底部剪力法,反应谱法和时程分析法三者应用分析
计算地震作用的方法
计算地震作用的方法地震作用计算可是个很重要又有点复杂的事儿呢。
一、底部剪力法。
这是一种比较简单的方法哦。
它主要适用于高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构。
就像是那种规规矩矩的小房子，不太复杂的建筑结构就可以用这个方法来计算地震作用。
它的基本思路呢，就是先算出一个总的底部剪力，这个剪力就像是整个建筑在地震时受到的一个总的“拉拽力”。
然后再根据一定的规则把这个总的力分配到各个楼层上去。
就好比是有一大袋糖果（底部剪力），要按照一定的方法分给每个小朋友（楼层）。
二、振型分解反应谱法。
这个方法就相对复杂一些啦。
它适用于比较高的建筑或者结构不规则的建筑。
它的理念是把结构在地震下的振动分解成好多不同的振型，每个振型都有自己的频率、周期和振型参与系数。
这就像是把一个复杂的舞蹈动作（建筑在地震中的振动）分解成一个个单独的舞步（振型）。
然后呢，根据反应谱曲线，算出每个振型对应的地震作用，最后再把这些不同振型的地震作用组合起来，得到结构总的地震作用。
这就像是把每个舞步的力量（每个振型的地震作用）合起来，才是这个舞蹈完整的力量（结构总的地震作用）。
三、时程分析法。
这个方法可就更酷啦。
它是直接输入地震波，就像真的让建筑去经历一场地震一样。
然后通过数值计算，一步一步地算出结构在地震过程中的反应。
不过呢，这个方法计算量超级大，就像要做一个超级复杂的大工程。
它一般用于特别重要的建筑或者是超高层、大跨度等复杂结构。
因为这些建筑结构太特殊啦，用前面两种方法可能不够准确，就像对待超级宝贝一样，得用最精细的方法来计算地震作用。
不管是哪种方法，都是为了让我们的建筑在地震的时候能够尽可能地安全。
建筑工程师们就像建筑的守护者，通过这些方法算出地震作用，然后设计出安全可靠的建筑结构，让大家在房子里住着安心、放心。
这也是对每一个生命的尊重和保护呢。
地震作用
7、水平地震影响系数 a ：
a=
质点最大绝对加速度
重力加速度
=
sa g
?
msa mg
F? G
水平地震作用 结构自重
根据烈度、场地类别、设计地震分组、结构自振周期 T和阻尼比确定：
二、高层建筑结构应按下列原则考虑地震作用：
① 一般情况下，计算两个主轴方向的地震作用；有斜交 抗侧力构件（角度大于15度）时应分别计算各抗侧力构件 方向的地震作用
地震影响系数曲线
6、结构自振周期T
结构的动力特性： 阻尼 振型 自振周期
T的确定方法：
[M ]{X&&}+ [K ]{X }= {0}
精确计算——动力学方法 [K ]- w2 [M ] = 0
近似法——顶点位移法，能量法
经验公式
钢筋砼框架
T1 =（0.08 ~ 0.1)N
钢筋砼框剪
T1 = (0.06 ~ 0.08)N
丙类建筑，设防烈度降低10 （60不变） ➢ Ⅲ，Ⅳ类，0.15g和0.3g，提高“半度”
2020/4/3
5
5、设计特征周期（Tg） 定义：抗震设计用的地震影响系数曲线中，反映地震 等级，震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应 的周期值。
确定： 场地类别 设计地震分组（三组）：体现震级和震中距的影响
结构薄弱层的不规则结构。（除进行第一阶段设计外，还要进 行结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造 措施，实现第三水准的设防要求）
② 高度不超过40m、以剪切变形为主的且质量和刚度沿高度 分布较均匀的高层建筑结构，可采用底部剪力法
③ 7～9度设防的高层建筑，下列情况宜采用弹性时程分析 法进行多遇地震作用下的补充计算：
