自动竖向地震作用

作者: 叶子31188021
来源: 数月亮
2019-05-30

《建筑抗震设计规范 GB50011-2010》第 5.1.1 条指出：“ 8、9 度时的大跨度和长悬臂及 9 度的高层建筑，计算竖向地震作。”同时，5.3.1 条给出了 9 度设防时高层建筑向地震作标准值的计算式。请问，在 SAP2000 的自动地震荷载模式中，能否依据上述中国范的条款施加竖

解答：

在 SAP2000 的自动地震荷载模式中，用户可选择局 Z 方向的地震荷。此时，程序将根据中国抗震计范中的关公式算并施加各个质量点的竖向

对于结构的等效总重力荷载，程序在竖向地震荷载的计算中自动取为重力代表值的75%，而在水平震荷载的计算中则自动取为85%。于重荷载代值的计算，可参阅另一篇知识库文档《底部剪力中的重

另外，对于竖向地震影响系数的最大值，程序自动取为水平地震影响系数最大值的65%。就是说，该取值与构的基本周期关，这点与水平震影响系数的取值方法有不同。各个质量的竖向地震则同样是以集中质量与计算高度的乘积作为权对总的

最后，为了验证 SAP2000 中提供的竖向地震荷载的计算公式，我们对以下框架结构的水平和向地震力作个对比。为了使果具有可对比性，水平地荷载地震影响数取为 αmax。因此，竖向地震力与水平地震力的比（理

竖向地震作用系数推导

隔震结构荷

1、根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）第12.2.1强性条的规

应小于隔震层以上结构总重力

2、根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）第5.1.3条的规定，结构竖向震用标准

3.3.14条第3点“宜乘以

3、 9度0.75ɑ0.75=0.234；8度0.75ɑvmax=0.16×1.5×0.65×0.75=0.117；7.5度0.75ɑvmax=0.12×1.5×0.65×

vmax×1.5×0.65×0.75=0.0585；由上可知，8、9度时竖向地震作标准值均于第12.2.1条的规定（即20%和40%的规），须用0.2G代及0.4G代代替荷载组合的竖向

4、 SATWE中，可以改动的竖向地震系数为1.3（仅考虑竖向地震作用）

rEV.SEVK=rEV. ɑvmaxGeq，当9降为8度时，SEVK=0.117G代，而实际应为，SEVK=0.4G代，所用rEV=1.3×0.4÷0.117=4.444；同，当9度降为7.5度时，SEVK=0.08775G代，而实际应为，SEVK=0.4G代，所用rEV所=1.3×0.4÷0.08775=5.926；当8度降为7度时，SEVK=0.0585G代，而实应为，SEVK=0.2G，用rEV所=1.3×0.2÷0.0585=4.44；当同时考虑水平及竖向地震作用，9度为8

5、仅考虑竖

设防烈度

9度

8度隔震后上部结构设计采用烈度 8度度 7度震后上部结构设计采用

设防烈度

9度

8度 8度度 7度我们这个程相当于从8

竖向地震作用的重要性

() [ 文章编号 ] 100228412 2005增刊20048203

竖向地震

辛娅云

()同济大学土木工程学院

[ 摘要 ] 通过对国内大量地震记录比较分析 ,提出竖地作

计算竖向地震作用的方法以及竖向作用的研究展。从国内外

向地震作用的重要性 ,并归了地震分

[ 关键词 ] 竖向

[ 中图分类号 ] P315[ 文献标识码 ] A

Importance of the Vertical Seismic Effect

( )Xin Ya2yun Tongji University , S hanghai 200092 , China Abstract : This paper presents that the influence of the vertical seismic effect on the structure cann’t be ignored from a lot of seismic records. The method of computering vertical seismic force and development of researching vertical seismic effect are briefly introduced. The importance of considering vertical seismic effect in structural analysis is discussed from some destroyed phenomenon after earthquake in China and some other countries. Finally ,a new advice is induced in seismic analysis.

