【结构设计】地震作用与结构周期联系分析
【结构设计】周期折减后产生的影响分析
周期折减后产生的影响分析
周期折减的目的是为了充分考虑非承重填充砖墙刚度对结构自振周期的影响。因为周期小的结构,其刚度较大,相应吸收的地震力也较大。若不做周期折减,则结构偏于不安全。根据《高规》3.3.17条规定,当非承重墙体为实心砖墙时,ψT可按下列规定取值:框架结构0.6~0.7;框架-剪力墙结构.7~0.8;剪力墙结构0.9~1.0。实际取值时可根据填充墙的数量和刚度大小来取上限或下限。当非承重墙体为空心砖或砌块时,ψT可按下列规定取值:框架结构0.8~0.9;框架-剪力墙结构0.9~1.0;剪力墙结构可取0.95。当结构的第一自振周期T1≤Tg时,不需进行周期折减,因为此时地震影响系数由程序自动取结构自振周期与特征周期的较大值进行计算。
应该注意的是:周期折减系数不改变结构的自振特征,只改变地震影响系数,折减系数视填充墙的多少而定。
用pkpm实验做一个框架结构,做了一下比较,将SATWE 中的周期折减系数从0.8调到0.7,算完后在WZQ.OUT中发现地震力增大了,这是对的,但查看结构的自震周期却没有变化的,地震作用力是在周期折减之后才计算的。
地震作用与结构周期之间联系思考
地震作用与结构周期之间联系思考
从地震影响系数与结构周期的关系及底部剪力法来看,结构周期越长,在结构产生的地震作用就越小;但从振型分解法可只取前面数个振型来计算地震作用及振型是按结构周期从大到小排列来看,似乎给人的感觉又是结构周期越长,在结构产生的地震作用就越大.你如何看待?
重申一下反应谱意义,反应谱是具有不同动力特性的结构对一个地震动过程的动力最大反应的结果,反应谱曲线不反映具体的结构特性,只反映地震动特性(地震动过程不同成分频率含量的相对关系),是地震动特性与结构动力反应的“桥梁”.
由地震加速度反应谱可计算单自由度体系水平地震作用:F=mSa(T),然而实际地震动无法预知,可谓千奇百怪,为了便于设计规范给出了加速度设计反应谱,该谱为地震系数(地震烈度与地面地震动加速度关系)与动力放大系数(结构最大加速度与地面最大加速度之比,正规化的反应谱)的乘积值,在特定的结构阻尼比下,依据场地、震中距将地震动分类,计算动力放大系数取平均后平滑处理即得设计反应谱.
底部剪力法是简化算法,针对地震反应可用第一振型(呈线性倒三角形)表征的结构,即地震影响系数与振型参与系数(其中的水平相对位移可用质点高度代替)假定只有一个,可对应于振型分解反应谱法中的第一振型.当两结构的基本周期不一致时,在“总质量一致”的条件下,周期大者地震影响系
数有减小的趋势(不一定减小,取决于基本周期大小),总水平地震剪力有减少的趋势,而各层处的水平地震作用不一定减小,除非结构满足“层高一致、质量分布一致”的条件.综上,底部剪力法是一种近似计算方法,两结构在总质量一致的条件下,周期大者总地震作用近似有减小的趋势(不一定减小,取决于基本周期范围),严格来讲未必,实际上规范的0.85与层质量、层高有关系.
【结构设计】高层结构设计的热点问题归纳
高层结构设计的热点问题归纳
现代高层设计中比较有争议的问题有最小地震剪力系数、长周期结构的抗震设计问题、框架核心筒结构中框架部分承受的剪力比例系数等,现列举如下:
1.最小地震剪力系数
这个参数有较多的说法啊。对结构而言就是常说的剪重比。结构周期长,反应谱处于下降段,地震作用小,此时剪重比不容易满足。
问题之一,对同一个结构,当Tg由小逐渐变大时,剪重比参数可能出现从不满足变成满足的现象。
问题之二,对同一个结构,简化成单自由度的话,场地类别对剪重比影响最大,阻尼比和质量影响程度不大。问题就是现在结构能简化成单自由度?这种简化对上述结果影响程度是否可行?
