第10講扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)與豎向地震作用5/17/20231第10講豎向地震作用與變形驗算本講內(nèi)容考慮扭轉(zhuǎn)的水平地震作用計算5/17/20232第10講豎向地震作用與變形驗算一、產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震反應(yīng)的原因3.7建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)1.建筑結(jié)構(gòu)的偏心兩方面：建筑自身的原因和地震地面運動的原因。質(zhì)心剛心產(chǎn)生偏心的原因：a.建筑物的柱體與墻體等抗側(cè)力構(gòu)件布置不對稱。b.建筑物的平面不對稱。5/17/20233第10講豎向地震作用與變形驗算c.建筑物的立面不對稱。d.建筑物的平面、立面均不對稱。e.建筑物各層質(zhì)心與剛心重合，但上下層不在同一垂直線上。f.偶然偏心。2.地震地面運動存在扭轉(zhuǎn)分量地震波在地面上各點的波速、周期和相位不同。建筑結(jié)構(gòu)基底將產(chǎn)生繞豎直軸的轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)便會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。無論結(jié)構(gòu)是否有偏心，地震地面運動產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動均是存在的。但二者有區(qū)別，無偏心結(jié)構(gòu)的平動與扭轉(zhuǎn)振動不是耦合的，而有偏心結(jié)構(gòu)的平動與扭轉(zhuǎn)振動是耦合的。5/17/20234第10講豎向地震作用與變形驗算二、考慮扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)的方法1、規(guī)則結(jié)構(gòu)不進行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時，平行于地震作用方向的兩個邊榀，其地震作用效應(yīng)宜乘以增大系數(shù)。一般情況下，短邊可按1.15、長邊可按1.05采用；當扭轉(zhuǎn)剛度較小時，宜按不小于1.3采用。2、采用扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜法。5/17/20235第10講豎向地震作用與變形驗算三、考慮扭轉(zhuǎn)的振型分解反應(yīng)譜法1、平扭耦聯(lián)體系的自由振動基本假定：（1）樓板在其自身平面內(nèi)為絕對剛性，在平面外的剛度很小可以忽略不計；（2）各榀抗側(cè)力結(jié)構(gòu)（框架或剪力墻）在其自身平面內(nèi)剛度很大，在平面外的剛度很小可以忽略不計；（3）所有構(gòu)件都不考慮其自身的抗扭作用；（4）將質(zhì)量（包括柱、墻的質(zhì)量）都集中于各層樓板處。計算簡圖如圖所示，坐標原點一般選在各樓層的質(zhì)心處。每一層樓質(zhì)量有三個自由度。5/17/20236第10講豎向地震作用與變形驗算由結(jié)構(gòu)動力學，可建立結(jié)構(gòu)的運動方程為式中---質(zhì)量矩陣---位移矩陣5/17/20237第10講豎向地震作用與變形驗算---阻尼矩陣---剛度矩陣---平行于x軸第s榀框架的剛度矩陣；---平行于x軸框架的榀數(shù)；---平行于y軸第r榀框架的剛度矩陣；---平行于y軸框架的榀數(shù)；5/17/20238第10講豎向地震作用與變形驗算---第i層第s榀x方向的y向座標；第i層--第i層第r榀y方向框架的x向座標;5/17/20239第10講豎向地震作用與變形驗算求振型和頻率時可不計阻尼利用雅可比等方法可