《多質點體系》PPT課件.ppt

建筑結構抗震構造設計,任課教師：楊清文 總課時：48學時 考核方式：考試,3.5 結構豎向地震作用,豎向地震運動是可觀的：,根據(jù)觀測資料的統(tǒng)計分析，在震中距小于200km范圍內，同一地震的豎向地面加速度峰值與水平地面加速度峰值之比av/ah平均值約為1/2，甚至有時可達1.6。,豎向地震作用的影響是顯著的：,根據(jù)地震計算分析，對于高層建筑、高聳及大跨結構影響顯著。結構豎向地震內力NE/與重力荷載產(chǎn)生的內力NG的比值沿高度自下向上逐漸增大，烈度為8度時為50%至90%，9度時可達或超過1；335m高的電視塔上部，8度時為138%；高層建筑上部，8度時為50%至110%。,目前，國外抗震設計規(guī)定中要求考慮豎向地震作用的結構或構件有：,1.長懸臂結構； 2.大跨度結構； 3.高聳結構和較高的高層建筑； 4.以軸向力為主的結構構件（柱或懸掛結構）； 5.砌體結構； 6.突出于建筑頂部的小構件。,我國抗震設計規(guī)范規(guī)定前三類結構要考慮向上或向下豎向地震作用的不利影響。,計算結構豎向地震作用的方法：,靜力法：取結構或構件重力的某個百分數(shù)作為其豎向地震 作用；,水平地震作用折減法：取結構或構件水平地震作用的某個 百分數(shù)其豎向地震作用；,豎向地震反應譜法：與水平地震反應譜法相同。,規(guī)范采用的是基于豎向地震反應譜法的擬靜力法。,時程反應分析：,一、豎向地震反應譜,豎向地震反應譜與水平地震反應譜的比較:,類場地豎向地震 平均反應譜與水平 地震平均反應譜,形狀相差不大,加速度峰值約為水平的1/2至2/3。,可利用水平地震反應譜進行分析。,分析結果表明： 高聳結構和高層建筑豎向第一振型的地震內力與豎向前5個振型按平方和開方組合的地震內力相比較，誤差僅在5%-15%。,此外，豎向第一振型的數(shù)值大致呈倒三角形式，基本周期小于場地特征周期。,因此，高聳結構和高層建筑豎向地震作用可按與底部剪力法類似的方法計算。,二、高聳結構和高層建筑豎向地震作用的計算公式,-結構總豎向地震作用標準值；,-豎向、水平地震影響系數(shù)最大值。,-質點i的豎向地震作用標準值。,規(guī)范要求：9度時，高層建筑樓層的豎向地震作用效應應乘以1.5的增大系數(shù)。,三、平板型網(wǎng)架屋蓋與大于24m屋架的豎向地震作用計算,-第i桿件的豎向地震內力；,-第i桿件的重力內力。,反應譜法計算結果表明,1.比值雖不相同,但相差不大,故可取最大值作為設計依據(jù)；,2.比值與烈度和場地類別有關；,3.比值與跨度有關，但在常用的范圍內，變化不很大；為了簡化，略去其影響；,-豎向地震作用系 數(shù)，按表采用；,-重力荷載代表值。,采用靜力法,對于長懸臂和其它大跨度結構的豎向地震作用標準值，8度和9度可分別取該結構、構件重力荷載代表值的10%和20%，設計基本地震加速度為0.30g時，可取該結構構件重力荷載代表值的15%。,一、結構抗震計算原則,3.6 結構抗震驗算,各類建筑結構的抗震計算應遵循下列原則：,1、一般情況下，可在建筑結構的兩個主軸方向分別考慮水平地震作用并進行抗震驗算，各方向的水平地震作用應由該方向抗側力構件承擔。,2、有斜交抗側力構件的結構，當相交角度大于15度時，應分別考慮各抗側力構件方向的水平地震作用。,3、質量和剛度分布明顯不對稱的結構，應考慮雙向水平地震作用下的扭轉影響其他情況宜采用調整地震作用效應的方法考慮扭轉影響。,4、8度和9度時的大跨度結構、長懸臂結構，9度時的高層建筑，應考慮豎向地震作用。,二、結構抗震計算方法的確定,1、高度不超過40m，以剪切變形為主且質量和剛度沿高度 分布比較均勻的結構，以及近似于單質點體系的結構， 宜采用底部剪力法等簡化方法。,2、除上述以外的建筑結構，宜采用振型分解反應譜法。,3、特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和下表所列高度范圍的 高層建筑，應采用時程分析法進行多遇地震下的補充 計算，可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分 解反應譜法計算結果的較大值。,采用二階段設計法：,第一階段：對絕大多數(shù)結構進行多遇地震作用下的結構和構件承載力驗算,以及多遇地震作用下的彈性變形驗算。,第二階段：對一些結構進行罕遇地震作用下的彈塑性變形驗算。,三、結構抗震驗算內容,1.多遇地震下結構允許彈性變形驗算,除砌體結構、廠房外的框架結構、填充墻框架結構、框架-剪力墻結構等需驗算允許彈性變形。,對于按底部剪力法分析結構地震作用時，其彈性位移計算公式為,-第i層的層間位移；,-第i層的側移剛度；,-第i層的水平地震剪力標準值。,樓層內最大彈性層間位移應符合下式,-多遇地震作用標準值產(chǎn)生的樓層內最大的彈性層間位移；,-計算樓層層高；,-彈性層間位移角限值，按下表采用。,2.多遇地震下結構強度驗算,下列情況可不進行結構強度驗算：,（1）6度時的建筑（類場地上較高的高層建筑與高聳結構除外）；,（2）7度時、類場地、柱高不超過10m且兩端有山墻的單跨及多跨等高的鋼筋混凝土廠房，或柱頂標高不超過4.5m，兩端均有山墻的單跨及多跨等高的磚柱廠房。,除上述情況的所有結構都要進行結構構件承載力的抗震驗算，驗算公式為,承載力抗震調整系數(shù),-重力荷載分項系數(shù)，一般取1.2，當重力荷載效應對構件承載能力 有利時，不應大于1.0；,-分別為水平、豎向 地震作用分項系數(shù)， 按右表采用；,-風荷載分項系數(shù)，應采用1.4；,-重力荷載代表值的效應；,-水平、豎向地震作用的標準值效應,尚應乘以相應的增大系數(shù)或調整系數(shù);,-風荷載標準值的效應；,-風荷載組合系數(shù);一般結構可不考慮,風荷載起控制作用的高層建筑應采用0.2;,3.罕遇地震下結構彈塑性變形驗算,需要進行結構罕遇地震作用下薄弱層彈塑性變形驗算的范圍,(a)下列結構應進行彈塑性變形驗算,1）8度、類場地和9度時,高大的單層鋼筋混凝土柱 廠房的橫向排架; 2）7-9度時樓層屈服強度系數(shù)小于0.5的鋼筋混凝土框 架結構； 3）高度大于150m的鋼結構； 4）甲類建筑和9度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結構和鋼 結構； 5）采用隔震和消能減震設計的結構。,(b)下列結構宜進行彈塑性變形驗算,1）下表所列高度范圍