高层建筑地震作用时程分析法计算要点
建筑技术开发Building Technology Development 建筑设计Architectural Design 第48卷第5期2021年3月(1 )髙度不超过40 m 且以剪切变形为主并且质点和刚度沿高度分布均匀的结构(2)近似于单质点体系的结构(1 >不满足底部剪力法适用条件(2)高层建筑(3)质M 和刚度不对称不均匀的结构、超过 100 m 的髙层应采用考虑扭转耦联振动影响的方法（CQC )(4) _度大于24m 的楼盖、跨度大于12 m 的转换与连抹结构、悬挑长度大于5 m 的悬挑结构，竖向地震作用效应标准值| (丨）特别不规则的结构(2)甲类建筑(3 ) 7-9度时，髙规所列高度的乙丙类建筑 | (4)不满足高规所列高度的竖向不规则结构)(8 )平面投影尺度很大的空间结构（跨度大于120m 或长度大于300m 或悬臂大于40m ),7度III 和IV 类场地和8、9度时，用此法计算i f f B 级高度高层、混合结构和复杂高层建筑竖向）[静力法1—取结构或构件重力的一定百分数作为竖向地震作用地震作用计算方法J 1反应谱法按阵型分解反应谱法计算竖向地震作用f 百分数法规定结构或构件所受到的竖向地震作用为水平地震作用的某一百分数图1地震作用计算方法2.4 反应谱不同振型分解法采用的是考虑了震动强度与平均频谱特性的 设计谱，时程分析法全面反映了地震动强度、谱特征与持续时间三要素。
|(5) B 级高度的高层、混合结构和复杂高层建筑||(6)结构顶层取消部分墙.柱形成的空旷房间时1(7 >跨度大于24m 的楼盖，跨度大于12tn 的转换与连体结构.悬桃长度大于5m 的悬挑结构，竖向地震作用效应标准值高层建筑地震作用计算方法包括底部剪力法、振型分解 反应谱法（以下简称反应谱法）、时程分析法（以下简称时程 法）、弹塑性静力或动力分析法、静力法及百分数法。
其中底部剪力法和反应谱法是基本方法，时程分析法则是高层建筑 地震作用计算中有效的补充计算方法。
底部剪力法,反应谱法和时程分析法三者应用分析
从传统的观点来看，底部剪力法，反应谱法和时程分析法是三大最常用的结构地震响应分析方法。
那么正确的认识它们的一些关键概念，对于建筑结构的抗震设计具有非常重要的意义。
HiStruct在此简单的总结一些，全当抛砖引玉。
1. 底部剪力法高规规定：高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构，可采用底部剪力法。
底部剪力法适用于基本振型主导的规则和高宽比很小的结构，此时结构的高阶振型对于结构剪力的影响有限，而对于倾覆弯矩则几乎没有什么影响，因此采用简化的方式也可满足工程设计精度的要求。
底部剪力法尚有一个重要的意义就是我们可以用它的理念，简化的估算建筑结构的地震响应，从而至少在静力的概念上把握结构的抗震能力，它还是很有用的。
2. 反应谱方法高规规定：高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。
对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法。
反应谱的振型分解组合法常用的有两种：SRSS和CQC。
虽然说反应谱法是将并非同一时刻发生的地震峰值响应做组合，仅作为一个随机振动理论意义上的精确，但是从实际上它对于结构峰值响应的捕捉效果还是很不错的。
一般而言，对于那些对结构反应起重要作用的振型所对应频率稀疏的结构，并且地震此时长，阻尼不太小（工程上一般都可以满足）时，SRSS是精确的，频率稀疏表面上的反应就是结构的振型周期拉的比较开；而对于那些结构反应起重要作用的振型所对应的频率密集的结果(高振型的影响较大，或者考虑扭转振型的条件下)，CQC是精确的。
