竖向地震作用与变形验算r课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第10讲 竖向地震作用与变形验算,*,第,10,讲,扭转耦联地震效应与竖向地震作用,10/1/2024,1,第10讲 竖向地震作用与变形验算,第 10 讲扭转耦联地震效应与竖向地震作用10/11/202,本讲内容,扭转耦联地震作用和作用效应计算；,竖向地震作用计算；,截面抗震验算；,抗震变形验算。,10/1/2024,2,第10讲 竖向地震作用与变形验算,本讲内容 扭转耦联地震作用和作用效应计算；10/11/202,产生扭转地震反应的原因：,1.建筑结构存在偏心；,质心,刚心,建筑物的柱体与墙体等抗,侧力构件布置不对称。,建筑物的平面不对称。,建筑物的立面不对称。,建筑物的平面、立面均不对称。,建筑物各层质心与刚心重合，,但上下层不在同一垂直线上。,10/1/2024,3,第10讲 竖向地震作用与变形验算,产生扭转地震反应的原因：1.建筑结构存在偏心；质心刚心,产生扭转地震反应的原因：,1.建筑结构存在偏心；,2.地震地面运动存在转动分量。,结构平动与扭转振动,耦合,！,结构平动与扭转振动,不耦合,！,10/1/2024,4,第10讲 竖向地震作用与变形验算,产生扭转地震反应的原因：1.建筑结构存在偏心；2.地震地,5.2.3 水平地震作用下，建筑结构的扭转耦联地震效应应符合,下列要求：,1 规则结构不进行扭转耦联计算时，平行于地震作用方向的两个边榀各构件，其地震作用效应应乘以增大系数。一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按1.05采用；当扭转刚度较小时，周边各构件宜按不小于1.3 采用。角部构件宜同时乘以两个方向各自的增大系数。,2 按扭转耦联振型分解法计算时，各楼层可取两个正交的水平位移和一个转角共三个自由度，计算结构的地震作用和作用效应。确有依据时，尚可采用简化计算方法确定地震作用效应。,10/1/2024,5,第10讲 竖向地震作用与变形验算,5.2.3 水平地震作用下，建筑结构的扭转耦联地震效应应符合,考虑扭转的振型分解反应谱法,1、平扭耦联体系的自由振动分析,基本假定：,(1)楼板在其自身平面内为绝对刚性，在平面外的刚度很小可以忽略不计；,(2)各榀抗侧力结构（框架或剪力墙）在其自身平面内刚度很大，在平面外的刚度很小可以忽略不计；,(3)所有构件都不考虑其自身的抗扭作用；,(4)将质量（包括柱、墙的质量）都集中于各层楼板处。,10/1/2024,6,第10讲 竖向地震作用与变形验算,考虑扭转的振型分解反应谱法1、平扭耦联体系的自由振动分析基本,考虑扭转的振型分解反应谱法,1、平扭耦联体系的自由振动分析,计算简图如图所示，坐标原点一般选在各楼层的质心处。每一层楼质量有三个自由度。,10/1/2024,7,第10讲 竖向地震作用与变形验算,考虑扭转的振型分解反应谱法1、平扭耦联体系的自由振动分析,考虑扭转的振型分解反应谱法,1、平扭耦联体系的自由振动分析,结构运动方程：,式中,：质量矩阵,：位移矩阵,：阻尼矩阵,：刚度矩阵,10/1/2024,8,第10讲 竖向地震作用与变形验算,考虑扭转的振型分解反应谱法1、平扭耦联体系的自由振动分析结构,结构运动方程：,10/1/2024,9,第10讲 竖向地震作用与变形验算,结构运动方程：10/11/20229第10讲 竖向地震作用与,结构运动方程：,：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；,10/1/2024,10,第10讲 竖向地震作用与变形验算,结构运动方程：平行于x轴第s榀框架的刚度矩阵；：平行于x轴,结构运动方程：,：第i层第s榀x方向的y向座标；,第i层,10/1/2024,11,第10讲 竖向地震作用与变形验算,结构运动方程：第i层第s榀x方向的y向座标；第i层10/1,结构运动方程：,：第i层第r榀y方向框架的x向座标;,第i层,10/1/2024,12,第10讲 竖向地震作用与变形验算,结构运动方程：第i层第r榀y方向框架的x向座标;第i层10,结构运动方程：,第i层,10/1/2024,13,第10讲 竖向地震作用与变形验算,结构运动方程：第i层10/11/202213第10讲 竖向地,求解频率和振型：,10/1/2024,14,第10讲 竖向地震作用与变形验算,求解频率和振型：10/11/202214第10讲 竖向地震作,考虑扭转的振型分解反应谱法,2、考虑扭转影响的水平地震作用,：地震地面加速度；,：地面运动方向与x轴夹角。,10/1/2024,15,第10讲 竖向地震作用与变形验算,考虑扭转的振型分解反应谱法2、考虑扭转影响的水平地震作用：地,设,代入方程，并利用振型正交性，可得,经过与前面单向平移振动类似的推导，可得到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方向、y方向和转角方向的地震作用标准值,质心,j振型i层质心处地震作用,10/1/2024,16,第10讲 竖向地震作用与变形验算,设代入方程，并利用振型正交性，可得 经过与前面单向平移,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T,j,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,10/1/2024,17,第10讲 