问题之三,减震结构的原理就是通过增大阻尼比的方式以达到减小地震作用的目的。但对长周期结构,当不满足剪重比时还要增大地震作用?
问题之四,当不满足最小地震剪力系数时,是否调整结构体系来实现满足,或者直接全楼放大地震剪力呢?
2.长周期反应谱
最小地震剪力系数不满足,往往伴随着结构长周期的特性。
问题一,长周期结构往往受位移控制,宜采用位移谱计算。现有的长周期地震波样板较少,故长周期处的谱曲线没有标准,尤其是在6~10s的取值。
问题二,会议上有专家提出,对长周期的谱曲线,根据不同阻尼比分别简化取直线段。计算结果显示取直线段后对基底剪力影响不大,对层间位移角有一定影响,程度大于剪力结果。
3.框架核心筒结构中框架部分承受的剪力比例系数
首先控制框架部分承受的楼层地震剪力的比例,是为保证框架部分作为框架核心筒的第二道抗震防线。对超高层结构,在结构底部主要是依靠核心筒受力,框架部分较难满足10%的剪力分配比例,此时对结构是否需要调整框架的结构方案,使其满足最小比例要求。
【结构设计】详细解读地震周期振型
详细解读地震周期振型
动力学认为结构的第一周期应该是出现该振形时所需要的能量最小,第二周期所需要的能量次之,依次往后推.我认为规范规定Tt/T1<0.9就是为了让对结构产生作用的能量中的大部分只够激起结构的平动而不是扭转.
按照动力学理论,结构第一周期只与结构本身的质量、刚度和边界条件有关,与外界力没有关系,地震只是提供一个激振力,基底剪力是反映这个激振效果的一个指标,这个除了以上的条件外,同时就跟地震参数有关,比如加速度的值.而结构最容易出现振动的振型就应该是第一振型,这个振型所需要的能量最小,最容易发生.这个就很容易理解为什么扭转振型不能太靠前,起码不能出现再第一振型.
关于第二平动周期与扭转周期比较接近的问题是相对的,我个人认为就是说能拉大到0.9以下最好,但是不能拉到0.9以下,也尽量不要超的太多.
怎么理解主振型?pkpm采用了wilson教授的质量参与系数的概念(可以查看sap和etabs),比如我们计算15个振型,质量参与系数达到了98%,那么15个振型当中就有一个质量参与系数最大的振型,比如是2振型,它对这个98%的贡献最大(比如达到40%),那么我们就认为它就是主振型.而其它的振型的贡献可能相对很小.主振型的意义在于:它可能不是最容易被激励起的振型,但是它一旦被激励起了,那么它就是结构振动的主要成分,所以我们在抗震的时候我特别给与关注,尽量避免它与扭转振型靠近.这也就是我建议ljbwhu将T2与Tt拉大点的原因.
在常规的高层结构设计中,由于各种限制,不容易出现以下这种情况:当结构中存在某些相对软弱的部分或者构件的时候,则结构的主振型会出现的比较靠后,这很容易理解,因为软弱的地方在激励能量相对小的时候就会局部振动,此时不是整体振动,所以该振型的质量参与系数很小,但是它们却是低阶振型.计算时某些构件的刚度、尺寸、材料等原因的错误,造成局部软弱,这种情况比较特殊,但是也可能出现,所以要避免.
