1、 第五章第五章 地震作用和结构抗震设计要点地震作用和结构抗震设计要点一、建筑物抗震设防类型的确定一、建筑物抗震设防类型的确定二、地震作用的计算规定及计算方法二、地震作用的计算规定及计算方法三、结构抗震验算三、结构抗震验算5.1 建筑抗震设防分类标准建筑抗震设防分类标准一、建筑抗震设防分类标准一、建筑抗震设防分类标准 中国国家标准建筑抗震设防分类标准（中国国家标准建筑抗震设防分类标准（GB50223)，根，根据据建筑物重要性建筑物重要性、在地震中及地震后、在地震中及地震后破坏对社会和经济造破坏对社会和经济造成的影响成的影响及在及在抗震防灾中的作用抗震防灾中的作用，将建筑明确分为四类：，将建筑明确
2、分为四类：甲类建筑甲类建筑 地震破坏后会对社会有严重影响，地震破坏后会对社会有严重影响，对国民经济有巨大损失或有特殊要求的建筑物。对国民经济有巨大损失或有特殊要求的建筑物。专专门研究确定门研究确定。乙类建筑乙类建筑 地震中使用功能不能中断或需迅速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。民经济有重大损失。如生命线工程如生命线工程。丙类建筑丙类建筑 地震破坏后对社会有一般影响，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。如一般对国民经济有一般损失的建筑物。如一般工业与工业与民用建筑、公共建
3、筑、住宅、旅馆、厂房等民用建筑、公共建筑、住宅、旅馆、厂房等。丁类建筑丁类建筑 地震破坏后对社会影响轻微，对地震破坏后对社会影响轻微，对国民经济影响轻微，且不致影响其它甲、乙、丙国民经济影响轻微，且不致影响其它甲、乙、丙类建筑的建筑物。类建筑的建筑物。附属建筑附属建筑。二、各类建筑抗震设防的标准二、各类建筑抗震设防的标准甲类建筑甲类建筑：地震作用应高于本地区抗震设防烈度：地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定按批准的地震安全性评价结果确定。68度设防时，提高度设防时，提高1度进行抗震设防，度进行抗震设防，9度时应比度时应比9度设防更高的要求。
4、度设防更高的要求。乙类建筑乙类建筑：地震作用应符合本地区抗震设防烈度地震作用应符合本地区抗震设防烈度要求要求。一般情况。一般情况68度时，提高度时，提高1度进行抗震设防，度进行抗震设防，9度时应比度时应比9度设防更高的要求。度设防更高的要求。3.丙类建筑丙类建筑：地震作用和抗震措施均应符合本地区地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度要求抗震设防烈度要求。丁类建筑丁类建筑：一般情况下（具体规定除外），地震：一般情况下（具体规定除外），地震作用应符合本地区抗震设防烈度要求，抗震措施可作用应符合本地区抗震设防烈度要求，抗震措施可适当降低，但适当降低，但6度抗震时不降低。度抗震时不降低。抗震设防
5、烈度为抗震设防烈度为6度时，除特殊要求外，一般情况度时，除特殊要求外，一般情况下对乙类、丙类和丁类建筑可不进行地震作用计算。下对乙类、丙类和丁类建筑可不进行地震作用计算。v“三水准三水准”，“两阶段两阶段”抗震设计目标，即抗震设计目标，即“小震不坏，中震可修，大震不倒小震不坏，中震可修，大震不倒”，分别按，分别按弹性和弹塑性两阶段设计。弹性和弹塑性两阶段设计。三、各类建筑抗震设防的目标三、各类建筑抗震设防的目标5.2 地震作用计算地震作用计算一、地震作用计算的一般规定一、地震作用计算的一般规定抗震规范抗震规范规定的计算原则规定的计算原则一般情况下，应在建筑结构的一般情况下，应在建筑结构的两个主
6、轴方向两个主轴方向分别考分别考虑水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地虑水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用全部由该方向的抗侧力构件承担；震作用全部由该方向的抗侧力构件承担；有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于1515度时，度时，应分别考虑应分别考虑各抗侧力构件方向的水平地震作用各抗侧力构件方向的水平地震作用；质量和刚度明显不对称的结构，应考虑双向水平质量和刚度明显不对称的结构，应考虑双向水平地震作用下的地震作用下的扭转影响扭转影响。其他情况，可以采用调。其他情况，可以采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响；整地震作用效应的方法计入扭转影