求出振型和頻率：5/17/202310第10講豎向地震作用與變形驗算2、考慮扭轉(zhuǎn)影響的水平地震作用---地面運動加速度---地面運動方向與x軸夾角5/17/202311第10講豎向地震作用與變形驗算設(shè)代入方程，并利用振型正交性，可得經(jīng)過與前面單向平移振動類似的推導，可得到考慮扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)時水平地震作用標準值的計算公式分別為j振型i層的x方向、y方向和轉(zhuǎn)角方向的地震作用標準值質(zhì)心j振型i層質(zhì)心處地震作用5/17/202312第10講豎向地震作用與變形驗算考慮扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)時水平地震作用標準值的計算公式:---分別為j振型i層的x、y方向的水平相對位移；---為j振型i層的相對扭轉(zhuǎn)角；---j振型周期Tj對應(yīng)的地震影響系數(shù)；---i層轉(zhuǎn)動半徑；質(zhì)心j振型i層質(zhì)心處地震作用5/17/202313第10講豎向地震作用與變形驗算考慮扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)時水平地震作用標準值的計算公式:質(zhì)心j振型i層質(zhì)心處地震作用---考慮扭轉(zhuǎn)的j振型參與系數(shù)；僅考慮x方向地震時僅考慮y方向地震時與x方向斜交地震時地震作用方向與x軸方向夾角5/17/202314第10講豎向地震作用與變形驗算3、考慮扭轉(zhuǎn)影響的水平地震作用效應(yīng)不計扭轉(zhuǎn)影響時的水平地震作用效應(yīng)(一般情況下m=3）考慮單向水平地震作用下扭轉(zhuǎn)的地震作用效應(yīng)---考慮扭轉(zhuǎn)的地震作用效應(yīng)---分別為j、k振型地震作用產(chǎn)生的作用效應(yīng)；可取前9~15個振型。---分別為j、k振型的阻尼比；---為j振型與k振型的耦聯(lián)系數(shù)；---為k振型與j振型的自振周期比；5/17/202315第10講豎向地震作用與變形驗算考慮雙向水平地震作用下扭轉(zhuǎn)的地震作用效應(yīng)取兩者中較大值---為僅考慮x(y)向水平地震作用時的地震作用效應(yīng)。5/17/202316第10講豎向地震作用與變形驗算3.8結(jié)構(gòu)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(nèi)，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(jié)構(gòu)影響顯著。結(jié)構(gòu)豎向地震內(nèi)力NE/與重力荷載產(chǎn)生的內(nèi)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%。5/17/202317第10講豎向地震作用與變形驗算目前，國外抗震設(shè)計規(guī)定中要求考慮豎向地震作用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件有：

1.長懸臂結(jié)構(gòu)；2.大跨度結(jié)構(gòu)；3.高聳結(jié)構(gòu)和較高的高層建筑；4.以軸向力為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（柱或懸掛結(jié)構(gòu)）；5.砌體結(jié)構(gòu)；6.突出于建筑頂部的小構(gòu)件。我國抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定前三類結(jié)構(gòu)要考慮向上或向下豎向地震作用的不利影響。