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抗震结构设计计算问题(2006.06)
黄警顽
(83201728, 13005465364, E-mail:xzjhjw@126.com)
****高规1.0.5条 :高层建筑设计中应注重概念设计
重点: (1)抗震概念; (2)规范要求 (3)程序处理方法
说明:
1.谨以本文作为深圳建筑设计研究总院2003年出版的《结构专业设计统一技术措施》第四章的补充与参考.
2.本文有关程序应用的讨论以SATWE2005版为对象.
1． 抗震设计计算综述
1.1 抗震结构分析方法
分析方法
方法概述
方法特点
控制条件
静力分析
1. 解结构自由振动方程;
2. 振型分解反应谱法求各层地震力;
3. 将地震力作用于各层偏心点,解静力平衡方程求出地震反应.
弹性
动力时程分析
用振型迭加法求解强逼振动微分方程
1. 刚度矩阵,几何矩阵不变(小变形假定)
2. 断面设计考虑塑性.(梁调幅,钢筋砼受压区应力均布假定,板配筋的屈服线法等)
1. 强度控制:截面承戴力设计
2. 延性控制:轴压比,剪压比,受压区高度,配筋率
3. 位移控制:位移比,层位移角
4. 扭转刚度控制:偶然偏心,周期比
5. 竖向规则性控制:层刚度比,层抗剪承载力比
拟静力推覆分析
1. 竖向荷载一次施加,求出结构弹性应力作为初始应力;
2. 分步施加侧向荷载,用分步积分法解结构静力平衡方程.
弹塑性
动力时程分析
1. 用分步积分法解结构强逼振动方程.
1. 刚度矩阵按每步出现塑性破坏情况修正;
2. 采用小变形假定时, 几何矩阵不变; 采用大变形假定时, 几何矩阵每步按位移修正.
1. 弹塑性层位移角
2. 弹塑性破坏过程
3. 防倒塌控制
4. 需加强的薄弱层或薄弱部位
整体分析
动力时程分析对地震波要求
1. 最少一条人工波+二条实测波;
2. 按场地类别或场地特征周期选波;
3. 基底剪力与反应谱法比,每条波不少于65%,三波平均不少于80%;
4. 记录长度不少于12s.且大于3～4倍自振周期.
局部分析
弹性应力分析
1. 通用有限元分析
2. 可选程序:SAP84, SAP2000, MIDAC,PMSAP等
3. 需分析部位:超限框支剪力墙,连体结构连结体,厚板转换层,板柱墙结构楼面,不连续楼板应力集中区域
1
1.2 规范对抗震结构分析要求
地震作用
分析方法
适用范围
说明
底部剪力法
高度不超过40m,以剪切变形为主且质量与刚度沿高度分布比较均匀的建筑
FEK=α1Geq，Geq=0.85GE; α1—相应于T1=1.7ψT(uT)0.5的水平地震影响系数
水平向地震作用
振型分解反应谱法
所有多高层结构
单向地震考虑扭转耦连、偶然偏心
双向地震考虑扭转耦连、不考虑偶然偏心
要求剪重比λ=VEki/ΣGi≥0.2αmax;对薄弱层要求λ≥1.15×0.2αmax
水平向或水平向+竖向地震作用
多遇地震弹性时程补充分析
1．甲类高层;
2．竖向层刚度比或层受剪承载力比超限(第4.4.2—4.4.5条);
3． 8度I、II类场地和7度区建筑高＞100m；
8度III、IV类场地建筑高度＞80m；
9度区建筑高＞60m
4．《高规》第10章规定的复杂高层；
5．质量沿竖向分布特别不均匀的高层。(文献[13]定义为质量平均分布密度为相邻层的1.5倍以上)
选择地震波的要求：
1．按场地类别（或特征周期）和设计地震分组选择不少于两组实测波+一组人工波；弹性时程分程的每条时程曲线所得的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法的65%；多条时程曲线的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法的80%;
2．地震波的持续时间不小于3～4T1≥12s，地震波的时间间距取0.01或0.02s;
3．地震作用效应取弹性时程分析多波平均值与振型分解反应谱法比较取大值。
水平向地震作用
罕遇地震弹塑性动力或静力时程分析
1. B级高度的高层;
2.《高规》第10章规定的复杂高层.
弹塑性静力时程分析：
1.目标位移可取Δy=2Δu;
2.侧荷分布:倒Δ形或矩形;
3.材料本构关系:按《砼规范》
静力法
8、9度时的平板型网架和大于24m跨的屋架
地震作用取Ge 的10%、20%
Ge--- 重力荷载代表值
+竖向地震作用
地震作用系数法
9度时的长悬挑结构、大跨度结构和上部外挑结构
FEVK=αvmaxGeq,各质点按基底剪力法分配
Geq=0.75Ge, αvmax=0.65αmax
1.3 各类建筑的抗震设防类别和抗震要求(《高规》4.8节)
建筑设防类别
地震作用
抗震措施
抗震构造措施
甲类建筑
据地震安全评估结果确定
按本地烈度提高一度, 9度时应适当提高；
8（0.3g）III、IV场地按9+；
按本地烈度提高一度, 9度时应适当提高；
7（0.15g）、8（0.3g）III、IV场地按8+、9+；6、7度I类场地不提高
乙类建筑
按本地烈度
按本地烈度提高一度（不含6度）, 9度时应适当提高；
按本地烈度提高一度（不含6度）,III、IV类场地再适当提高；9度时应适当提高；
丙类建筑
按本地烈度（包括6度）
按本地烈度
按本地烈度
丁类建筑
按本地烈度
比本地烈度略降低（ 6度除外）
比本地烈度略降低（ 6度除外）；
8、9度I类场地按本地烈度降1度；
7（0.15g）、8（0.3g）III、IV场地按本地烈度。
注:1.“抗震措施”指地震作用计算和抗力计算外的所有措施；包括避开不利地段，结构选型，结构布置，抗震内力调整，抗震构造措施等。
2. “抗震构造措施”指根据抗震概念设计原则，一般不须计算而对结构和非结构构件必须采用的细部构造要求。
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