竖向地震作用与变形验算PPT36

第10讲扭转地震震效应与与竖向地地震作用用10/27/20221第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算本讲内容容考虑扭转转的水平平地震作作用计算算10/27/20222第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算一、产生生扭转地地震反应应的原因因3.7建筑结构构的扭转转地震效效应1.建筑结构构的偏心心两方面：：建筑自自身的原原因和地地震地面面运动的的原因。。质心刚心产生偏心心的原因因：a.建筑物的的柱体与与墙体等等抗侧力构件件布置不不对称。。b.建筑物的的平面不不对称。。10/27/20223第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算c.建筑物的的立面不不对称。。d.建筑物的的平面、、立面均均不对称称。e.建筑物各各层质心心与刚心心重合，，但上下层层不在同同一垂直直线上。。f.偶然偏心心。2.地震地面面运动存存在扭转转分量地震波在在地面上上各点的的波速、、周期和和相位不不同。建建筑结构构基底将将产生绕绕竖直轴轴的转动动，结构构便会产产生扭转转振动。。无论结构构是否有有偏心，，地震地地面运动动产生的的结构扭扭转振动动均是存存在的。。但二者有有区别，，无偏心心结构的的平动与与扭转振振动不是是耦合的的，而有有偏心结结构的平平动与扭扭转振动动是耦合合的。10/27/20224第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算二、考虑虑扭转地地震效应应的方法法1、规则结结构不进进行扭转转耦联计计算时，，平行于于地震作作用方向向的两个个边榀，，其地震震作用效效应宜乘乘以增大大系数。。一般情情况下，，短边可可按1.15、长边可可按1.05采用；当当扭转刚刚度较小小时，宜宜按不小小于1.3采用。2、采用扭扭转耦联联的振型型分解反反应谱法法。10/27/20225第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算三、考虑虑扭转的的振型分分解反应应谱法1、平扭耦耦联体系系的自由由振动基本假定定：（1）楼板在在其自身身平面内内为绝对对刚性，，在平面面外的刚刚度很小小可以忽忽略不计计；（2）各榀抗抗侧力结结构（框框架或剪剪力墙））在其自自身平面面内刚度度很大，，在平面面外的刚刚度很小小可以忽忽略不计计；（3）所有构构件都不不考虑其其自身的的抗扭作作用；（4）将质量量（包括括柱、墙墙的质量量）都集集中于各各层楼板板处。计算简图图如图所所示，坐坐标原点点一般选选在各楼楼层的质质心处。。每一层层楼质量量有三个个自由度度。10/27/20226第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算由结构动动力学，，可建立立结构的的运动方方程为式中---质量矩阵---位移矩阵10/27/20227第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算---阻尼矩阵---刚度矩阵---平行于x轴第s榀框架的刚度矩阵；---平行于x轴框架的榀数；---平行于y轴第r榀框架的刚度矩阵；---平行于y轴框架的榀数；10/27/20228第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算---第i层第s榀x方向的y向座标；第i层--第i层第r榀y方向框架的x向座标;10/27/20229第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算求振型和和频率时时可不计计阻尼利用雅可可比等方方法可求求出振型型和频率率：10/27/202210第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算2、考虑扭扭转影响响的水平平地震作作用---地面运动加速度---地面运动方向与x轴夹角10/27/202211第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算设代入方程，并并利用振型正正交性，可得得经过与前面单单向平移振动动类似的推导导，可得到考考虑扭转地震震效应时水平平地震作用标标准值的计算算公式分别为j振型i层的x方向、y方向和转角方方向的地震作作用标准值质心j振型i层质心处地震作用10/27/202212第10讲竖竖向地震作用用与变形验算算考虑扭转地震效应时水平地震作用标准值的计算公式:---分别为j振型i层的x、y方向的水平相对位移；---为j振型i层的相对扭转角；---j振型周期Tj对应的地震影响系数；---i层转动半径；质心j振型i层质心处地震作用10/27/202213第10讲竖竖向地震作用用与变形验算算考虑扭转地震震效应时水平平地震作用标标准值的计算算公式:质心j振型i层质心处地震作用---考虑扭转的j振型参与系数；仅考虑x方向地震时仅考虑y方向地震时与x方向斜交地震震时地震作用方向向与x轴方向夹角10/27/202214第10讲竖竖向地震作用用与变形验算算3、考虑扭转影影响的水平地地震作用效应应不计扭转影响时的水平地震作用效应(一般情况下m=3）考虑单向水平地震作用下扭转的地震作用效应---考虑扭转的地震作用效应---分别为j、k振型地震作用产生的作用效应；可取前9~15个振型。