7、响；不同方向抗侧力结构的共同构件，应考虑双向水不同方向抗侧力结构的共同构件，应考虑双向水平地震作用的影响。平地震作用的影响。8度和度和9度的大跨度结构、长悬臂结构及度的大跨度结构、长悬臂结构及9度时的度时的高层建筑，应考虑高层建筑，应考虑竖向地震作用竖向地震作用。二、二、地震作用计算方法的确定地震作用计算方法的确定地震作用计算方法地震作用计算方法底部剪力法：把地震作用当作等效静力荷载，计算底部剪力法：把地震作用当作等效静力荷载，计算结构最大地震反应。实际结构最大地震反应。实际将多自由度体系简化为等将多自由度体系简化为等效单自由度体系进行分析效单自由度体系进行分析。振型分解反应谱法：利用振型分解
8、原理和反应谱理振型分解反应谱法：利用振型分解原理和反应谱理论进行结构最大地震反应分析论进行结构最大地震反应分析。时程分析法时程分析法：选定一定的地震波，直接输入到所：选定一定的地震波，直接输入到所设计的结构，然后对结构的平衡微分方程进行数值设计的结构，然后对结构的平衡微分方程进行数值积分求得结构在整个地震时程范围内的地震反应。积分求得结构在整个地震时程范围内的地震反应。包括振型分解法和逐步积分法包括振型分解法和逐步积分法。现行现行抗震规范抗震规范的抗震设计计算采用以下三种方法：的抗震设计计算采用以下三种方法：地震作用各计算方法的特点地震作用各计算方法的特点底部剪力法是一种拟静力法，计算量最小，
9、但因忽底部剪力法是一种拟静力法，计算量最小，但因忽略了高阶振型的影响，计算精度稍差；略了高阶振型的影响，计算精度稍差；振型分解反应谱法，计算量稍大，计算精度较高，振型分解反应谱法，计算量稍大，计算精度较高，计算误差主要来至于振型组合时关于地震动随机性计算误差主要来至于振型组合时关于地震动随机性的假定；的假定；时程分析法是一种完全动力分析方法，计算量大，时程分析法是一种完全动力分析方法，计算量大，计算精度高。计算精度高。但时程分析法是某一确定地震动的时程反应，不像但时程分析法是某一确定地震动的时程反应，不像底部剪力法和振型分解反应谱法考虑了不同地震动底部剪力法和振型分解反应谱法考虑了不同地震动时
10、程纪录的随机性。时程纪录的随机性。底部剪力法、振型分解反应谱法和振型分解时程分底部剪力法、振型分解反应谱法和振型分解时程分析法适合于弹性分析，逐步积分法可用于塑性分析。析法适合于弹性分析，逐步积分法可用于塑性分析。地震作用计算方法的选用情况地震作用计算方法的选用情况根据不同的结构，不同的设计要求区别对待。根据不同的结构，不同的设计要求区别对待。底部剪力法适用情况：高度不超过底部剪力法适用情况：高度不超过40m，以剪切，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构。构，以及近似于单质点体系的结构。振型分解反应谱法适用情况
11、：除上述以外的建筑振型分解反应谱法适用情况：除上述以外的建筑结构，宜结构，宜采用振型分解反应谱法采用振型分解反应谱法。时程分析法适用情况：时程分析法适用情况：特别不规则的建筑，甲类特别不规则的建筑，甲类建筑和建筑和P97表表5.2所列的高层建筑。所列的高层建筑。采用时程分析法进行计算应注意以下问题：采用时程分析法进行计算应注意以下问题：满足地震动三要素：频谱特性、有效峰值和持续时满足地震动三要素：频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规定，频谱特性可根据地震影响系数曲线、间均要符合规定，频谱特性可根据地震影响系数曲线、所处的场地类别和设计地震分组确定。所处的场地类别和设计地震分组确定。输入加速度
12、时程曲线的持续时间，不论实际的地震输入加速度时程曲线的持续时间，不论实际的地震记录还是人工模拟的波形，一般为结构周期的记录还是人工模拟的波形，一般为结构周期的510倍倍。最小地震波数：最小地震波数：不少于不少于2 2组实际地震波记录组实际地震波记录和一组和一组人人工模拟的工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计统计意义上相符，其加速度时程的最大值可按意义上相符，其加速度时程的最大值可按P97P97表表5.35.3采用。采用。q 最小剪力要求最小剪力要求(有
13、效峰值）有效峰值）q 输入加速度调整输入加速度调整 弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得的弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得的结构底结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%65%。多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的小于振型分解反应谱法计算结果的80%。如不满足，可将地震波峰值加大，使其满足要求。如不满足，可将地震波峰值加大，使其满足要求。当结构采用三维空间模型等需要双向（当结构采用三维空间模型等需要双向（2个水平个水平方向）或方向）或3向（向（2个水平方向和
