框架结构竖向地震作用加速度反应谱及计算简析

地 震 作 用 可 以分 为水 平 方 向 与 竖 直 方 向两 个 方 向 的作 用 ，在 以 往 的 观 念 中 ，竖 向 地 震 作 用 对 建 筑 结 构所 造 成 的破 坏 远 不 如 水 平 地 震 作 用 所 带来 的大 。但 是 自 １ ９ ９ ５年 日本 的阪神 大 地 震 后 竖 向地 震 作 用 这 一 概 念 渐 渐 被 人 们 所重 视起 来 。 我 国现 行 的 抗 震 规 范 中也 只 对 在 高 烈 度 地 区 的高 层 建 筑 及 一 些 特 殊 的 大 跨 度 、长 悬 臂 结 构 才 会 在设 计 中 考 虑 加 上 竖 向 地震 作 用 对 其 的影 响 ，而 在一般 的建筑设计 中则不会考虑到竖 向地震 作用 所带 来的影响。根据水平 与竖 向地 震 作用 加 速度 的 比值 ｆ ｖ ， Ｈ 比） ，我 们 可 以据此 了解某 次 地震 中竖 向 地震 作用 相对 于水 平 地 震 作 用 所 带 来 的危 害大 小 。根 据 多 次 的地震 记 录 ， 在一般情况下 ，地震作用 的加速度 Ｖ ， Ｈ 比值 大 约 在 ０ ． ５ ～ ０ ． ６ ５ 左 右 ， 而 在 现 有 的 国 内 外 许 多 资 料 中 ，不 难 发 现 许 多 的地 震 记 录 中 ｖ ／ Ｈ 比达 到 １ 甚 至 有 竖 向地 震加 速度 超 过 水 平 地 震 作 用 加 速 度 的 记 录 。例 如 ，１ ９ ７ ９ 年 的美 国帝 国山谷地震 ［ １ 】 中Ｖ ／ Ｈ比值平均分布在 ０ ． ７ ７ 左右 ， 但其 中的最大 值达 到 了 ２ ． ４ ， １ ９ ９ ４年 美 国 Ｎ ｏ ￣ ｈ ｉ ｆ ｄ ｇ ｅ 地 震 ， 记 录 到 Ｖ ／ Ｈ 比值 约 为 １ ． ７ ９ ，１ ９ ９ ５ 年 的 阪 神 大 地震和我国的唐 山大地震 的某次余震 的记录中也发现，Ｖ ／ Ｈ比值约在 １ ． ０ 左 右。 综 上 所 述 ，竖 向地 震 作 用 的危 险 性 不 容 忽 视 ，在 对 地 震 灾 害 的 防御 措 施 中 ，必 须 要 考 虑 到 竖 向地 震 作 用 对 其 的 影 响 ，尤 其 是 在 高 烈 度 地 区和 地 震 频 发 区 中更 是 不 容 忽 视 。 由 于 Ｖ ／ Ｈ 比值 的 不 确 定 性 ，所 以对 其 直 接 取 值 ０ ． ６ ５是 不 准 确 的 ，对 竖 向地 震 作 用 的 计算方法的研究也有待完善。 １ 竖 向地 震作 用计 算方 法介 绍 １ ． １ 底部 轴力 法 （ 静力 法 ） 我 国现 行 规 范 中对 于 竖 向地 震 作 用的计算便 采用 的是底部轴力法也 叫 静 力 法 ，根 据 水 平 地 震 作 用 中 的底 部 剪 力法 而将 其乘 以一 个 折 算 系 数 后 将 其 应 用 到 竖 向地 震 中 的 一 种 方 法 。这
是 一 种 较 为 简 略 的计 算 方 法 ，其 公式 如下 ：
其中 ｖ 一 为竖向地震影响系数最 大 值 ，规 范 中取 水 平 地 震 影 响 系 数 最
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ大值的 ０ ． ６ ５倍 。
１ ． ２ 竖 向地 震 时程分 析法 所 谓 时 程 分 析 是 指 在 知 道 结 构 基 本 运 动方 程 后 ，输 入 地 面 的 震 动 加 速 度 记 录 然对 其 进 行 积分 求 解 ， 以求 得 整个时间历程的地震反应的计算方法。 对 于 高 层建 筑 ，将 其 视 为 一 连 串的 多 质 点运 动体 系在 考 虑 竖 向地 震 作 用 时 其 方 程如 下所示 ：
２ ０１ ３ ＮＯ． ０１
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｎ ｅ ｗ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ
而 而丽
高 新 技 术
框架结构竖向地震作用加速度反应谱及计算简析
李 静’ 贾 鹏 程 浩。
（ １ ． 西南石 油大学土木 工程与建筑 学院，四川 成都 ６ １ ０ ５ ０ ０ ；２ ． 西 南石油大学 电气信息工程 学院 ，四川 成都 ６ １ ０ ５ ０ ０； ３ ． 重庆交通大 学土木建筑学院 ，重庆 ４ ０ ０ ０ ７ ４）
摘 要 ： 大量 的地震 灾害的研 究报 告表 明竖 向地震 作 用对 建筑 结构 的能造 成较 大的影 响 ，相对 于 水平地 震我 国对 竖向地震 作 用 的研 究还有待 加 强 。本 文 简单 地介 绍 了三种应 用较 为 常见 的竖 向地震 作 用计算 方 法 ，并将 其 中的反 应谱 法 与静 力法做 了简单 的 比较 ； 阐述 了对 结构 竖向 与水 平向加 速度 峰 比值 （ ｖ ／ Ｈ） 产 生影 响的 一些 因素 。 关 键字 ： 竖向地 震 ； 静 力法 ； 反应谱 法 ； 竖 向加速 度反 应谱 中图分 类号 ： Ｔ Ｕ ３ １ 文 献标 识码 ： Ａ
一
尊
Ｉ
Ｓ 巷 －
中不在详 细 阐述 。 １ ． ４ 静 力法 与反应 谱 法的计 算对 比 通过 ｓ ａ ｐ ２ ０ ０ ０数 值分析 软件 建立 个 ４层框 架模 型 ，抗震 设 防烈度 为 ８ 度 ，场 地 等 级 为 Ⅱ类 场 地 ，特 振 周 期 ＝ Ｏ ． ４ ｓ ，水 平地 震 影 响最 大 影 响 系数 ０ ． １ ６ ，竖 向地 震 最 大 影 响 系 数 为 水 平 地 震 最 大 影 响系 数 的 ６ ５ ％ ，结 构 采 用 Ｃ ３ ０ 混凝 土 ，梁柱 主筋 采用 Ｈ Ｒ Ｂ ３ ３ ５ 钢 筋 ，箍 筋 使 用 Ｈ Ｐ Ｂ ２ ３ ５ 级 钢 筋 ，本 例 只涉 及 到 底 部 剪 力 法 和 反应 谱法 所 两 种 方 法 所 计 算 出 的 竖 向 轴力 结果 对 比 如 下 图所示 ：