地震是结构工程师整个职业生涯都在接触的一种神秘的作用,它看不见摸不着,我们在设计中却要时刻提防。
这篇文章我将力求简单概要的去总结,现有建筑结构设计规范中对于多高层钢筋混凝土结构地震作用的计算及考虑各种调整(小震下)之后作用于结构构件上的地震荷载。
| 地震作用主要计算方法
1、底部剪力法。简化方法,高度不超过40m、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的结构,适合手算。
2、振型分解反应谱法。其中CQC法考虑两个方向地震扭转耦连、SRSS法未考虑两个方向扭转耦连,可对计算出效应进行简单的系数放大抗规5.2.3(绝大多数情况下采用该方法)。
3、时程分析法补充验算。特别不规则的建筑、甲类建筑、7/8/9度较高的建筑。
| 地震作用计算
1、计算结构重力荷载代表值。
2、根据所在地区地震烈度及设计基本地震加速度确定地震影响系数最大值αmax。
3、根据地震分组及场地类别确定场地特征周期Tg。
4、根据规范给出的地震影响系数曲线确定地震影响系数α。
对于底部剪力法,根据地震影响系数α求出总地震剪力,对各个楼层按重力荷载与楼层高度乘积的大小比例进行地震作用分配。
对于阵型分解反应谱法,分别求出各楼层对应于不同周期的各振型的地震作用,然后按CQC或者SRSS方法进行各振型的效应组合。(抗规5.2节)
至此,我们可以得到各楼层根据本地区烈度计算的不经任何调整的地震作用力。本文主要讨论具有层的概念的常规结构,故称之为初始楼层地震力F0。
| 整体结构层面的地震作用调整
然而在结构整体计算和构件验算时,往往不是直接使用F0,而是需要经过一系列的调整之后的地震作用力F,这些调整包括:
需要指出的是,以上调整有先后顺序之分,例如剪重比验算时楼层剪力,需是经过1-4条调整后的地震剪力。当判断某一项满足要求,不需调整时对应项系数取1.0。
| 构件间地震作用分配
完成以上调整后的楼层地震作用,按抗规5.2.6条进行地震剪力分配(主要原则为按构件等效刚度及从属面积重力荷载代表值对应比例进行分配)。
| 不同结构形式的结构地震作用调整
1、高规8.1.4条框剪结构对于框架柱二道防线的调整(即0.2调整)
2、高规9.1.11条框筒结构对于框架柱的二道防线调整
3、高规10.2.4条对于转换结构构件水平地震作用调整
4、高规10.2.11条对于转换柱的地震作用下轴力调整(该条调整仅轴力,而非直接调整地震作用)
5、高规10.2.17条部分框支剪力墙结构框支柱的水平地震剪力的调整
6、高规11.1.6混合结构对于框架柱的二道防线调整
经过以上所有过程调整,得到的竖向构件剪力,按结构力学方法计算出相应的柱墙端弯矩,根据节点平衡方程可以计算出地震作用下梁端弯矩及剪力值。
| 地震作用组合
该部分为结构设计常见内容,可参见高规5.6节,此处不再赘述。
| 组合后内力调整
抗震设计有一个重要原则:重概念,轻精度。以上对地震作用的计算大多是基于各种不同的假定,而规范对于结构的重要部位,抗震的薄弱部分有着不同的加强规定。这些规定体现在不同的参数调整上:
1、高规6.2.1条强柱弱梁调整
2、高规6.2.2条框架结构的强柱根调整
3、高规6.2.3条框架柱,框支柱的强剪弱弯调整
4、高规6.2.4条强角柱调整
5、高规6.2.5框架梁的强剪弱弯调整
6、高规7.2.2~7.2.6条对于剪力墙的加强调整
7、高规7.2.21条对于连梁的强剪弱弯调整
构件组合内力计算值(主要为剪力,弯矩)经过以上调整过后得到的组合内力设计值,即为构件截面设计荷载组合的效应设计值Sd(高规3.8.1-2式)。至此,构件验算时的地震作用计算全过程完成,其过程大致可以总结如下:
至于整体结构计算指标时的地震作用取值,请关注后续更新。
声明:以上内容为个人对于规范的理解及总结,如有错误及纰漏,敬请留言指出,不胜感激。
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