第三章结构抗震计算

1、CH3 结构抗震计算结构抗震计算1CH3 结构抗震计算结构抗震计算2CH3 结构抗震计算结构抗震计算3CH3 结构抗震计算结构抗震计算4对于不同用途建筑物的抗震设防，应根据其破坏后果加以区别对待对于不同用途建筑物的抗震设防，应根据其破坏后果加以区别对待CH3 结构抗震计算结构抗震计算5CH3 结构抗震计算结构抗震计算6丙类建筑：地震作用和抗震措施均按丙类建筑：地震作用和抗震措施均按应符合本地区抗震设防应符合本地区抗震设防 烈度的要求烈度的要求丁类建筑：地震作用：按设防烈度进行抗震计算丁类建筑：地震作用：按设防烈度进行抗震计算 抗震措施：可适当降低要求（设防烈度为抗震措施：可适当降低要求（设防烈

2、度为6 6度时不度时不 再降低）再降低） 抗规抗规3.1.2 3.1.2 在设防烈度为在设防烈度为6 6度时，除规范有具体规定外，度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。CH3 结构抗震计算结构抗震计算7CH3 结构抗震计算结构抗震计算8D若若B位于位于8度（度（0.30g）地区，结果会有何不同？）地区，结果会有何不同？ CH3 结构抗震计算结构抗震计算9汇总表汇总表：CH3 结构抗震计算结构抗震计算10基本目的基本目的：在一定的经济条件下，最大限度地降低和减轻：在一定的经济条件下，最大限度地降低和减轻 建筑物的地震破坏，保障人

3、民生命财产的安全。建筑物的地震破坏，保障人民生命财产的安全。 基本准则基本准则：抗震设计规范趋向于以：抗震设计规范趋向于以“小震不坏、中震可修、小震不坏、中震可修、 大震不倒大震不倒”作为建筑抗震设计的基本准则。作为建筑抗震设计的基本准则。11我国地震烈度的概率分布基本上符合于极值我国地震烈度的概率分布基本上符合于极值III型分布型分布其概率密度函数的基本形式为：其概率密度函数的基本形式为： kIkkeIkIf1)( 式式中，中，II地震烈度；地震烈度； kk形状参数，取决于一个地区的形状参数，取决于一个地区的 地震背景的复杂性；地震背景的复杂性； 地震烈度上限值，取地震烈度上限值，取=12;

4、=12; 烈度概率密度曲线上峰值所烈度概率密度曲线上峰值所 对应的强度。对应的强度。图图3-1 3-1 地震烈度概率密度函数曲线地震烈度概率密度函数曲线 小震：发生机会较多的地震小震：发生机会较多的地震 对应峰值烈度定义为小震烈度，又称多遇地震烈度对应峰值烈度定义为小震烈度，又称多遇地震烈度中震：全国地震区划图所规定的各地的基本烈度，可取为中震对应的烈度中震：全国地震区划图所规定的各地的基本烈度，可取为中震对应的烈度大震：是罕遇的地震大震：是罕遇的地震, ,对应烈度又可称为罕遇地震烈度对应烈度又可称为罕遇地震烈度 三种烈度含义：三种烈度含义：CH3 结构抗震计算结构抗震计算12第一水准：当遭受

5、低于本地区设防烈度的第一水准：当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震多遇地震 影响时，影响时， 建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用；建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用；第二水准：当遭受相当于本地区第二水准：当遭受相当于本地区 设防烈度的地震设防烈度的地震 影响时，影响时， 建筑物可能损坏，但经一般修理即可恢复正常使用；建筑物可能损坏，但经一般修理即可恢复正常使用；第三水准：当遭受高于本地区设防烈度的第三水准：当遭受高于本地区设防烈度的 罕遇地震罕遇地震 影响时，影响时， 建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。我国主要城镇中心地区的抗震设

6、防烈度我国主要城镇中心地区的抗震设防烈度 设计地震加速度值设计地震加速度值城镇的设计地震分组城镇的设计地震分组反映震源远近的影响反映震源远近的影响 我国采取我国采取6 6度起设防的方针，地震设防区面积约占国土面积的度起设防的方针，地震设防区面积约占国土面积的6060规范规定了：规范规定了：CH3 结构抗震计算结构抗震计算133.1.3 3.1.3 抗震设计方法抗震设计方法简化的两阶段设计方法简化的两阶段设计方法 ：第一阶段设计：第一阶段设计：按多遇地震烈度对应的地震作用效应按多遇地震烈度对应的地震作用效应 和其它荷载效应的组合验算结构构件的和其它荷载效应的组合验算结构构件的 承载能力和结构的弹

7、性变形承载能力和结构的弹性变形第二阶段设计：按罕遇地震烈度第二阶段设计：按罕遇地震烈度 对应的地震作用效应验算结构对应的地震作用效应验算结构 的弹塑性变形的弹塑性变形目前一般认为，良好的抗震构造措施有助于实现第二水准目前一般认为，良好的抗震构造措施有助于实现第二水准保证了第一水准的强度要求和变形要求保证了第一水准的强度要求和变形要求 保证结构满足第三水准的抗震设防要求保证结构满足第三水准的抗震设防要求CH3 结构抗震计算结构抗震计算14概念设计概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则在总体上把握抗震设计的基本原则 抗震计算抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段为建筑抗震设计提供定量手段 构造措施构造