14、个水平方向和1个竖向）地震波输入个竖向）地震波输入时，其加速度最大值通常按下列比例调整：时，其加速度最大值通常按下列比例调整：1 1（水平（水平1 1）：）：0.850.85（水平（水平2 2）：）：0.650.65（竖向）（竖向）表表5.1 5.1 采用时程分析的房屋高度范围采用时程分析的房屋高度范围表表5.25.2 地震加速度时程曲线的最大值（地震加速度时程曲线的最大值（cm/scm/s2 2）烈度、场地类型烈度、场地类型房屋高度范围（米）房屋高度范围（米）7度及度及8度度、类场地类场地1008度度、场地场地809度度60地震影响地震影响6度度7度度8度度9度度多遇地震多遇地震1835（5
15、5）70（110）140罕遇地震罕遇地震 220（310）400（510）620三、重力荷载代表值的计算三、重力荷载代表值的计算v 进行结构抗震设计时考虑的重力荷载称为进行结构抗震设计时考虑的重力荷载称为重力荷载重力荷载代表值代表值。重力荷载包括恒载和活载。由于地震发生。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的重力荷载可对活载进行折减按P98表表5.3采用采用。表表5.3 5.3 可变荷载可变荷载组合值系数组合值系数四、四、水平地震作用计算的有关规定水平地震作用计算的有关规定1 1
16、）考虑扭转振动的原因）考虑扭转振动的原因 地面运动存在转动分量地面运动存在转动分量，或地震时地面各点的运动存在，或地震时地面各点的运动存在相位差；相位差；结构本身存在偏心结构本身存在偏心，即结构的刚度中心和质量中心不重，即结构的刚度中心和质量中心不重合。震害调查分析表明，扭转作用会加重结构破坏，有合。震害调查分析表明，扭转作用会加重结构破坏，有时还会成为结构破坏的主要原因。时还会成为结构破坏的主要原因。2 2）考虑扭转的效应方法）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。主要讨论
17、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。分析方法：考虑振型耦合。1.1.考虑扭转藕联时水平地震作用计算考虑扭转藕联时水平地震作用计算 3 3）平扭耦合体系地震作用的计算方法）平扭耦合体系地震作用的计算方法第第j振型振型i层的水平地震作用标准值：层的水平地震作用标准值：xjijtjjiiFX G 2tjijtj ijiiFrG yjijtjjiiFY G j振型振型i层的层的x、y和转角方向的地震和转角方向的地震 作用标准值作用标准值;、xjiFyjiFtjiF j振型振型i层质心在层质心在x、y方向的水平相对位移方向的水平相对位移;、jiXjiY j振型振型i层的相对转角层的相
18、对转角;ji 计入扭转的计入扭转的j振型参与系数；振型参与系数；tj i层的转动半径层的转动半径;ir当仅取当仅取x方向地震作用时方向地震作用时 222211/nnxtjjiijijiji iiiiX GXYr G 当仅取当仅取y方向地震作用时方向地震作用时 222211/nnytjjiijijiji iiiiY GXYr G当取与当取与x方向斜交的地震作用时方向斜交的地震作用时cossintjxtjytj 4 4）扭转效应的计算方法）扭转效应的计算方法 单向水平地震作用的扭转效应，可按下列公式确定：单向水平地震作用的扭转效应，可按下列公式确定：11mmEkjkjkjkSS S 式中式中 地震
19、作用标准值的扭转效应；地震作用标准值的扭转效应；、分别为分别为 j、k 振型地震作用标准值的效应，振型地震作用标准值的效应，可取前可取前9 91515个振型；个振型；EkSjSkS j振型与振型与 k 振型的耦联系数；振型的耦联系数；jk 分别为分别为 j、k 振型的阻尼比；振型的阻尼比；k 振型与振型与 j 振型的自振周期比。振型的自振周期比。j k、T 1.522281141jkTTjkTjkTT v 双向水平地震作用的扭转效应，可按下列公式中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：较大者确定：平面规则的建筑结构，中国平面规则的建筑结构，中国抗震规范抗震规范规定当规则结构规定
20、当规则结构不考虑扭转藕联计算时，应采用不考虑扭转藕联计算时，应采用增大边榀结构地震内力的增大边榀结构地震内力的简化方法简化方法考虑由于施工、使用等原因所产生的偶然偏心引考虑由于施工、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。起的地震扭转效应及地震地面运动转动分量的影响。平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用效应可乘以平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用效应可乘以增大系数。增大系数。一般情况下，短边可按一般情况下，短边可按1.151.15采用，长边可按采用，长边可按1.051.05采用；当扭转刚度较小时，宜按不小于采用；当扭转刚度较小时，宜按不小于1.31.