剪力墙设计中的地震作用分析与结构优化方法
剪力墙设计中的地震作用分析与结构优化方法引言
剪力墙是一种常用的结构形式,被广泛用于抗震设计中。地震是一种常见的自
然灾害,对建筑物的破坏性非常大。因此,在剪力墙的设计中,地震作用的分析与结构优化是非常重要的。
本文将介绍在剪力墙设计中进行地震作用分析与结构优化的常用方法。首先,
我们将简要介绍地震的基本知识和对建筑物的影响。然后,我们将介绍剪力墙的设计原理和常用的结构形式。接着,我们将详细讨论地震作用的分析方法,包括静力分析和动力分析。最后,我们将介绍剪力墙结构优化的方法,包括减震设计和剪力墙布置优化。
地震的基本知识和对建筑物的影响
地震是指地壳中发生的振动现象。地震的发生与地球内部的构造和地质条件有关。地震会对建筑物造成直接的破坏,包括结构的偏移、裂缝和倒塌等。同时,地震还会引起地震波传播,通过与建筑物相互作用,导致结构的振动加剧,进一步加大了破坏的风险。
地震对建筑物的影响主要有以下几个方面:
•地震引起的地震波瞬态荷载是建筑物在最短时间内承受的最大荷载,往往是导致破坏的主要原因。
•地震引起的结构振动会导致建筑物的变形,进一步影响整体结构的稳定性和安全性。
•地震还可能引起建筑物的共振现象,使振动加剧,增加了破坏的风险。
剪力墙的设计原理和常用的结构形式
剪力墙是一种能够承受水平荷载并将其转化为垂直荷载的结构元件。它由钢筋
混凝土墙体和剪力墙带组成,可以有效地抵抗地震荷载。剪力墙广泛应用于大型建筑物和高层建筑的抗震设计中。
剪力墙的设计原理是通过墙体的刚性和抗震性能来分担和传递地震荷载。墙体
的刚性可以有效地吸收和分散地震能量,使建筑物的振动不致过大。同时,剪力墙还可以通过墙带的作用来减小地震引起的结构变形,保证建筑物的稳定性。
结构抗震设计原理
结构抗震设计原理
结构抗震设计是建筑工程中至关重要的一环,它旨在通过合理的设计,保证建筑在地震发生时能够保持稳定,保护人民的生命财产安全。在本文中,我将介绍结构抗震设计的原理及相关要点。
1. 地震基础知识
在深入了解结构抗震设计原理之前,我们需要了解一些与地震相关
的基础知识。地震是地球内部因构造运动所引起的地面震动,其强度
可通过震级来表征。地震波分为纵波和横波,它们对建筑物的影响是
不同的。
2. 结构抗震设计的目标
结构抗震设计的目标是使建筑在最大可能的地震作用下,保持完整
性和稳定性,减少或避免人员伤亡以及降低财产损失。为了实现这一
目标,结构抗震设计需要考虑以下几个方面:
2.1. 结构整体性:建筑的结构系统应具备足够的整体性,能够充分
耗散和分散地震能量,防止局部破坏引起的连锁反应。
2.2. 刚度和强度:结构应具备足够的刚度和强度,以承受地震引起
的惯性力和地震波的侧向荷载,保证建筑物不会倒塌。
2.3. 预留变形:结构抗震设计中通常会预留一定的变形空间,通过
可控的变形来消化地震能量,降低对结构造成的破坏。
2.4. 考虑地震波的作用特点:地震波具有周期、频谱等特点,结构
设计应根据地震波参数进行评估与分析。
3. 结构抗震设计的方法
3.1. 等效静力法:等效静力法是一种常用的结构抗震设计方法。在
该方法中,地震作用被等效为静力荷载施加在结构上,通过静力分析
确定结构的刚度和强度。
3.2. 响应谱分析法:响应谱分析法基于地震测量数据,计算结构在
不同周期下的响应加速度。通过将结构响应与地震波频谱进行比较,
评估结构的抗震性能。
【结构设计】从反应谱的角度分析长周期、速度和位移对结构的破坏
从反应谱的角度分析长周期、速度和位移对结构的破坏剪重比验算时当基本周期大于3.5s时,结构总水平地震剪力与楼层水平地震剪力需满足一定值,不满足时自动放大或重新调整结构布置使其满足,条文说明指出:“对于长周期结构,地震……运动速度和位移可能对结构的破坏……,但是规范所采用的振型反应谱法尚无法对此作出估计.”这句话从反应谱的角度如何理解呢?