8、措施在保证结构整体性、加强局部薄弱环节在保证结构整体性、加强局部薄弱环节 等意义上保证抗震计算结果的有效性等意义上保证抗震计算结果的有效性 建筑抗震设计在总体上要求把握的基本原则建筑抗震设计在总体上要求把握的基本原则 : : 注意场地选择，把握建筑体型，利用结构延性，设置多注意场地选择，把握建筑体型，利用结构延性，设置多道防线，重视非结构因素道防线，重视非结构因素CH3 结构抗震计算结构抗震计算15地震区宜选择有利地段，避开不利地段，不在危险地段进行工程建设地震区宜选择有利地段，避开不利地段，不在危险地段进行工程建设 当确实需要在不利地段或危险地段建筑工程时当确实需要在不利地段或危险地段建筑工

9、程时应遵循建筑抗震设计的有关要求进行详细的场地评价，并采取必要的抗震措施应遵循建筑抗震设计的有关要求进行详细的场地评价，并采取必要的抗震措施CH3 结构抗震计算结构抗震计算16抗规抗规3.4.1 3.4.1 建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用 严重不规则的设计方案。严重不规则的设计方案。抗规抗规3.4.2 3.4.2 建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截

10、面尺寸和材构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自上而下逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和料强度宜自上而下逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。承载力突变。CH3 结构抗震计算结构抗震计算17建筑物平、立面布置的基本原则建筑物平、立面布置的基本原则：结构对称结构对称 有利于减轻结构的地震扭转效应有利于减轻结构的地震扭转效应 形状规则形状规则 在地震时应力集中现象较少，有利于抗震在地震时应力集中现象较少，有利于抗震质量与刚度变化均匀质量与刚度变化均匀 平面内使结构刚度中心与质量中平面内使结构刚度中心与质量中 心相一致，避免扭转效应心相一致，避免扭转效应 高度方向

11、均匀变化，避免薄弱层，高度方向均匀变化，避免薄弱层， 减小变形集中、鞭梢效应减小变形集中、鞭梢效应平面上宜对称、规则、竖向上质量与刚度变化均匀平面上宜对称、规则、竖向上质量与刚度变化均匀CH3 结构抗震计算结构抗震计算18表表3-2 3-2 平面不规则的类型平面不规则的类型 CH3 结构抗震计算结构抗震计算19扭转不规则扭转不规则CH3 结构抗震计算结构抗震计算20正确答案正确答案C例题例题2CH3 结构抗震计算结构抗震计算21凹凸不规则凹凸不规则CH3 结构抗震计算结构抗震计算22CH3 结构抗震计算结构抗震计算23CH3 结构抗震计算结构抗震计算24楼板局部不连续楼板局部不连续CH3 结构

12、抗震计算结构抗震计算25表表3-3 3-3 竖向不规则的类型竖向不规则的类型 CH3 结构抗震计算结构抗震计算26侧向刚度不规则侧向刚度不规则CH3 结构抗震计算结构抗震计算27竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件不连续CH3 结构抗震计算结构抗震计算28楼层承载力突变楼层承载力突变CH3 结构抗震计算结构抗震计算29例题例题3CH3 结构抗震计算结构抗震计算30例题例题3CH3 结构抗震计算结构抗震计算31CH3 结构抗震计算结构抗震计算32体型复杂的结构物：可以设置抗震缝，将结构物分成规则的体型复杂的结构物：可以设置抗震缝，将结构物分成规则的结构单元，不宜设置抗震缝的体型复杂的建筑，则应进行

13、较精结构单元，不宜设置抗震缝的体型复杂的建筑，则应进行较精细的结构抗震分析细的结构抗震分析高层建筑：要注意使设缝后形成的结构单元的自振周期避开高层建筑：要注意使设缝后形成的结构单元的自振周期避开 场地土的卓越周期场地土的卓越周期CH3 结构抗震计算结构抗震计算33例题例题4CH3 结构抗震计算结构抗震计算34CH3 结构抗震计算结构抗震计算35CH3 结构抗震计算结构抗震计算36正确答案正确答案125正确答案正确答案128例题例题55CH3 结构抗震计算结构抗震计算37三、重力荷载代表值三、重力荷载代表值进行结构抗震设计时，所考虑的重力荷载，称为进行结构抗震设计时，所考虑的重力荷载，称为重力荷

14、载代表值重力荷载代表值 结构重力荷载结构重力荷载 恒载（自重）恒载（自重） 活载（可变荷载）活载（可变荷载） 重力荷载代表值重力荷载代表值 结构恒载标准值结构恒载标准值 有关活载（可变有关活载（可变荷载）标准值荷载）标准值 有关活载组合值系数有关活载组合值系数 （见下表）（见下表）地震发生时，活载不一定达到标准值的水平，一般小于标准值地震发生时，活载不一定达到标准值的水平，一般小于标准值因此计算重力荷载代表值时可对活载折减因此计算重力荷载代表值时可对活载折减活载的变异性较大，我国荷载规范规定的活载标准值是按活载的变异性较大，我国荷载规范规定的活载标准值是按5050年最大活载的年最大活载的平均值

15、加平均值加0.50.51.51.5倍的均方差确定倍的均方差确定KiEiKEQGGCH3 结构抗震计算结构抗震计算38表表3-4 3-4 可变荷载组合值系数可变荷载组合值系数 CH3 结构抗震计算结构抗震计算39例题例题6CH3 结构抗震计算结构抗震计算40CH3 结构抗震计算结构抗震计算41CH3 结构抗震计算结构抗震计算42中国地震动峰值加速度区划图中国地震动峰值加速度区划图表表3-5 3-5 抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系 CH3 结构抗震计算结构抗震计算43 设计地震分组是新规范新提出的设计地震分组是新规范新提出的概念，用以代替旧

