底部剪力法ppt课件.ppt
第 9 讲,底部剪力法,2022/12/20,2,二、底部剪力法,应用条件,建筑物高度不超过40m,结构以剪切变形为主,质量和刚度沿高度分布较均匀,结构的地震反应将以第一振型反应为主结构的第一振型接近直线,假定,（1）结构的地震反应可用第一振型反应表征；,（2）结构的第一振型为线性倒三角形， 即任意质点的第一振型位移与其高度成正比,图 结构简化第一振型,2022/12/20,3,底部剪力的计算,任意质点i的水平地震作用,结构底部剪力,将,代入上式，得,=,2022/12/20,4,简化：,结构底部剪力,一般建筑各层重量和层高均大致相同,单质点体系，n=1，则,多质点体系 ，n2，则,按抗震规范统一取,即,结构总重力荷载等效系数,结构等效总重力荷载,2022/12/20,5,地震作用分布,结构总水平地震作用,分配至各质点上,仅考虑了第一振型地震作用,高阶振型地震作用影响,各阶振型地震反应,总地震作用分布,等效地震作用分布,结构基本周期较长时结构高阶振型地震作用影响不能忽略,高阶振型反应对结构上部地震作用的影响较大,2022/12/20,6,我国抗震规范规定：,结构基本周期,，则需在结构顶部附加集中水平地震作用,结构顶部附加地震作用系数,1.多层钢筋混凝土房屋和钢结构房屋按下表采用,2.多层内框架砖房,3.其它房屋可不考虑,表3-4,2022/12/20,7,考虑高阶振型的影响时,结构的底部剪力仍为,但各质点的地震作用须按下式分布,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,8,计算水平地震作用的底部剪力法(计算步骤),一、底部剪力的计算,j振型的底部剪力为,G结构的总重力荷载代表值,组合后的结构底部剪力,Geq结构等效总重力荷载代表值，0.85G,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,9,二、各质点的水平地震作用标准值的计算,地震作用下各楼层水平地震层间剪力为,2022/12/20,10,鞭梢效应,底部剪力法适用于重量和刚度沿高度分布均比较均匀的结构,当建筑物有局部突出屋面的小建筑时，该部分结构的重量和刚度突然变小，将产生鞭梢效应，即局部突出小建筑的地震反应有加剧的现象。,按底部剪力法计算作用在小建筑上的地震作用，需乘以增大系数3,作用在小建筑上的地震作用向建筑主体传递时（或计算建筑主体的地震作用效应时），则不乘增大系数,因此,但是,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,11,三、顶部附加地震作用的计算,当结构层数较多时，按上式计算出的水平地震作用比振型分解反应谱法小。,为了修正，在顶部附加一个集中力 。,-结构总水平地震作用标准值；,-相应于结构基本周期的水平地震影响系数；多层砌体房屋、底部框架和多层内框架砖房，宜取水平地震影响系数最大值；,- 结构等效总重力荷载；,- i质点水平地震作用；,-i质点重力荷载代表值；,- i质点的计算高度；,- 顶部附加地震作用系数，多层内框架 砖房取0.2,多层刚混、钢结构房屋按 下表,其它可不考虑。,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,12,四、底部剪力法适用范围,底部剪力法适用于一般的多层砖房等砌体结构、内框架和底部框架抗震墙砖房、单层空旷房屋、单层工业厂房及多层框架结构等低于40m以剪切变形为主的规则房屋。,以“剪切变形”为主：,在结构侧移曲线中，楼盖出平面转动产生的侧移所占的比例较小。且房屋高度小于40m。,“规则房屋”：,1.相邻层质量的变化不宜过大。,2.避免采用层高特别高或特别矮的楼层，相邻层和连续三层的刚度变化平缓。,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,13,3.出屋面小建筑的尺寸不宜过大（宽度b大于高度h且出屋面高度与总高度之比满足h/H1/5），局部缩进的尺寸也不宜大（缩进后的宽度B1与总宽度B之比满足 ）；,4.楼层内抗侧力构件的布置和质量的分布要基本对称；,5.抗侧力构件在平面内呈正交（夹角大于75度）分布，以便在两个主轴方向分别进行抗震分析；,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,14,6.平面局部突出的尺寸不大（局部伸出部分在长度方向的尺寸l大于宽度方向的尺寸b，且宽度b与总宽度B之比满足b/B1/5-1/4）；,对于不满足规则要求的建筑结构，则不宜将底部剪力法作为设计依据。否则，要采取相应的调整，使计算结果合理化。,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,15,五、底部剪力法应用举例,例1：试用底部剪力法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。已知结构的基本周期T1=0.467s ,抗震设防烈度为8度,类场地,设计地震分组为第二组。,解：,（1）计算结构等效总重力荷载代表值,（2）计算水平地震影响系数,查表得,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,16,解：,（1）计算结构等效总重力荷载代表值,例1：试用底部剪力法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。已知结构的基本周期T1=0.467s ,抗震设防烈度为8度,类场地,设计地震分组为第二组。,（2）计算水平地震影响系数,（3）计算结构总的水平地震作用标准值,第三组,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,17,例1：试用底部剪力法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。已知结构的基本周期T1=0.467s ,抗震设防烈度为8度,类场地,设计地震分组为第二组。