---分别为j、k振型的阻尼比；---为j振型与k振型的耦联系数；---为k振型与j振型的自振周期比；10/27/202215第10讲竖竖向地震作用用与变形验算算考虑双向水平平地震作用下下扭转的地震震作用效应取两者中较大值---为仅考虑x(y)向水平地震作用时的地震作用效应。10/27/202216第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算3.8结构竖向地地震作用竖向地震运运动是可观观的：根据观测资资料的统计计分析，在在震中距小小于200km范围内，同同一地震的的竖向地面面加速度峰峰值与水平平地面加速速度峰值之之比av/ah平均值约为为1/2，甚至有时时可达1.6。竖向地震作作用的影响响是显著的的：根据地震计计算分析，，对于高层层建筑、高高耸及大跨跨结构影响响显著。结结构竖向地地震内力NE/与重力荷载载产生的内内力NG的比值沿高高度自下向向上逐渐增增大，烈度度为8度时为50%至90%，9度时可达或或超过1；335m高的电视塔塔上部，8度时为138%；高层建筑筑上部，8度时为50%至110%。10/27/202217第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算目前，国外外抗震设计计规定中要要求考虑竖竖向地震作作用的结构构或构件有有：1.长悬臂结构构；2.大跨度结构构；3.高耸结构和和较高的高高层建筑；；4.以轴向力为为主的结构构构件（柱柱或悬挂结结构）；5.砌体结构；；6.突出于建筑筑顶部的小小构件。我国抗震设设计规范规规定前三类类结构要考考虑向上或或向下竖向向地震作用用的不利影影响。10/27/202218第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算计算结构竖竖向地震作作用的方法法：静力法：取结构或构构件重力的的某个百分分数作为其其竖向地震震作用；水平地震作作用折减法法：取结构或构构件水平地地震作用的的某个百分数其竖竖向地震作作用；竖向地震反反应谱法：：与水平地震震反应谱法法相同。规范采用的的是基于竖竖向地震反反应谱法的的拟静力法法。时程反应分分析：采用竖向地地震波时程程，按直接接动力法计计算10/27/202219第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算一、竖向地地震反应谱谱竖向地震反反应谱与水水平地震反反应谱的比较:Ⅰ类场地竖向向地震平均反应谱谱与水平地震平均反反应谱形状相差不不大加速度峰值值约为水平平的1/2至2/3。可利用水平平地震反应应谱进行分分析。10/27/202220第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算分析结果果表明：：高耸结构构和高层层建筑竖竖向第一一振型的的地震内内力与竖竖向前5个振型按按平方和和开方组组合的地地震内力力相比较较，误差差仅在5%--15%。此外，竖竖向第一一振型的的数值大大致呈倒倒三角形形式，基基本周期期小于场场地特征征周期。。因此，高高耸结构构和高层层建筑竖竖向地震震作用可可按与底底部剪力力法类似似的方法法计算。。10/27/202221第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算二、高耸耸结构和和高层建建筑竖向向地震作作用的计计算公式式---结构总竖向地震作用标准值；---竖向、水平地震影响系数最大值。H1G1Hi---质点i的竖向地地震作用用标准值值。规范要求求：9度时，高高层建筑筑楼层的的竖向地地震作用用效应应应乘以1.5的增大系系数。10/27/202222第10讲讲竖向向地震作作用与变变形验算算三、平板板型网架架屋盖与与大于24m屋架的竖竖向地震震作用计计算---第i杆件的竖向地震内力；---第i杆件的重力内力。反应谱法法计算结结果表明明1.比值虽不不相同,但相差不不大,故可取最最大值作作为设计计依据；；2.比值与烈烈度和场场地类别别有关；；3.比值与跨跨度有关关，但在在常用的的范围内内，变化化不很大大；为了了简化，，略去其其影响；；---竖向地震作用系数，按表采用；---重力荷载代表值。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)可不计算（0.10)8Ⅲ、ⅣⅡ

Ⅰ

钢筋混凝土屋架平板型网架钢屋架结构类型烈度场地类别采用静力力法10/27/202223第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算对于长悬臂臂和其它大大跨度结构构的竖向地地震作用标标准值，8度和9度可分别取取该结构、、构件重力荷载代代表值的10%和20%，设计基本本地震加速速度为0.30g时，可取该该结构构件件重力荷载载代表值的的15%。10/27/202224第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算一、结构抗抗震计算原原则3.9结构抗震验验算各类建筑结结构的抗震震计算应遵遵循下列原原则：1、一般情况况下，可在在建筑结构构的两个主轴方方向分别考虑水水平地震作作用并进行行抗震验算算，各方向向的水平地地震作用应应由该方向向抗侧力构构件承担。。2、有斜交抗侧力力构件的结构，当当相交角度度大于15度时，应分分别考虑各各抗侧力构构件方向的的水平地震震作用。