底部剪力法計(jì)算結(jié)構(gòu)水平地震作用分析

謝志秦

(西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，陜西西安 710077)

0 引言

使用近似計(jì)算，即底部剪力法計(jì)算時(shí)，規(guī)范中規(guī)定計(jì)算的要求為:建筑物高度在40 m以下，剛重比分布比較均勻，房屋高寬比不大于4，并且主要的變形以剪切變形為主，位移是通過(guò)基本振型計(jì)算的;基本振型可以近似的取直線計(jì)算，振型圖見(jiàn)圖1。

高振型對(duì)計(jì)算的結(jié)果影響很大。因此，在滿足上述條件下，在進(jìn)行抗震計(jì)算和驗(yàn)算時(shí)，使用基本振型計(jì)算可以更加準(zhǔn)確，通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們可以看出建筑物在基本振型時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)水平位移與質(zhì)點(diǎn)的計(jì)算高度成正比，水平位移為Xi1，計(jì)算高度為Hi，兩者的比例關(guān)系為:

其中，η為比例常數(shù)。

剪力法計(jì)算圖見(jiàn)圖2。

1 理論分析

平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值可寫(xiě)成:

則結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，即結(jié)構(gòu)底部剪力可寫(xiě)成:

代入式(2)中，得:

那么，建筑物結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式可寫(xiě)成:

其中，β1為對(duì)應(yīng)基本周期的水平地震影響系數(shù)。

其中，G為結(jié)構(gòu)重力荷載;Geq為同等重力荷載;θ為重力荷載系數(shù)，《規(guī)范》規(guī)定θ=0.85。作用在基本振型第i個(gè)質(zhì)點(diǎn)上的水平地震力Fi可由式(2)得:

代入式(1)等效為下式:

其中，F(xiàn)EK為結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值;Gi，Gj均為相鄰質(zhì)點(diǎn)的重力荷載代表值;Hi，Hj分別為質(zhì)點(diǎn)i，j的高度。

混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋，房屋頂部的地震力按底部剪力法計(jì)算結(jié)果偏小，對(duì)于自振周期長(zhǎng)的多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋，采取調(diào)整地震作用的辦法，增加頂層地震力。

《抗震規(guī)范》規(guī)定，按下式計(jì)算質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值:

其中，vn為頂部附加地震作用系數(shù)，多層鋼筋混凝土取0.2，見(jiàn)表1;ΔFn為頂部附加水平地震作用力，見(jiàn)圖3;FEK為地震荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 頂部附加地震力作用系數(shù)vn

2 結(jié)語(yǔ)

底部剪力法適用于一般的多層磚房等砌體結(jié)構(gòu)、內(nèi)框架和底部框架抗震墻磚房、單層空曠房屋、單層工業(yè)廠房及多層框架結(jié)構(gòu)等低于40 m以剪切變形為主的規(guī)則房屋。

相關(guān)地震災(zāi)害顯示，屋面上的屋頂構(gòu)筑物間，如電梯機(jī)房、屋頂存水水箱、女兒墻等，它們受地震影響的程度要大于下部結(jié)構(gòu)的

受震害程度。在屋面上布置出屋面的機(jī)房、水箱間是為了滿足高層用水和電梯升降的需要，但這些建筑物的質(zhì)量和剛度的突然變小，因?yàn)樯舷陆ㄖ锏膭偠炔睿亓坎?，使地震的程度增加，這就是所謂的鞭端效應(yīng)。因此，《抗震規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)采用近似法計(jì)算抗震作用時(shí)，即底部剪力法，對(duì)于這些結(jié)構(gòu)的地震作用效應(yīng)，宜乘以增大系數(shù)。

[1] 中國(guó)建筑工業(yè)出版社.建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[2] GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 巴榮光.砌體結(jié)構(gòu)地震剪力的簡(jiǎn)化計(jì)算方法[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1990(5):37-38.

[4] 劉大海.抗震設(shè)計(jì)[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1987.