《结构抗震计算》PPT课件.ppt

3.3 多自由度弹性体系的水平地震作用计算 3.3.1 振型分解反应谱法,例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。 抗震设防烈度为8度，类场地，设计地震分组为第二组。,解：,（1）求体系的自振周期和振型,（2）计算各振型的地震影响系数,查表得,第一振型,第二振型,第三振型,（3）计算各振型的振型参与系数,第一振型,第二振型,第三振型,（4）计算各振型各楼层的水平地震作用,第一振型,第二振型,第三振型,（5）计算各振型的地震作用效应（层间剪力）,第一振型,第二振型,第三振型,（6）计算地震作用效应（层间剪力）,3.3.2 计算水平地震作用的底部剪力法,一、底部剪力的计算,j振型的底部剪力为,G结构的总重力荷载代表值,组合后的结构底部剪力,Geq结构等效总重力荷载代表值，0.85G,二、各质点的水平地震作用标准值的计算,地震作用下各楼层水平地震层间剪力为,三、顶部附加地震作用的计算,当结构层数较多时，按上式计算出的水平地震作用比振型分解反应谱法小。,为了修正，在顶部附加一个集中力 。,-结构总水平地震作用标准值；,-相应于结构基本周期的水平地震影响系数；多层砌体房屋、底部框架和多层内框架砖房，宜取水平地震影响系数最大值；,- 结构等效总重力荷载；,- i质点水平地震作用；,-i质点重力荷载代表值；,- i质点的计算高度；,- 顶部附加地震作用系数，多层内框架 砖房0.2,多层刚混、钢结构房屋按下 表,其它可不考虑。,四、底部剪力法适用范围,底部剪力法适用于一般的多层砖房等砌体结构、内框架和底部框架抗震墙砖房、单层空旷房屋、单层工业厂房及多层框架结构等低于40m以剪切变形为主的规则房屋。,以“剪切变形”为主：,在结构侧移曲线中，楼盖出平面转动产生的侧移所占的比例较小。,“规则房屋”：,1.相邻层质量的变化不宜过大。,2.避免采用层高特别高或特别矮的楼层，相邻层和连续三层的刚度变化平缓。,3.出屋面小建筑的尺寸不宜过大（宽度b大于高度h且出屋面高度与总高度之比满足h/H1/5），局部缩进的尺寸也不宜大（缩进后的宽度B1与总宽度B之比满足 ）；,4.楼层内抗侧力构件的布置和质量的分布要基本对称；,5.抗侧力构件在平面内呈正交（夹角大于75度）分布，以便在两个主轴方向分别进行抗震分析；,6.平面局部突出的尺寸不大（局部伸出部分在长度方向的尺寸l大于宽度方向的尺寸b，且宽度b与总宽度B之比满足b/B1/5-1/4）；,对于不满足规则要求的建筑结构，则不宜将底部剪力法作为设计依据。否则，要采取相应的调整，使计算结果合理化。,五、底部剪力法应用举例,例1：试用底部剪力法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。已知结构的基本周期T1=0.467s ,抗震设防烈度为8度,类场地,设计地震分组为第二组。,解：,（1）计算结构等效总重力荷载代表值,（2）计算水平地震影响系数,查表得,（2）计算水平地震影响系数,（3）计算结构总的水平地震作用标准值,（4）顶部附加水平地震作用,（5）计算各层的水平地震作用标准值,（6）计算各层的层间剪力,例2：四层钢筋混凝土框架结构，建造于基本烈度为8度区，场地为类，设计地震分组为第一组，层高和层重力代表值如图所示。结构的基本周期为0.56s,试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。,解：,结构总水平地震作用标准值,顶部附加水平地震作用,顶部附加水平地震作用,各层水平地震作用,各层水平地震剪力标准值,六、突出屋面附属结构地震内力的调整,震害表明，突出屋面的屋顶间（电梯机房、水箱间）、女儿墙、烟囱等，它们的震害比下面的主体结构严重。,原因是由于突出屋面的这些结构的质量和刚度突然减小，地震反应随之增大。-鞭端效应。,抗震规范规定：采用底部剪力法时，突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应，宜乘以增大系数3。此增大部分不应向下传递，但与该突出部分相连的构件应计入。,一、产生扭转地震反应的原因,建筑结构的扭转地震效应,1.建筑结构的偏心,两方面：建筑自身的原因和地震地面运动的原因。,产生偏心的原因：,a.建筑物的柱体与墙体等抗 侧力构件布置不对称。,b.建筑物的平面不对称。,c.建筑物的立面不对称。,d.建筑物的平面、立面均不对称。,e.建筑物各层质心与刚心重合， 但上下层不在同一垂直线上。,f.偶然偏心。,-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；,考虑扭转地震效应时水平地震作用标准值的计算公式:,-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方向斜交地震时,地震作用方向与x轴方向夹角,3.4 竖向地震作用计算,竖向地震运动是可观的：,根据观测资料的统计分析，在震中距小于200km范围内，同一地震的竖向地面加速度峰值与水平地面加速度峰值之比av/ah平均值约为1/2，甚至有时可达1.6。