16、规范设计近震、设概念，用以代替旧规范设计近震、设计远震的概念。计远震的概念。 在宏观烈度大体相同条件下，处在宏观烈度大体相同条件下，处于大震级远离震中的高耸建筑物的震于大震级远离震中的高耸建筑物的震害比中小级震级近震中距的情况严重害比中小级震级近震中距的情况严重的多。的多。 设计地震分三组，对于设计地震分三组，对于类场类场地，第一、二、三组的设计特征周期地，第一、二、三组的设计特征周期分别为：分别为：0.35s0.35s、0.40s0.40s、0.45s.0.45s.6度近震6度远震7度近震7度远震CH3 结构抗震计算结构抗震计算443 5层14层10 14层5 9层maxmax零 应 力 区

17、土 层 厚 度 (m)结构破坏百分率(%)影响建筑物震害的因素影响建筑物震害的因素:19671967年委内瑞拉加拉加斯地震年委内瑞拉加拉加斯地震CH3 结构抗震计算结构抗震计算45原因一：原因一： 类共振现象类共振现象 地震动的卓越周期地震动的卓越周期：在振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期在振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期 地震波通过覆盖地震波通过覆盖土层传向地表土层传向地表与土层固有周期相一致的一些频率波群将被放大与土层固有周期相一致的一些频率波群将被放大 另一些频率波群将被衰减甚至被完全过滤掉另一些频率波群将被衰减甚至被完全过滤掉 因此，地表地震动的因此，地表地震动的 卓越周期卓

18、越周期 与与 场地的场地的固有周期固有周期 接近时接近时 建筑物的振动会加大，相应地，震害也会加重建筑物的振动会加大，相应地，震害也会加重CH3 结构抗震计算结构抗震计算46原因二：原因二：地震波地震波进入进入表土层可能被放大表土层可能被放大一般而言，一般而言，深厚覆盖土层地深厚覆盖土层地基上建筑物的震害比较严重。基上建筑物的震害比较严重。多层土的地震效应主要取决于三个基本因素多层土的地震效应主要取决于三个基本因素 覆盖土层厚度覆盖土层厚度土层剪切波速土层剪切波速岩土阻抗比岩土阻抗比影响地震动的频谱特性影响地震动的频谱特性 影响共振放大效应影响共振放大效应坚硬场地土地震动以坚硬场地土地震动以短

19、周期短周期为主，为主，软弱场地土以软弱场地土以长周期长周期为主为主CH3 结构抗震计算结构抗震计算47场地土层的固有周期的简化计算公式为场地土层的固有周期的简化计算公式为svHT4单一土层时单一土层时多层土时多层土时siinivhT41H-覆盖层厚度覆盖层厚度sv-土的剪切波速土的剪切波速n-土层总数土层总数ihsiv-i层厚度层厚度-i层剪切波速层剪切波速2. 2. 场地土层的固有周期场地土层的固有周期HsvnihsivCH3 结构抗震计算结构抗震计算48原意原意：从地表面至地下基岩面的距离从地表面至地下基岩面的距离 工程上的判定工程上的判定： 当下部土层的剪切波速达到上部土层剪切波速的当下

20、部土层的剪切波速达到上部土层剪切波速的2.52.5倍，且下部土层中倍，且下部土层中 没有剪切波速小于没有剪切波速小于400m/s400m/s的岩土层时，该下部土层就可以近似看作基岩的岩土层时，该下部土层就可以近似看作基岩 我国建筑抗震设计规范：我国建筑抗震设计规范： 地下基岩或剪切波速大于地下基岩或剪切波速大于500m/s500m/s的坚硬土层至地表面的距离，称为的坚硬土层至地表面的距离，称为“覆盖层厚度覆盖层厚度” ” 3. 3. 场地土覆盖层厚度场地土覆盖层厚度CH3 结构抗震计算结构抗震计算49土层等效剪切波速土层等效剪切波速seV nisiioseVddV1)/(/ 式中式中 计算深度

21、，取覆盖层厚度和计算深度，取覆盖层厚度和20m20m两者的较小值；两者的较小值； 计算深度范围内土层的分层数；计算深度范围内土层的分层数； 第第i i层土的剪切波速；层土的剪切波速； 第第i i层土的厚度。层土的厚度。0dnsiVid计算计算 ：1d2d4d3d0d2sv3sv4sv1sv4. 4. 场地土剪切波速场地土剪切波速a、剪切波速大于、剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周的孤石、透镜体，应视同周围土层；围土层；b、土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从、土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖层中扣除。覆盖层中扣除。CH3 结构抗震计算结构抗震计算50不方便

22、测定土的剪切波速时不方便测定土的剪切波速时CH3 结构抗震计算结构抗震计算515. 5. 确定场地类别确定场地类别CH3 结构抗震计算结构抗震计算52例题例题7CH3 结构抗震计算结构抗震计算53CH3 结构抗震计算结构抗震计算54结构在地震持续过程中经受的结构在地震持续过程中经受的最大地震作用最大地震作用为为agmStxtxmtFFmaxmax)()()( GkGgtxtxSmgggamaxmax)()( G-集中于质点处的重力荷载代表值；集中于质点处的重力荷载代表值；g-重力加速度重力加速度max)(txSga -动力系数动力系数gtxkgmax)( -地震系数地震系数k-水平地震影响系数