要想理清楚上述问题,需了解一下反应谱的特点.反应谱是具有不同动力特性的结构对一个地震动过程的动力最大反应的结果,反应谱曲线不反映具体的结构特性,只反映地震动特性(地震动过程不同成分频率含量的相对关系),是地震动特性与结构动力反应的“桥梁”.
由结构的动力方程可以求得结构的响应:相对位移、相对速度及绝对加速度,相对位移与绝对加速度同相位,相对速度与前二者相差π/2(可以通过动力反应的求解获知),上述三种反应对应的反应谱:1谱-相对位移反应谱、2谱-相对速度反应谱和3谱-绝对加速度反应谱(此种对应于规范给出的反应谱),由于反应谱只考虑地震反应的最大值,不反映地震动的相位变化(持时特性),可以强制将相对速度的相位同步于相对位移和绝对加速度,更改相位后对应的速度反应谱称为2’谱-(拟)速度反应谱,此时1谱=2’谱/w,3谱=w*2’谱(w为结构圆频率),将1谱、2’谱及3谱绘制在一张对数
坐标图中,称为三联反应谱(图1).
图1相对值三联反应谱
注:相对值反应谱为绝对值反应谱除以地面运动最大加速度(或最大位移、最大速度)得到,以加速度为例.规范当中的地震影响系数由加速度相对反应谱值(或称体系动力放大系数)与地震系数(与地震烈度有关,或称加速度指标)相乘得到.
【精品结构设计知识】何时考虑竖向地震作用?如何考虑?
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【精品结构设计知识】何时考虑竖向地震作用?如何考虑?
何时考虑竖向地震作用?如何考虑?
按《混凝土高规》第3.3.2条规定,9度抗震设计以及8度设计时的大跨度、长悬臂结构应考虑竖向地震作用,包括第10.2.6条的转换构件以及第10.5.2条的连体结构的连接体[2]。9度抗震设计时,整体结构的竖向地震作用可按《混凝土高规》第3.3.14条的方法计算;8、9度时,大跨度、长悬臂结构构件的竖向地震作用可按《混凝土高规》第3.3.15条的规定近似考虑,对于8度0.3g的情况,竖向地震作用标准值可取结构或结构构件重力荷载代表值的15%.当然,有条件时或设计需要时,采用竖向加速度反映谱方法或动力时程分析方法计算结构竖向地震作用时更合适的方法。无论采用何种方法计算竖向地震作用,均应按《混凝土高规》第5.6.3条的规定进行地震作用效应的组合,即把竖向地震作用效应作为一个组合工况考虑。
结语:借用拿破仑的一句名言:播下一个行动,你将收获一种习惯;播下一种习惯,你将收获一种性格;播下一种性格,你将收获一种命运。事实表明,习惯左右了成败,习惯改变人的一生。在现实生活中,大多数的人,对学习很难做到学而不厌,学习不是一朝一夕的事,需要坚持。希望大家坚持到底,现在需要沉淀下来,相信将来会有更多更大的发展前景。
关于结构设计中各种周期的解惑
关于结构设计中各种周期的解惑
结构设计中碰到最多的周期大致有四个:场地(地震动)卓越周期、设计特征周期、结构自振周期、结构基本周期,四个周期或多或少存在一定的联系,首先了解一下各周期的含义。
卓越周期是指随机振动过程中出现概率最多的周期,常用以描述地震动或场地特性。地震波在土层中传播,由于土层的过滤特性与选择放大作用(过滤与放大通过不同性质界面的多次反射来实现),周期与场地土固有周期接近的地震波得到增强(通过共振作用放大),此周期称为场地(地震动)卓越周期。
设计特征周期也可称为设计反应谱特征周期,是指地震影响系数曲线下降段起始点对应的周期值,与地震震级、震中距和场地类别等因素有关,规范通过设计地震分组和场地类别反映,场地越软,震级、震中距越大,值越大。
结构自振周期是结构的动力特性之一,按某一振型完成一次自由振动所需的时间,仅与结构的质量m、刚度k有关,可通过特征值分析求解。
结构基本周期是结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。
地震动卓越周期反映的是场地土动力特性,与场地覆土厚度、土层剪切波速及岩土阻抗比(土地震效应的三要素)有关,前两者影响频谱,后者影响幅值。一般来讲震级、震中距越大,高频分量被长距离传播路径
所过滤,低频(长周期)分量越显著;软土地基上卓越周期显著,而硬土地基上则包含多种频率成分,卓越周期不显著(可以包含若干个),如下图。
