连体结构竖向地震作用研究
第四章竖向地震作用4
S ≤ R /γ
RE
---包含地震作用效应计值； S ---包含地震作用效应的结构构件内力组合的设计值；
R ---结构构件承载力设计值； ---结构构件承载力设计值 结构构件承载力设计值；
γ
RE
---承载力抗震调整系数，除另有规定外，按下表采用； ---承载力抗震调整系数，除另有规定外，按下表采用； 承载力抗震调整系数
S ≤ R /γ
RE
承载力抗震调整系数 材料 钢 结构构件 柱、梁 支撑 节点板件、 节点板件、连接螺栓 连接焊缝 两端均有构造柱、 两端均有构造柱、芯柱的抗震墙 其他抗震墙 梁 梁轴压比小于0.15柱 梁轴压比小于 柱 梁轴压比不小于0.15柱 梁轴压比不小于 柱 抗震墙 各类构件 受剪 受剪 受弯 偏压 偏压 偏压 受剪、 受剪、偏拉 受力状态
§4.7 结构竖向地震作用 4.7
竖向地震运动是可观的： 竖向地震运动是可观的：
根据观测资料的统计分 在震中距小于200km 200km范 析，在震中距小于200km范 围内， 围内，同一地震的竖向地面 加速度峰值与水平地面加速 度峰值之比av/ah平均值约为 度峰值之比 1/2，甚至有时可达1.6 1.6。 1/2，甚至有时可达1.6。
二、高耸结构和高层建筑竖向地震作用的计算公式
F EVK = α V max G eq
G eq = 0 . 75 ∑ G i
Gn
Gi
FVi
α V max = 0 . 65 α H max
FEVK
---结构总竖向地震作用标准值； ---结构总竖向地震作用标准值； 结构总竖向地震作用标准值
G1
---竖向 水平地震影响系数最大值。 竖向、 αV max ,α H max ---竖向、水平地震影响系数最大值。 F EVK
连体结构在竖向地震作用下的振动分析
【 文献标识码 】 Ｂ
【 文章编号 】 １ １ ６６ （ ａ）６ ０＂ — ３ ０ — ８４２ ｒｏ — ０３ ０ ０ ０７ ７
Ｒ ｎｏＮ ＮＡ Ｓ ｓ ｏＦ ＣＯＮ］ｌ Ｉ Ａ Ｉ Ｉ Ｎ ＥＤ ＴＷＤ ＴＯＷ Ｅ Ｓ ＲＩ ＣＩ 瓜 ＥＳ Ｒ Ｔ ＇ Ｉ
０ 引 言
度 和转 动 自由度 ， 得到竖 向刚度 ， 进行 固有振动特性 分析 ， 图 １ 及图 ２ 分别 给出了其 振型 曲线 图。
文献 ［］ １对大底盘连体结构在水平地震作用下进 行 了振
动分析得 出 了大底盘 多塔 连体 结构 水平 振 动 的一 些特 性 。 然而 。 一次地震作用时不仅仅只有水平作用 还存 在着竖 向的 作用 ， 虽然有时竖向地震 的作用 小于水 平地 震作用 。 是对 但
ａ ｔｏ ｄ ｃ ｎ ｌ ｓｏ ｓｏ ｅｅ ｎ ｅ ａｕ ｒ ｂａ ｎ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ． ｅ ｕ ｅｕ ｅ ｕ ｔ ｏ ｔｕ ｔ ａ ｅ ｓ ｃ ｃｉｎ ａ ｏ ｃｕ ｉｎ ｒｆｒ ｃ ｖ ｌ ｅｗｅ ｅｏ ｔｉｅ ｉ ｓｐ ｐ ｒ Ｔｈ ｓ ｆ ｌｒ ｓ ｓ ｆｒｓｒ ｃｕｒｌｓ ｉｍ ｎ ｆ ｅ ｄ ｄ ｈ ｌ ｉ ｄ ｓｇ ｒ ｒｓ ｎｅ ． ｅ ｉｎ ａ ｅ ｐ ｅｅ ｔ ｄ Ｋｅ ｒ ｓ： ｎａ ｇ ａ ｅ； ｉ・ｏ ｒ ｃ ｎ ｅ ｔｄ ｓｒ ｃｕ ｅ ｍｏ ｅ ａ ａｙ ｉ ；ｉ ・ ｉｔｒ ｎ ｌ ｓｓ ｙ ｗｏ ｄ ｅ ｌｒｅ ｂ ｓ ｔ ｎ・ ｗｅ ； ｏ ｎ ｃ ｅ ｔｕ ｔ ｒｓ； ｄ ｎ ｌｓｓ ｔ ・ ｓｏ ａ ａｙ ｉ ｄ ｗ ｔ ｍｅ ｈ ｙ