23、水平地震影响系数CH3 结构抗震计算结构抗震计算55gtxkgmax)( -地面运动最大加速度与重力加速度的比值地面运动最大加速度与重力加速度的比值A、反映了地面运动的强弱程度、反映了地面运动的强弱程度B、一般而言，地面加速度越大，地面烈度越高、一般而言，地面加速度越大，地面烈度越高 据据统计统计：烈度每增加一度，：烈度每增加一度，K值大致增加一倍值大致增加一倍CH3 结构抗震计算结构抗震计算56max)(txSga -单自由度体系在地震作用下最大反应单自由度体系在地震作用下最大反应加速度与地面运动加速度的比值加速度与地面运动加速度的比值A、反映了由于动力效应，质点最大绝对加速度比地面最大、反

24、映了由于动力效应，质点最大绝对加速度比地面最大加速度的放大倍数加速度的放大倍数max)(txSga max0)(2max)(2sin)()(12ttTggdtTextxT B、对每一个给定的、对每一个给定的地面运动加速度记录地面运动加速度记录和和结构阻尼比结构阻尼比， 动力系数是动力系数是结构自振周期结构自振周期的函数的函数T曲线（曲线（谱曲线）实质就是加速度反应谱曲线谱曲线）实质就是加速度反应谱曲线 C、我国抗规中将动力系数谱的最大值、我国抗规中将动力系数谱的最大值 取为取为2.25，所以，所以水平地震影响系数最大值水平地震影响系数最大值 ，表，表3-12给出了水平给出了水平地震影响系数最大

25、值地震影响系数最大值maxk25. 2maxmax经过统计取综合平均并结合经经过统计取综合平均并结合经验判断给予平滑化得到验判断给予平滑化得到“标准标准反应谱反应谱”CH3 结构抗震计算结构抗震计算57已知水平地震影响系数已知水平地震影响系数 ，所以水平地震影响系，所以水平地震影响系数最大值：数最大值：max（3 3）水平地震影响系数最大值）水平地震影响系数最大值 的确定的确定kkk25. 225. 2maxmaxmaxmaxCH3 结构抗震计算结构抗震计算58注意事项注意事项：max1 1）表）表3-73-7中中 对应于对应于基本烈度基本烈度，相当于第二个水准。，相当于第二个水准。2 2）多

26、遇地震：多遇地震：结构处于弹性范围内。结构处于弹性范围内。k%2 .6355. 10pIIm相当于地震作用值乘以相当于地震作用值乘以0.35,0.35,即上表中的即上表中的 要乘以要乘以0.350.35。CH3 结构抗震计算结构抗震计算59k3 3）罕遇地震：罕遇地震：结构处于弹塑性变形结构处于弹塑性变形%3210IIs相当于地震作用值乘以相当于地震作用值乘以4-64-6倍倍, ,即上表中的即上表中的 要乘以要乘以4-6.4-6.CH3 结构抗震计算结构抗震计算60GFkgSkGgtxtxSmgmSFaaa水平地震力地地震震影影响响系系数数)()(00 （4 4）水平地震影响系数的含义）水平地

27、震影响系数的含义CH3 结构抗震计算结构抗震计算61)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT CH3 结构抗震计算结构抗震计算62-地震影响系数；地震影响系数；max-地震影响系数最大值；地震影响系数最大值；)(sT01 .0gTgT50 .6max2max45.0max2)(TTgmax12)5(2 .0gTT CH3 结构抗震计算结构抗震计算63gT-特征周期；特征周期；)(sT01 .0gTgT50 .6max2max45.0max2)(TTgmax12)5(2 .0gTT T-结构周期；结构周期；CH3 结构抗震

28、计算结构抗震计算64)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT -曲线下降段的衰减指数；曲线下降段的衰减指数；1-直线下降段的斜率调整系数；直线下降段的斜率调整系数；2-阻尼调整系数，小于阻尼调整系数，小于 0.550.55时，应取时，应取0.550.55。0.050.90.361(0.05)0.0243220.0510.08 1.6 CH3 结构抗震计算结构抗震计算65例题例题8CH3 结构抗震计算结构抗震计算66例题例题9CH3 结构抗震计算结构抗震计算67例题例题10CH3 结构抗震计算结构抗震计算68CH3 结构抗

29、震计算结构抗震计算69一、各类结构的地震作用考虑原则一、各类结构的地震作用考虑原则1 1、一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水、一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算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的抗侧力构件承担，如该构件带有翼缘，尚应包括翼缘作用；向的抗侧力构件承担，如该构件带有翼缘，尚应包括翼缘作用；2 2、有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于、有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于1515时，应分别时，应分别计算各抗侧构件方向的水平地震作用；计算各抗侧构件方向的水平地震作用；3

30、 3、质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作、质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应允许采用调整地震作用效应的用下的扭转影响；其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响；方法计入扭转影响；4 4、8 8和和9 9时的大跨度结构、长悬臂结构、时的大跨度结构、长悬臂结构、9 9时的高层建筑，时的高层建筑，应计算竖向地震作用。应计算竖向地震作用。CH3 结构抗震计算结构抗震计算70例题例题11 答案答案C CH3 结构抗震计算结构抗震计算71二、抗震计算的方法二、抗震计算的方法CH3 结构抗震计算结构抗震计算72ijijjjjiji

