结构设计疑问——地震作用的理解
回头看的见
2022年04月08日 16:25:14
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1.自振周期 通常我们直观的感觉是结构的自振周期只与 结构本身 有关,即结构布置和结构构件完全确定后,结构的自振周期也就确定了。这样的理解是不正确的,因为结构的振动反应还与结构所承受的荷载有关,也即结构软件中常见的将荷载转化为质量功能。在转换过程中,显而易见的是恒荷载必须全部考虑,而活荷载根据类型的不同乘以不同的折减系数,折减系数的取值详 GB50010 5.1.3条

1.自振周期


通常我们直观的感觉是结构的自振周期只与 结构本身 有关,即结构布置和结构构件完全确定后,结构的自振周期也就确定了。这样的理解是不正确的,因为结构的振动反应还与结构所承受的荷载有关,也即结构软件中常见的将荷载转化为质量功能。在转换过程中,显而易见的是恒荷载必须全部考虑,而活荷载根据类型的不同乘以不同的折减系数,折减系数的取值详 GB50010 5.1.3条 。该组合值也就是我们通常说的重力荷载代表值。


因为 地震到来时,两者活荷载满布的概率明显不同 (图书馆因为有大量不常移动的书架,因此地震到来时活荷载满布的概率较高)。


对于单自由度体系而言:


此处的$m$需要考虑活荷载的影响,即 


举个通俗的例子:房屋A和房屋B的结构形式与构件尺寸完全一致,而房屋A是图书馆,房屋B是住宅。二者的刚度矩阵   完全一致,而因为重力荷载代表值中活荷载的组合系数不同,导致两栋建筑物的质量矩阵   不同,因此两栋建筑物的自振周期不同。


2.双向地震作用与偶然偏心


对于实际工程中遇到的结构,我们往往假定楼板在平面内刚度无穷大(注意此处是“平面内”)因此可以将结构转化为 每个楼层具有三个自由度的多自由度体系。


2.1质量与刚度中心重合时


当结构每层的质量中心(“地震力”作用点)和刚度中心重合时,可以将结构在两个主轴方向分别按照平面结构进行地震力计算。


下图是一个"完全对称"的框架结构,可以对结构分别进行x与y方向分别进行分析,对x向进行地震作用分析时,可以确定框架柱y轴方向的配筋,对另一方向进行地震作用分析时,可以确定框架柱x轴方向的配筋,并且两者不会相互影响(该计算方法称为考虑单向水平地震作用)。该情况下各阶振型水平地震组合效应采用SRSS法( GB50010 5.2.2条 )。



然而实际地震作用本身也会存在扭转分量,同时由于施工和使用阶段的偏差,导致楼层的质量与刚度中心不重合。《抗规》采用对 边榀框架乘以增大系数 的简化方法( GB50010 5.2.3-1 ),《高规》则采用 考虑偶然偏心 (人为偏移楼层质量中心)的方法( JGJ3 4.3.3 ),来考虑这一效应的影响。


值得指出的是,因为底部剪力法与不考虑扭转耦联的阵型分解反应谱法,计算地震作用时都可以采用 边榀框架 放大法进行地震作用调整。


2.2质量与刚度中心不重合时


双向地震作用:即计算一个方向的效应时,同时考虑该方向的地震作用和垂直于该方向地震作用的影响。用前文给出的图片解释如下:考虑如图框架柱绕y轴方向的配筋时,同时考虑x向与y向地震作用的影响。


单向地震作用:计算一个方向的效应时,仅考虑该方向的地震作用。含义如下:考虑如图框架柱绕y轴方向的配筋时,仅考虑x向地震作用的影响。


然而,双向地震作用 同时达到 地震动峰值的可能性较小,因此规范指出地震作用为以下两式的较大值。



即另一方向仅考虑85%的地震作用。


如何判断结构是否“质量和刚度明显不对称”呢?





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