ｃｎ ｅｔ 。ｏ ｉ ｎ ｒ ｄｂｓ ｒ ｃｍ ａ ｄ Ａ ｓ， ｍ ｈｒ ｔ ｉ ｃ ｂｅｔ ｅ ａ ￣－ ｑ ｋ ｏｎｃ ｒｂ ｔ ｗｔ ｅ ｌｇ ａｅａ ｏ ｐｒ ． ｔａｔｓ ｅｃａ ｃ ｒｔ ｓｓ ｊ ｅ ｔ ｖｍｅ ｅ ｈ ｈ ａｅ ｅ ｅ ｌ ｏ ａｅｓ ｉ ｕ ｃ ｄｏ ｌ ｔｎ ｅ ｈａ
竖向地震作用计算
8 度
1、跨度＞24m的楼盖结构
2、悬挑长度＞2m的悬挑结构
3、隔震结构
4、地下空间综合体等体型复杂的地下结构
5．1．1第4款8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。
注：8、9度时采用隔震设计的建筑结构，应按有关规定计算竖向地震作用。
14.2.33)地下空间综合体等体型复杂的地下结构，8、9度时尚宜计及竖向地震作用。
9度
高层建筑
9度
1、跨度＞18m的楼盖结构
2、悬挑长度＞1.5m的悬挑结构
3、高层建筑
4、隔震结构
5、地下空间综合体等体型复杂的地下结构
注：
《高规》3．8．2当仅考虑竖向地震作用组合时，各类结构构件的承载力抗震调整Байду номын сангаас数均应取为1．0。
《抗规》10.2.6 7度时，矢跨比小于1/5的单向平面桁架和单向立体桁架结构可不进行沿桁架的水平向以及竖向地震作用计算。
《抗规》12.2.1隔震层以上结构的水平地震作用应根据水平向减震系数确定；其竖向地震作用标准值，8度(0．20g)、8度(0．30g)和9度时分别不应小于隔震层以上结构总重力荷载代表值的20％、30％和40％。用5.3.1 5.3.2和 5.3.3计算出竖向地震力（aMax应采用12.2.5调整后的）不小于本条。
《烟规》5．5．13 抗震设防烈度为6度和7度时，可不计算竖向地震作用；8度和9度时，应计算竖向地震作用。竖向地震计算方法见 5.5.5条。
《装配式混凝土结构技术规程》 10．2节 外挂墙板设计时应考虑竖向地震作用，竖向地震作用标准值可取水平地震作用标准值的0．65倍。
竖向地震作用下双塔连体结构非线性时程解析
竖向地震作用下双塔连体结构非线性时程解析摘要：双塔连体结构是通过连接体，将两个塔楼的上部连接在一起，形成即可以独立而又相互连通的独特的建筑结构形式。
双塔连体结构以其新型的外观在建筑领域得到广泛应用。
但是，双塔连体结构在地震的作用下，扭转现象非常明显，而且竖向地震作用下抗震效果如何，需要对双塔连体结构建筑体进行非线性时程分析，以确定最终的双塔连体结构的抗震能力。
本文通过对某一双塔连体结构的数字化模型进行竖向地震波的输入，利用非线性时程分析方法，对双塔连体结构进行受力分析，研究受地震竖向分量的影响。
结果表明，在竖向地震作用下，双塔连体结构在竖向存在一定的位移。
关键词: 竖向地震；双塔连体结构；非线性时程；地震波；随着我国建筑技术的不断进步，国内不断涌现新型的建筑结构，给建筑业带来新的生机。
其中双塔连体结构，即将两个相互独立的建筑体在上部通过设置连廊将不同建筑物连在一起[1]，形成一个相互连接的共同体的结构形式，具有设计的独特性和外观的新颖性而在我国得到广泛应用。
由于近几年来，我国陆地地壳运动频繁，地震多发，地震烈度各有不同，这就要求双塔连体结构的建筑体进行设计时必须要以《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）[2]为指导，具有较强的抗震能力才行。
因此，必须首先对双面塔连体结构进行抗震分析。
不同地区，根据本地震活动情况，对模拟模型选择不同的地震波输入模拟系统后，计算双塔体连体结构在地震中的位移情况来判断抗震效果，根据分析结果，在实际施工过程中，再对破坏程度较大的结构进行加固，使双塔连体结构的建筑体具有较好的抗震能力。