21、3采用。采用。220.85EkxySSS 220.85EkyxSSS xSyS式中式中 、分别为分别为x向、向、y向单向水平地震作用计向单向水平地震作用计算的扭转效应。算的扭转效应。1)1)反应特点反应特点 质量和刚度突然变小，地震时产生质量和刚度突然变小，地震时产生鞭端效应鞭端效应而使而使其地震反应急剧增大；震害也表明，突出屋面的其地震反应急剧增大；震害也表明，突出屋面的小房间在地震中破坏较为严重。小房间在地震中破坏较为严重。严格地说，对带有突出屋面小房间的房屋结构，严格地说，对带有突出屋面小房间的房屋结构，底部剪力法已不再适用，应采用振型分解反应谱底部剪力法已不再适用，应采用振型分解反应谱
22、法计算其水平地震作用。法计算其水平地震作用。2.突出屋面小房间的地震作用突出屋面小房间的地震作用2)2)实际情况简化处理实际情况简化处理 考虑到工程实践中带有突出屋面小房间的房屋结考虑到工程实践中带有突出屋面小房间的房屋结构数量极大，进行简化计算。构数量极大，进行简化计算。抗震规范抗震规范规定，对于这类结构，规定，对于这类结构，仍可采用底仍可采用底部剪力法部剪力法计算其水平地震作用，在计算时，将突计算其水平地震作用，在计算时，将突出屋面的小房间也作为一个质点，并将计算所得出屋面的小房间也作为一个质点，并将计算所得的该质点的水平地震作用乘以的该质点的水平地震作用乘以增大系数增大系数3予以调整予以
23、调整，此增大部分不往下传递，但与该突出部分相连的此增大部分不往下传递，但与该突出部分相连的构件在设计时应考虑这种增大影响。构件在设计时应考虑这种增大影响。3.3.楼层最小地震剪力的规定楼层最小地震剪力的规定v 问题的提出问题的提出 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，对于基本周期大于期大于3.5s的结构，由此计算所得的水平地震作用下的的结构，由此计算所得的水平地震作用下的结构结构效应可能太小效应可能太小。而对于长周期结构，地震动作用中地面运动。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。目前速度和位移可能对结构
24、的破坏具有更大影响。目前抗震规抗震规范范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。考虑结构安全，增加了对各楼层水平地震剪力最小值的考虑结构安全，增加了对各楼层水平地震剪力最小值的要求，规定了不同烈度下的剪力系数，不考虑阻尼比的不同，要求，规定了不同烈度下的剪力系数，不考虑阻尼比的不同，结构水平地震作用效应应据此进行相应调整。结构水平地震作用效应应据此进行相应调整。P103表表5.8q 最小剪力规定最小剪力规定 抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合 下式要求：下式要求：nEkijj iVG 式中式中
25、 第第 i 层对应于水平地震作用标准值的层对应于水平地震作用标准值的 楼层剪力；楼层剪力；剪力系数，不应小于表剪力系数，不应小于表5.4规定的楼层最小规定的楼层最小 地震剪力系数值，对竖向不规则结构的薄弱地震剪力系数值，对竖向不规则结构的薄弱 层，尚应乘以层，尚应乘以1.15的增大系数。的增大系数。EkiV 类别类别7度度8度度9度度扭转效应明显或扭转效应明显或基本周期小于基本周期小于3.5s的结构的结构0.016(0.024)0.032(0.048)0.064基本周期大于基本周期大于5.0s的结构的结构0.012(0.018)0.024(0.032)0.040表表5.4 5.4 楼层最小地震
26、剪力系数值楼层最小地震剪力系数值 4.楼层地震剪力的分配楼层地震剪力的分配q 结构任一楼层的水平地震剪力求得后，可按下列原则结构任一楼层的水平地震剪力求得后，可按下列原则分配给该层的抗侧力构件：分配给该层的抗侧力构件：现浇和装配整体式混凝土楼、屋盖等刚性楼盖建筑，现浇和装配整体式混凝土楼、屋盖等刚性楼盖建筑，应按抗侧力构件等效刚度的比值分配；应按抗侧力构件等效刚度的比值分配；木楼盖、木屋盖等柔性楼盖建筑，宜按抗侧力木楼盖、木屋盖等柔性楼盖建筑，宜按抗侧力 构件从构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配；属面积上重力荷载代表值的比例分配；普通的预制装配式混凝土楼、屋盖等半刚性楼盖建筑，普通的预制装
