结构竖向地震作用

1、工程抗震原理Principles of Seismic Engineering土木工程专业本科专业课 主要内容第一章 工程抗震基础知识第二章 场地与地基基础抗震原理第三章 建筑结构抗震原理第六章 桥梁结构抗震原理第七章 工程结构减震控制原理第三章 建筑结构抗震原理1 概述2 单自由度体系地震反应分析3 单自由度体系水平地震作用4 多自由度体系地震反应分析5 地震分析振型分解反应谱法6 水平地震作用的底部剪力法7 考虑扭转的水平地震作用8 结构竖向地震作用9 建筑结构抗震验算10 结构自振周期和频率的实用计算方法11 工程结构地震反应的时程分析方法12 地基与结构动力相互作用效应第三章 建筑结构

2、抗震原理1 概述2 单自由度体系地震反应分析3 单自由度体系水平地震作用4 多自由度体系地震反应分析5 地震分析振型分解反应谱法6 水平地震作用的底部剪力法7 考虑扭转的水平地震作用8 结构竖向地震作用9 建筑结构抗震验算10 结构自振周期和频率的实用计算方法11 工程结构地震反应的时程分析方法12 地基与结构动力相互作用效应8 结构竖向地震作用8.1 引言震害表明，高烈度区的竖向地震地面运动相当可观，竖向地震作用相当明显，尤其对高柔结构，如烟囱、电视塔等高耸结构和高层建筑。在竖向地震作用下最易受损伤的结构构件是预应力的和悬臂的梁和板。我国地震经验表明，烈度9度和9度以上时，跨度大于18m的屋

3、架、1.5m以上的悬挑阳台和走廊等震害严重甚至倒塌；烈度8度时，跨度大于26m的屋架、2.0m以上的悬挑阳台和走廊等震害严重。8 结构竖向地震作用建筑抗震设计规范规定：抗震设防烈度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度时的高层建筑，应考虑竖向地震作用。各国抗震规范对竖向地震作用的计算方法大致有三种：(1)静力法：取结构或构件重力的一定百分数作为竖向地震作用；(2)按反应谱法计算竖向地震作用；(3)规定结构或构件所受到的竖向地震作用为水平地震作用的某一百分数。8 结构竖向地震作用8.2 高耸结构及高层建筑的竖向地震作用高耸结构及高层建筑的竖向地震反应的分析方法与水平地震

4、反应的分析方法没有原则上的不同，凡是适宜于水平地震反应分析的方法，也均可用于竖向地震反应的分析。8 结构竖向地震作用1. 结构的竖向振动周期和竖向设计反应谱采用反应谱理论计算竖向地震作用时，需要确定竖向振动的振型和竖向设计反应谱。竖向振动的振型计算相当于求解悬臂杆件的纵向振动问题。计算结果表明，高耸结构和高层建筑的竖向振动周期较短，其基本周期在0.10.2s范围内，小于场地竖向反应谱的特征周期。8 结构竖向地震作用为了获得竖向设计反应谱，在编制建筑抗震设计规范时，曾对257组竖向和水平向强地震加速度记录，按场地类别分类，分别统计给出平均反应谱（动力系数谱），发现竖向和水平向平均反应谱的形态基本

5、相同。另外，根据统计分析，竖向和水平向的最大地面加速度值之比，一般在1/22/3的范围内，但也不排除竖向最大地面加速度值比水平向最大地面加速度值大的个别情况。8 结构竖向地震作用因此，为了简化计算，建筑抗震设计规范取竖向地震影响系数vmax为水平向地震影响系数max的0.65倍，即：核电厂抗震设计规范GB50267-97中，分别规定了水平地震作用和竖向地震作用的标准反应谱，两个标准反应谱的最主要差别体现在最大值的周期范围不同。8 结构竖向地震作用欧洲抗震设计规范EuroCode-8中，采用的竖向地震反应谱的形状与水平向地震反应谱的形状有所不同，相差一个与周期有关的因子，周期小于0.15s时为0

6、.7，周期大于0.5s时为0.5，周期介于0.150.5s之间时采用前两者的内插值。8 结构竖向地震作用公路桥梁抗震设计细则建议竖向设计加速度反应谱由水平向设计加速度反应谱乘以下列公式给出的因子：基岩场地：土层场地： 式中，R竖向与水平向设计加速度反应谱的比值； T设计加速度反应谱的周期。 8 结构竖向地震作用2、竖向地震作用的计算方法采用时程分析法和振型分析法对烟囱、电视塔等高耸结构和框架、剪力墙等高层建筑进行竖向地震作用计算，结果表明，竖向地震作用效应与重力荷载效应的比值沿高度方向由下往上逐渐增大，具有明显的规律性。第一振型的竖向地震反应在总的竖向地震反应中起主要作用，仅取第一振型计算的竖

7、向地震作用，与取前5阶振型、按平方和开平方(SRSS)法进行组合得到的竖向地震作用很接近。8 结构竖向地震作用第一振型各质点的位移上大下小，如转90表示，则第一振型呈倒三角形分布，如图所示。因此，取第一振型竖向地震影响系数v1=vmax ，根据底部剪力法，结构总竖向地震作用和各质点的竖向地震作用可按下列公式计算：8 结构竖向地震作用式中，vmax竖向地震影响系数最大值，建筑抗震设计规范规定取水平向地震影响系数最大值的65%； FEvk 结构总竖向地震作用标准值； Fvi 质点i的竖向地震作用标准值； Geq 结构等效总重力荷载，可取其重力荷载代表值的75%，即:8 结构竖向地震作用楼层的竖向地

8、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，第i层竖向地震作用及其各构件的竖向地震作用可按下式计算：式中，Nvi 第i层的竖向地震作用标准值；Nvij 第i层第j个竖向构件的竖向地震作用标准值Gij 第i层第j个竖向构件所承受重力荷载代表值 第i层竖向构件所承受的总重力荷载代表值。8 结构竖向地震作用根据台湾集集地震经验，建筑抗震设计规范规定，在求得高层建筑楼层的竖向地震作用效应后，宜再乘以增大系数1.5。8.3 大跨度结构的竖向地震作用平板型网架屋盖和跨度大于24m的钢屋架和钢筋混凝土屋架通常需要考虑竖向地震作用。8 结构竖向地震作用建筑抗震设计规范规定：平板型网架屋盖和跨度大于24m屋架的竖向地震作用标准值 ，宜取其重力荷载代表值Gi和竖向地震作用系数 v的乘积，即：式中，v竖向地震作用系数，按下表采用结构类型烈度场地类别、平板型网架钢屋架8可不计算(0.10)0.08(0.12)0.10(0.15)90.150.150.20钢筋混凝土屋架80.10(0.15)0.13(0.19)0.13(0.19)90.200.250.258 结构竖向地震作用8.4 长悬臂结构和其它大跨度结构的竖向