国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院第第2 2章章 结构抗震计算结构抗震计算2-1 2-1 计算原则计算原则2-2 2-2 地震作用地震作用2-3 2-3 设计反应谱设计反应谱2-4 2-4 振型分解反应谱法振型分解反应谱法2-5 2-5 底部剪力法底部剪力法2-6 2-6 时程分析法时程分析法2-7 2-7 竖向地震作用竖向地震作用2-8 2-8 结构抗震验算结构抗震验算国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院第第2 2章章 结构抗震计算结构抗震计算2-1 2-1 计算原则计算原则2-2 2-2 地震作用地震作用2-3 2-3 设计反应谱设计反应谱2-4 2-4 振型分解反应谱法振型分解反应谱法2-5 2-5 底部剪力法底部剪力法2-6 2-6 时程分析法时程分析法2-7 2-7 竖向地震作用竖向地震作用2-8 2-8 结构抗震验算结构抗震验算国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院结构抗震计算的基本步骤结构抗震计算的基本步骤确定结构方案地震作用计算计算结构和构件的地震作用效应（内力和变形）地震作用效应与其他荷载效应的组合验算结构和构件的承载力和变形国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院结构抗震计算的基本步骤结构抗震计算的基本步骤第一阶段设计采用多遇地震（小震）的地震影响系数（或地震加速度峰值）以弹性反应谱理论为基础、时程分析法为补充进行结构弹性地震反应分析，内力分析以线弹性理论为主；根据荷载组合效应采用静力设计规范的方法和基本指标进行截面抗震验算（强度验算）多遇地震作用下结构的弹性变形验算两阶段抗震设计方法两阶段抗震设计方法国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院结构抗震计算的基本步骤结构抗震计算的基本步骤第二阶段设计采用罕遇地震（大震）的地震影响系数（或地震加速度峰值）以时程分析法为基础，静力弹塑性方法为补充进行结构弹塑性地震反应分析罕遇地震作用下结构薄弱层（部位）的弹塑性变形验算两阶段抗震设计方法两阶段抗震设计方法国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院各类建筑结构的地震作用各类建筑结构的地震作用一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担，如该构件带有翼缘、翼墙用应由该方向抗侧力构件承担，如该构件带有翼缘、翼墙等，尚应包括翼缘、翼墙的抗侧力作用。等，尚应包括翼缘、翼墙的抗侧力作用。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，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用最不利最不利方向的抗震计算方向的抗震计算。国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院各类建筑结构的地震作用各类建筑结构的地震作用最不利方向的抗震计算示例最不利方向的抗震计算示例国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院各类建筑结构的地震作用各类建筑结构的地震作用最不利方向的抗震计算示例最不利方向的抗震计算示例周期、地震力与振型输出文件（周期、地震力与振型输出文件（WZQ.OUTWZQ.OUT） 考虑扭转耦联时的振动周期考虑扭转耦联时的振动周期( (秒秒) )、X,Y X,Y 方向的平动系数、扭转系数方向的平动系数、扭转系数 振型号振型号 周周 期期 转转 角角 平动系数平动系数 (X+Y) (X+Y) 扭转系数扭转系数1 1.5059 178.50 0.65 ( 0.65+0.00 ) 0.351 1.5059 178.50 0.65 ( 0.65+0.00 ) 0.352 1.3294 0.56 0.37 ( 0.37+0.00 ) 0.63 2 1.3294 0.56 0.37 ( 0.37+0.00 ) 0.633 1.1881 89.33 1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00 3 1.1881 89.33 1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.004 0.6325 89.74 0.43 ( 0.00+0.42 ) 0.57 4 0.6325 89.74 0.43 ( 0.00+0.42 ) 0.575 0.6066 178.50 0.04 ( 0.04+0.00 ) 0.96 5 0.6066 178.50 0.04 ( 0.04+0.00 ) 0.966 0.5615 174.89 0.14 ( 0.13+0.01 ) 0.86 6 0.5615 174.89 0.14 ( 0.13+0.01 ) 0.867 0.5123 179.65 0.55 ( 0.55+0.00 ) 0.45 7 0.5123 179.65 0.55 ( 0.55+0.00 ) 0.45地震作用最大的方向地震作用最大的方向 = -1.040 (= -1.040 (度度) )国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院各类建筑结构的地震作用各类建筑结构的地震作用质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平双向水平地震作用下的扭转影响地震作用下的扭转影响；其他情况，应允许采用调整地；其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。