竖向地震作用

第三章 建筑结构抗震原理
§8 结构竖向地震作用
因此，为了简化计算，《建筑抗震设计规范》 取竖向地震影响系数αvmax为水平向地震影响系 数αmax的0.65倍，即：
v max 0.65 max
《核电厂抗震设计规范》GB50267-97中，分别 规定了水平地震作用和竖向地震作用的标准反 应谱，两个标准反应谱的最主要差别体现在最 大值的周期范围不同。
式中，R—竖向与水平向设计加速度反应谱的 比值； T—设计加速度反应谱的周期。
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§8 结构竖向地震作用
2、竖向地震作用的计算方法 采用时程分析法和振型分析法对烟囱、电视塔 等高耸结构和框架、剪力墙等高层建筑进行竖 向地震作用计算，结果表明，竖向地震作用效 应与重力荷载效应的比值沿高度方向由下往上 逐渐增大，具有明显的规律性。 第一振型的竖向地震反应在总的竖向地震反应 中起主要作用，仅取第一振型计算的竖向地震 作用，与取前5阶振型、按平方和开平方 (SRSS)法进行组合得到的竖向地震作用很接近 。
Geq 0.75 Gi
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§8 结构竖向地震作用
楼层的竖向地震作用效应可按各构件承受的重 力荷载代表值的比例分配，第i层竖向地震作用 及其各构件的竖向地震作用可按下式计算：
N vi Fvk
k i n
N vij
式中，Nvi— 第i层的竖向地震作用标准值； Nvij— 第i层第j个竖向构件的竖向地震作用标准值 Gij— 第i层第j个竖向构件所承受重力荷载代表值 G ij — 第i层竖向构件所承受的总重力荷载代表 j 值。
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§8 结构竖向地震作用
为了获得竖向设计反应谱，在编制《建筑抗震 设计规范》时，曾对257组竖向和水平向强地 震加速度记录，按场地类别分类，分别统计给 出平均反应谱（动力系数β谱），发现竖向和 水平向平均反应谱的形态基本相同。 另外，根据统计分析，竖向和水平向的最大地 面加速度值之比，一般在1/2~2/3的范围内，但 也不排除竖向最大地面加速度值比水平向最大 地面加速度值大的个别情况。
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§8 结构竖向地震作用
8.1 引言
震害表明，高烈度区的竖向地震地面运动相当 可观，竖向地震作用相当明显，尤其对高柔结 构，如烟囱、电视塔等高耸结构和高层建筑。 在竖向地震作用下最易受损伤的结构构件是预 应力的和悬臂的梁和板。 我国地震经验表明，烈度9度和9度以上时，跨 度大于18m的屋架、1.5m以上的悬挑阳台和走 廊等震害严重甚至倒塌；烈度8度时，跨度大 于26m的屋架、2.0m以上的悬挑阳台和走廊等 震害严重。
土木工程专业本科专业课
工程抗震原理
Principles of Seismic Engineering
第三章 建筑结构抗震原理
§1 概述 §2 单自由度体系地震反应分析 §3 单自由度体系水平地震作用 §4 多自由度体系地震反应分析 §5 地震分析振型分解反应谱法 §6 水平地震作用的底部剪力法 §7 考虑扭转的水平地震作用 §8 结构竖向地震作用 §9 建筑结构抗震验算 §10 结构自振周期和频率的实用计算方法 §11 工程结构地震反应的时程分析方法 §12 地基与结构动力相互作用效应
§8 结构竖向地震作用
《公路桥梁抗震设计细则》建议竖向设计加速 度反应谱由水平向设计加速度反应谱乘以下列 公式给出的因子： 基岩场地： R 0.65 土层场地： 1.0 T 0.1s
R 1.0 2.5(T 0.1) 0.50 0.1s T 0.3s T 0.3s
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§8 结构竖向地震作用
《建筑抗震设计规范》规定： 抗震设防烈度8度和9度时的大跨度结构、长悬 臂结构、烟囱和类似的高耸结构，9度时的高 层建筑，应考虑竖向地震作用。 各国抗震规范对竖向地震作用的计算方法大致 有三种： (1)静力法：取结构或构件重力的一定百分数作为 竖向地震作用； (2)按反应谱法计算竖向地震作用； (3)规定结构或构件所受到的竖向地震作用为水平 地震作用的某一百分数。
第三章 建筑结构抗震原理
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§8 结构竖向地震作用