设计特征周期针对的是设计反应谱,因此数落一下设计反应谱的来历很有必要。为了迎合结构设计,将不同的地震动记录的反应谱曲线加以统计平均(均值反应谱),再利用数学上的平滑拟合,基于安全或经济因素的修正,便得到设计反应谱。设计反应谱并不针对某个特定地震波,而是据大量地震动的综合认识预估结构地震作用的一种规定。即设计反应谱不是真正的反应谱,是经验物理领域的概念,设计特征周期的物理意义不很明确。从反应谱的分段区间来看,设计特征周期可以认为是速度与位移控制段的分界周期。
【结构设计】探讨地震作用与结构周期的联系
探讨地震作用与结构周期的联系
从地震影响系数与结构周期的关系及底部剪力法来看,结构周期越长,在结构产生的地震作用就越小;但从振型分解法可只取前面数个振型来计算地震作用及振型是按结构周期从大到小排列来看,似乎给人的感觉又是结构周期越长,在结构产生的地震作用就越大。你如何看待?
重申一下反应谱意义,反应谱是具有不同动力特性的结构对一个地震动过程的动力最大反应的结果,反应谱曲线不反映具体的结构特性,只反映地震动特性(地震动过程不同成分频率含量的相对关系),是地震动特性与结构动力反应的“桥梁”。
由地震加速度反应谱可计算单自由度体系水平地震作用:F=mSa(T),然而实际地震动无法预知,可谓千奇百怪,
为了便于设计规范给出了加速度设计反应谱,该谱为地震系数(地震烈度与地面地震动加速度关系)与动力放大系数(结构最大加速度与地面最大加速度之比,正规化的反应谱)的乘积值,在特定的结构阻尼比下,依据场地、震中距将地震动分类,计算动力放大系数取平均后平滑处理即得设计反应谱。
底部剪力法是简化算法,针对地震反应可用第一振型(呈线性倒三角形)表征的结构,即地震影响系数与振型参与系数(其中的水平相对位移可用质点高度代替)假定只有一个,可对应于振型分解反应谱法中的第一振型。当两结构的基本周期不一致时,在“总质量一致”的条件下,周期大者地震影响系数有减小的趋势(不一定减小,取决于基本周期大小),总水平地震剪力有减少的趋势,而各层处的水平地震作用不一定减小,除非结构满足“层高一致、质量分布一致”的条件。综上,底部剪力法是一种近似计算方法,两结构在总质量一致的条件下,周期大者总地震作用近似有减小的趋势(不一定减小,取决于基本周期范围),严格来讲未必,实际上规范的0.85与层质量、层高有关系。
地震作用与建筑结构抗震设计
对国民经济有巨大损失或有特殊要求的建筑物。专 门研究ห้องสมุดไป่ตู้定。
▪乙类建筑 —— 地震中使用功能不能中断或需迅速
恢复的建筑物及破坏后会对社会有重大影响,对国 民经济有重大损失。如生命线工程。
▪丙类建筑 —— 地震破坏后对社会有一般影响,
对国民经济有一般损失的建筑物。如一般工业与 民用建筑、公共建筑、住宅、旅馆、厂房等。
8度Ⅲ、Ⅳ场地
>80
9度
>60
表5.2 地震加速度时程曲线的最大值(cm/s2)
地震影响 6度 7度 8度 9度
多遇地震
18
35
70
(55) (110) 140
罕遇地震
—
220 400 (310) (510) 620
三、重力荷载代表值的计算
❖ 进行结构抗震设计时考虑的重力荷载称为重力荷载 代表值。重力荷载包括恒载和活载。由于地震发生 时,活载往往达不到其标准值,因此,在计算质点 的重力荷载可对活载进行折减按P98表5.3采用。
3. 楼层最小地震剪力的规定 ❖ 问题的提出
地震影响系数曲线,在长周期段下降较快,对于基本周 期大于3.5s的结构,由此计算所得的水平地震作用下的结构 效应可能太小。而对于长周期结构,地震动作用中地面运动 速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响。目前《抗震规 范》所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。
【结构设计】周期折减系数的思考
周期折减系数的思考
结构周期减小,则地震影响系数α变大,既地震作用增大,但地震作用实际由填充墙和框架二者共同承受。试验证实,填充墙先于主体结构破坏,在整个体系中起到斜压杆的作用,引起主体结构分配的内力和理想框架有很大不同,据“施楚贤”等论文介绍,满布的框架填充墙刚度甚至是纯框架的5~10倍。所幸,墙体强度不高,先于主体破坏。
下面主要就是比较两者的大小:框架填充墙里的框架所承担的内力和纯框架在放大地震作用下的内力。但前提条件缺有个缺陷,满布填充墙的框架的整体刚度是纯框架的若干倍,用一个0.7左右的周期折减系数能等代到相同的地震作用吗?