,竖向地震作用的影响是显著的：,根据地震计算分析，对于高层建筑、高耸及大跨结构影响显著。,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.突出于建筑顶部的小构件。,我国抗震设计规范规定前三类结构要考虑向上或向下竖向地震作用的不利影响。,一、结构抗震计算原则,3.5 结构抗震验算,各类建筑结构的抗震计算应遵循下列原则：,1、一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。,2、有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15度时，应分别考虑各抗侧力构件方向的水平地震作用。,3、质量和刚度分布明显不对称的结构，应考虑双向水平地震作用下的扭转影响其他情况宜采用调整地震作用效应的方法考虑扭转影响。,4、8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构，9度时的高层建筑，应考虑竖向地震作用。,二、结构抗震计算方法的确定,1、高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度 分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构， 宜采用底部剪力法等简化方法。,2、除上述以外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。,3、特别不规则的建筑、甲类建筑和下表所列高度范围的 高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充 计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分 解反应谱法计算结果的较大值。,采用二阶段设计法：,第一阶段：对绝大多数结构进行多遇地震作用下的结构和构件承载力验算,以及多遇地震作用下的弹性变形验算。,第二阶段：对一些结构进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。,三、结构抗震验算内容,1.多遇地震下结构允许弹性变形验算,除砌体结构、厂房外的框架结构、填充墙框架结构、框架-剪力墙结构等需验算允许弹性变形。,对于按底部剪力法分析结构地震作用时，其弹性位移计算公式为,-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。,楼层内最大弹性层间位移应符合下式,-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。,2.多遇地震下结构强度验算,下列情况可不进行结构强度验算：,（1）6度时的建筑（类场地上较高的高层建筑与高耸结构除外）；,（2）7度时、类场地、柱高不超过10m且两端有山墙的单跨及多跨等高的钢筋混凝土厂房，或柱顶标高不超过4.5m，两端均有山墙的单跨及多跨等高的砖柱厂房。,除上述情况的所有结构都要进行结构构件承载力的抗震验算，验算公式为,承载力抗震调整系数,-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；,-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;,3.罕遇地震下结构弹塑性变形验算,需要进行结构罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算的范围,(a)下列结构应进行弹塑性变形验算,1）8度、类场地和9度时,高大的单层钢筋混凝土柱 厂房的横向排架; 2）7-9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框 架结构； 3）高度大于150m的钢结构； 4）甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢 结构； 5）采用隔震和消能减震设计的结构。,(b)下列结构宜进行弹塑性变形验算,1）下表所列高度范围且属于下表所列不规则类型的高层建筑结构； 2）7度、类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构； 3）板柱-抗震墙结构和底部框架砖房； 4）高度不大于150m的其它高层钢结构。,竖向不规则的类型,薄弱楼层弹塑性层间位移的验算：,课堂测验题目(20130426),某两层钢筋混凝土框架如图，集中于楼盖和屋盖处的重力荷载代表值G1=1500kN，G2=1000kN，柱截面尺寸350mmX350mm，采用C20砼，梁刚度EI无穷大，抗震设防烈度为7度（