27、配式混凝土楼、屋盖等半刚性楼盖建筑，可取上述两种分配结果的平均值；可取上述两种分配结果的平均值；计入空间作用、楼盖变形、墙体弹塑性变形和扭转的计入空间作用、楼盖变形、墙体弹塑性变形和扭转的影响时，可按影响时，可按抗震规范抗震规范的有关规定对上述分配结的有关规定对上述分配结果作适当调整。果作适当调整。四、地基与结构相互作用的考虑四、地基与结构相互作用的考虑1.1.地基与结构的相互作用概念地基与结构的相互作用概念 地震时，结构受到地基传来的地震波影响产生地震地震时，结构受到地基传来的地震波影响产生地震作用，在进行结构地震反应分析时，一般都假定地基作用，在进行结构地震反应分析时，一般都假定地基是是刚
28、性刚性的，实际上地基的，实际上地基并非为刚性并非为刚性，故当上部结构的地震，故当上部结构的地震作用通过基础反馈给地基时，地基将产生局部变形，从作用通过基础反馈给地基时，地基将产生局部变形，从而引起而引起结构的移动和摆动结构的移动和摆动，这种现象称为地基与结构的，这种现象称为地基与结构的相互作用。相互作用。2.2.相互作用的结果相互作用的结果 使得地基运动和结构动力特性发生改变：使得地基运动和结构动力特性发生改变：改变了改变了地基运动的频谱组成地基运动的频谱组成，使接近结构自振频率的分，使接近结构自振频率的分量获得加强。同时改变了地基振动加速度峰值，使其小量获得加强。同时改变了地基振动加速度峰值
29、，使其小于邻近自由场地的加速度幅值；于邻近自由场地的加速度幅值；1)由于地基的柔性，使结构的由于地基的柔性，使结构的基本周期延长基本周期延长；由于地基的柔性，有相当一部分振动能量将通过地由于地基的柔性，有相当一部分振动能量将通过地基土的滞回作用和波的辐射作用逸散至地基，使得基土的滞回作用和波的辐射作用逸散至地基，使得结构振动衰减，地基愈柔，衰减愈大结构振动衰减，地基愈柔，衰减愈大。大量研究表明，一般来说由于地基与结构的相互作大量研究表明，一般来说由于地基与结构的相互作用，结构的用，结构的地震作用将减少地震作用将减少，但结构的，但结构的位移和由位移和由P-效应引起的附加内力将增加效应引起的附加内
30、力将增加。相互作用对结构影响的大小与相互作用对结构影响的大小与地基硬、软和结构的地基硬、软和结构的刚、柔等情况有关刚、柔等情况有关，硬质地基对柔性结构影响极小，硬质地基对柔性结构影响极小，对刚性结构有一定的影响；软土地基对刚性结构影对刚性结构有一定的影响；软土地基对刚性结构影响显著，而对柔性结构则有一定的影响。响显著，而对柔性结构则有一定的影响。结构抗震计算，一般情况下，可不考虑地基与结结构抗震计算，一般情况下，可不考虑地基与结构相互作用的影响；构相互作用的影响；8度和度和9度时建造在度时建造在，类场地土上，采用类场地土上，采用箱基、箱基、刚性较好的筏基和桩箱联合基础刚性较好的筏基和桩箱联合基
31、础的钢筋混凝土高的钢筋混凝土高层建筑，当结构层建筑，当结构基本周期处于特征周期得基本周期处于特征周期得1.2倍至倍至5倍范围倍范围时，若计入地基与结构动力相互作用得影时，若计入地基与结构动力相互作用得影响，对刚性地基假定计算的水平地震剪力可按下响，对刚性地基假定计算的水平地震剪力可按下列规定列规定折减折减，其层间变形可按折减后的楼层剪力，其层间变形可按折减后的楼层剪力计算。计算。3.抗震规范抗震规范规定规定 高宽比不小于高宽比不小于3的结构，底部的地震剪力按上一条的规的结构，底部的地震剪力按上一条的规定折减，顶部不折减，中间各层按线性插入值折减。定折减，顶部不折减，中间各层按线性插入值折减。折
32、减后各楼层的水平地震剪力，应符合楼层最小地震折减后各楼层的水平地震剪力，应符合楼层最小地震剪力的规定。剪力的规定。v 高宽比小于高宽比小于3的结构，各楼层水平地震剪力的折减系数，的结构，各楼层水平地震剪力的折减系数，可按下式计算：可按下式计算：0.911TTT 式中式中 计入地基与结构动力相互作用后的地震剪计入地基与结构动力相互作用后的地震剪 力折减系数；力折减系数；按刚性地基假定确定的结构基本自振周期按刚性地基假定确定的结构基本自振周期(s)；计入地基与结构动力相互作用的附加周期计入地基与结构动力相互作用的附加周期(s)，可按表可按表5.5采用。采用。1TT 表表5.5 附加周期附加周期（s