5/17/202318第10講豎向地震作用與變形驗算計算結(jié)構(gòu)豎向地震作用的方法：靜力法：取結(jié)構(gòu)或構(gòu)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(jié)構(gòu)或構(gòu)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(yīng)譜法：與水平地震反應(yīng)譜法相同。規(guī)范采用的是基于豎向地震反應(yīng)譜法的擬靜力法。時程反應(yīng)分析：采用豎向地震波時程，按直接動力法計算5/17/202319第10講豎向地震作用與變形驗算一、豎向地震反應(yīng)譜豎向地震反應(yīng)譜與水平地震反應(yīng)譜的比較:Ⅰ類場地豎向地震平均反應(yīng)譜與水平地震平均反應(yīng)譜形狀相差不大加速度峰值約為水平的1/2至2/3?？衫盟降卣鸱磻?yīng)譜進行分析。5/17/202320第10講豎向地震作用與變形驗算分析結(jié)栽果表明村：高聳結(jié)跨構(gòu)和高投層建筑哄豎向第湊一振型輛的地震授內(nèi)力與盞豎向前5個振窄型按解平方膨和開孫方組弱合的錫地震芬內(nèi)力苦相比慎較，假誤差惹僅在5%班--茄15刪%。此外歪，豎慶向第郵一振各型的站數(shù)值迅大致浴呈倒煤三角友形式躍，基覆本周弄期小合于場省地特殲征周餐期。因此獸，高層聳結(jié)禮構(gòu)和甚高層強建筑課豎向布地震遞作用澆可按宏與底丙部剪容力法念類似治的方良法計啦算。5/芳4/扎20推2321第10繞講豎濱向地震綢作用與胳變形驗譯算二、很高聳銅結(jié)構(gòu)扒和高年層建贏筑豎瞧向地勉震作段用的晶計算屢公式---結(jié)構(gòu)總豎向地震作用標準值；---豎向、水平地震影響系數(shù)最大值。H1G1Hi--知-質(zhì)點i的豎向硬地震作錄用標準貸值。規(guī)范要勾求：9度時，隊高層建衰筑樓層惑的豎向溉地震作廳用效應(yīng)毫應(yīng)乘以1.賺5的增大甩系數(shù)。5/4聯(lián)/20樓2322第10耕講豎腦向地震番作用與勺變形驗踏算三、做平板按型網(wǎng)娘架屋舅蓋與訂大于24唇m屋架兄的豎霧向地棟震作串用計滔算---第i桿件的豎向地震內(nèi)力；---第i桿件的重力內(nèi)力。反應(yīng)卸譜法樓計算泡結(jié)果你表明1.比值雖簡不相同,但相創(chuàng)差不任大,故可取叔最大值吳作為設(shè)粒計依據(jù)僵；2.比值與終烈度和顯場地類薯別有關(guān)挽；3.比值與懇跨度有住關(guān)，但遠在常用溫的范圍責內(nèi)，變僵化不很鋤大；為弟了簡化菠，略去密其影響事；---豎向地震作用系數(shù)，按表采用；---重力荷載代表值。0.250.250.2090.13(0.19)0.13(0.19)0.10(0.15)80.200.150.1590.10(0.15)0.08(0.12)可不計算（0.10)8Ⅲ、ⅣⅡ

Ⅰ

鋼筋混凝土屋架平板型網(wǎng)架鋼屋架結(jié)構(gòu)類型烈度場地類別采用嗽靜力在法5/葬4/俊20富2323第1斤0講楚豎猾向地裁震作悲用與炊變形侄驗算對于長絹懸臂和盾其它大開跨度結(jié)晌構(gòu)的豎澆向地震霧作用標紹準值，8度和9度可冬分別趟取該俯結(jié)構(gòu)躺、構(gòu)犁件重力與荷載損代表抵值的10%和20吹%，設(shè)化計基深本地缸震加參速度濾為0.3蝴0g時，可全取該結(jié)情構(gòu)構(gòu)件艷重力荷辰載代表處值的15屯%。5/腎4/秒20古2324第10擴講豎抱向地震財作用與巡壽變形驗繳算一、栽結(jié)構(gòu)椅抗震航計算訂原則3.9結(jié)構(gòu)媽抗震發(fā)驗算各類建遙筑結(jié)構(gòu)授的抗震繁計算應(yīng)膏遵循下?lián)芰性瓌t沸：1、一臣般情焰況下雪，可究在建逃筑結(jié)豎構(gòu)的兩個鑼主軸猾方向分別所考慮繳水平給地震從作用葡并進妹行抗家震驗單算，想各方尺向的耐水平勿地震粉作用粉應(yīng)由伸該方濱向抗域側(cè)力掠構(gòu)件拋承擔單。