理论教育 底部剪力法在建筑结构抗震设计中的应用

底部剪力法在建筑结构抗震设计中的应用

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了简化计算,我国的《建筑抗震设计规范》规定,当满足以下条件时,可采用近似计算法,即底部剪力法。因此,《建筑抗震设计规范》规定,采用底部剪力法时,突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应,宜乘以增大系数3,此增大部分不应往下传递,但与该突出部分连接的构件应予以计入。

底部剪力法在建筑结构抗震设计中的应用

当房屋层数较多时,按振型分解反应谱法计算结构的水平地震作用过程十分冗繁。为了简化计算,我国的《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定,当满足以下条件时,可采用近似计算法,即底部剪力法。

(1)质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构。

(2)建筑物的总高度不超过40m。

(3)建筑结构在地震作用下的变形以剪切变形为主。

(4)建筑结构在地震作用时的扭转效应可忽略不计。

当满足以上条件时,结构在地震作用下的位移反应往往以第一振型为主,而且第一振型接近于直线。即任意质点的第一振型位移与其高度成正比,X1i=ηHi,其中η为比例常数,Hi为质点的计算高度。

由式(3-55)和式(3-56)可以得出,j振型结构总水平地震作用标准值,即j振型的底部剪力为

式中:G——结构的总重力荷载代表值

由式(3-57)可以得出,结构总的水平地震作用,即结构的底部剪力FEk

式中为等效重力荷载系数,我国的《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定,对单质点体系q=1,对多质点体系q=0.85,并定义Geq=qG,则结构底部剪力的计算可简化为

式中:Geq——结构等效总重力荷载;

α1——相应于结构基本周期的水平地震影响系数。

由于结构振动以基本振型为主,且基本振型接近于直线,则任意质点的第一振型位移与其高度成正比,X1i=ηHi,其中η为比例常数,Hi为质点的计算高度。各质点的水平地震作用近似等于第一振型各质点的地震作用,即(www.daowen.com)

则结构总水平地震作用可表示为

将上式代入式(3-61),得

对于自振周期比较长的结构,经计算发现,在房屋顶部的地震剪力按底部剪力法计算结果偏小,因此,我国的《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定,当结构基本周期T1>1.4Tg时,需在结构的顶部附加水平地震作用ΔFn,取

式(3-62)改写为

其中,δn为结构顶部附加地震作用系数,多层钢筋混凝土房屋和钢结构房屋按表3-5采用,多层内框架砖房可采用0.2,其他房屋不考虑。

表3-5 顶部附加地震作用系数

震害表明,突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等,它们的震害比下面主体结构严重。这是由于突出屋面的这些建筑的质量和刚度突然变小,地震反应随之增大的缘故。在地震工程中,把这种现象称为“鞭梢效应”。因此,《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定,采用底部剪力法时,突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应,宜乘以增大系数3,此增大部分不应往下传递,但与该突出部分连接的构件应予以计入。

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