33、）烈度烈度场地类别场地类别II 类类IV 类类第一组第一组0.080.20第二组第二组0.100.255.35.3 竖向地震作用的计算竖向地震作用的计算震害调查和分析表明，在震中高烈度区，某些建筑物震害调查和分析表明，在震中高烈度区，某些建筑物的破坏无法仅仅用水平地震作用解释。近年来国内外的破坏无法仅仅用水平地震作用解释。近年来国内外学者的实测和计算分析表明，一些高层建筑和高耸结学者的实测和计算分析表明，一些高层建筑和高耸结构的竖向地震应力和重力荷载应力的比值沿建筑物高构的竖向地震应力和重力荷载应力的比值沿建筑物高度向上逐渐增大。结构上部可能产生拉应力。所以各度向上逐渐增大。结构上部可能产生拉
34、应力。所以各国现行抗震设计规范对竖向地震的作用都给与考虑。国现行抗震设计规范对竖向地震的作用都给与考虑。我国我国抗震规范抗震规范规定，规定，8 8度和度和9 9度时的大跨度结构度时的大跨度结构，长悬臂结构长悬臂结构，9 9度时的高层建筑度时的高层建筑，应考虑竖向地震作用。，应考虑竖向地震作用。竖向地震作用的计算是根据建筑结构的不同类型采用竖向地震作用的计算是根据建筑结构的不同类型采用不同的方法，烟囱和类似的高耸结构，以及高层建筑不同的方法，烟囱和类似的高耸结构，以及高层建筑其竖向地震作用的标准值可按反应谱法计算，而平板其竖向地震作用的标准值可按反应谱法计算，而平板网架和大跨度结构等则采用静力法
35、。网架和大跨度结构等则采用静力法。一、高层建筑的竖向地震作用一、高层建筑的竖向地震作用 竖向最大加速度幅值：竖向地震系数与水平地震系数竖向最大加速度幅值：竖向地震系数与水平地震系数之比取之比取 =2/3。统计表明竖向最大加速度与地面。统计表明竖向最大加速度与地面水平最大加速度比值为水平最大加速度比值为1/22/3。靠近震中区越近，。靠近震中区越近，其比值越大。所以，竖向地震影响系数。其比值越大。所以，竖向地震影响系数。vhkk 竖向地震作用计算方法：计算时可采用水平地震反应竖向地震作用计算方法：计算时可采用水平地震反应谱。谱。抗震规范抗震规范根据收集到的几百条实际地震记录根据收集到的几百条实际
36、地震记录曲线绘制了竖向反应谱，并按场地类别进行分组，分曲线绘制了竖向反应谱，并按场地类别进行分组，分别求出它们的平均反应谱，由统计分析结果表明，各别求出它们的平均反应谱，由统计分析结果表明，各类场地的竖向反应谱与水平反应谱相差不大。类场地的竖向反应谱与水平反应谱相差不大。220.6533vvvHHHHkk 其中，其中，、分别为竖向和水平地震系数；分别为竖向和水平地震系数；、分别为竖向和水平动力系数；分别为竖向和水平动力系数；、分别为竖向和水平地震影响系数。分别为竖向和水平地震影响系数。vkhkv h v h 竖向地震作用计算：高层建筑和高耸结构取第一竖向地震作用计算：高层建筑和高耸结构取第一振
37、型的竖向地震作用为结构总的竖向地震作用时振型的竖向地震作用为结构总的竖向地震作用时其误差是不大的。第一振型接近于直线，于是其误差是不大的。第一振型接近于直线，于是，质点质点i上的地震作用可写成：上的地震作用可写成：总竖向地震作用总竖向地震作用111viviiFY G 111viviiFY G 相应于结构基本周期的竖向地震影响系数，相应于结构基本周期的竖向地震影响系数，由于竖向基本周期较短，由于竖向基本周期较短，故故 。1v 10.10.2vTs 1maxvv 将代入将代入 第第i质点上的地震作用标准值；质点上的地震作用标准值；viF 第第i质点重力荷载代表值；质点重力荷载代表值；iG 比例参数
38、；比例参数；第一振型参与系数；第一振型参与系数；1 111122111nniiiiiinniiiiiiGYG HGYG H 11111nnEvkviviiiiFFY G 第一振型质点第一振型质点i的相对竖向位移，的相对竖向位移，1iY1iiYH （1 1）结构总竖向地震作用标准值为：）结构总竖向地震作用标准值为：则则21maxmax21niiiEvkvvniiiG HFGG H 令令eqGG 1niiGG maxEvkveqFG 式中式中 结构总重力荷载代表值；结构总重力荷载代表值；G（2 2）各质点的竖向地震作用：）各质点的竖向地震作用：结构等效重力荷载；结构等效重力荷载；等效重力荷载折减系