2、有斜交閃抗側(cè)黨力構(gòu)壘件的結(jié)構(gòu)敬，當相酷交角度各大于15度時，寒應(yīng)分別頑考慮各羨抗側(cè)力釋構(gòu)件方才向的水赤平地震礦作用。3、質(zhì)捎量和亂剛度盼分布后明顯不對鳥稱的憲結(jié)構(gòu)，應(yīng)認考慮騰雙向和水平載地震唇作用吵下的瘦扭轉(zhuǎn)約影響別其他禾情況贈宜采醬用調(diào)潤整地筆震作址用效姓應(yīng)的亡方法捉考慮搬扭轉(zhuǎn)慈影響暢。4、8度和9度時月的大跑跨度螞結(jié)構(gòu)耍、長態(tài)懸臂顧結(jié)構(gòu)任，9度時唇的高牛層建霉筑，丘應(yīng)考異慮豎向若地震作用燈。5/觀4/掛20拘2325第1曲0講蛋豎蓄向地狼震作界用與輸變形綠驗算二、也結(jié)構(gòu)蛙抗震準計算暗方法品的確起定1、高度散不超過40m，以剪切迎變形為覽主且質(zhì)很量和剛檔度沿高傭度分布毒比較惱均勻友的結(jié)剩構(gòu)，史以及藥近似曲于單剩質(zhì)點內(nèi)體系饒的結(jié)帽構(gòu)，宜采用底部橡剪力延法等簡參化方拳法。2、除幸上述犧以外繼的建嶺筑結(jié)繡構(gòu)，黎宜采匯用振型分染解反應(yīng)秤譜法。3、特偵別不則規(guī)則棚的建傲筑、滋甲類陷建筑煮和下痛表所凱列高陷度范蜓圍的高層建湊筑，應(yīng)勞采用時程苗分析乘法進行愁多遇貿(mào)地震循下的膽補充計算片，可冊取多廣條時慚程曲呢線計浙算結(jié)豈果的筑平均懂值與波振型晌分解反應(yīng)雨譜法計矩算結(jié)果歲的較大械值。烈度、場地類別房屋高度范圍（m）8度Ⅰ、Ⅱ類場地和7度>1008度Ⅲ、Ⅳ類場地>809度>605/4狠/20得2326第1窯0講蹲豎碰向地贊震作免用與啦變形撓驗算時程只分析蘆方法棉要點騰：按建筑駝場地類桂別和設(shè)稿計地震預分組選些用不少他于二組的挑實際強趴震記錄和一組人吹工模擬思的加速岔度時程斬曲線，其咽平均赴地震落影響宣系數(shù)要曲線界應(yīng)與獻振型拐分解尼反應(yīng)待譜法漏所采港用的震地震致影響閃系數(shù)庫曲線兼在統(tǒng)悄計意謙義上源相符租。烈度、場地類別房屋高度范圍（m）8度Ⅰ、Ⅱ類場地和7度>1008度Ⅲ、Ⅳ場地>809度>60采用米時程緣瑞分析貿(mào)法的談房屋迷高度謠范圍時程今分析凡所用走地震皮加速動度時百程的職最大技峰值地震影響烈度6789設(shè)計基本地震加速度值(g)0.050.100.150.200.300.40多遇地震(cm/s2)18355570110140罕遇地震(cm/s2)—2203104005106205/占4/盼20懶2327第1飽0講迎豎匪向地靠震作吵用與籍變形遍驗算采用二肉階段設(shè)扭計法：第一階毒段：對焰絕大多泄數(shù)結(jié)構(gòu)煌進行多陸遇地震越作用下趙的結(jié)構(gòu)異和構(gòu)件塔承載力爸驗算,以及多膏遇地震象作用下帆的彈性隙變形驗柄算。第二階襖段：對災一些結(jié)宰構(gòu)進行濤罕遇地擠震作用妙下的彈典塑性變?yōu)I形驗算拘。三、結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震趕驗算內(nèi)態(tài)容1.多遇導地震霧下結(jié)始構(gòu)允選許彈賠性變鳴形驗妨算除砌勤體結(jié)羞構(gòu)、獎廠房呀外的負框架棋結(jié)構(gòu)疏、填丘充墻厲框架菌結(jié)構(gòu)超、框警架-剪力墻絞結(jié)構(gòu)等糖需驗算消允許彈狡性變形西。對于迎按底機部剪吳力法槽分析懂結(jié)構(gòu)巨地震領(lǐng)作用徒時，按其彈警性位枝移計喉算公告式為---第i層的層間位移；---第i層的側(cè)移剛度；---第i層的水平地震剪力標準值。5/4保/20譜2328第1宮0講攪豎慕向地脫震作班用與乓變形的驗算樓層內(nèi)效最大彈磨性層間段位移應(yīng)揀符合下肉式---多遇地震作用標準值產(chǎn)生的樓層內(nèi)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。1/300多、高層鋼結(jié)構(gòu)1/1000鋼筋混凝土框支層1/1000鋼筋混凝土抗震墻、筒中筒1/800鋼筋混凝土框架-抗震墻、板柱-抗震墻、框架-核心筒1/550鋼筋混凝土框架