欧洲抗震设计规范EuroCode-8中，采用的竖向 地震反应谱的形状与水平向地震反应谱的形状 有所不同，相差一个与周期有关的因子，周期 小于0.15s时为0.7，周期大于0.5s时为0.5，周 期介于0.15~0.5s之间时采用前两者的内插值。
第三章 建筑结构抗震原理
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第三章 建筑结构抗震原理
§1 概述 §2 单自由度体系地震反应分析 §3 单自由度体系水平地震作用 §4 多自由度体系地震反应分析 §5 地震分析振型分解反应谱法 §6 水平地震作用的底部剪力法 §7 考虑扭转的水平地震作用 §8 结构竖向地震作用 §9 建筑结构抗震验算 §10 结构自振周期和频率的实用计算方法 §11 工程结构地震反应的时程分析方法 §12 地基与结构动力相互作用效应
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8.2 高耸结构及高层建筑的竖向地震作用
高耸结构及高层建筑的竖向地震反应的分析方 法与水平地震反应的分析方法没有原则上的不 同，凡是适宜于水平地震反应分析的方法，也 均可用于竖向地震反应的分析。
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§8 结构竖向地震作用
1. 结构的竖向振动周期和竖向设计反应谱 采用反应谱理论计算竖向地震作用时，需要确 定竖向振动的振型和竖向设计反应谱。 竖向振动的振型计算相当于求解悬臂杆件的纵 向振动问题。 计算结果表明，高耸结构和高层建筑的竖向振 动周期较短，其基本周期在0.1~0.2s范围内， 小于场地竖向反应谱的特征周期。
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§8 结构竖向地震作用
第一振型各质点的位移上大下小，如转90°表 示，则第一振型呈倒三角形分布，如图所示。 因此，取第一振型竖向地震影响系数αv1=αvmax ，根据底部剪力法，结构总竖向地震作用和各 质点的竖向地震作用可按下列公式计算：
Gn Fvn Y
FEvk v max Geq
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§8 结构竖向地震作用
《建筑抗震设计规范》规定：平板型网架屋盖 和跨度大于24m屋架的竖向地震作用标准值 ， 宜取其重力荷载代表值Gi和竖向地震作用系数 λv的乘积，即：
FEvk v Gi
式中，λv—竖向地震作用系数，按下表采用
结构 类型 平板型网架 钢屋架 钢筋混凝土 屋架 场地类别 烈 度 Ⅰ Ⅱ 8 可不计算(0.10) 0.08(0.12) 9 0.15 0.15 8 0.10(0.15) 0.13(0.19) 9 0.20 0.25
第三章 建筑结构抗震原理
Gij j
Gij
N vi
ห้องสมุดไป่ตู้
§8 结构竖向地震作用
根据台湾集集地震经验，《建筑抗震设计规范 》规定，在求得高层建筑楼层的竖向地震作用 效应后，宜再乘以增大系数1.5。
8.3 大跨度结构的竖向地震作用
平板型网架屋盖和跨度大于24m的钢屋架和钢 筋混凝土屋架通常需要考虑竖向地震作用。
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Ⅲ、Ⅳ 0.10(0.15) 0.20 0.13(0.19) 0.25
§8 结构竖向地震作用
8.4 长悬臂结构和其它大跨度结构的竖向 地震作用
目前，长悬臂结构和其它大跨度结构的竖向地 震作用仍采用静力法计算。 《建筑抗震设计规范》规定： 长悬臂结构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%，设计基本加速度为 0.30g时，可取该结构、构件重力荷载代表值 的15%。
Gi
Fvi
Y 1i
Fvi
G H
j j
n
j
G1
Fv1
Hj
Hi
Gi H i
FEvk
Gj
Fvj
Y 1j
Y11
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§8 结构竖向地震作用
式中，αvmax—竖向地震影响系数最大值，《建筑 抗震设计规范》规定取水平向地震 影响系数最大值的65%； FEvk— 结构总竖向地震作用标准值； Fvi— 质点i的竖向地震作用标准值； Geq— 结构等效总重力荷载，可取其重力荷载 代表值的75%，即: