結(jié)構(gòu)基本自振周期計算 (1)PPT學(xué)習(xí)教案

會計學(xué)1)cos()(tXtxiniiiXmT122max21niiigXmU1max21速度：速度：當(dāng)體系振動達(dá)到平衡位置時，體系變形當(dāng)體系振動達(dá)到平衡位置時，體系變形位能為零，體系動能達(dá)到最大值位能為零，體系動能達(dá)到最大值Tmax當(dāng)體系振動達(dá)到振幅最大值時，體系動能為零當(dāng)體系振動達(dá)到振幅最大值時，體系動能為零，位能達(dá)到最大值位能達(dá)到最大值Umax1mnm)(1tx)(2tx)(txn)sin()(tXtxii位移：位移：第1頁/共33頁niiiXmT122max21niiigXmU1max21niiiniiiXmXmg121根據(jù)能量守恒原理：根據(jù)能量守恒原理：TmaxUmaxniiiniiiniiiniiiXGXGXmgXmT11211211222一般假定：將結(jié)構(gòu)重力荷載當(dāng)成水平荷載作用于質(zhì)點(diǎn)上一般假定：將結(jié)構(gòu)重力荷載當(dāng)成水平荷載作用于質(zhì)點(diǎn)上所得的結(jié)構(gòu)彈性曲線為結(jié)構(gòu)的基本振型所得的結(jié)構(gòu)彈性曲線為結(jié)構(gòu)的基本振型第2頁/共33頁1mNm1xnxeqMmx基本原理：基本原理：將多質(zhì)點(diǎn)體系用單質(zhì)點(diǎn)體系代替。將多質(zhì)點(diǎn)體系用單質(zhì)點(diǎn)體系代替。使單質(zhì)點(diǎn)體系的自振頻率和原體系的基本頻率相等或相近使單質(zhì)點(diǎn)體系的自振頻率和原體系的基本頻率相等或相近等效原則：等效原則：兩個體系的動能相等兩個體系的動能相等 多質(zhì)點(diǎn)體系的最大動能為多質(zhì)點(diǎn)體系的最大動能為niiixmT121max1)(21單質(zhì)點(diǎn)體系的最大動能為單質(zhì)點(diǎn)體系的最大動能為21max2)(21meqxMTmx-體系按第一振型振動時，相應(yīng)于折算質(zhì)點(diǎn)處的最大位移；體系按第一振型振動時，相應(yīng)于折算質(zhì)點(diǎn)處的最大位移；nmxx 第3頁/共33頁niiixmT121max1)(2121max2)(21meqxMTmax2max1TT212mniieqxxmMieqM11eqMT21-單位水平力作用下頂點(diǎn)位移。單位水平力作用下頂點(diǎn)位移。第4頁/共33頁(b):彎曲型彎曲型(c):剪切型剪切型(d):彎剪型彎剪型第5頁/共33頁bbT6.1ssT8.1bsT 7.1抗震墻結(jié)構(gòu)可視為彎曲型桿，即彎曲型結(jié)構(gòu)?？拐饓Y(jié)構(gòu)可視為彎曲型桿，即彎曲型結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)可近似視為剪切型桿?？蚣芙Y(jié)構(gòu)可近似視為剪切型桿?？蚣芸蚣?抗震墻結(jié)構(gòu)可近似視為剪彎型桿?？拐饓Y(jié)構(gòu)可近似視為剪彎型桿。的任何體系結(jié)構(gòu)。度沿高度分布比較均勻本方法適用于質(zhì)量及剛第6頁/共33頁 根據(jù)實(shí)測統(tǒng)計，忽略填充墻布置、質(zhì)量分布差異等，初根據(jù)實(shí)測統(tǒng)計，忽略填充墻布置、質(zhì)量分布差異等，初步設(shè)計時可按下列公式估算步設(shè)計時可按下列公式估算（1 1）高度低于）高度低于25m25m且有較多的填充墻框架辦公樓、旅館的基本周期且有較多的填充墻框架辦公樓、旅館的基本周期（2 2）高度低于）高度低于50m50m的鋼筋混凝土框架的鋼筋混凝土框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的基本周期抗震墻結(jié)構(gòu)的基本周期31/35.022.0BHTH-H-房屋總高度；房屋總高度；B-B-所考慮方向房屋總寬度。所考慮方向房屋總寬度。321/00069.033.0BHT（3 3）高度低于）高度低于50m50m的規(guī)則鋼筋混凝土抗震墻結(jié)構(gòu)的基本周期的規(guī)則鋼筋混凝土抗震墻結(jié)構(gòu)的基本周期31/038.004.0BHT第7頁/共33頁 在實(shí)測統(tǒng)計基礎(chǔ)上，再忽略在實(shí)測統(tǒng)計基礎(chǔ)上，再忽略房屋寬度房屋寬度和和層高層高的影響等，的影響等，有下列更粗略的公式有下列更粗略的公式（1 1）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)（2 2）鋼筋混凝土框架）鋼筋混凝土框架-抗震墻或鋼筋混凝土框架抗震墻或鋼筋混凝土框架-筒體結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)NT)10.008.0(1N-N-結(jié)構(gòu)總層數(shù)結(jié)構(gòu)總層數(shù)。