工程抗震-5建筑结构地震响应计算方法讲义.ppt

第五章　建筑结构地震反应计算;5.1 底部剪力法 考虑基本振型或者前2个振型影响的水平地震作用以及作用效应计算方法 理论基础：振型分解反应谱法 基本思想：先算出总的水平地震作用，然后按振型分配到各质点上，再计算地震效应 考虑一个振型的基本方法：假定振型（倒三角形）;按静力问题计算;（1）当满足下列条件时，可只考虑一阶振型： 结构高度小于40m 水平侧移以剪切变形为主 质量分布均匀 （2）当结构基本周期大于1.4Tg时： 要考虑高振型的影响，上述结果导致上部楼层的地震作用偏小，在顶层附加地震力进行修正（δn为顶部附加水平地震作用系数-查表3.4），在余下部分的地震力计算中扣除。 （3）顶面小型结构的地震作用修正 鞭梢效应 考虑3倍的修正（乘3倍），但不往下传递 顶层的附加地震力仍作用在主体结构上;（4）考虑第二振型的计算方法 适用条件：结构高度不超过65m，或近似于单质点体系的结构；结构物沿高度的质量、刚度比较均匀 计算过程： 计算前2个振型的地震作用标准值 地震作用分配 计算地震效应 省略;用底部剪力法计算层间地震剪力;5.2 自振周期和振型近似计算（经验方法） 结构自振特性按下式特征值计算得到： 1）能量法，振型近似由Gi作为水平力作用产生的变形;2）等效质量法（折算质量法） ;3）顶点位移法;4）向量迭代法（幂法）;5.3 扭转影响的考虑方法 （1）当各构件恢复力的合力与质心不重合时，设计需要考虑扭转变形的影响。特别是平面比较复杂的结构物。 ;质心和刚心;（2）扭转影响的考虑方法 1）比较简单的结构增加地震作用 2）其他结构计算考虑扭转自由度的影响 两种方式。 原则： 1）对于结构平面比较简单的建筑物，不作计算，仅增加边榀结构地震作用的方法近似计入扭转的影响；但对于高层建筑，简单建筑物也应按单向地震计算扭转效应； 1）质量与刚度平面分布明显不对称的结构，计入双向水平地震作用下的扭转； 3）平面投影尺度很大的空间结构、根据结构形式和支承条件，分别按单点一致、多点一致、多点输入计算地震效应。;（3）考虑扭转变形的计算方法 建筑结构在计算扭转地震作用时，假定： 1）楼层是刚性平面； 2）框架、抗震墙在平面外的刚度忽略； 3）抗侧构件不考虑自身截面的抗扭刚度 每层按三自由度的结构体系计算（质心位置）。;地震运动方程（单点输入） 楼层的位移向量 楼层的质量向量 楼层的刚度矩阵 地震输入响应;结构地震响应计算方法 振型分解法（振型叠加法） 振型分解法反应谱法 时程分析法 振型分解法反应谱法计算时用CQC方法进行振型组合 λT表示k振型与j振型的自振周期比。 双向地震作用时的组合，取下列较大者 ;5.4 地基与结构相互作用 场地运动引起结构振动，结构振动又将振动能量辐射到地基上，改变场地运动------地基与结构相互作用。 地基与结构之间相互作用非常复杂，与场地和结构振动特性有关，而且基础形状、地震波输入条件等也会影响土与结构相互作用。 由于地基刚度比基础小，多数情况下考虑相互作用的地震响应结果比不考虑相互作用的小。但也有一些情况会出现相反的结果，当土与结构的自振特性接近时，不考虑相互作用的计算将会低估结构的地震响应。因此，在结构抗震设计时，考虑相互的影响是十分必要。;我国建筑规范通过折减水平地震剪力方法来考虑，详细参照规范。大概的原则为 1）一般不考虑 2）8、9度III、IV类场地，采用刚度比较大的基础，且结构基本周期在1.2Tg-5Tg，考虑相互作用的影响，各楼层地震剪力折减系数为： 桥梁设计不一样，一般用地基弹簧来考虑土与结构之间的相互作用，在计算模型中直接考虑。;5.5 竖向地震作用 竖向地震作用对下列结构物有较大的影响： 1）高耸结构、对竖向地震作用比较敏感的结构 2）竖向地震作用影响较大的结构（大跨度、悬臂结构等） 3）有可能发生较大竖向地震场地中的结构物。 根据大量的竖向地震反应谱计算结果，并考虑竖向地震与水平地震的关系，规范偏于安全取水平地震反应谱的0.65倍。;（1）高耸结构竖向地震作用计算 由于第一振型是结构竖向地震反应中起主要作用，且振型呈倒三角形，计算过程与底部剪力法。;（2）大跨度结构竖向地震作用计算 1）根据大量计算结果发现，与重力荷载内力相似，各构件的地震内力与重力荷载内力比值相差不大； 2）规范近似按下式计算（地震作用标准值） FEVk=λVGE 比例系数λV查表(教材表3.6)。 （3）长悬臂结构竖向地震作用计算 规范按重力荷载的比例计算，如8度、9度取重力荷载代表值的10%和20%（参看教材p83）。 竖向地震作用也可以通过时程分析计算得到。;5.6 建筑结构抗震验算基本内容 5.6.1 总体思路 抗震设计：概念设计、地震反应计算、结构抗震安全验算、构造措施 抗震验算两个