本文仅对竖向地震作用下双塔连体结构进行非线性时程分析。
一、双塔连体结构的计算模型某双塔连体结构为高度28.5m的对称性双塔连体结构医院建筑体。
双塔连体结构采用NosaCAD软件建立结构的整体分析模型。
由于NosaCAD的模型模拟是通过AutoCAD软件建模实现的，因此，模拟建模在AutoCAD中进行。
【精品结构设计知识】何时考虑竖向地震作用？如何考虑？
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【精品结构设计知识】何时考虑竖向地震作用？如何考虑？
何时考虑竖向地震作用？如何考虑？
按《混凝土高规》第3.3.2条规定，9度抗震设计以及8度设计时的大跨度、长悬臂结构应考虑竖向地震作用，包括第10.2.6条的转换构件以及第10.5.2条的连体结构的连接体[2]。
9度抗震设计时，整体结构的竖向地震作用可按《混凝土高规》第3.3.14条的方法计算；8、9度时，大跨度、长悬臂结构构件的竖向地震作用可按《混凝土高规》第3.3.15条的规定近似考虑，对于8度0.3g的情况，竖向地震作用标准值可取结构或结构构件重力荷载代表值的15%.当然，有条件时或设计需要时，采用竖向加速度反映谱方法或动力时程分析方法计算结构竖向地震作用时更合适的方法。
无论采用何种方法计算竖向地震作用，均应按《混凝土高规》第5.6.3条的规定进行地震作用效应的组合，即把竖向地震作用效应作为一个组合工况考虑。
结语：借用拿破仑的一句名言：播下一个行动，你将收获一种习惯；播下一种习惯，你将收获一种性格；播下一种性格，你将收获一种命运。
事实表明，习惯左右了成败，习惯改变人的一生。
在现实生活中，大多数的人，对学习很难做到学而不厌，学习不是一朝一夕的事，需要坚持。
希望大家坚持到底，现在需要沉淀下来，相信将来会有更多更大的发展前景。
关于地震竖向效应的探讨
的动 力特 性 ， 出了现 行 抗 震 理 论 的 缺 陷 。 提
【 关键词 】 竖向效应 ； 地震 ； 抗震性能
【 中图分类号 】 Ｔ ３２ １ Ｕ ５ ．
最 近 几 十 年 ， 际 国 内频 繁 发 生 地 震 ， 国 自二 十 世 纪 七 十 年 代 以来 发 生 了 七级 以上 地 震 十 多 次 ， 山地 震 、 潘 地 震 、 唐 松 阪神 地 震 、 台湾 地 震 、 川 地 震 、 利 地震 … … 。从 震 灾 上分 汶 智 析， 灾害 各 种 各 样 ， 统 计 规 律 可 言 。人 类 由 地 震 灾 害 总 结 、 无 完善 、 寻求 抗 震 理 论 的 时 代 已经 过 去 。 对 现 行 抗 震 理 论 质 疑
过梁 的建筑完好 无损 ， 震后正常使用 。 从震害上看 ， 几乎 全是竖 向结构受 伤 、 、 ， 见一例 损 坏 未
梁 的跨 中伤 、 、 。 未见 一 例 板 跨 中 伤 、 坏 。框 架 的 支 座 损 坏 损
凝土屋架在 ８９度 ， 、 Ⅲ、 、 Ｉ Ⅱ、 Ⅳ类 场地条件 下的竖 向地震 作用系数。从 表中可 以看 出场地土越硬 ， 竖向地震作用 系数
霉 誊 － 一 霉 簿 构 关 于 地 震 竖 向 效 应 的 探 讨
刘 东 波
（ 攀枝花攀 钢集 团设计研 究 院有 限公 司 ， 攀枝 花 ６ ７ ２ ） 四川 １０ ３
【 摘 要 】 文章论述 了地震 灾害的特点 ， 了现行抗震理论 关于竖向地震效应 的计 算及 建筑物结构 分析
“ 范 ” 今 天 以前 无 法 解 决 这 个 问题 。 规 在 （） 于竖向地震效 应计算 ， 规范 ” 出计算 公式 ， ３关 “ 给 这