这是因为对于建筑工程上常用的阻尼而言，振型相关系数（见高规3.3.11-6）在很窄的范围内才有显著的数值。
3.反应谱分析的精确性对于采用平均意义上的光滑反应谱进行分析而言，其峰值估计与相应的时程分析的平均值相比误差很小，一般只有百分之几，因此可以很好的满足工程精度的要求，正是在这个平均（普遍性）意义上，我们认为反应谱分析方法是精确的。
《底部剪力法》课件
01
03
底部剪力法的应用范围较广，可以适用于不同类型和 规模的结构，包括高层建筑、大跨度结构、桥梁等。
04
底部剪力法在计算结构的地震响应时，能够考虑结构 的非线性行为和土-结构相互作用的影响，为结构的抗 震分析和设计提供了更为精确的方法。
对未来研究的建议与展望
进一步研究底部剪力法在不同地震作 用和不同场地条件下的适用性和精度 ，以提高其在实际工程中的应用价值 。
考虑地震动方向影响
考虑结构阻尼
底部剪力法能够考虑地震动方向的影响， 从而更准确地反映地震作用下的结构反应 。
该方法在计算过程中考虑了结构的阻尼效 应，能够更真实地反映结构的动力特性。
缺点分析
简化假设限制
底部剪力法基于一系列简化假设，如均匀质量分布、刚性楼板等，这 些假设在实际工程中可能不成立，导致计算结果存在误差。
隧道结构案例分析
计算结果与讨论
底部剪力法的计算结果分析 底部剪力法与其他方法的比较分析
底部剪力法的优缺点分析
04 底部剪力法的优 缺点分析
优点分析
计算简便
适用范围广
底部剪力法基于地震动输入和结构动力方 程，通过一系列简化计算，得出结构的地 震反应，计算过程相对简便。
该方法适用于多层和高层结构的抗震分析 ，尤其适用于不规则结构的简化计算。
原理
基于地震作用的等效原理，将地震动加速度记录转换为等效的底部剪力，然后 利用结构的质量分布和刚度矩阵计算结构的动力反应。
适用范围与限制
适用范围
底部剪力法适用于计算多层结构的水平地震反应，尤其适用于不规则结构的简化 计算。
限制
由于底部剪力法是一种简化方法，其计算精度相对较低，不适用于复杂结构的精 细分析。此外，对于大跨度结构和高层钢结构，底部剪力法的计算结果可能存在 较大误差。
建筑结构抗震复习题答案
建筑结构抗震复习题答案建筑结构抗震复习题一、判断题1．振型分解反应谱法既适用于弹性体系，也可用于弹塑性体系X 2．结构的刚心就是地震惯性力合力作用点的位置3．受压构件的位移延性将随轴压比的增加而减小V4. 结构的重力荷载代表值等于竖向荷载加上各可变荷载组合值。
X5. 震源到震中的垂直距离称为震中距。
X6. 对应于一次地震，震级只有一个，烈度也只有一个。
X7. 横波一般周期较长，振幅较大，引起地面水平方向的运动。
V8. 采用底部剪力法时，突出屋面的屋顶件，由于刚度突变、质量突变，其地震作用的效应乘以增大系数3，此增大部分应向下传递。
X10. 地震波的传播速度，以横波最快，面波次之，纵波最慢。
X 11．横波只能在固态物质中传播X12.设防烈度为8 度和9度的高层建筑应考虑竖向地震作用X13．众值烈度比基本烈度小1.55 度，罕遇烈度比基本烈度大1.55 度X14 在进行抗震设计时，结构平面凹进的一侧尺寸为其相应宽度的20％时，认为是规则的V16. 在同等场地、烈度条件下，钢结构房屋的震害较钢筋混凝土结构房屋的震害要严重。
X17. 钢筋混凝土框架柱的轴压比越大，抗震性能越好。
18. 场地特征周期与场地类别和地震分组有关。
V20. 选择结构的自振周期应尽可能接近场地卓越周期。
X21. 根据液化指数，将液化等级分为三个等级。
V22. 质量和刚度明显不对称、不均匀的结构，应考虑水平地震作用的扭转影响。
23. 地震作用对软土的承载力影响较小，土越软，在地震作用下的变形就越小。
X26在抗震设计中，对烈度为9 度的大跨、长悬臂结构，应考虑竖向地震作用V27. 一次地震只有一个震级，所以不同地区地震烈度相同。