震作用效应的方法计入扭转影响。8 8度和度和9 9度时的大跨度结构、长悬臂结构，度时的大跨度结构、长悬臂结构，9 9度时的高度时的高层建筑，应计算层建筑，应计算竖向地震作用竖向地震作用。国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院各类建筑结构的抗震计算各类建筑结构的抗震计算高度不超过高度不超过40m40m的，以剪切变形为主且质量和刚度的，以剪切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，宜采用的结构，宜采用底部剪力法底部剪力法等简化方法；等简化方法；除上款外的建筑结构，宜采用除上款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法振型分解反应谱法；特别不规则的建筑、甲类建筑和超过规范规定高度特别不规则的建筑、甲类建筑和超过规范规定高度的高层建筑，应采用的高层建筑，应采用时程分析法时程分析法进行多遇地震作用下进行多遇地震作用下的补充计算。的补充计算。国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院各类建筑结构的抗震计算各类建筑结构的抗震计算罕遇地震下结构的变形，应采用简化的弹塑性分析罕遇地震下结构的变形，应采用简化的弹塑性分析方法或弹塑性时程分析法计算；方法或弹塑性时程分析法计算；平面投影尺寸很大的空间结构，应根据结构形式和平面投影尺寸很大的空间结构，应根据结构形式和支承条件，分别按单点一致、多点、多向单点或多向支承条件，分别按单点一致、多点、多向单点或多向多点输入进行抗震计算；多点输入进行抗震计算；建筑结构的隔震和消能减震设计，采用教材第建筑结构的隔震和消能减震设计，采用教材第4 4章的章的方法进行计算。方法进行计算。国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院不规则结构不规则结构平面不规则平面不规则质量与刚度偏心和抗扭刚度太弱的结构，在地震中会因产质量与刚度偏心和抗扭刚度太弱的结构，在地震中会因产生扭转不规则而受到严重的破坏。在规则平面中，如果结构生扭转不规则而受到严重的破坏。在规则平面中，如果结构刚度不对称，仍然会产生扭转不规则而受到严重的破坏。刚度不对称，仍然会产生扭转不规则而受到严重的破坏。应均匀分布抗侧力构件，令地震作用尽量通过结构刚度中应均匀分布抗侧力构件，令地震作用尽量通过结构刚度中心，以减少扭转不规则的影响。心，以减少扭转不规则的影响。扭转不规则从两个方面加以控制：扭转不规则从两个方面加以控制：位移比和周期比位移比和周期比。周期比周期比：一般建筑，结构扭转为主的第一自振周期与平动：一般建筑，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比不应大于为主的第一自振周期之比不应大于0.90.9。扭转不规则扭转不规则国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院不规则结构不规则结构平面不规则平面不规则位移比位移比：在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位：在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的位移）平均值的1.21.2倍。倍。 国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院不规则结构不规则结构平面不规则平面不规则控制凹凸不规则就是控制房屋局部的外伸长度。控制凹凸不规则就是控制房屋局部的外伸长度。结构平面上的两端相距太远，地震时由于输入相位差容结构平面上的两端相距太远，地震时由于输入相位差容易产生不规则振动，建筑物所承受的剪力在两侧反向振动易产生不规则振动，建筑物所承受的剪力在两侧反向振动时可能达到很大的数值，使结构受到损害。时可能达到很大的数值，使结构受到损害。凹角附近形成狭窄区域，楼板削弱后产生过大的应力集凹角附近形成狭窄区域，楼板削弱后产生过大的应力集中，导致凹角处局部应力太大，使楼板容易开裂、破坏。中，导致凹角处局部应力太大，使楼板容易开裂、破坏。这些部位应采取加大楼板厚度、增加板内配筋、设置集这些部位应采取加大楼板厚度、增加板内配筋、设置集中配筋的边梁、配置中配筋的边梁、配置4545度斜向钢筋等方法。度斜向钢筋等方法。凹凸不规则凹凸不规则国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院凹角或凸角不规则：结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应凹角或凸角不规则：结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的投影方向总尺寸的30% 30% 。不规则结构不规则结构平面不规则平面不规则国家精品课程工程结构抗震与防灾课件东南大学土木工程学院楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。当楼板平面比较狭长、楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。虑楼板削弱产生的不利影响。目前工程设计中的多数计算机软件，大多假定楼板在平面目前工程设计中的多数计算机软件，大多假定楼板在平面内不变形，平面内刚度为无限大，这对于大多数工程可以接内不变形，平面内刚度为无限大，这对于大多数工程可以接受。但当楼板有明显削弱时，楼板可能会产生明显的面内变受。但当楼板有明显削弱时，楼板可能会产生明显的面内变形，应采用考虑楼板变形影响的计算方法，并应采取相应的形，应采用考虑楼板变形影响的计算方法，并应采取相应的加强措施。加强措施。 不规则结构不规则结构平面不规则平面不规则楼板局部不连续楼板局部不连续国家精品课程