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1、建筑结构抗震构造设计,任课教师：杨清文 总课时：48学时 考核方式：考试,3.5 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。结构竖向地震内力NE/与重力荷载产生的内力NG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%。,目前，国外抗震设计规定中
2、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。,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：,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:
3、,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。,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。,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。,-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
4、以1.5的增大系数。,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。,采用静力法,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%。,一、结构抗震计算原则,3.6 结构抗
5、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
6、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
7、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
8、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,采用时程分析法的房屋高度范围,薄弱楼层弹塑性层间位移的验算：,