Key words :Vertical seismic effect ; response spectrum ; seismic analysis

兹里地震 ,记录到的最大竖向

1 ,2 和水平峰值加速度的比值 1163 。我国对唐山地传

震的余震所取得的加速度记录 ,曾经测得竖峰着决定性作

值加速度达到水平峰值加速度。()

正因为地震动的竖向加速度分量到了如此地震动竖向

的数值 ,国内外学者对结构竖向地反应的研究

3 益重视 ,不少国家的震规范中都对做出了具体震

国内外已经取得大量的地震记 ,每次

括地震的三个平动分量 ,即两个水平分量和一个 2 计算竖向地震作用的方法竖向分量。大量地震记录统计结果表明 ,若取地各国抗震范对竖地震作用的计算方法致震动个平速度分量中的大者为基数 ,则竖可分为以下 3 种 : 向峰加速度 a与水平峰值速度 a的比值 1Π v h () 1静力法。取结构或者构重量的一定百分2,1Π3 。近些年来 ,还获得了竖向加速度达到甚比作为竖向地震作用 ,并考虑、下两个方向。超过水平加速度的地震记录。如 1979 年国帝国 () 2按反应

() 3定结构或构件所受的竖向地震作用为水 [ 5 ] ( ) 山谷 Imperial Valley地震所获得的 30 个记录 , a Πv 平地震作用某一个百比。 ( ) a的平值为 0177 , 近断层距离约 10km的 h 自 1964 年以来 ,我国建筑抗震设规范对结构11 个记录 , aΠa的平均值达到了 1112 ,其中最大 vh 竖向地震作用的计算也作具体的规定。对高的一个记录 ,竖向峰值速度 a更是达到 1175g ,竖 v 度的砖砌烟囱、钢筋混凝土囱、高层建筑的竖向地向和平加速度的比值高达 214 。1976 年联格震应

η 013,210s 时 , aΠa的值为 015 或者更越周期为重力荷载产生结构件

小一些 ;而对卓越周期较长的场地 , aΠa的最大值 N 沿结构高度由下往渐增

η 可 017 。作者认为 , 规范规定的 aΠa= 2Π3 对于 η防烈度为 8 度时 ,= 50 %,90 % ,在 9 时可达或vh 超过 1 ,即在烟囱上部可能生拉应力。335m 高短周期场地是偏于不安全的 ,而对于长周情况偏 9 η电视上部 ,设防烈度为 8 度时 ,= 138 % 。高层建于保守。Alfredo等在分析 NEHRP

η 筑上部 ,8 度时 ,= 50 %, 110 % 。为此 , 我国抗震墨西哥后也得到类似的结论。 [ 1 ] 规范规定 :8 度和 9 度时的大跨度结、悬臂结 4 竖向作用的重要性构、烟囱和类似的高耸结构 ,9

该考虑竖向地震作用。近些年来 ,国内外发生了很大大小小的地震。 3 竖向地震作用的研究展唐山地中 , 一些砖烟囱的上半段 ,

1957 钱培教授首先提出竖向地震作用是道 ,甚至更多道环形水平通缝 , 间为 1m 左右 ; 还造成某些砖烟囱破坏的主要原因。1958 年王光远有一砖烟囱 ,上部中间一段倒塌坠地 ,而顶端一小教授高耸结构在竖地震动作用下的反应出了段却入烟囱残留下半段上。1985 年自贡地一种学模拟计算方法。1959 年前苏的一位震 ,大多数水塔、烟囱在弯矩及剪力都等于或者是学者研究了竖向地震动下实体构的振动。1972接近于零的端破坏 ; 而弯矩和剪力大的多的截面年美国 Lyengar 等用一个平稳高斯随机过程 ,在反而不坏者坏很轻 ,以及烟囱及水塔毁坏的砖计算机上水平竖向加度进行模拟 ,研究了三块散落四周、水箱坐的现象都很难用水平地震力个具有不自振频率的反 ,发现考虑自重和来解释。金部鞍焦耐火设计院对唐地震地面激振后 ,对

力都有明显的改变 ,在精确分析时应该考虑自重的构状况的调查统计指出 : 多层框架的震害程度影。是重、下轻 ,神户地震、自贡地

1985 年 3 月发生在四川自贡的里氏 418 级地框架的破坏也有相同的特点 ,顶层破坏的最多、最震 ,震震中区的震害现主要特征是随处可见的重 ,调查都将它作竖向地震起主用的主要水平横缝和水平环缝 ,某些砖上的水

一道。而以水平作用为主的破坏特征 ———剪切斜裂地震中竖下落或下坐的现也相当普。唐缝及 X 裂缝在这次地震却很发现。从以上震山新华旅馆五层的柱头压碎 ,柱

数十厘米 ,仍能直立于竖向位置。1994 年洛杉地害分析不难得

震及日本神户地震很多倒塌的桥梁、桥面和房屋也因素是竖向地震作用而不是水平地震作。1995 是竖直下落。年 1 月 17 日发生在日兵库县的神大地震也给地震时 ,物体上抛位的现象时有发生 ,唐 (科学界和工留下发人深省的问题 :这次地震在地震中 ,9 度区徐家楼的座