有 关 问 题 ， 同行 商 榷 。 与
整体结构及单构件的竖向地震作用计算
整体结构及单构件的竖向地震作⽤计算刘孝国中国建筑科学研究院有限公司北京构⼒科技有限公司北京 100013[摘要] 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016版）（以下简称“抗规”）及《⾼层建筑混凝⼟结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称“⾼规”）等规范对于⾼烈度区的⼤跨度结构、⼤悬臂结构、转换结构及连体结构等，需要进⾏结构竖向地震作⽤分析，两本规范提供了三种计算竖向地震的⽅法，底部轴⼒法简化算法、反应谱分析⽅法及等效静⼒法。
采⽤反应谱法进⾏竖向地震作⽤分析，计算的结构楼层竖向地震作⽤标准值需要满⾜规范的底线值，不满⾜时需要进⾏地震作⽤内⼒调整。
采⽤三种不同的竖向地震分析⽅法，对⽐简单⼤悬臂框架结构整体计算结果及构件内⼒结果，不同计算⽅法有较⼤差异。
使⽤PKPM软件进⾏竖向地震作⽤分析时，可通过对局部⼤悬臂、⼤跨度构件单独定义属性为竖向地震构件，对结构局部构件实现竖向地震的分析及考虑。
[关键词] 竖向地震；底部轴⼒法；反应谱分析；等效静⼒法；局部构件；0引⾔结构设计中会遇到⼀些⾼烈度区的⾼层结构、⼤跨度结构及⼤悬臂结构等，按规范要求，这类结构需要进⾏竖向地震作⽤计算，抗规和⾼规均提出了详细要求。
但在竖向地震作⽤计算时，通常由于两本规范要求不同及不同的竖向地震计算⽅法导致内⼒计算结果差异⼤等原因，存在各种疑难细节问题。
本⽂结合两本规范对竖向地震计算的要求，介绍规范具体细节⽅⾯的差异，结合设计中常⽤的PKPM结构设计软件，阐释软件中如何实现对结构及单构件的竖向地震作⽤的计算，并介绍不同的竖向地震作⽤分析⽅法对结构整体及某些构件内⼒的影响。
1抗规对竖向地震作⽤的要求抗规5.3.1条要求，9度时的⾼层建筑，竖向地震作⽤标准值按图1计算简图，采⽤公式（1）、（2）确定；楼层的竖向地震作⽤效应可按各构件承受的重⼒荷载代表值的⽐例分配，并宜乘以增⼤系数1.5。
图1结构竖向地震作⽤计算简图（1）（2）式中：——结构竖向地震作⽤标准值；——质点i的竖向地震作⽤标准值；——竖向地震影响系数的最⼤值，可取⽔平地震影响系数最⼤值的65%；——结构等效总重⼒荷载，可取其重⼒荷载代表值的75%。
竖向地震作用
• 抗规 5.3 和高规 4.3.13-4.3.15 给出了 竖向地震作用的简化方法和振型分解反应 谱法：
4.3.13 给出了简化方法 4.3.14 提出“跨度大于24m的楼盖结构、跨度大于12m的 转换结构和连体结构，悬挑长度大于5m的悬挑结构，结构 竖向地震作用效应标准值宜采用时程分析方法或振型分解 反应谱方法进行计算” 4.3.15 给出竖向地震作用系数底线值
• 竖向振型的求解
求解完整的特征值问题（1）
是标准做法 当标准做法难以获得足够多的 竖向振型时，可以采用强迫解 耦方法，分拆式（1）为式（2） 和式（3） 当结构的竖向振动与水平振动 藕联较轻时，这种做法是可以 的 SATWE和PMSAP均提供标准方法 和分拆求解方法
K M
差3倍
基本相当
竖向地震作用
• 竖向地震作用下结构反应的特点之二
对于带有屋盖系统的建筑结构，不恰当的设计方 案，可能导致二次共振；当二次共振发生时，结 构反应急剧增大。
• 二次共振算例：理论模型
屋盖系统 竖振周期 为T
主体结构 竖振周期 为Tsup
完整 的竖 向地 震计 算模 型
• 二次共振算例