竖向地震作用与变形验算,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,考虑扭转地震效应时水平地震作用标准值的计算公式:,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方向斜交地震时,地震作用方向与x轴方向夹角,10/1/2024,18,第10讲 竖向地震作用与变形验算,考虑扭转地震效应时水平地震作用标准值的计算公式:质心j振型i,3、考虑扭转影响的水平地震作用效应,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；,10/1/2024,19,第10讲 竖向地震作用与变形验算,3、考虑扭转影响的水平地震作用效应不计扭转影响时的水平地震作,考虑双向水平地震作用下扭转的地震作用效应,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。,10/1/2024,20,第10讲 竖向地震作用与变形验算,考虑双向水平地震作用下扭转的地震作用效应取两者中较大值-,3.8 结构竖向地震作用,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,a,v,/a,h,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。结构竖向地震内力N,E,/与重力荷载产生的内力N,G,的比值沿高度自下向上逐渐增大，烈度为8度时为50%至90%，9度时可达或超过1；335m高的电视塔上部，8度时为138%；高层建筑上部，8度时为50%至110%。,10/1/2024,21,第10讲 竖向地震作用与变形验算,3.8 结构竖向地震作用竖向地震运动是可观的：根据观,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。,10/1/2024,22,第10讲 竖向地震作用与变形验算,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,计算结构竖向地震作用的方法：,静力法：,取结构或构件重力的某个百分数作为其竖向地震,作用；,水平地震作用折减法：,取结构或构件水平地震作用的某个,百分数其竖向地震作用；,竖向地震反应谱法：,与水平地震反应谱法相同。,规范采用的是基于竖向地震反应谱法的拟静力法。,时程反应分析：,采用竖向地震波时程，按直接动力法计算,10/1/2024,23,第10讲 竖向地震作用与变形验算,计算结构竖向地震作用的方法：静力法：取结构或构件重力的某个百,一、竖向地震反应谱,竖向地震反应谱与水平地震反应谱的,比较,:,类场地竖向地震,平均反应谱与水平,地震平均反应谱,形状相差不大,加速度峰值约为水平的1/2至2/3。,可利用水平地震反应谱进行分析。,10/1/2024,24,第10讲 竖向地震作用与变形验算,一、竖向地震反应谱竖向地震反应谱与水平地震反应谱的比较:类,分析结果表明：,高耸结构和高层建筑竖向第一振型的地震内力与竖向前5个振型按平方和开方组合的地震内力相比较，误差仅在5%-15%。,此外，竖向第一振型的数值大致呈倒三角形式，基本周期小于场地特征周期。,因此，高耸结构和高层建筑竖向地震作用可按与底部剪力法类似的方法计算。,10/1/2024,25,第10讲 竖向地震作用与变形验算,分析结果表明：此外，竖向第一振型的数值大致呈倒三角形,二、高耸结构和高层建筑竖向地震作用的计算公式,-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。,H,1,G,1,Hi,-质点i的竖向地震作用标准值。,规范要求：9度时，高层建筑楼层的竖向地震作用效应应乘以,1.5的增大系数,。,10/1/2024,26,第10讲 竖向地震作用与变形验算,二、高耸结构和高层建筑竖向地震作用的计算公式-结构总竖向,三、平板型网架屋盖与大于24m屋架的竖向地震作用计算,-第i杆件的竖向地震内力；,-第i杆件的重力内力。,反应谱法计算结果表明,1.比值虽不相同,但相差不大,故可取最大值作为设计依据；,2.比值与烈度和场地类别有关；,3.比值与跨度有关，但在常用的范围内，变化不很大；为了简化，略去其影响；,-竖向地震作用系,数，按表采用；,-重力荷载代表值。,0.25,0.25,0.20,9,0.13(0.19),0.13(0.19),0.10(0.15),8,0.20,0.15,0.15,9,0.10(0.15),0.08(0.12),可不计算（0.10),8,、,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,采用静力法,10/1/2024,27,第10讲 竖向地震作用与变形验算,三、平板型网架屋盖与大于24m屋架的竖向地震作用计算-,对于长悬臂和其它大跨度结构的竖向地震作用标准值，8度和9度可分别取该结构、构件,重力荷载代表值的10%和20%,，设计基本地震加速度为0.30g时，可取该结构构件重力荷载代表值的15%。,10/1/2024,28,第10讲 竖向地震作用与变形验算,对于长悬臂和其它大跨度结构的竖向地震作用标准值，8度,一、结构抗震计算原则,3.9 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。,10/1/2024,29,第10讲 竖向地震作用与变形验算,一、结构抗震计算原则3.9 结构抗震验算各类建筑结构的抗震计,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