建筑結構抗震結構抗震計算課件.ppt

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1、 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 1v 基 本 原 理 v 基 本 步 驟v 底 部 剪 力 法 的 修 正v 例 題 主 要 內 容 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 2 底 部 剪 力 法 是 一 種 簡 化 方 法 ， 是 反 應 譜 分 析 法 中 的一 種 近 似 方 法 ， 便 于 設 計 者 手 算 ， 它 是 應 工 程 設 計 的 需要 而 提 出 來 的 。 在 建 筑 方 案 設 計 階 段 ， 探 索 各 種 建 筑 體 形 以 及 相 應結 構 體 系 時 ， 可 以 快 速

2、 確 定 地 震 作 用 的 數(shù) 值 ， 估 計 結 構承 載 力 和 變 形 是 否 滿 足 要 求 ， 以 及 確 定 構 件 截 面 的 大 概尺 寸 。 此 外 。 利 用 底 部 剪 力 法 可 以 對 計 算 軟 件 結 果 進 行 總 體 校 核 。 設 計 需 要 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 3簡 化 思 路 某 些 多 自 由 度 體 系 的 結 構 ， 地 震 作 用 下 的 振 動 以 第一 振 型 為 主 ， 可 以 近 似 認 為 作 單 自 由 度 運 動 ， 即 原 來 的多 自 由 度 體 系 變 成 廣 義

3、單 自 由 度 體 系 。 意 義 ： 結 構 總 水 平 地 震 作 用 （ 底 部 水 平 地 震 剪 力 ）可 以 近 似 得 到 。 對 于 這 類 結 構 ， 其 瞬 時 位 移 形 狀 可 以 近 似 為 第 一 振型 ， 因 此 ， 各 部 位 相 對 側 移 的 比 值 在 任 何 時 刻 都 是 相 同的 。 任 何 瞬 時 ， 只 要 知 道 結 構 上 某 一 點 的 位 移 ， 其 他 各點 的 位 移 就 能 根 據(jù) 振 型 側 移 曲 線 唯 一 地 確 定 。 意 義 ： 結 構 各 樓 層 的 水 平 地 震 作 用 與 層 間 剪 力 的 分布 規(guī) 律 可 以

4、 近 似 得 到 。 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 4簡 化 思 路 在 確 定 這 類 結 構 的 水 平 地 震 作 用 時 ， 可 以 根 據(jù) 其 基本 周 期 確 定 其 總 水 平 地 震 作 用 ， 然 后 再 按 照 第 一 振 型 的側 移 曲 線 規(guī) 律 來 確 定 結 構 各 樓 層 的 水 平 地 震 作 用 。多 自 由 度 體 系 單 自 由 度 體 系 總 水 平 地 震 作 用各 樓 層 的水 平 地 震 作 用 等 效 基 本 自 振 周 期基 本 振 型 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東

5、南 大 學 丁 幼 亮 5適 用 范 圍適 用 結 構 范 圍 ： 不 超 過 40m， 以 剪 切 變 形 為 主 并 且 質 量和 剛 度 沿 高 度 分 布 比 較 均 勻 的 結 構 。 不 超 過 40m： 結 構 的 振 動 以 第 一 振 型 為 主 ； 高 度 分 布 均 勻 ： 第 一 振 型 近 似 為 直 線 。 適 用 結 構 類 型 ： 一 般 的 多 層 磚 房 等 砌 體 結 構 、 內 框 架 和底 部 框 架 抗 震 墻 磚 房 、 單 層 空 曠 房 屋 、 單 層 工 業(yè) 廠 房 及多 層 框 架 結 構 等 。 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子

6、 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 6步 驟 1： 結 構 底 部 水 平 地 震 剪 力 的 計 算 基 本 概 念 采 用 底 部 剪 力 法 確 定 多 質 點 系 的 水 平 地 震 作 用 時 ， 將其 等 效 為 單 質 點 體 系 。 等 效 的 原 則 是 ， 兩 者 的 基 本 周 期和 結 構 底 部 水 平 地 震 剪 力 相 等 。 等 效 單 質 點 系 的 質 量 多 質 點 系 的 質 量 多 質 點 系 的 第 一 振 型 參 與 質 量 要 小 于 結 構 總 質 量 ； 多 質 點 系 存 在 高 振 型 地 震 反 應 ， 而 高 振 型 地 震 作 用

7、對 于 各 個 質 點 來 說 有 正 有 負 。 由 此 引 起 的 結 構 底 部 剪 力 ， 比 各 質 點 地 震 作 用 絕 對 值 之 和 要 小 。？ 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 7 基 本 概 念 因 此 ， 欲 使 等 效 單 質 點 系 的 底 部 地 震 剪 力 與 所 代 表 的多 質 點 系 底 部 剪 力 相 等 ， 對 應 單 質 點 系 的 等 效 質 量 應 小于 多 質 點 系 的 總 質 量 。步 驟 1： 結 構 底 部 水 平 地 震 剪 力 的 計 算 抗 震 規(guī) 范 規(guī) 定 ， 采 用 底 部 剪

8、 力 法 時 ， 結 構 總 的 水 平地 震 作 用 標 準 值 （ 結 構 底 部 剪 力 ） 為 ： eq1Ek GF v 1： 相 應 于 結 構 基 本 自 振 周 期 的 水 平 地 震 影 響 系 數(shù) ；v Geq： 結 構 等 效 總 重 力 荷 載 ， 單 質 點 應 取 總 重 力 荷 載 代表 值 ， 多 質 點 可 取 總 重 力 荷 載 代 表 值 的 85%。 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 8步 驟 2： 各 質 點 水 平 地 震 作 用 的 計 算 基 本 假 定 結 構 的 地 震 反 應 可 用 第 一振 型