K xy xy M xy xy
K z z M z z
（） 1
(2)
(3)
M M xy M z
• 竖向地震作用的软件实施
SATWE竖向地震控制参数
• 竖向地震作用的软件实施
SATWE竖向地震控制参数
PMSAP竖向地震控制参数
PMSAP竖向地震控制参数
竖向地震作用竖向地震作用43134315给出了竖向地震作用的简化方法和振型分解反应4313给出了简化方法4314提出跨度大于24m的楼盖结构跨度大于12m的转换结构和连体结构悬挑长度大于5m的悬挑结构结构竖向地震作用效应标准值宜采用时程分析方法或振型分解反应谱方法进行计算4315给出竖向地震作用系数底线值竖向地震作用竖向地震作用竖向地震作用下结构反应的特点之一剪力墙框架柱等竖向构件之间可能存在明显的竖向相互错动从而在水平构件中引发显著内力并导致竖向构件自身的内力重分配
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工程概况 连接体结构布置情况 竖向地震分析 振动台试验 结论
工程概况
北京某工程，连体结构， 28层，高度 80.30m，连体部分跨度31.2m；
自 23层 ( 63.14m )至28层(80.30m) ，两侧 塔楼通过连接体相连，成为一体；
主体结构为钢筋混凝土剪力墙结构，连 体部分采用钢结构；
竖向时程分析结果 －连接体位移反应
连接体跨中沿楼层加速度反应
楼层号
连体边榀跨中加速度反应
31
30
29
Peter
El-Centro
28
Artificial
27
26
25
24
23
22 0
0.45 0.9 1.35 1.8 2.25 2.7 3.15 3.6 加速度（m/s2）
桁架下弦标高加速度反应
加速度（m/s2）
3.15 2.70 2.25 1.80 1.35 0.90 0.45 0.00
Artificial 平均值
0
31.2
距桁架左支座距离（m）
62.4
竖向时程分析结果 －连体部位相对加速度反应
连体钢结构位于地面60m高处，相应高度 处塔楼也有较大的加速度反应。
连体钢桁架跨中相对桁架支座的加速度 反应较大，边榀和中榀在三条地震波作 用下的平均值比较接近，为重力加速度 的0.3倍和0.27倍。
-31.2
边榀桁架下弦标高处加速度反应
Peter El-Centro Artificial 平均值
0
31.2
距桁架左支座距离（m）
62.4
桁架下弦标高加速度反应
加速度（m/s2）
3.15 2.70 2.25 1.80 1.35 0.90 0.45 0.00
-31.2
中榀桁架下弦标高处加速度反应
Peter El-Centro
竖向地震作用
32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10
8 6 4 2 0 0.0
反应谱 Artificial El-Centro Peter
2.5 5.0
7.5 10.0 ％
竖重比
竖向时程分析
选用3条地震波，分别为El-Centro波竖 向分量、Peter波竖向分量及三类场地 人工波Artificial
1.13
1.35
整体模型竖向反应
竖向时程分析结果 －连接体部位加速度反应
连接体部位的竖向地震反应较大 边榀和中榀跨中的地震加速度反应分别
达到重力加速度的0.32和0.33。
竖向时程分析结果 －连接体部位加速度反应
最大加速度反应在连接体部位大致呈三 角形分布；连体跨中的地震加速度反应 较大。
工程概况
结构总长度86.3m，宽度14.8m。结构的 高宽比为5.4左右。
8度设防，三类场地土
连接体布置