NT)08.006.0(1（3 3）鋼筋混凝土抗震墻或筒中筒結(jié)構(gòu)）鋼筋混凝土抗震墻或筒中筒結(jié)構(gòu)NT)05.004.0(1（4 4）鋼）鋼-鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)NT)08.006.0(1（5 5）高層鋼結(jié)構(gòu)）高層鋼結(jié)構(gòu)NT)12.008.0(1第8頁/共33頁一、產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震反應(yīng)的原因一、產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震反應(yīng)的原因1.1.建筑結(jié)構(gòu)的偏心建筑結(jié)構(gòu)的偏心兩方面：兩方面：建筑自身的原因建筑自身的原因和和地震地面運(yùn)動地震地面運(yùn)動的原因。的原因。m)(tug主要原因：結(jié)構(gòu)主要原因：結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心質(zhì)量中心與與剛度剛度 中心中心不重合不重合質(zhì)心：質(zhì)心：在水平地震作用下，在水平地震作用下，慣性力的合力中心慣性力的合力中心剛心：剛心：在水平地震作用下，在水平地震作用下，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的合力中心結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的合力中心質(zhì)心質(zhì)心剛心剛心第9頁/共33頁2.2.地震地面運(yùn)動存在扭轉(zhuǎn)分量地震地面運(yùn)動存在扭轉(zhuǎn)分量 地震波在地面上各點(diǎn)的波速、周期和相位不同。建地震波在地面上各點(diǎn)的波速、周期和相位不同。建筑結(jié)構(gòu)基底將產(chǎn)生繞豎直軸的轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)便會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)筑結(jié)構(gòu)基底將產(chǎn)生繞豎直軸的轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)便會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。振動。無論結(jié)構(gòu)是否有偏心，地震地面運(yùn)動產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)扭無論結(jié)構(gòu)是否有偏心，地震地面運(yùn)動產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動均是存在的。轉(zhuǎn)振動均是存在的。扭轉(zhuǎn)作用會加重結(jié)構(gòu)的震害扭轉(zhuǎn)作用會加重結(jié)構(gòu)的震害規(guī)范規(guī)范規(guī)定對質(zhì)量和剛度明顯不均勻、不對稱結(jié)構(gòu)規(guī)定對質(zhì)量和剛度明顯不均勻、不對稱結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮水平地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)應(yīng)考慮水平地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)第10頁/共33頁抗震設(shè)計中，一般不考慮豎向地震作用的影響抗震設(shè)計中，一般不考慮豎向地震作用的影響震害表明：震害表明：1 1、在高烈度區(qū)，豎向地面運(yùn)動的影響是明顯的、在高烈度區(qū)，豎向地面運(yùn)動的影響是明顯的 2 2、豎向地震作用對、豎向地震作用對高層建筑、高聳及大跨結(jié)構(gòu)高層建筑、高聳及大跨結(jié)構(gòu) 影響顯著影響顯著。我國抗震設(shè)計我國抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)范規(guī)定，對下列建筑規(guī)定，對下列建筑應(yīng)考慮豎向地震應(yīng)考慮豎向地震作用的不利影響：作用的不利影響：1 1、8 8度和度和9 9度時的大跨度結(jié)構(gòu)、長懸臂結(jié)構(gòu)；度時的大跨度結(jié)構(gòu)、長懸臂結(jié)構(gòu)；2 2、8度和度和9度時度時煙囪和類似的高聳結(jié)構(gòu)；煙囪和類似的高聳結(jié)構(gòu)；3 3、9 9度時的高層建筑。度時的高層建筑。