31、ajijijiGXgXmSXmF )(2jSS三、平动的振型分解反应谱法三、平动的振型分解反应谱法1.j1.j振型振型i i质点上的地震作用标准值为：质点上的地震作用标准值为：niFVnikjkji,.,21CH3 结构抗震计算结构抗震计算73振型反应的组合数可按如下规定确定振型反应的组合数可按如下规定确定 （1 1）一般情况下，可取结构前）一般情况下，可取结构前2-32-3阶振型反应进行组合，阶振型反应进行组合， 但不多于结构自由度数但不多于结构自由度数 （2 2）当结构基本周期）当结构基本周期s5 . 1T1时或建筑高宽比大于时或建筑高宽比大于5 5时时可适当增加振型反应组合数可适当增加振

32、型反应组合数CH3 结构抗震计算结构抗震计算74CH3 结构抗震计算结构抗震计算75例题例题12 112.8kN CH3 结构抗震计算结构抗震计算76njjEkiGV1 CH3 结构抗震计算结构抗震计算77例题例题13 CH3 结构抗震计算结构抗震计算78CH3 结构抗震计算结构抗震计算79CH3 结构抗震计算结构抗震计算80CH3 结构抗震计算结构抗震计算81CH3 结构抗震计算结构抗震计算82CH3 结构抗震计算结构抗震计算83例题例题14 CH3 结构抗震计算结构抗震计算84CH3 结构抗震计算结构抗震计算85例题例题15 CH3 结构抗震计算结构抗震计算86CH3 结构抗震计算结构抗震

33、计算87例题例题16 CH3 结构抗震计算结构抗震计算88CH3 结构抗震计算结构抗震计算89CH3 结构抗震计算结构抗震计算90CH3 结构抗震计算结构抗震计算91CH3 结构抗震计算结构抗震计算9293三层剪切型结构。三层剪切型结构。s433. 0T1s202. 0T2s136. 0T3结构处于结构处于8 8度区（地震加速度为度区（地震加速度为0.20g0.20g），），I I类场地第一组，类场地第一组，结构阻尼比为结构阻尼比为0.050.05。试采用。试采用振型分解反应谱法振型分解反应谱法，求结构在多遇地震下的最大底部剪力和最大顶点位移。求结构在多遇地震下的最大底部剪力和最大顶点位移。

34、已知已知TX2TX11.000 0.648 0.3011.000 0.648 0.3011.000 -0.601 0.6761.000 -0.601 0.676TX31.000 -2.57 2.471.000 -2.57 2.47例题例题17 CH3 结构抗震计算结构抗震计算94解：由解：由得得421. 1301. 02648. 05 . 11301. 02648. 05 . 11221510. 0)676. 0(2)601. 0(5 . 11)676. 0(2)601. 0(5 . 11222090. 047. 22)57. 2(5 . 1147. 22)57. 2(5 . 11223查查

35、( (特征周期值表特征周期值表) ) 、（水平地震影响系数最大值表）、（水平地震影响系数最大值表）得：得： s25. 0gT16. 0max nijiinijiijTjTjjXmXmXmXmX1211CH3 结构抗震计算结构抗震计算95特征周期值特征周期值 T Tg g(s)(s)max水平地震影响系数最大值水平地震影响系数最大值返回返回CH3 结构抗震计算结构抗震计算96则（参见地震影响系数谱曲线）则（参见地震影响系数谱曲线）10.0976230.16由由得第一振型各质点（或各楼面）水平地震作用为得第一振型各质点（或各楼面）水平地震作用为kN818. 0301. 0421. 10976. 0

36、8 . 9211FkN321. 1648. 0421. 10976. 08 . 95 . 112FkN359. 11421. 10976. 08 . 90 . 113FijijjjiGXFCH3 结构抗震计算结构抗震计算97s25. 0gT地震影响系数谱曲线地震影响系数谱曲线 返回返回9 . 055 . 005. 09 . 0s433. 0T1s202. 0T2s136. 0T30976. 016. 0433. 025. 09 . 0max9 . 011TTg16. 0max216. 0max3CH3 结构抗震计算结构抗震计算98第二振型各质点水平地震作用为第二振型各质点水平地震作用为kN08

37、1. 1)676. 0()510. 0(16. 08 . 9221FkN721. 0)601. 0()510. 0(16. 08 . 95 . 122FkN800. 01)510. 0(16. 08 . 90 . 123F第三振型各质点水平地震作用为第三振型各质点水平地震作用为kN697. 047. 209. 016. 08 . 9231FkN529. 0)57. 2(09. 016. 08 . 95 . 132FkN141. 0109. 016. 08 . 90 . 133F则由各振型水平地震作用产生的底部剪力为则由各振型水平地震作用产生的底部剪力为kN498. 3FFFV13121111k

38、N002. 1FFFV23222121kN309. 0FFFV33323131CH3 结构抗震计算结构抗震计算99通过振型组合求结构的最大底部剪力为通过振型组合求结构的最大底部剪力为222211VV3.4981.0020.309j3.652kN若仅取前两阶振型反应进行组若仅取前两阶振型反应进行组合合kN639. 3002. 1498. 3V221由各振型水平地震作用产生的结构顶点位移为由各振型水平地震作用产生的结构顶点位移为31321312113121113FFFFFFUkkkm10442. 66001.3591200359. 1321. 11800498. 33323223221232221

