底部剪力法--反應(yīng)譜法--時(shí)程分析法概念及分析

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1、底部剪力法/反應(yīng)譜法/時(shí)程分析法一些有用的概念從傳統(tǒng)的觀點(diǎn)來看，底部剪力法，反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法是三大最常用的結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析方法。那么正確的認(rèn)識(shí)它們的一些關(guān)鍵概念，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)具有非常重要的意義。HiStruct在此簡單的總結(jié)一些，全當(dāng)拋磚引玉。1.底部剪力法高規(guī)規(guī)定：高度不超過40m、以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法。底部剪力法適用于基本振型主導(dǎo)的規(guī)則和高寬比很小的結(jié)構(gòu)，此時(shí)結(jié)構(gòu)的高階振型對(duì)于結(jié)構(gòu)剪力的影響有限，而對(duì)于傾覆彎矩則幾乎沒有什么

2、影響，因此采用簡化的方式也可滿足工程設(shè)計(jì)精度的要求。底部剪力法尚有一個(gè)重要的意義就是我們可以用它的理念，簡化的估算建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，從而至少在靜力的概念上把握結(jié)構(gòu)的抗震能力，它還是很有用的。2.反應(yīng)譜方法高規(guī)規(guī)定：高層建筑結(jié)構(gòu)宜采用振型分解反應(yīng)譜法。對(duì)質(zhì)量和剛度不對(duì)稱、不均勻的結(jié)構(gòu)以及高度超過100m的高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動(dòng)影響的振型分解反應(yīng)譜法。反應(yīng)譜的振型分解組合法常用的有兩種：SRSS和CQC。雖然說反應(yīng)譜法是將并非同一時(shí)刻發(fā)生的地震峰值響應(yīng)做組合，僅作為一個(gè)隨機(jī)振動(dòng)理論意義上

3、的精確，但是從實(shí)際上它對(duì)于結(jié)構(gòu)峰值響應(yīng)的捕捉效果還是很不錯(cuò)的。一般而言，對(duì)于那些對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)起重要作用的振型所對(duì)應(yīng)頻率稀疏的結(jié)構(gòu)，并且地震此時(shí)長，阻尼不太?。üこ躺弦话愣伎梢詽M足）時(shí)，SRSS是精確的，頻率稀疏表面上的反應(yīng)就是結(jié)構(gòu)的振型周期拉的比較開；而對(duì)于那些結(jié)構(gòu)反應(yīng)起重要作用的振型所對(duì)應(yīng)的頻率密集的結(jié)果(高振型的影響較大，或者考慮扭轉(zhuǎn)振型的條件下)，CQC是精確的。這是因?yàn)閷?duì)于建筑工程上常用的阻尼而言，振型相關(guān)系數(shù)（見高規(guī)3.3.11-6）在很窄的范圍內(nèi)才有顯著的數(shù)值。3.反應(yīng)譜分析的精確性對(duì)于

4、采用平均意義上的光滑反應(yīng)譜進(jìn)行分析而言，其峰值估計(jì)與相應(yīng)的時(shí)程分析的平均值相比誤差很小，一般只有百分之幾，因此可以很好的滿足工程精度的要求，正是在這個(gè)平均（普遍性）意義上，我們認(rèn)為反應(yīng)譜分析方法是精確的。但是對(duì)于單個(gè)鋸齒形的反應(yīng)譜而言，其分析結(jié)果與單個(gè)波的時(shí)程分析，誤差可以達(dá)到10-30%之間，因此在個(gè)別（特殊性）意義上而言，反應(yīng)譜分析結(jié)果是有誤差的，因此，規(guī)范規(guī)定對(duì)于復(fù)雜的或者高層建筑需要采用時(shí)程分析進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算和驗(yàn)證。4.反應(yīng)譜分析與時(shí)程分析對(duì)于高階振型計(jì)算的不同之處一般反應(yīng)譜的高頻段是采用平

5、臺(tái)段來表達(dá)的，實(shí)際上對(duì)于高階振型反應(yīng)不顯著的結(jié)構(gòu)而言，反應(yīng)譜適用性很好，也足夠準(zhǔn)確。但是對(duì)于高柔結(jié)構(gòu)而言，一般高階振型的影響比較顯著，采用時(shí)程分析的時(shí)候，等于其高頻段的峰值并未被人為削成平臺(tái)段，因此采用時(shí)程分析的時(shí)候此頻段的地震響應(yīng)可能很大，一般表現(xiàn)為高層建筑的頂部或者對(duì)其他結(jié)構(gòu)對(duì)高階振型影響顯著部位，其地震響應(yīng)峰值比反應(yīng)譜分析結(jié)果要大（但是總體的剪力和彎矩差別則沒這么明顯）。5.時(shí)程分析理論上時(shí)程分析是最準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析方法，但是由于其分析的復(fù)雜性，且地震波的隨機(jī)性，因此一般只是把它作為反

6、應(yīng)譜的驗(yàn)證方法而不是直接的設(shè)計(jì)方法使用。高規(guī)規(guī)定：37～9度抗震設(shè)防的高層建筑，下列情況應(yīng)采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算：1）甲類高層建筑結(jié)構(gòu)；2）表3.3.4所列的乙、丙類高層建筑結(jié)構(gòu)；3）不滿足本規(guī)程第4.4.2～4.4.5條規(guī)定的高層建筑結(jié)構(gòu)；4）本規(guī)程第10章規(guī)定的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)；5）質(zhì)量沿豎向分布特別不均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)。3.3.5按本規(guī)程第3.3.4條規(guī)定進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析時(shí)，應(yīng)符合下列要求：1應(yīng)按建筑場地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于二組實(shí)際地震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)

7、程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符，且彈性時(shí)程分析時(shí)，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的65%，多條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的80%。2地震波的持續(xù)時(shí)間不宜小于建筑結(jié)構(gòu)基本自振周期的3～4倍，也不宜少于12s，地震波的時(shí)間間距可取0.01s或0.02s；4結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)可取多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的較大值。HiStruc

8、t提醒大家需要注意以下幾點(diǎn)：A,選波的時(shí)候不僅與場地的情況有關(guān)，也與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性有關(guān)，這樣才能選出適合的地震波。B,雙向地震分析的時(shí)候主次向應(yīng)該采用不同的地震波。C,可適當(dāng)調(diào)整地震波的峰值以滿足規(guī)范的要求，但是不能調(diào)整太大，那樣可能導(dǎo)致地震波與抗震設(shè)防水平和場地不適合。D,所謂“在統(tǒng)計(jì)意義上相符”指的是，其平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所用的地震影響系數(shù)曲線相比，在各個(gè)周期點(diǎn)上相差不大于20％。