X25. 一般来讲，震害随场地覆盖层厚度的增加而减轻。
X22. 地震烈度是表示地震本身大小的尺度。
X29 一般而言，房屋愈高，所受到的地震力和倾覆力矩愈大，破坏的可能性也愈大。
30. 耗能梁段的屈服强度越高，屈服后的延性越好，耗能能力越大31．结构的质心就是地震惯性力合力作用点的位置32．计算竖向地震采用底部剪力法计算时，可直接取 1 0.75 max X33．设防烈度小于8 度时，可不考虑结构物场地范围内发震断裂的影响37. 纵波是由震源向外传递的剪切波，其质点的运动方向与波的前进方向相垂直。
建筑结构抗震设计试卷及答案1
1、影响土层液化的主要因素是什么？影响土层液化的主要因素有:地质年代，土层中土的粘性颗粒含量,上方覆盖的非液化土层的厚度，地下水位深度，土的密实度，地震震级和烈度。
土层液化的三要素是:粉砂土,饱和水，振动强度。
因此,土层中粘粒度愈细、愈深,地下水位愈高，地震烈度愈高，土层越容易液化。
2、什么是地震反应谱？什么是设计反应谱？它们有何关系？单自由度弹性体系的地震最大加速度反应与其自振周期的关系曲线叫地震(加速度)反应谱,以S a（T）表示。
设计反应谱:考虑了不同结构阻尼、各类场地等因素对地震反应谱的影响，而专门研究可供结构抗震设计的反应谱，常以a（T），两者的关系为a（T）= S a（T）/g3、什么是时程分析？时程分析怎么选用地震波？选用地震加速度记录曲线，直接输入到设计的结构，然后对结构的运动平衡方程进行数值积分，求得结构在整个时程范围内的地震反应。
应选择与计算结构场地相一致、地震烈度相一致的地震动记录或人工波，至少2条实际强震记录和一条人工模拟的加速度时程曲线5、抗震设计为什么要尽量满足“强柱弱梁"、“强剪弱弯"、“强节点弱构件”的原则？如何满足这些原则？“强柱弱梁”可有效的防止柱铰破坏机制的出现,保证结构在强震作用下不会整体倒塌；“强剪弱弯"可有效防止脆性破坏的发生,使结构具有良好的耗能能力；“强节点弱构件”，节点是梁与柱构成整体结构的基础，在任何情况下都应使节点的刚度和强度大于构件的刚度和强度。
6、什么是震级？什么是地震烈度？如何评定震级和烈度的大小？震级是表示地震本身大小的等级，它以地震释放的能量为尺度,根据地震仪记录到的地震波来确定地震烈度是指某地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度,它是按地震造成的后果分类的。
震级的大小一般用里氏震级表达地震烈度是根据地震烈度表，即地震时人的感觉、器物的反应、建筑物破坏和地表现象划分的。
7、简述底部剪力法的适用范围，计算中如何鞭稍效应。
建筑结构抗震考试重点
1. 地震分为诱发地震和天然地震（天然地震包括：构造地震、火山地震）2. 震源、震中、震中距：地球内部断层错动并引起周围介质振动的部位称为震源；震源正上方的地面位臵叫震中；地面某处至震中的距离叫震中距。
3. 构造地震：地壳的构造运动使深部岩石的应变超过容许值，岩层错动而引起的地面振动。
4. 地震波：由地下岩层断裂错动引起的振动，振动以波的形式从震源向外传播，就形成了地震波。
包括体波和面波，体波是沿地球内部传播的波，分为横波和纵波；面波是沿地球表面传播的波，包括瑞雷柏和乐夫波。
5. 地震波的传播速度，以纵波最快、横波次之、面波最慢。
故在地震发生的中心地区人们的感觉是，先上下颠簸、后左右摇晃。
6. 地震动：地震波传播到地面引起的振动。
其三要素：峰值、频谱、持续时间。
7. 地震震级是表示地震大小一种度量，用M表示。
其数值是根据地震仪记录到的地震波图确定的。
微震M<2有害地震2<M<4破坏地震M>7,特大地震M>88. 地震烈度指某一区域内的地表和各类建筑物遭遇一次地震影响的平均强弱程度。