39、数，等效重力荷载折减系数，抗震规范抗震规范取取0.75。eqG 式中式中 结构总重力荷载代表值结构总重力荷载代表值;第第i质点的高度。质点的高度。iGiH1111vEvkniiiFG H 111viviiFY G 1iiviEvknijjG HFFG H 4.抗震规范抗震规范规定，规定，9度时高层建筑的竖向地震度时高层建筑的竖向地震作用可按上式计算，并应乘以增大系数作用可按上式计算，并应乘以增大系数1.5。这主要是根据中国台湾这主要是根据中国台湾921到大地震的经验而到大地震的经验而提出的要求。对高层建筑楼层的竖向地震作用效提出的要求。对高层建筑楼层的竖向地震作用效应乘以应乘以1.5的增大系数
40、后，使结构总竖向地震作用的增大系数后，使结构总竖向地震作用标准值，标准值，8、9度时分别略大于重力荷载代表值的度时分别略大于重力荷载代表值的10%和和20%。二、网架及大跨度屋架的地震作用二、网架及大跨度屋架的地震作用 根据对跨度在根据对跨度在2460m的平板钢网架和的平板钢网架和18m以上的以上的标准屋架以及大跨度结构竖向地震作用振型分解法标准屋架以及大跨度结构竖向地震作用振型分解法的分析表明，的分析表明，竖向地震作用的内力和重力荷载作用竖向地震作用的内力和重力荷载作用下内力比值比较稳定下内力比值比较稳定。因此，。因此，抗震规范抗震规范规定，规定，对平板型网架的屋盖、跨度大于对平板型网架的屋
41、盖、跨度大于24m的屋架、长悬的屋架、长悬臂结构及其它大跨度结构的竖向地震作用标准值，臂结构及其它大跨度结构的竖向地震作用标准值，可用可用静力法静力法计算。计算。viEviFG 式中式中 竖向地震作用系数，对于平板型网架、竖向地震作用系数，对于平板型网架、钢屋架、钢筋混凝土屋架，可按表钢屋架、钢筋混凝土屋架，可按表5.6采用；采用；构件重力荷载代表值。构件重力荷载代表值。Ev iG结结 构构 类类 型型 烈烈 度度 场地类别场地类别 IIIIIIIV平板型网架、平板型网架、钢屋架钢屋架 8不考虑不考虑0.080.100.1090.150.150.200.20钢筋钢筋混凝土屋架混凝土屋架 80.
42、100.130.130.1390.200.250.250.25表表5.65.6 竖向地震作用系数竖向地震作用系数Ev 三、长悬臂和其他大跨度结构三、长悬臂和其他大跨度结构 长悬臂结构和其他大跨度结构的竖向地震作长悬臂结构和其他大跨度结构的竖向地震作用标准值，用标准值，8度、度、9度可分别取该结构、构件度可分别取该结构、构件重力荷载代表重力荷载代表值的值的10%和和20%；设计基本加；设计基本加速度为速度为0.30g时，可取该结构、构件时，可取该结构、构件重力荷载重力荷载代表值的代表值的15%。5.45.4 结构抗震验算内容结构抗震验算内容一、结构抗震验算内容一、结构抗震验算内容多遇地震下结构允
43、许弹性变形验算，防止非结构构多遇地震下结构允许弹性变形验算，防止非结构构件破坏。件破坏。多遇地震下强度验算，防止结构构件破坏。多遇地震下强度验算，防止结构构件破坏。罕遇地震下结构的弹塑性变形验算，防止结构倒塌。罕遇地震下结构的弹塑性变形验算，防止结构倒塌。二、结构抗震验算二、结构抗震验算多遇地震下结构允许弹性变形验算多遇地震下结构允许弹性变形验算 eeuh 式中式中 计算楼层层高；计算楼层层高；多遇地震作用标准值产生的楼层内的多遇地震作用标准值产生的楼层内的最大弹性层间位移。最大弹性层间位移。弹性层间位移角限值，按表弹性层间位移角限值，按表5.7采用。采用。heu e 结结 构构 类类 型型钢
44、筋混凝土框架钢筋混凝土框架1/550钢筋混凝土框架钢筋混凝土框架抗震墙、抗震墙、板柱板柱抗震墙、框架抗震墙、框架核心筒核心筒1/800钢筋混凝土抗震墙、筒中筒钢筋混凝土抗震墙、筒中筒1/1000钢筋混凝土框支层钢筋混凝土框支层1/1000多、高层钢结构多、高层钢结构1/300表表5.7 5.7 弹性层间位移角限值弹性层间位移角限值e e 多遇地震下强度验算多遇地震下强度验算RERS 式中式中 承载力抗震调整系数承载力抗震调整系数，除另有，除另有规定外，可按表规定外，可按表5.8采用，当仅计算竖向地震采用，当仅计算竖向地震作用时，各类结构构件承载力抗震调整系数均作用时，各类结构构件承载力抗震调整