第11頁/共33頁高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑豎向地震作用可按與高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑豎向地震作用可按與底部剪力法底部剪力法類似的方法計算。類似的方法計算。第12頁/共33頁豎向地震反應(yīng)譜豎向地震反應(yīng)譜:與水平地震反應(yīng)譜的與水平地震反應(yīng)譜的形狀相差不大形狀相差不大豎向反應(yīng)譜的加速度峰值約為水平反應(yīng)譜的豎向反應(yīng)譜的加速度峰值約為水平反應(yīng)譜的1/21/2至至2/32/3。可利用水平地震反應(yīng)譜進(jìn)行分析可利用水平地震反應(yīng)譜進(jìn)行分析。類場地的豎向和水平平均反應(yīng)譜類場地的豎向和水平平均反應(yīng)譜HV65.0第13頁/共33頁maxmax65.0HV第14頁/共33頁eqVEVKGFmaxieqGG75.0maxmax65.0HVEVKnjjjiiViFHGHGF1-質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)i i的豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值。的豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值。規(guī)范要求：規(guī)范要求：9度時，高層建筑樓層的度時，高層建筑樓層的豎向地震作用豎向地震作用效應(yīng)效應(yīng)應(yīng)乘以應(yīng)乘以1.5的增大系數(shù)。的增大系數(shù)。第15頁/共33頁EvEVkGF-豎向地震作用系豎向地震作用系 數(shù)，按表采用；數(shù)，按表采用；v-重力荷載代表值。重力荷載代表值。EG0.250.250.2090.13(0.19)0.13(0.19)0.10(0.15)80.200.150.1590.10(0.15)0.08(0.12)可不計算（可不計算（0.10)8、鋼筋混凝土鋼筋混凝土屋架屋架平板型網(wǎng)架平板型網(wǎng)架鋼屋架鋼屋架結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型烈烈度度場地類別場地類別抗震規(guī)范抗震規(guī)范：大跨度結(jié)構(gòu)的豎向地震作用取其：大跨度結(jié)構(gòu)的豎向地震作用取其重力荷載重力荷載代表值代表值GE和和豎向地震作用系數(shù)豎向地震作用系數(shù)v的乘積的乘積第16頁/共33頁度）8(1.0iViGF 度）9(2.0iViGF 第17頁/共33頁 1 1、地震作用的考慮原則、地震作用的考慮原則 1 1、一般情況下，可在建筑結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向分別考慮水平地震作用、一般情況下，可在建筑結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向分別考慮水平地震作用并進(jìn)行抗震驗算，各方向的水平地震作用應(yīng)由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)。并進(jìn)行抗震驗算，各方向的水平地震作用應(yīng)由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)。2 2、有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于、有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于1515度時，應(yīng)分別考慮各度時，應(yīng)分別考慮各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用?？箓?cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。3 3、質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮雙向水平地震作用下的、質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響扭轉(zhuǎn)影響;其他情況其他情況,應(yīng)采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法考慮扭轉(zhuǎn)影響。應(yīng)采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法考慮扭轉(zhuǎn)影響。4 4、8 8度和度和9 9度時的大跨度結(jié)構(gòu)、長懸臂結(jié)構(gòu)，度時的大跨度結(jié)構(gòu)、長懸臂結(jié)構(gòu)，9 9度時的高層建筑，應(yīng)考慮度時的高層建筑，應(yīng)考慮豎向地震作用。豎向地震作用。