) 震中地区竖向地震作用超过了水

明在强震时被抛掷的物体受到竖向速度的影响第 12 届界

大。来地震工程界和土工程界的

1995 年 10 月 24 云南省武定境内发生动向。

( ) 615 级强地震 ,在极震区烈度为 9 ,竖向地震作的

() 用强烈。某中学教学楼三层混的二层砖柱

成三段 ,且中间一段被压挤凸出平面外 ,明显的出了

垂直挤压作用。 1995 年间 44 个地震的 2800 多个峰值加速度和 33

2002 年 3 月 31 日 14 时 52 分 ,台北市生一场个地震动的 1300

强震 ,先是上下震动 ,紧接着是强烈晃动。距震地的卓越周

中 200 多公里的台北市震感强烈。2005 年 5 15 与震级和裂类

日 11 时 46 分 ,在台湾苏澳东海域发生 615 级地值在场地卓

工程抗震与加固改造 5?0 ?2005 年 12 月

参考文献 : 震 ,震中距台北 80 多公

1 ] 陈念英 . 再谈竖向地震作用的重要性 A . 第五届全国北的震感强烈甚于“3131”地震。据报道 ,此次地震代构技术交会议文集 C . 1996. 是台湾 3 月 31 地震的一次震 ,地震发生时 ,先陈念英 . 从本阪神地震谈地震作用的重性 J . 2 ] () () 是上下跳动 ,接着是左右摇晃 ,时间长达一分钟。成大学学报然

李爱群 ,高振世. 工程结构抗震与防灾 M . 南京 : 以上地震现象表明了考竖向地震作用的重3 ] 南大学出社 ,2003. 要。GB5001122001 ,筑抗震

5 地震分析中分析地震力的新观点钱

在抗震理论研究中 ,以前人们常常将强震记录 () 1992 , 3. 5 ] 钱培风 . 竖向地震力和抗震砌块建 M . 北京 : 中作为输入进行分 ,结构的反应为精确解 ,现在已大地出版社 ,1997. 6 6 ] 认为种方法并不符合实 ,钱培风教授认为 ,根沈聚敏 ,周锡元 ,高小旺 ,晶波. 抗

京 :中国建筑工业出版社 ,2002. 据震害反算水

7 ] Lin Y K , Shih T Y. Vertical seismic load effect on building 但是难度很大 ,因为地震工程

response J . Journal of the Engineering Mechanics Division , 程题 ,除了某些特的情况以外 ,都不宜进行精 8 ] () 1982 , 108:331,343. 密的工程分析研究 ,该尽量

Alfredo Reyes Salazar , Achintya Haldar. Structural response 结构破坏中起一定作用”这种观点变成数学力学问 considering the vertical component of earthquakes J . 题来研究论。如果不样 ,可能纠到一些无法 9 ] () Computer and Structure ,2000 , 74:131,145. 搞清楚偏离主题的问题。 Chin2Hsiung Loh , Ming2Jin Ma . Reliability assessment of 4 我国抗震范根据震害提出了很多概念 Structure subject to horizontal2vertical random earthquake 设计 ,即是于这考虑的 ,根据震害实际考虑抗震 10 () excitationa J . Structural Safety ,1997 , 19:153,168. 措施以达到对

竖向地震作用及其分析计算

?计算第 i 质点的竖式中、Q 为水塔等底端的(或的) 竖力及总的重;Kv 、Kh 为竖向与横向地震

加倍,6 度减半,5 度再减半。 ?竖向地震作

或压力竖向地震荷载,则(2) 《抗震规范》(GB5001 建筑楼层的竖向地震作用若近似地将筒身单位长度量为相 1.5, 使构总竖向地等,表示 q;x,h 表示筒身任点及顶点的高 9 度时分别略大于力荷度;Qt 及 ht 表水箱总的重量及重高; 20% 。 Vvi 表示 i 点的竖力(i 点以上 Svi 之

的竖向地震作用标准值, 即值和竖地震作用系数

(3)长悬臂和其他大 (4) 作用标准,8 度和 9

底部剪力法及竖向地震作用

底部剪法-水力

似理论分析表明对，质于量刚和度沿高度分布较比匀、均高度超过40不、m 切剪变为的结构形振动，具时有下以点特：（1）水平以基本移型为主；2（）基本型振近

底剪部法-水平力

此，在计因上算述构结各质上点的水地震平作，仅可虑基本振型而且，各质的点相水移

：i1?? ? H

（）

为比例常数。中式

：于，是作在用第质上的水

Fi1 ? ?