,解：,（1）计算结构等效总重力荷载代表值,（2）计算水平地震影响系数,（3）计算结构总的水平地震作用标准值,（4）顶部附加水平地震作用,（5）计算各层的水平地震作用标准值,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,18,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,19,（6）计算各层的层间剪力,2022/12/20,20,例题3-6,结构为三层剪切型结构。设计基本地震加速度及场地条件同例3-5,结构处于8度区（地震加速度为0.20g），I类场地第一组，结构阻尼比为0.05。,试采用底部剪力法，求结构在多遇地震下的最大底部剪力和最大顶点位移。,已知：,2022/12/20,21,解：由例3-5已求得,而结构总重力荷载为,则结构的底部剪力为,已知,设该结构为钢筋混凝土房屋结构，则需考虑结构顶部附加集中作用,查 表3-4（顶部附加地震作用系数表）得,则,又已知,2022/12/20,22,表3-4 结构顶部附加地震作用系数,返回,2022/12/20,23,则作用在结构各楼层上的水平地震作用为,由此得结构的顶点位移为,与振型分解反应谱法的计算结果很接近,2022/12/20,24,2022/12/20,25,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,26,例2：六层砖混住宅楼，建造于基本烈度为8度区，场地为类，设计地震分组为第一组，根据各层楼板、墙的尺寸等得到恒荷和各楼面活荷乘以组合值系数，得到的各层的重力荷载代表值为G1=5399.7kN, G2=G3=G4=G5=5085kN, G6=3856.9kN。试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。,由于多层砌体房屋中纵向或横向承重墙体的数量较多，房屋的侧移刚度很大，因而其纵向和横向基本周期较短，一般均不超过0.25s。所以规范规定，对于多层砌体房屋，确定水平地震作用时采用 。并且不考虑顶部附加水平地震作用。,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,27,例2：基本烈度为8度，场地为类，设计地震分组为第一组，G1=5399.7kN, G2=G3=G4=G5=5085kN, G6=3856.9kN。计算各层地震剪力标准值。,解：,结构总水平地震作用标准值,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,28,例2：基本烈度为8度，场地为类，设计地震分组为第一组，G1=5399.7kN, G2=G3=G4=G5=5085kN, G6=3856.9kN。计算各层地震剪力标准值。,解：,结构总水平地震作用标准值,各层水平地震剪力标准值,各层水平地震作用,63446.01,15929.115,28730.25,42459.75,56189.25,69918.75,276673.125,923.05,1017.2,817.45,617.7,418,231.7,4025.1,923.05,1940.25,2757.7,3375.4,3793.4,4025.1,29596.6,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,29,例3：四层钢筋混凝土框架结构，建造于基本烈度为8度区，场地为类，设计地震分组为第一组，层高和层重力代表值如图所示。结构的基本周期为0.56s,试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。,解：,结构总水平地震作用标准值,4.36,3.36,3.36,G4 =831. 6,G3 =1039. 6,G2 =1039. 6,G1 =1122.7KN,3.36,K1 =9.6105KN/m ,K2 K4=3.6105 KN/m,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,30,例3：四层钢筋混凝土框架结构，建造于基本烈度为8度区，场地为类，设计地震分组为第一组，层高和层重力代表值如图所示。结构的基本周期为0.56s,试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。,解：,结构总水平地震作用标准值,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,31,例3：四层钢筋混凝土框架结构，建造于基本烈度为8度区，场地为类，设计地震分组为第一组，层高和层重力代表值如图所示。结构的基本周期为0.56s,试用底部剪力法计算各层地震剪力标准值。,解：,结构总水平地震作用标准值,顶部附加水平地震作用,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,32,顶部附加水平地震作用,各层水平地震作用,各层水平地震剪力标准值,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,33,六、突出屋面附属结构地震内力的调整,震害表明，突出屋面的屋顶间（电梯机房、水箱间）、女儿墙、烟囱等，它们的震害比下面的主体结构严重。,原因是由于突出屋面的这些结构的质量和刚度突然减小，地震反应随之增大。-鞭端效应。,抗震规范规定：采用底部剪力法时，突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应，宜乘以增大系数3。此增大部分不应向下传递，但与该突出部分相连的构件应计入。,2022/12/20,第9讲 底部剪力法,34,结构地震内力的调整,对于长周期结构，地震地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大的影响。为了安全，按振型分解反应谱法和底部剪力法算得的结构层间剪力应符合下式要求,VEKi -第i层对应与水平地震作用标准值的楼层剪力；,Gj -第j层的重力荷载代表值。,-剪力系数，不应小于下表数值，对竖向不规则结 构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数；,基本周期介于3.5s和5s之间的结构，可插入取值。,