第18頁/共33頁2 2、抗震計算方法的確定、抗震計算方法的確定 1 1、高度不超過、高度不超過40m40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度 分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)，宜采用宜采用底部剪力法底部剪力法等簡化方法。等簡化方法。2 2、除上述以外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用、除上述以外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反應(yīng)譜法振型分解反應(yīng)譜法。3 3、特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和規(guī)范規(guī)定的高層建筑，、特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和規(guī)范規(guī)定的高層建筑，應(yīng)采用應(yīng)采用時程分析法時程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計算。進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計算。烈度、場地類別烈度、場地類別房屋高度范圍（房屋高度范圍（m）8度度、類場地和類場地和7 7度度 1008度度、場地場地 809度度 60第19頁/共33頁KiEiKEQGG數(shù)。個可變荷載的組合值系第個可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件第載標(biāo)準(zhǔn)值；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的永久荷iQiGKiEiK第20頁/共33頁WkWWEvkEvEhkEhGEGSSSSSG-重力荷載分項系數(shù)，一般取重力荷載分項系數(shù)，一般取1.21.2，當(dāng)重力荷載效應(yīng)對構(gòu)件承載能，當(dāng)重力荷載效應(yīng)對構(gòu)件承載能力力 有利時，不應(yīng)大于有利時，不應(yīng)大于1.01.0；EvEh、-分別為水平、豎向分別為水平、豎向 地震作用分項系數(shù)，地震作用分項系數(shù)，按右表采用；按右表采用；0.51.3同時計算水平與豎向地震作用同時計算水平與豎向地震作用1.30.0僅計算豎向地震作用僅計算豎向地震作用0.01.3僅計算水平地震作用僅計算水平地震作用地震作用地震作用EhEvW-風(fēng)荷載組合系數(shù)風(fēng)荷載組合系數(shù);一般結(jié)構(gòu)可不考慮一般結(jié)構(gòu)可不考慮,風(fēng)荷載起控制作用的高層建筑應(yīng)風(fēng)荷載起控制作用的高層建筑應(yīng) 采用采用0.2;0.2;載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)、風(fēng)應(yīng)、水平、豎向地震重力荷載代表值的效、wkEvkEhkGESSSSw-風(fēng)荷載分項系數(shù)，一般取風(fēng)荷載分項系數(shù)，一般取1.41.4第21頁/共33頁RERSS-包含地震作用效應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計值；包含地震作用效應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計值；R-結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計值；結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計值；RE-承載力抗震調(diào)整系數(shù)；承載力抗震調(diào)整系數(shù)；第22頁/共33頁 材料材料 結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力狀態(tài)受力狀態(tài) 鋼鋼柱、梁柱、梁支撐支撐節(jié)點(diǎn)板件、連接螺栓節(jié)點(diǎn)板件、連接螺栓連接焊縫連接焊縫0.750.800.850.90 砌體砌體兩端均有構(gòu)造柱、芯柱的抗震墻兩端均有構(gòu)造柱、芯柱的抗震墻 其他抗震墻其他抗震墻受剪受剪受剪受剪0.91.0混凝土混凝土 梁梁梁軸壓比小于梁軸壓比小于0.15柱柱梁軸壓比不小于梁軸壓比不小于0.15柱柱 抗震墻抗震墻各類構(gòu)件各類構(gòu)件受彎受彎偏壓偏壓偏壓偏壓偏壓偏壓受剪、偏拉受剪、偏拉0.750.750.800.850.85承載力抗震調(diào)整系數(shù)承載力抗震調(diào)整系數(shù)第23頁/共33頁mkikeeDiViu1/)()(-第第i i層的層間位移；層的層間位移；)(iue-i i層第層第k k根柱的側(cè)移剛度；根柱的側(cè)移剛度；ikD-第第i i層的水平地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值。