45、系数均可取可取1.0；结构构件承载力设计值，按现行有关结构构件承载力设计值，按现行有关规范规定计算。规范规定计算。RRE 抗震承载力调整：抗震承载力调整：动力荷载下材料强度比静力荷载下高；动力荷载下材料强度比静力荷载下高；1.1.地震是偶然作用，可靠度要求可降低。地震是偶然作用，可靠度要求可降低。表表5.8 5.8 承载力抗震调整系数承载力抗震调整系数RE v 结构构件的地震作用效应和其它荷载效应组合，结构构件的地震作用效应和其它荷载效应组合，可按下式计算：可按下式计算：GGEEhEhkEvEvkwwwkSSSSS 式中式中 结构构件内力组合的设计值，包括结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯
46、矩、轴向力和剪力设计值；组合的弯矩、轴向力和剪力设计值；、分别为水平和竖向地震作用分项分别为水平和竖向地震作用分项系数，按表系数，按表5.9采用；采用；SEh Ev 重力荷载分项系数，一般情况取重力荷载分项系数，一般情况取 1.2。当重力。当重力 荷载效应对构件承载力有利时荷载效应对构件承载力有利时,可取可取1.0；G w 风荷载分项系数，取风荷载分项系数，取1.4；GES 重力荷载代表值的效应，当有吊车时尚应包括重力荷载代表值的效应，当有吊车时尚应包括 悬吊物重力荷载标准值产生的效应；悬吊物重力荷载标准值产生的效应；EhkS 水平地震作用标准值的效应，尚应按有关规定水平地震作用标准值的效应，
47、尚应按有关规定 乘以相应的增大系数或调整系数；乘以相应的增大系数或调整系数；EvkS 竖向地震作用标准值的效应，尚应按有关规定竖向地震作用标准值的效应，尚应按有关规定 乘以相应的增大系数或调整系数；乘以相应的增大系数或调整系数；wkS 风荷载标准值的效应；风荷载标准值的效应；w 风荷载组合系数，一般结构取风荷载组合系数，一般结构取0.0，风荷载起，风荷载起 控制作用的高层建筑可采用控制作用的高层建筑可采用0.2。表表5.9 5.9 地震作用分项系数地震作用分项系数地震作用地震作用仅考虑水平地震作仅考虑水平地震作用用1.30.0仅考虑竖向地震作仅考虑竖向地震作用用0.01.3同时考虑水平与同时考
48、虑水平与竖向地震作用竖向地震作用 1.30.5Ek Ev 验算方法：应对结构的验算方法：应对结构的薄弱层薄弱层（变形大）进行弹塑性变（变形大）进行弹塑性变形验算，一般在强震作用下使其小于某一限值，以保证形验算，一般在强震作用下使其小于某一限值，以保证结构不致倒塌。结构不致倒塌。（1 1）抗震规范抗震规范规定罕遇地震作用下规定罕遇地震作用下薄弱层薄弱层（部位）（部位）的抗震变形的抗震变形验算范围验算范围：罕遇地震作用下结构弹塑性变形验算罕遇地震作用下结构弹塑性变形验算 结构的弹塑性变形控制结构的弹塑性变形控制目标是保证结构不致倒塌目标是保证结构不致倒塌 8 8度度、类场地，类场地，9 9度时高大
49、的单层钢筋混凝土柱厂房；度时高大的单层钢筋混凝土柱厂房；7 79 9度时楼层屈服强度系数最小的钢筋混凝土框架结构；度时楼层屈服强度系数最小的钢筋混凝土框架结构；高度大于高度大于150150米的钢结构；米的钢结构；甲类建筑和甲类建筑和9 9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构；度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构；采用隔震和消能减震设计的结构。采用隔震和消能减震设计的结构。抗震规范抗震规范还还规定了下列结构宜进行弹塑性规定了下列结构宜进行弹塑性变形验算：变形验算：本章表本章表5.25.2所列高度范围且属于竖向不规则类型所列高度范围且属于竖向不规则类型的高层建筑结构的高层建筑结构7 7度度III、IV类场地和
50、类场地和8 8度时乙类建筑中的钢筋混度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；凝土结构和钢结构；板柱板柱-抗震墙结构和底部框架砖房；抗震墙结构和底部框架砖房；高度不大于高度不大于150150米的钢结构。米的钢结构。（2 2）弹塑性层间位移计算公式：）弹塑性层间位移计算公式：ppeuu 式中：式中：pu 弹塑性层间位移；弹塑性层间位移；eu 罕遇地震作用下按弹性分析的层间位移罕遇地震作用下按弹性分析的层间位移;p 弹塑性层间位移增大系数弹塑性层间位移增大系数，当，当薄弱层薄弱层（部位）的屈服强度系数不小于相邻层（部（部位）的屈服强度系数不小于相邻层（部位）该系数的位）该系数的0.8时，可按表时，可