3、质量和刚刚度分布明明显不对称的结结构，应考虑双双向水平地地震作用下下的扭转影影响其他情情况宜采用用调整地震震作用效应应的方法考考虑扭转影影响。4、8度和9度时的大跨跨度结构、、长悬臂结结构，9度时的高层层建筑，应应考虑竖向地震作用。10/27/202225第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算二、结构抗抗震计算方方法的确定定1、高度不超超过40m，以剪切变形形为主且质质量和刚度度沿高度分布比较均均匀的结构构，以及近近似于单质质点体系的的结构，宜采用底部剪力法法等简化方法法。2、除上述以以外的建筑筑结构，宜宜采用振型分解反反应谱法。3、特别不规规则的建筑筑、甲类建建筑和下表表所列高度度范围的高层建筑，，应采用时程分析法法进行多遇地地震下的补补充计算，可取取多条时程程曲线计算算结果的平平均值与振振型分解反应谱法法计算结果果的较大值值。烈度、场地类别房屋高度范围（m）8度Ⅰ、Ⅱ类场地和7度>1008度Ⅲ、Ⅳ类场地>809度>6010/27/202226第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算时程分析方方法要点：：按建筑场地地类别和设设计地震分分组选用不不少于二组的实际际强震记录录和一组人工模模拟的加速速度时程曲曲线，其平均地地震影响系系数曲线应应与振型分分解反应谱谱法所采用用的地震影影响系数曲曲线在统计计意义上相相符。烈度、场地类别房屋高度范围（m）8度Ⅰ、Ⅱ类场地和7度>1008度Ⅲ、Ⅳ场地>809度>60采用时程分分析法的房房屋高度范范围时程分析所所用地震加加速度时程程的最大峰峰值地震影响烈度6789设计基本地震加速度值(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讲竖竖向地震震作用与变变形验算采用二阶段段设计法：：第一阶段：：对绝大多多数结构进进行多遇地地震作用下下的结构和和构件承载载力验算,以及多遇地地震作用下下的弹性变变形验算。。第二阶段：：对一些结结构进行罕罕遇地震作作用下的弹弹塑性变形形验算。三、结构抗抗震验算内内容1.多遇地震下下结构允许许弹性变形形验算除砌体结构构、厂房外外的框架结结构、填充充墙框架结结构、框架架-剪力墙结构构等需验算算允许弹性性变形。对于按底部部剪力法分分析结构地地震作用时时，其弹性性位移计算算公式为---第i层的层间位移；---第i层的侧移刚度；---第i层的水平地震剪力标准值。10/27/202228第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算楼层内最大大弹性层间间位移应符符合下式---多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移；---计算楼层层高；---弹性层间位移角限值，按下表采用。1/300多、高层钢结构1/1000钢筋混凝土框支层1/1000钢筋混凝土抗震墙、筒中筒1/800钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒1/550钢筋混凝土框架

结构类型10/27/202229第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算2.多遇地震下下结构强度度验算下列情况可可不进行结结构强度验验算：（1）6度时的建筑筑（Ⅳ类场地上较较高的高层层建筑与高高耸结构除除外）；（2）7度时Ⅰ、Ⅱ类场地、柱柱高不超过过10m且两端有山山墙的单跨跨及多跨等等高的钢筋筋混凝土厂厂房，或柱柱顶标高不不超过4.5m，两端均有山山墙的单跨跨及多跨等等高的砖柱柱厂房。除上述情况况的所有结结构都要进进行结构构构件承载力力的抗震验验算，验算算公式为---包含地震作用效应的结构构件内力组合的设计值；---结构构件承载力设计值；---承载力抗震调整系数，除另有规定外，按下表采用；10/27/202230第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算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0.91.0混凝土梁梁轴压比小于0.15柱梁轴压比不小于0.15柱抗震墙各类构件受弯偏压偏压偏压受剪、偏拉0.750.750.800.850.85承载力抗震震调整系数数10/27/202231第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算---重力荷载分项系数，一般取1.2，当重力荷载效应对构件承载能力有利时，不应大于1.0；---分别为水平、竖向地震作用分项系数，按右表采用；0.51.3同时计算水平与竖向地震作用1.30.0仅计算竖向地震作用0.01.3仅计算水平地震作用地震作用---风荷载分项系数，应采用1.4；---重力荷载代表值的效应；---水平、竖向地震作用的标准值效应,尚应乘以相应的增大系数或调整系数;---风荷载标准值的效应；---风荷载组合系数;一般结构可不考虑,风荷载起控制作用的高层建筑应采用0.2;10/27/202232第10讲竖竖向地震震作用与变变形验算3.罕遇地震下下结构弹塑塑性变形验验算需要进行结结构罕遇地地震作用下下薄弱层弹弹塑性变形形验算的范范围(a)下列结构应进行弹塑性性变形验算算1）8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时,高大的单层层钢筋