9、 反 應 表 征 ； 結 構 的 第 一 振 型 為 線 性 倒三 角 形 。 iiiiii GHGXFF 11,1111 iii GHF 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 9步 驟 2： 各 質 點 水 平 地 震 作 用 的 計 算 各 質 點 的 水 平 地 震 作 用 ： Ek1 FHGHGF nk kk iii 各 樓 層 水 平 地 震 層 間 剪 力 ： nik ki FV Ek1 FFni i iii GHF 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 10 的 取 值 見 教 材 P.55表 2

10、-12。 高 振 型 對 結 構 地 震 反 應 的 影 響 主 要 在 結構 上 部 ， 而 且 震 害 經(jīng) 驗 表 明 ： 某 些 基 本 周期 較 長 的 建 筑 上 部 震 害 較 為 嚴 重 。 抗 震 規(guī) 范 規(guī) 定 ： T11.4Tg的 建 筑 ， 取頂 部 附 加 水 平 地 震 作 用 作 為 集 中 的 水 平力 加 在 結 構 的 頂 部 來 加 以 修 正 。頂 部 附 加 地 震 作 用nF EkFF nn n 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 11頂 部 附 加 地 震 作 用 計 算 原 則 ： 總 的 水 平 地 震

11、 作 用 FEk保 持 不 變 ， 除 了 頂 部附 加 的 水 平 地 震 作 用 外 ， 剩 余 的 水 平 地 震 作 用 由 各 層 分擔 。 頂 部 地 震 作 用 ： EkEk1 )1( FFHGHGFFF nnnk kk nnnnn 其 他 各 層 地 震 作 用 ： )1(Ek 1 nnk kk iii FHGHGF 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 12突 出 屋 面 附 屬 結 構 地 震 內 力 的 調 整 震 害 表 明 ， 突 出 屋 面 的 屋 頂 間 （ 電 梯 機 房 、 水 箱間 ） 、 女 兒 墻 、 煙 囪 等

12、 ， 它 們 的 震 害 比 下 面 的 主 體 結 構嚴 重 。 原 因 是 由 于 突 出 屋 面 的 這 些 結 構 的 質 量 和 剛 度 突 然 減小 ， 地 震 反 應 隨 之 增 大 。 -鞭 端 效 應 （ 鞭 梢 效 應 ） 。 抗 震 規(guī) 范 規(guī) 定 ： 采 用 底 部 剪 力 法 時 ， 突 出 屋 面 的屋 頂 間 、 女 兒 墻 、 煙 囪 等 的 地 震 作 用 效 應 ， 宜 乘 以 增 大系 數(shù) 3。 此 增 大 部 分 不 應 向 下 傳 遞 ， 但 與 該 突 出 部 分 相 連 的 構 件 應 予 計 入 。 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教

13、 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 13突 出 屋 面 附 屬 結 構 地 震 內 力 的 調 整計 算 注 意 點 ： 對 于 T11.4Tg的 建 筑 并 有 突 出 小 屋 時 ， 計 算 的 頂 部 附加 水 平 地 震 作 用 應 位 于 主 體 房 屋 的 頂 部 ， 而 不 應 置 于 局部 突 出 小 屋 的 屋 頂 處 。 對 于 頂 層 帶 有 空 曠 大 房 間 或 輕 鋼 結 構 的 房 屋 ， 應 視 為結 構 體 系 的 一 部 分 ， 采 用 振 型 分 解 反 應 譜 法 計 算 。 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮

14、14查 表 得 ； 可 得 例 題 ： 四 層 鋼 筋 混 凝 土 框 架 結 構 ， 已 知 抗震 設 防 烈 度 為 8度 (0.20g)， 類 場 地 ， 設 計地 震 分 組 為 第 一 組 ， 層 高 和 層 重 力 代 表 值如 圖 所 示 。 結 構 的 基 本 周 期 為 0.56s,試 用 底部 剪 力 法 計 算 多 遇 地 震 時 的 層 間 地 震 剪 力 。 4.36m3.36m3.36mG 4 =831. 6kNG 3 =1039. 6kNG 2 =1039. 6kNG 1 =1122.7kN 3.36m解 ： （ 1） 計 算 結 構 等 效 總 重 力 荷 載

15、代 表 值 kN48.3428)6.83126.10397.1122(85.085.0 1eq ni iGG （ 2） 計 算 水 平 地 震 影 響 系 數(shù)sT 35.0g 16.0m ax 1048.016.0)()( 9.0gm ax2g1 TTTT 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 15（ 3） 計 算 結 構 總 的 水 平 地 震 作 用 標 準 值 kN3.35948.34281048.0eq1Ek GF （ 4） 頂 部 附 加 水 平 地 震 作 用 s49.035.04.1s56.0 1 T 1148.007.008.0 1 T

16、n kN25.413.3591148.0Ek FF nn （ 5） 計 算 各 層 的 水 平 地 震 作 用 標 準 值 和 層 間 剪 力 nnik ki FFV )1(1 nEknk kk iii FGHGHF 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 16（ 5） 計 算 各 層 的 水 平 地 震 作 用 標 準 值 和 層 間 剪 力 nnik ki FFV 146.1246.6316.6359.341.25104.8100.570.042.7318.012008.311517.78024.94895.036445.914.4411.087.724.36831.61039.51039.51122.74033.34321 Vi(kN) Fn(kN)Fi(kN)GiHi(kNm)Hi(m)Gi(kN)層 )1(1 nEknk kk iii FGHGHF 工 程 結 構 抗 震 與 防 災 電 子 教 案 東 南 大 學 丁 幼 亮 17