39、23FFFFFFUkkkm10799. 06000.800-1200)800. 0(721. 01800081. 13CH3 结构抗震计算结构抗震计算10033323332133323133FFFFFFUkkkm10083. 06000.1411200141. 0)529. 0(1800309. 03通过振型组合求结构的最大顶点位移通过振型组合求结构的最大顶点位移mm492. 6083. 0)799. 0(442. 610UU2223233j若仅取前两阶振型反应进行组合若仅取前两阶振型反应进行组合mm491. 6)799. 0(442. 610U2233注意注意振型分解反应谱法计算结构最大地震

40、反应振型分解反应谱法计算结构最大地震反应易犯错误易犯错误：先将各振型地震作用组合成总地震作用，然后用总地震作用计算结构总地震反应先将各振型地震作用组合成总地震作用，然后用总地震作用计算结构总地震反应 正确的计算次序：正确的计算次序： 先由振型地震作用计算振型地震反应，再由振型地震反应组合成总地震反应先由振型地震作用计算振型地震反应，再由振型地震反应组合成总地震反应 CH3 结构抗震计算结构抗震计算101以本例底部剪力结果加以说明：以本例底部剪力结果加以说明： 若先计算总地震作用，则各楼层处的总地震作用分别为若先计算总地震作用，则各楼层处的总地震作用分别为kN524. 1697. 0081. 1

41、818. 0FFFF2222312212111kN318. 2)529. 0(721. 0321. 1FFFF2222322222122kN609. 1141. 0)800. 0(359. 1FFFF2222332232133按上面各楼层总地震作用所计算的结构底部剪力为按上面各楼层总地震作用所计算的结构底部剪力为kN451. 5609. 1318. 2524. 1FFFV3211与前面正确计算次序的结果相比，值偏大与前面正确计算次序的结果相比，值偏大 原因原因: 振型各质点地震作用有方向性，负值作用与正值作用方向相反，振型各质点地震作用有方向性，负值作用与正值作用方向相反，而按平方和开方的方法

42、计算各质点总地震作用，没有反映振型各质点地而按平方和开方的方法计算各质点总地震作用，没有反映振型各质点地震作用方向性的影响。震作用方向性的影响。 CH3 结构抗震计算结构抗震计算1023.3.2 3.3.2 底部剪力法底部剪力法CH3 结构抗震计算结构抗震计算103jjjijjiGxFj振型结构底部剪力振型结构底部剪力:nijijFV1niijijjGx1niijijjGGxG111GG结构的总重力荷载代表值结构的总重力荷载代表值niiGG1Gi质点质点i i的重力荷载代表值的重力荷载代表值CH3 结构抗震计算结构抗震计算104eqEKGF1 njniijijjnjEKGGxGVFj11211

43、12)(1215.1)(1121 nnGGxqnjniijijjqGGeqq-等效总重力荷载换算系数或高振型影响系等效总重力荷载换算系数或高振型影响系数数 Geq结构等效总重力荷载代表值，结构等效总重力荷载代表值，0.85G0.85G-相应于结构基本周期的水平地震影响系数相应于结构基本周期的水平地震影响系数1GeqGiCH3 结构抗震计算结构抗震计算1051HkHH1G1GkHknF1FkFiiiiGxFF1111iiGH11nkkknkkEKGHFF11111nkkkGH111nkkkEKGHF111/CH3 结构抗震计算结构抗震计算106nkkkEKGHF111/EKnkkkiiiFGHG

44、HF1iiiiGHFF111适用于基本周期适用于基本周期: T11.4Tg当当T11.4Tg时，需考虑高振型的影响，时，需考虑高振型的影响，否则计算所得的结构顶部地震作用偏小否则计算所得的结构顶部地震作用偏小CH3 结构抗震计算结构抗震计算107上部震害较为严重。上部震害较为严重。本周期较长的建筑物，本周期较长的建筑物，震害经验表明：某些基震害经验表明：某些基构的顶部加以修正：构的顶部加以修正：以集中力的形式加在结以集中力的形式加在结水平地震作用水平地震作用的建筑，取顶部附加的建筑，取顶部附加的基本自振周期的基本自振周期规范规定：对结构规范规定：对结构ngFTT411.EknnFFn gTT4

45、11.gTT411.)(sTg35. 055. 035. 055. 007. 008. 01T01. 008. 01T02. 008. 01T000顶部附加地震作用系数顶部附加地震作用系数nF顶部附加水平地震作用顶部附加水平地震作用顶部附加地震作用系数顶部附加地震作用系数CH3 结构抗震计算结构抗震计算108EKnkkkiiiFGHGHF1为为：的的水水平平地地震震作作用用标标准准值值则则质质点点i)n21)1 (1，（iFHGHGFnEknjiiiiiEknnFF结构顶部的水平地震作用为结构顶部的水平地震作用为FnFnCH3 结构抗震计算结构抗震计算109例题例题1616CH3 结构抗震计算

46、结构抗震计算110CH3 结构抗震计算结构抗震计算111例题例题1717CH3 结构抗震计算结构抗震计算112CH3 结构抗震计算结构抗震计算113CH3 结构抗震计算结构抗震计算114CH3 结构抗震计算结构抗震计算115作业题作业题CH3 结构抗震计算结构抗震计算116Fn+13CH3 结构抗震计算结构抗震计算117例题例题1818CH3 结构抗震计算结构抗震计算118CH3 结构抗震计算结构抗震计算119CH3 结构抗震计算结构抗震计算120CH3 结构抗震计算结构抗震计算1211 1）震害现象表明，）震害现象表明，高烈度区高烈度区的竖向地震地面运动相当可的竖向地震地面运动相当可观，此外