? 11 ?HGii

结构部底的剪总力是质点应

和

2（）

K ? ?F 1i? ?1 1??? H Giii

?1 i ?1

（

）3

而

?m ?

? m

i ?? 1i 1 ? n

i H1? ni i ? 1 i

?G(? H)

i ?1 Hni i ?1

? ? Gi

Hi2

（ 4

）

底

剪部力-法水平

算 G 令 ? G?i，将

i ? n

1 G ?G ? iGi

?1 n

以式乘（5右）端得

FEK ：? ?1式中

：? ?

? Gi ( H )i

i 21? 2 HG? i i ?? iGi 1 ? i? n 1 nn

?(Gi H i )

2 2G ? i i Hi? 1 i ?1n

?n?1? G

（6 ）

称为，重

过经大计量和算析， ? 的分范变围大，等不于08.5

。

底剪力法-部平地

故有：

FE K ?1? Gqe

1??1 ? ?

EFK

（）

式7： Geq中? 0 85G.，称

由式3）有：（

j ?1H

(8)

代入

（3式，并） F将1i写成 F （i

F ?

ii H Gi

Hj? 1

FKE

(

底剪部力-水法平

对与自周振比较长期的构，结计发算现结顶构的部剪按力上计算的值比精值确小偏。调了这整误，《一规》采范用了整调地作震分布办的，适加大层顶平地震作用的比，即例顶部加附地震作

）

?n ? F ?nFEK 各层

水平地震的作用：

为

(1)

0iF

Hii

? H

Gj ? j1

E (K 1? n? )j

（11）

?n 为部附顶加地震作用系，对数于层多钢凝混和钢土结构房，表按中式：.34采用

。

底部

力剪法-平水地

考

地虑基与构动力结相作的

求整了各楼层出质处点水平的地作 Fi 后，震则求出任可一

VEi K? ?F rr

n（21）

规范》规定《抗，震算时，验构任一楼层

VEK：i ? ??Gr

n（13）

式：中Gr 为第r层的

重力

荷代表值载； ?剪为力数系，不应小3.5表的；值竖对不规向则

考

地虑与基结动构力相互的

力

上的以水地震作用算计，是都“刚在性地”的假定下震行的。实际，上地基土不是绝刚性对，且的在较存大的，地震影尼响，时与它基之间也有一个相互用作问题。研的表明当结，身的不度大地，基较柔软而基，的础度较刚，地时基对土震影地响衰有用。因此《减规范》规，度和98度时造于Ⅲ 、 Ⅳ 类场地采用箱基、，刚较性的好筏基桩联合箱础基的筋凝土高层建筑，当结构混自本振周处期于征周期特1.2的 -5倍围范时，计若入地与构动结相力作互的用响影，刚对性基假地定计算的水地平震可剪下规列减，其层定变间

。

考

地基虑结构动力相与作用

（1整高

为按刚性地式中： ?为计地入基与结动力构相互用后作的震力折减剪系数；定基定确的构基本自结振期周?； T计入为与结动力构相互作后用附的加周

表采.63 加附周期(s)

地场类

Ⅲ别 .080 .100Ⅳ 0 .2 00.2

T15? ? ().9 0T1 ?T?

(41

)烈度8

(2)

宽比 H高 /B ? 3 结的，部底震剪地力第1（）规条折，

减n

的乘r积。3) (折减各楼的后水平地力剪，大应表

向地竖作用

震害震和分析查表，在明中震烈度高，区些建筑物某破无坏法水平用震地作解用。近年释来内国学者的实和计算外析表明，一分高层些建筑高结耸构的竖向地应震力力荷重应力的建沿筑物高的度逐上渐增大对高层。筑，建在度8强的区，房地上部的值可比超1过；对和烟耸高筑，9在区，上度的部比也值达或到超过1者，表这在明结部可上产生能力应所以各国。行现抗设规范计对竖地向作用震给予。我考国的抗规范震定规，9度区8大的度跨结、长悬构臂构结及9度区高的建筑层，考虑向地作震。据根构

法

烟囱、?类的似耸高结以及高构层筑建向的地震作用准值的按反可应谱

向地竖作用的计算

此因，取竖可与向

： 232 3

kv 2a? aH 3k 。是，于

? v ?? aH k ? ?H? ? 0H.65 H? 　

)

似类水于平震地作

? v? amxGeq 　　　　　　　　　 (2)

　中：式震影地响系数?v 取大值

小为 .1 002s。竖.向震地系数响取水