传统观点认为“放大的地震作用全部赋予框架承担,使主体结构偏于保守”。但现实却是,很难有满布的填充墙,由于填充墙的不均为分布,造成结构刚度的突变,整体体现在:有薄弱层和扭转不规则。还有重要的一点就是,有填充墙的框架分配少了地震力和没有填充墙的框架分配多了地震力。地震作用是比较典型的水平力,其它水平荷载作用下也是这个道理。
实质上,当结构填充墙未破坏时,我们设计采用的地震作用是“按无填充墙人为放大的地震作用”,承受这个地震作用的是“有填充墙框架的刚度”,这就存在个问题,地震作用大小是根据结构刚度来的,我们计算刚度和实际刚度是
否一致?至少,要分为填充墙破坏前后两种状态,三步分析。
1.破坏前,众值烈度下,含墙框架的整体刚度所受地震作用,根据某种模型得到框架分担地震作用,由内力配筋。
2.破坏后,考虑残余填充墙影响,可以按现规范要求,做基本烈度下框架“弹性刚度”或“塑性刚度”下的内力和配筋。
结构动力学-结构地震响应分析
结构地震响应分析
结构地震响应分析
1、地震及结构抗震基本知识
2、场地、地基、基础
3、单自由度体系结构的地震反应
4、多自由度体系结构的地震反应
5、地震作用和结构抗震设计要点
1.1 地震成因及地震类型
1.1.1 地球的构造
地壳:地球外表面的一层薄壳。最薄处约5km,地震多发于此。
1.1.2 地震的发生过程
地球内部由于某种原因发生振动,并以波的形式传递到地表引起地面震动。
内部发生振动的地方称之为震源。
震源在地表的投影叫震中。
震源至地面的垂直距离叫震源深度。
根据震源深度以60m,300m为限将地震划分为:浅源地震、中源地震、深源地震。
浅源地震危害大。
1.1.3 地震的成因与类型
根据地震成因来分:
构造地震:
火山地震;
塌陷地震;
水库引发地震:
1.2 地震波以及传播
地震以波的形式由震源传递到地表。地震波分为:体波和面波。
1.2.1 体波
体波是指通过地球本体内传播的波,包含纵波、横波。
纵波:质点振动方向与波的传递方向一致的波。
横波:质点振动方向与波的传递方向垂直的波。
纵波为压缩波,无论是在固体内还是液体内均能传播。
横波为剪切波,只能在固体内传播。
波速可以按下式计算:
ρ
λγγργG E V p 2)21)(1()1(+=-+-=ρ
γρG E V s =+=)1(2γγ21)1(2--=s p V V 式中
Vp —纵波波速
Vs —横波波速
E —介质的弹性模量
γ—介质的泊松比;
ρ—介质的密度;
G —介质的剪切模量;
λ—拉梅常数通过两种波速的比较可见:纵波的传播速度快于横波,即纵波先到达地面
1.2.2 面波
结构自振周期和地震作用的关系
1.由结构力学公式T=2π/ω=2π(m/k)1/2=2π(mδ)1/2
固有周期T与刚度k成反比,自身刚度大则自震周期小,
在PKPM建模中可以通过调整剪力墙,柱等侧向受力构件
来调整自震周期T,自震周期T是由结构本身刚度决定的。
根据抗规5.1.5条,自震周期与场地的特征周期比值决定
地震影响系数α的大小,在相同的震级和场地条件下,
结构自震周期与场地的特征周期越接近则水平地震影响
系数越大,地震作用越大,由图中看,周期小也不见得地
震影响系数小。刚度k就是在结构产生单位位移所需要的
力,刚度大则使结构产生相同位移时的力更大。抗震设计
的一个指标就是在一定的震级和场地条件下控制位移(抗
规5.5.1)。由抗规5.2.1地震力Fek=α1Geq,(砌体结构
α1取水平地震影响系数最大值,砌体结构地震力与自震
周期没太大关系),控制荷载大小,墙柱,连梁的大小和
分布,调整位移。
不过最终的地震作用还是由老天决定的,“自振周期小地
震作用大”说法是错误的。我们只是通过统计预测可能出
现的地震作用,是否准确天知道。抗震设计的目的也不是
减小地震力,而是减小在可能出现的地震作用下对建筑物
的影响(承载力,位移,扭转,变形)。“小震不坏,中
震可修,大震不倒”见抗规1.0.1