47、，结构竖向地震作用与观，此外，结构竖向地震作用与结构形式结构形式也有关；也有关；2 2）规范规范规定：规定：8 8度和度和9 9度时的大跨度结构、长悬臂结度时的大跨度结构、长悬臂结构、烟囱和类似的高耸结构，构、烟囱和类似的高耸结构，9 9度时的高层建筑结构，应度时的高层建筑结构，应考虑竖向地震作用。考虑竖向地震作用。3.4 3.4 竖向地震作用计算竖向地震作用计算CH3 结构抗震计算结构抗震计算122 结构竖向地震作用结构竖向地震作用CH3 结构抗震计算结构抗震计算123max165. 0v1 1）反应谱形状和水平地震相同，）反应谱形状和水平地震相同，地震影响系数地震影响系数：2 2）竖向地震

48、作用标准值竖向地震作用标准值：第一振型起主要作用，而且第：第一振型起主要作用，而且第一振型接近于直线。一般结构竖向振动的基本周期在一振型接近于直线。一般结构竖向振动的基本周期在0.1-0.1-0.2s0.2s的范围内，即处在地震影响系数最大值的范围内。的范围内，即处在地震影响系数最大值的范围内。我国我国规范规范按结构类型规定了按结构类型规定了不同的不同的计算方法计算方法一、一、高层建筑结构高层建筑结构与与高耸结构高耸结构的竖向地震作用的竖向地震作用CH3 结构抗震计算结构抗震计算124结构的竖向地震作用标准值结构的竖向地震作用标准值计算公式计算公式：EvknjjjiivieqvEvkFHGHG

49、FGF11结构总竖向地震作用标准值；结构总竖向地震作用标准值；viFEvkF质点质点i i的竖向地震作用标准值；的竖向地震作用标准值；eqG结构等效总重力荷载，结构等效总重力荷载，取实际荷载的取实际荷载的75%75%。CH3 结构抗震计算结构抗震计算1253 3）楼层各构件的竖向地震作用效应，可按各构件承受的重力）楼层各构件的竖向地震作用效应，可按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配。荷载代表值的比例分配。CH3 结构抗震计算结构抗震计算126竖向地震作用的计算步骤：竖向地震作用的计算步骤：nkvkviFN11 1）计算）计算 ，即竖向地震产生的，即竖向地震产生的结构底部轴向力结构底部轴向力；

50、3 3）各楼层的轴向力各楼层的轴向力：viFEvkFviN2 2）计算）计算 ，实际是按倒三角形分布；，实际是按倒三角形分布；4 4）将）将 按该层各竖向构件（柱、墙等）所承受的重力荷按该层各竖向构件（柱、墙等）所承受的重力荷载代表值的比例载代表值的比例分配到各竖向构件分配到各竖向构件，并乘以增大系数，并乘以增大系数1.51.5。CH3 结构抗震计算结构抗震计算127规范规范规定：规定：GFvvv竖向地震作用系数竖向地震作用系数二、大跨度结构二、大跨度结构CH3 结构抗震计算结构抗震计算1281 1）现行）现行抗震规范抗震规范采用两阶段设计法，采用两阶段设计法，第一阶段设计第一阶段设计按按多遇

51、地震作用效应和其它荷载效应的基本组合验算构件截面多遇地震作用效应和其它荷载效应的基本组合验算构件截面的抗震承载力，并在多遇地震作用下验算结构的弹性变形；的抗震承载力，并在多遇地震作用下验算结构的弹性变形；第二阶段设计第二阶段设计验算罕遇地震作用下的弹塑性变形；验算罕遇地震作用下的弹塑性变形；2 2）因此，结构抗震验算分为）因此，结构抗震验算分为截面抗震验算截面抗震验算和和结构抗震变形结构抗震变形验算验算两部分。两部分。3.5 3.5 结构抗震验算结构抗震验算CH3 结构抗震计算结构抗震计算129一、截面抗震验算一、截面抗震验算wkwwEvkEvEhkEhGEGSSSSS1.1.地震作用效应和其

52、它荷载效应的基本组合地震作用效应和其它荷载效应的基本组合结构构件内力组合的设计值；结构构件内力组合的设计值；EvEh,wGS其中：其中：重力荷载分项系数重力荷载分项系数1.21.2或或1.01.0；水平、竖向地震作用的分项系数；水平、竖向地震作用的分项系数；风荷载分项系数；风荷载分项系数；CH3 结构抗震计算结构抗震计算130重力荷载代表值的效应；重力荷载代表值的效应；EvkEhkSS,wwkSGES水平、竖向地震作用标准值的效应，尚应按水平、竖向地震作用标准值的效应，尚应按规定乘以相应的增大系数或调整系数；规定乘以相应的增大系数或调整系数；风荷载标准值的效应；风荷载标准值的效应；风荷载组合值

53、系数，一般结构为风荷载组合值系数，一般结构为0.00.0，风荷载，风荷载起控制作用时为起控制作用时为0.20.2CH3 结构抗震计算结构抗震计算131RERS/2.2.截面抗震验算截面抗震验算结构构件承载力设计值；结构构件承载力设计值；RER其中：其中：承载力抗震调整系数，按表承载力抗震调整系数，按表3-163-16；CH3 结构抗震计算结构抗震计算132仅考虑竖向地震作用时，各类结构构件承载力抗震调整系数均宜采用仅考虑竖向地震作用时，各类结构构件承载力抗震调整系数均宜采用1.01.0 承载力抗震调整系数承载力抗震调整系数RECH3 结构抗震计算结构抗震计算1333 . 1Ev3 . 1Eh1