結(jié)構(gòu)類型5/4蟲/20程2329第10的講豎災向地震鍋作用與柿變形驗能算2.多遇地便震下結(jié)香構(gòu)強度霜驗算下列雪情況抄可不棍進行倉結(jié)構(gòu)廟強度降驗算尖：（1）6度時吹的建統(tǒng)筑（Ⅳ類場榨地上洪較高掙的高硬層建譜筑與拿高聳雁結(jié)構(gòu)富除外件）；（2）7度時Ⅰ、Ⅱ類場地恨、柱高笑不超過10劑m且兩端碎有山墻處的單跨米及多跨鮮等高的塊鋼筋混橋凝土廠慰房，或積柱頂標荷高不超禍過4.5米m，兩端禁均有瞎山墻駛的單期跨及殼多跨車等高濕的磚諷柱廠鞭房。除上述胸情況的碼所有結(jié)切構(gòu)都要礎(chǔ)進行結(jié)蜻構(gòu)構(gòu)件徑承載力衰的抗震現(xiàn)驗算，優(yōu)驗算公鞠式為---包含地震作用效應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計值；---結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計值；---承載力抗震調(diào)整系數(shù)，除另有規(guī)定外，按下表采用；5/望4/灘20菜2330第10紫講豎累向地震剪作用與橋變形驗非算材料結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力狀態(tài)鋼柱、梁支撐節(jié)點板件、連接螺栓連接焊縫0.750.800.850.90砌體兩端均有構(gòu)造柱、芯柱的抗震墻其他抗震墻受剪受剪0.91.0混凝土梁梁軸壓比小于0.15柱梁軸壓比不小于0.15柱抗震墻各類構(gòu)件受彎偏壓偏壓偏壓受剪、偏拉0.750.750.800.850.85承載力夠抗震調(diào)彼整系數(shù)5/4傾/20還2331第10藏講豎襖向地震悲作用與閃變形驗懲算---重力荷載分項系數(shù)，一般取1.2，當重力荷載效應(yīng)對構(gòu)件承載能力有利時，不應(yīng)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；0.51.3同時計算水平與豎向地震作用1.30.0僅計算豎向地震作用0.01.3僅計算水平地震作用地震作用---風荷載分項系數(shù)，應(yīng)采用1.4；---重力荷載代表值的效應(yīng)；---水平、豎向地震作用的標準值效應(yīng),尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù);---風荷載標準值的效應(yīng)；---風荷載組合系數(shù);一般結(jié)構(gòu)可不考慮,風荷載起控制作用的高層建筑應(yīng)采用0.2;5/拿4/槍20績2332第1辯0講川豎森向地特震作均用與曬變形殊驗算3.罕遇洪地震誘下結(jié)晶構(gòu)彈渠塑性促變形悠驗算需要約進行杯結(jié)構(gòu)稱罕遇著地震傷作用紅下薄繪弱層盟彈塑竿性變急形驗扒算的異范圍(a界)下列結(jié)尸構(gòu)應(yīng)進行彈炒塑性變勁形驗算1）8度Ⅲ、Ⅳ類場地構(gòu)和9度時,高大的辱單層鋼全筋混凝氣土柱廠房板的橫抖向排州架;2）7-9度時樓隸層屈服煤強度系眼數(shù)小于0.5的鋼筋叔混凝土熄框架結(jié)構(gòu)視；3）高冠度大鼓于150橡m的鋼燒結(jié)構(gòu)魄；4）甲類稠建筑和9度時積乙類哨建筑壁中的棚鋼筋耐混凝墻土結(jié)肝構(gòu)和貴鋼結(jié)構(gòu)惱；5）采販用隔緣瑞震和角消能施減震予設(shè)計