做很多高层住宅的时候,在周期和位移不能同时满足要求的时候,老同志们都建议,主要参考位移,这么说周期只是个参考了,难怪抗震设计的一个指标就是在一定的震级和场地条件下控制位移(抗规
5.5.1)。
地震作用和结构抗震设计要点
—— 剪力系数,不应小于表5.4规定的楼层最小
地震剪力系数值,对竖向不规则结构的薄弱 层,尚应乘以1.15的增大系数。
表5.4 楼层最小地震剪力系数值
类别
扭转效应明显或 基本周期小于 3.5s的结构
基本周期大于 5.0s的结构
7度
8度
9度
0.016 0.032 0.064
(0.024) (0.048)
2)考虑扭转的效应方法
▪ 目前对地面运动转动分量引起的扭转效应难以定量分析 ▪ 主要讨论结构由于偏心引起的地震扭转效应。 ▪ 分析方法:考虑振型耦合。
3)平扭耦合体系地震作用的计算方法
第j振型i层的水平地震作用标准值:
Fxji j tj X jiGi
Fyji j tjYjiGi
Ftji j tjri2 jiGi
j 、 k —— 分别为 j 、k 振型的阻尼比;
T —— k 振型与 j 振型的自振周期比。
❖ 双向水平地震作用的扭转效应,可按下列公式中 较大者确定:
SEk
S
2 x
0.85S y
2
SEk
S
2 y
0.85 S x
2
式中Sx、S y 分别为x向、y向单向水平地震作用计
算的扭转效应。
▪ 平面规则的建筑结构,中国《抗震规范》规定当规则结构 不考虑扭转藕联计算时,应采用增大边榀结构地震内力的 简化方法考虑由于施工、使用等原因所产生的偶然偏心引 起的地震扭转效应及地震地面运动转动分量的影响。
【结构设计】双向地震作用和偶然偏心影响的思考
双向地震作用和偶然偏心影响的思考高规第3.3.2条(强制性条文)规定,质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应计算单向水平地震作用下的扭转影响。
高规第3.3.3条规定,计算单向地震作用应考虑偶然偏心的影响。每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下式采用:
ei=±0.05Li
高规第4.3.5条规定,结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心的地震作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.5倍;…
抗震规范第5.1.1条(强制性条文)规定,质量于刚度分布明显不对称的结构,应计入双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。
抗震规范第5.2.3条规定,建筑结构估计水平地震作用影响时,应按下列规定计算其地震作用和作用效应:1.规则结构不进行扭转耦连计算时,平行于地震作用方向的两个边榀,其地震作用效应乘以增大系数。一般情况下,短边可按1.15采用;短边可按1.05采用;当扭转刚度较小时,宜按不小于1.3采用。…
综合以上高规和抗震规范的条文引用,我们可以看出:1.两本规范均规定计算结构地震作用效应时均应计入扭转影响。
2.两本规范均规定对于不规则结构(如何准确判定不规则结构,见抗震规范第3.4.2条规定)应计入双向地震作用扭转效应。该效应的计算公式见第抗震规范5.2.3.2条规定,采用的是完全二次平方根法(CQC)加以组合得到的。
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地震作用与结构周期联系分析
从地震影响系数与结构周期的关系及底部剪力法来看,结构周期越长,在结构产生的地震作用就越小;但从振型分解法可只取前面数个振型来计算地震作用及振型是按结构周期从大到小排列来看,似乎给人的感觉又是结构周期越长,在结构产生的地震作用就越大.你如何看待?