54、 1）地震作用分项系数的确定：）地震作用分项系数的确定：二者同时考虑时，根据加速度峰值记录和反应谱分析，二二者同时考虑时，根据加速度峰值记录和反应谱分析，二者的组合比为者的组合比为1 1：0.40.4，故：，故：5 . 03 . 14 . 0, 3 . 1EvEh3.3.有关系数的确定有关系数的确定众值烈度下的地震作用，应视为可变作用而不是偶然作用。众值烈度下的地震作用，应视为可变作用而不是偶然作用。这样，对于这样，对于水平地震作用水平地震作用：对于对于竖向地震作用：竖向地震作用：CH3 结构抗震计算结构抗震计算1342 2）抗震验算中组合值系数的确定：）抗震验算中组合值系数的确定： 为了简化

55、计算，公式（为了简化计算，公式（3-453-45）中仅出现）中仅出现风荷载的组合风荷载的组合值系数值系数，并按，并按建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准的方法，的方法，对一般结构取对一般结构取0.00.0，对高层建筑取，对高层建筑取0.20.2。CH3 结构抗震计算结构抗震计算135CH3 结构抗震计算结构抗震计算136RS 0其中其中 为结构构件为结构构件重要性系数重要性系数。但公式（。但公式（3-463-46）中却）中却没有没有 。这是因为：地震作用的特点、抗震设计的现状，以及抗震这是因为：地震作用的特点、抗震设计的现状，以及抗震重要性分类与重要性分类与标准标准中安全等级的

56、差异，中安全等级的差异，重要性系数对重要性系数对抗震设计的实际意义不大抗震设计的实际意义不大，抗震规范抗震规范对建筑重要性的对建筑重要性的处理采用抗震构造措施的改变来实现。处理采用抗震构造措施的改变来实现。004 4）关于重要性系数）关于重要性系数 有关规范的结构构件截面承载力验算公式为有关规范的结构构件截面承载力验算公式为CH3 结构抗震计算结构抗震计算137ERERR/ 现阶段大部分结构构件截面抗震验算时，采用了各有关规现阶段大部分结构构件截面抗震验算时，采用了各有关规范的范的承载力设计值承载力设计值R R，因此抗震设计的抗力分项系数就变相应，因此抗震设计的抗力分项系数就变相应地变为承载力

57、设计值的抗震调整系数地变为承载力设计值的抗震调整系数 ，即：，即：从数值上看，从数值上看， 取值范围是取值范围是0.75-1.00.75-1.0；其；其实质含义是提实质含义是提高构件的承载力设计值高构件的承载力设计值R R。当仅计算。当仅计算竖向构件竖向构件时，各类结时，各类结构构件的承载力抗震调整系数均宜采用构构件的承载力抗震调整系数均宜采用1.01.0。RERE5 5）承载力调整系数）承载力调整系数CH3 结构抗震计算结构抗震计算138二、抗震变形验算二、抗震变形验算1.1.多遇地震作用下结构的抗震变形验算多遇地震作用下结构的抗震变形验算目的：目的：为避免建筑物的非结构构件破坏；为避免建筑

58、物的非结构构件破坏；使其使其最大弹性层间位移最大弹性层间位移小于规定的限值。小于规定的限值。包括多遇、罕遇地震作用下的变形验算包括多遇、罕遇地震作用下的变形验算两个部分两个部分CH3 结构抗震计算结构抗震计算139huee步骤步骤：（1 1）确定地震作用；）确定地震作用；（2 2）用线弹性理论求结构的层间位移；）用线弹性理论求结构的层间位移；（3 3）验算：）验算：式中：式中：heue多遇地震作用标准值产生的多遇地震作用标准值产生的弹性层间位移弹性层间位移；层高；层高；弹性层间位移角限值弹性层间位移角限值，按表，按表3-123-12采用。采用。CH3 结构抗震计算结构抗震计算140表表3-12

59、 3-12 结构弹性层间位移角限值结构弹性层间位移角限值 eCH3 结构抗震计算结构抗震计算1412.2.罕遇地震作用下结构的抗震变形验算罕遇地震作用下结构的抗震变形验算目的目的：防止薄弱楼层（部位）弹塑性变形过大而倒防止薄弱楼层（部位）弹塑性变形过大而倒塌，必须对延性结构，如框架、高层建筑进行塌，必须对延性结构，如框架、高层建筑进行弹塑弹塑性变形验算性变形验算。CH3 结构抗震计算结构抗震计算1423. 3. 罕遇地震下结构弹塑性变形验算罕遇地震下结构弹塑性变形验算在罕遇地震下，结构薄弱层（部位）的层间弹塑性位移应满足下式要求在罕遇地震下，结构薄弱层（部位）的层间弹塑性位移应满足下式要求: : ppuh层间弹塑性位移层间弹塑性位移 结构薄弱层的层高或结构薄弱层的层高或钢筋混凝土结构单层厂房上柱高度钢筋混凝土结构单层厂房上柱高度 层间弹塑性位移角限值层间弹塑性位移角限值（见下表）（见下表） C