1、工程抗震原理Principles of Seismic Engineering土木工程專業本科專業課 主要內容第一章 工程抗震基礎知識第二章 場地與地基基礎抗震原理第三章 建筑結構抗震原理第六章 橋梁結構抗震原理第七章 工程結構減震控制原理第三章 建筑結構抗震原理1 概述2 單自由度體系地震反應分析3 單自由度體系水平地震作用4 多自由度體系地震反應分析5 地震分析振型分解反應譜法6 水平地震作用的底部剪力法7 考慮扭轉的水平地震作用8 結構豎向地震作用9 建筑結構抗震驗算10 結構自振周期和頻率的實用計算方法11 工程結構地震反應的時程分析方法12 地基與結構動力相互作用效應第三章 建筑結構

2、抗震原理1 概述2 單自由度體系地震反應分析3 單自由度體系水平地震作用4 多自由度體系地震反應分析5 地震分析振型分解反應譜法6 水平地震作用的底部剪力法7 考慮扭轉的水平地震作用8 結構豎向地震作用9 建筑結構抗震驗算10 結構自振周期和頻率的實用計算方法11 工程結構地震反應的時程分析方法12 地基與結構動力相互作用效應8 結構豎向地震作用8.1 引言震害表明，高烈度區的豎向地震地面運動相當可觀，豎向地震作用相當明顯，尤其對高柔結構，如煙囪、電視塔等高聳結構和高層建筑。在豎向地震作用下最易受損傷的結構構件是預應力的和懸臂的梁和板。我國地震經驗表明，烈度9度和9度以上時，跨度大于18m的屋

3、架、1.5m以上的懸挑陽臺和走廊等震害嚴重甚至倒塌；烈度8度時，跨度大于26m的屋架、2.0m以上的懸挑陽臺和走廊等震害嚴重。8 結構豎向地震作用建筑抗震設計規范規定：抗震設防烈度8度和9度時的大跨度結構、長懸臂結構、煙囪和類似的高聳結構，9度時的高層建筑，應考慮豎向地震作用。各國抗震規范對豎向地震作用的計算方法大致有三種：(1)靜力法：取結構或構件重力的一定百分數作為豎向地震作用；(2)按反應譜法計算豎向地震作用；(3)規定結構或構件所受到的豎向地震作用為水平地震作用的某一百分數。8 結構豎向地震作用8.2 高聳結構及高層建筑的豎向地震作用高聳結構及高層建筑的豎向地震反應的分析方法與水平地震

4、反應的分析方法沒有原則上的不同，凡是適宜于水平地震反應分析的方法，也均可用于豎向地震反應的分析。8 結構豎向地震作用1. 結構的豎向振動周期和豎向設計反應譜采用反應譜理論計算豎向地震作用時，需要確定豎向振動的振型和豎向設計反應譜。豎向振動的振型計算相當于求解懸臂桿件的縱向振動問題。計算結果表明，高聳結構和高層建筑的豎向振動周期較短，其基本周期在0.10.2s范圍內，小于場地豎向反應譜的特征周期。8 結構豎向地震作用為了獲得豎向設計反應譜，在編制建筑抗震設計規范時，曾對257組豎向和水平向強地震加速度記錄，按場地類別分類，分別統計給出平均反應譜（動力系數譜），發現豎向和水平向平均反應譜的形態基本

5、相同。另外，根據統計分析，豎向和水平向的最大地面加速度值之比，一般在1/22/3的范圍內，但也不排除豎向最大地面加速度值比水平向最大地面加速度值大的個別情況。8 結構豎向地震作用因此，為了簡化計算，建筑抗震設計規范取豎向地震影響系數vmax為水平向地震影響系數max的0.65倍，即：核電廠抗震設計規范GB50267-97中，分別規定了水平地震作用和豎向地震作用的標準反應譜，兩個標準反應譜的最主要差別體現在最大值的周期范圍不同。8 結構豎向地震作用歐洲抗震設計規范EuroCode-8中，采用的豎向地震反應譜的形狀與水平向地震反應譜的形狀有所不同，相差一個與周期有關的因子，周期小于0.15s時為0

6、.7，周期大于0.5s時為0.5，周期介于0.150.5s之間時采用前兩者的內插值。8 結構豎向地震作用公路橋梁抗震設計細則建議豎向設計加速度反應譜由水平向設計加速度反應譜乘以下列公式給出的因子：基巖場地：土層場地： 式中，R豎向與水平向設計加速度反應譜的比值； T設計加速度反應譜的周期。 8 結構豎向地震作用2、豎向地震作用的計算方法采用時程分析法和振型分析法對煙囪、電視塔等高聳結構和框架、剪力墻等高層建筑進行豎向地震作用計算，結果表明，豎向地震作用效應與重力荷載效應的比值沿高度方向由下往上逐漸增大，具有明顯的規律性。第一振型的豎向地震反應在總的豎向地震反應中起主要作用，僅取第一振型計算的豎

7、向地震作用，與取前5階振型、按平方和開平方(SRSS)法進行組合得到的豎向地震作用很接近。8 結構豎向地震作用第一振型各質點的位移上大下小，如轉90表示，則第一振型呈倒三角形分布，如圖所示。因此，取第一振型豎向地震影響系數v1=vmax ，根據底部剪力法，結構總豎向地震作用和各質點的豎向地震作用可按下列公式計算：8 結構豎向地震作用式中，vmax豎向地震影響系數最大值，建筑抗震設計規范規定取水平向地震影響系數最大值的65%； FEvk 結構總豎向地震作用標準值； Fvi 質點i的豎向地震作用標準值； Geq 結構等效總重力荷載，可取其重力荷載代表值的75%，即:8 結構豎向地震作用樓層的豎向地

8、震作用效應可按各構件承受的重力荷載代表值的比例分配，第i層豎向地震作用及其各構件的豎向地震作用可按下式計算：式中，Nvi 第i層的豎向地震作用標準值；Nvij 第i層第j個豎向構件的豎向地震作用標準值Gij 第i層第j個豎向構件所承受重力荷載代表值 第i層豎向構件所承受的總重力荷載代表值。8 結構豎向地震作用根據臺灣集集地震經驗，建筑抗震設計規范規定，在求得高層建筑樓層的豎向地震作用效應后，宜再乘以增大系數1.5。8.3 大跨度結構的豎向地震作用平板型網架屋蓋和跨度大于24m的鋼屋架和鋼筋混凝土屋架通常需要考慮豎向地震作用。8 結構豎向地震作用建筑抗震設計規范規定：平板型網架屋蓋和跨度大于24m屋架的豎向地震作用標準值 ，宜取其重力荷載代表值Gi和豎向地震作用系數 v的乘積，即：式中，v豎向地震作用系數，按下表采用結構類型烈度場地類別、平板型網架鋼屋架8可不計算(0.10)0.08(0.12)0.10(0.15)90.150.150.20鋼筋混凝土屋架80.10(0.15)0.13(0.19)0.13(0.19)90.200.250.258 結構豎向地震作用8.4 長懸臂結構和其它大跨度結構的豎向