重申一下反应谱意义,反应谱是具有不同动力特性的结构对一个地震动过程的动力最大反应的结果,反应谱曲线不反映具体的结构特性,只反映地震动特性(地震动过程不同成分频率含量的相对关系),是地震动特性与结构动力反应的“桥梁”.
由地震加速度反应谱可计算单自由度体系水平地震作用:F=mSa(T),然而实际地震动无法预知,可谓千奇百怪,为了便于设计规范给出了加速度设计反应谱,该谱为地震系数(地震烈度与地面地震动加速度关系)与动力放大系数(结构最大加速度与地面最大加速度之比,正规化的反应谱)的乘积值,在特定的结构阻尼比下,依据场地、震中距将地震动分类,计算动力放大系数取平均后平滑处理即得设计反应谱.
底部剪力法是简化算法,针对地震反应可用第一振型(呈线性倒三角形)表征的结构,即地震影响系数与振型参与系数(其中的水平相对位移可用质点高度代替)假定只有一个,可对应于振型分解反应谱法中的第一振型.当两结构的基本周期不一致时,在“总质量一致”的条件下,周期大者地震影响系
数有减小的趋势(不一定减小,取决于基本周期大小),总水平地震剪力有减少的趋势,而各层处的水平地震作用不一定减小,除非结构满足“层高一致、质量分布一致”的条件.综上,底部剪力法是一种近似计算方法,两结构在总质量一致的条件下,周期大者总地震作用近似有减小的趋势(不一定减小,取决于基本周期范围),严格来讲未必,实际上规范的0.85与层质量、层高有关系.
相对于底部剪力法,振型分解反应谱法计算地震反应精度较高,将多自由度体系解耦为广义单自由度体系,实质上是按结构的振型将地震作用进行分解,求解分解地震作用下单位质量的反应,然后再依据振型规则将反应叠加为结构总反应.每一振型对应于一个振型周期,由于低振型>高振型,前振型周期所对应的地震影响系数(反应谱值)有减小的趋势,但每一振型下的各层的地震作用还与振型参与系数(反映了本振型在单位质量地震作用中所占的分量)、各层对应的振型向量值(取决于结构质量与刚度的分布)并不是所有层均是第一振型下值大)及本层质量有关.结构的总地震反应(注意是所有质点地震反应的代数和)以低阶振型反应为主,高阶振型反应对结构总地震反应的贡献较小,这一点毋庸置疑,振型各层地震作用具有方向性,总地震反应代数相加,低阶振型与0线交点要少于高阶振型,即同一结构下低阶总地震反应要大于高阶,即使反应谱值小,而各层地震作用则不一定,取决于质量与刚度的分布.
需要明确的几点:规范加速度设计反应谱曲线对应的是单自由度体系,不存在多质点质量和刚度分布的问题,比较地震作用要区分各质点地震作用和总地震作用、不同结构的地震作用与同一结构不同振型对应的地震作用,振型贡献针对的是总地震作用,反应谱反映的是地震动特性,不反映具体的结构特性(不同的阻尼比结构反应谱会不同),地震影响系数是确定阻尼比下的设计反应谱曲线.