水平地震作用1.30.0仅计算竖向地震作

8、用0.01.3同时计算水平与竖向地震作用（水平地震为主）1.30.5同时计算水平与竖向地震作用（竖向地震为主）0.51.3EhE 风荷载分项系数，应取1.45 重力荷载代表值的效应，GES 水平地震标准值作用的效应，尚应乘以相应的增大或调整系数hkES 竖向地震标准值作用的效应，尚应乘以相应的增大或调整系数kESkEvkEvEhkEhGEGSSSSS 风荷载标准值的效应，kS 风荷载组合值系数，一般结构取0.0，高层建筑取0.2结构抗震变形验算2.1 多遇地震作用下的结构抗震变形验算变形验算的主要目的： 对框架等较柔结构以及高层建筑结构加以限制，使其层间弹性位移不超过一定的限值，以免非结构构件

9、在多遇地震作用下出现破坏。变形验算公式为： huee 多遇地震作用标准值产生的楼层内最大弹性层间位移，eu 弹性层间位移角限值，按表3.15采用 e 计算楼层层高，h结构类型钢筋混凝土框架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、高层钢结构1/250 e2.2 罕遇地震作用下的结构抗震变形验算(1) 结构弹塑性变形的控制与计算 在弹塑性阶段，结构的地震位移反应主要集中在其薄弱层或薄弱部位。抗震规范推荐用静力非线性分析法或动力非线性分析法进行罕遇地震下结构的弹塑性变形分析。静力非线性分析法动力非线性分

10、析法 沿结构高度施加按一定形式分布模拟地震作用的等效侧力，并由小到大逐步增加侧力的强度，使结构由弹性工作状态逐步进入弹塑性工作状态最终达到并超过规定的弹塑性位移。 弹塑性时程分析，利用计算机和工程经验判断。(2) 结构弹塑性变形层间位移的简化计算法 不超过12层且层刚度无突变的钢筋混凝土框架结构、单层工业厂房可采用下述简化计算方法。 楼层屈服强度系数与结构薄弱层（部位）的确定楼层屈服强度系数：是指按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层 受剪承载力和按罕遇地震作用计算的楼层弹性地震 剪力的比值。结构第i层的楼层屈服强度系数y（i）用下式表示：)()()(iViVieyy 按构件实际配筋和材料强

11、度标准值计算的第i层受剪承载力，)(iVy 罕遇地震作用下第i层的弹性地震剪力。)(iVe 结构薄弱层弹塑性层间位移的简化计算eppuuieekiViu)()(yypypuuu 多层剪切型结构的薄弱层的弹塑性层间位移与弹性位移之间有着一定的关系： 弹塑性层间位移，pu 层间屈服位移，yu 罕遇地震作用下按弹性分析的层间位移，eu 弹塑性层间位移增大系数，p 楼层屈服强度系数。y 楼层延性系数， 结构薄弱层抗震变形验算a. 8度、场地和9度时高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；b.79度时的楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构；c.采用隔震和消能减震设计的结构；d.甲类建筑和9度时的乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；e.高度大于150m的钢结构。 抗震规范要求对下列建筑应进行罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算：抗震变形验算要求结构的弹塑性层间位移小于其层间变形能力。