層的水平地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值。)(iVe 樓層內(nèi)最大彈性層間位移應(yīng)符合下式：樓層內(nèi)最大彈性層間位移應(yīng)符合下式：huee-多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的樓層內(nèi)最大的彈性層間位移；多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的樓層內(nèi)最大的彈性層間位移；eu-計算樓層層高；計算樓層層高；he-彈性層間位移角限值，按表彈性層間位移角限值，按表3.143.14采用。采用。層間彈性位移的計算：層間彈性位移的計算：第24頁/共33頁1/300多、高層鋼結(jié)構(gòu)多、高層鋼結(jié)構(gòu)1/1000鋼筋混凝土框支層鋼筋混凝土框支層1/1000鋼筋混凝土抗震墻、筒中筒鋼筋混凝土抗震墻、筒中筒1/800鋼筋混凝土框架鋼筋混凝土框架-抗震墻、板柱抗震墻、板柱-抗震墻、框架抗震墻、框架-核心筒核心筒1/550鋼筋混凝土框架鋼筋混凝土框架 結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型e第25頁/共33頁1）8度度、類場地和類場地和9度時度時,高大的單層鋼筋混凝土柱高大的單層鋼筋混凝土柱 廠房的橫向排架廠房的橫向排架;2）7-9度時度時樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)小于小于0.5的鋼筋混凝土框的鋼筋混凝土框 架結(jié)構(gòu)；架結(jié)構(gòu)；3）高度大于）高度大于150m的鋼結(jié)構(gòu)；的鋼結(jié)構(gòu)；4）甲類建筑甲類建筑和和9度時乙類建筑度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼 結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；5）采用）采用隔震和消能減震隔震和消能減震設(shè)計的結(jié)構(gòu)。設(shè)計的結(jié)構(gòu)。第26頁/共33頁（2）罕遇地震作用下薄弱層彈塑性變形計算方法）罕遇地震作用下薄弱層彈塑性變形計算方法：不超過不超過12層且層剛度無突變的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)層且層剛度無突變的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、單層工業(yè)廠房可采用、單層工業(yè)廠房可采用簡化計算方法簡化計算方法。超過超過12層層的建筑和的建筑和甲類甲類結(jié)構(gòu)，可采用結(jié)構(gòu)，可采用彈塑性時程分彈塑性時程分析法等；析法等；第27頁/共33頁:)(用下式確定層的樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)結(jié)構(gòu)第iiy)()()(iViVieyy第28頁/共33頁。地震時的應(yīng)采用罕遇層的彈性地震剪力。罕遇地震作用下第層受剪承載力；料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計算的按構(gòu)件實(shí)際配筋和材maxmaxi)()(iViiVey)()()(iViVieyy結(jié)構(gòu)薄弱層位置的確定結(jié)構(gòu)薄弱層位置的確定 沿高度分布均勻取沿高度分布均勻取底層底層 沿高度分布不均勻，取相對較小的，一般不超過沿高度分布不均勻，取相對較小的，一般不超過23個個 單層廠房取上柱單層廠房取上柱第29頁/共33頁mkikeeDiViu1)()(eppuu薄弱樓層彈塑性層間位移的驗算：薄弱樓層彈塑性層間位移的驗算：hupp-彈塑性層間位移角限值，按表彈塑性層間位移角限值，按表3.163.16采用；采用；h-薄弱層樓層高度或單層廠房上柱高度。薄弱層樓層高度或單層廠房上柱高度。p彈塑性層間位移的計算彈塑性層間位移的計算第30頁/共33頁1/50多、高層鋼結(jié)構(gòu)多、高層鋼結(jié)構(gòu)1/120鋼筋混凝土抗震墻、筒中筒鋼筋混凝土抗震墻、筒中筒1/100鋼筋混凝土框架鋼筋混凝土框架-抗震墻、板柱抗震墻、板柱-抗震墻、框架抗震墻、框架-核心筒核心筒1/100底部框架磚房中的框架底部框架磚房中的框架-抗震墻抗震墻1/50鋼筋混凝土框架鋼筋混凝土框架1/30單層混凝土柱排架單層混凝土柱排架結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型p表表3.16彈塑性層間位移角限值彈塑性層間位移角限值第31頁/共33頁第32頁/共33頁