连接体钢结构最下部为5.7m高的三榀钢 桁架，钢桁架上部为3层钢框架结构，层 高3.827m。
上下弦和竖杆采用方钢管，V形斜撑采用 H型钢
连接体结构顶层的钢梁采用方钢管。
超限情况
竖向时程分析结果 －桁架端部腹杆内力
地震波
边榀轴力
Artificial/重力荷载效应 0.22
Peter/重力荷载效应
0.20
El-Centro/重力荷载效应 0.17
平均值
0.20
中榀轴力
0.22 0.24 0.11 0.19
竖向地震作用取值
连接体受力最大部位为桁架端部受压腹 杆
本工程连接体结构竖向地震作用计算取 20%的重力荷载代表值。
30
30
25
25
20
20
塔楼楼层号
塔楼楼层号
15
10
Peter
5
El-Centro
Artificial
0 0.00 0.23 0.45 0.68 0.90 1.13 1.35
加速度（m/s2）
单塔模型竖向反应
15
10
Peter
El-Centro
5
Artificial
0 0.00
0.23
0.45 0.68 0.90 加速度（m/s2）
针对超限采取的抗震措施
5 连接体钢桁架上下弦楼板及屋面板加 强,楼板加强范围延伸至连接体两侧各 一跨的范围 ；
6 连接体两侧与桁架上下弦及顶层相邻 梁加强－采用型钢混凝土梁。
针对超限采取的抗震措施
7 连接体竖向地震作用计算 8 对连接体按中震设计
竖向地震分析
主要考察较高位置连接体的反应 两种方法：
– 反应谱 – 时程分析
模态分析
振型 号
周期 （S）
竖向参与 质量
（％）
9 0.235 13.22
振动形态 连接体竖向振动
15 0.154 26.15 左侧塔楼的竖向振动
16 0.153 13.95 右侧塔楼的竖向振动
反应谱方法
竖向地震影响系数的最大值取水平 值的65％；
阻尼比取0.05； 振型数取前40个；
反应谱方法
竖重比底层为6.1％，上部最大为9.2 ％；
反应谱计算结果与时程分析结果比 较接近；
楼层号 楼层号
32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 108 6 4 Fra bibliotek 00
反应谱 Artificial El-Centro Peter
5 10 15 20 25 30 x1000kN
竖向地震波输入加速度幅值取 45.5cm/S2
考察整体反应时，阻尼比取0.05
考察连接体钢结构反应时，阻尼比取 0.02
竖向时程分析结果
－塔楼的竖向地震反应
结构竖向地震力与重力荷载的比值沿结 构高度逐渐增加
在顶部几层，结构加速度反应达到最大 值
最大约为重力加速度的11%，动力系数 达到2.4。
3 剪力墙底部加强部位（取地上1-4层） 和5层~顶层所有外周边剪力墙均加强配 筋构造，水平和竖向分布钢筋的配筋率 不小于0.3%，在此范围的剪力墙墙肢 均设置约束边缘构件，约束边缘构件纵 向配筋率取1.2%，配箍率取1.2%。
针对超限采取的抗震措施
4 连接体结构两侧的两道横向剪力墙按特 一级设计:剪力墙分布筋配筋率取0.78%， 剪力墙墙肢端部设置约束边缘构件，约 束边缘构件纵向配筋率取1.5%，剪力 墙端柱纵向配筋率取2.5%，配箍率均 取1.5%。
位置较高，跨度较大的连体结构 连接体与塔楼有局部错层 主体塔楼为钢筋混凝土结构，连接体为
钢结构
针对超限采取的抗震措施
1 通过调整两侧塔楼结构布置以使其体型、 平面和刚度接近。
2 连接体结构两侧剪力墙采用带端柱的剪 力墙，端柱尺寸为1m×1m,端柱从连接 体下部第5层（第17层）起配置型钢。
针对超限采取的抗震措施