9. 基本烈度指一个地区在一定时期（我国取50年）内在一般场地条件下按一定概率（我国取10%可能遇到的最大地震烈度。
它是一个地区进行抗震设防的依据。
10. 地震的破坏作用：主要表现为地表破坏、建筑物破坏和次生灾害三种形式。
地表破坏主要表现为地裂缝、地面下沉、喷水冒砂、滑坡、塌方等形式；建筑物的破坏主要表现为主体结构强度不足形成的破坏和结构丧失整体性两种形式。
11. 工程抗震设防的基本目的：在一定的经济条件下，最大限度的限制和减轻建筑物的地震破坏，保障人民生命财产的安全。
12. 三水准抗震设防要求：第一水准：当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受破坏或不需修理仍可继续使用。
第二水准：当遭遇相当于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，但经一般修理仍可继续使用。
第三水准：当遭遇高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危机安全生命的严重破坏。
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从传统的观点来看，底部剪力法，反应谱法和时程分析法是三大最常用的结构地震响应分析方法。
那么正确的认识它们的一些关键概念，对于建筑结构的抗震设计具有非常重要的意义。
HiStruct在此简单的总结一些，全当抛砖引玉。
1. 底部剪力法
高规规定：高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构，可采用底部剪力法。
底部剪力法适用于基本振型主导的规则和高宽比很小的结构，此时结构的高阶振型对于结构剪力的影响有限，而对于倾覆弯矩则几乎没有什么影响，因此采用简化的方式也可满足工程设计精度的要求。
底部剪力法尚有一个重要的意义就是我们可以用它的理念，简化的估算建筑结构的地震响应，从而至少在静力的概念上把握结构的抗震能力，它还是很有用的。
2. 反应谱方法
高规规定：高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。
对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法。
反应谱的振型分解组合法常用的有两种：SRSS和CQC。
虽然说反应谱法是将并非同一时刻发生的地震峰值响应做组合，仅作为一个随机振动理论意义上的精确，但是从实际上它对于结构峰值响应的捕捉效果还是很不错的。
一般而言，对于那些对结构反应起重要作用的振型所对应频率稀疏的结构，并且地震此时长，阻尼不太小（工程上一般都可以满足）时，SRSS是精确的，频率稀疏表面上的反应就是结构的振型周期拉的比较开；而对于那些结构反应起重要作用的振型所对应的频率密集的结果(高振型的影响较大，或者考虑扭转振型的条件下)，CQC是精确的。
这是因为对于建筑工程上常用的阻尼而言，振型相关系数（见高规3.3.11-6）在很窄的范围内才有显著的数值。
3.反应谱分析的精确性
对于采用平均意义上的光滑反应谱进行分析而言，其峰值估计与相应的时程分析的平均值相比误差很小，一般只有百分之几，因此可以很好的满足工程精度的要求，正是在这个平均（普遍性）意义上，我们认为反应谱分析方法是精确的。
但是对于单个锯齿形的反应谱而言，其分析结果与单个波的时程分析，误差可以达到10-30%之间，因此在个别（特殊性）意义上而言，反应谱分析结果是有误差的，因此，规范规定对于复杂的或者高层建筑需要采用时程分析进行补充计算和验证。
4.反应谱分析与时程分析对于高阶振型计算的不同之处
一般反应谱的高频段是采用平台段来表达的，实际上对于高阶振型反应不显著的结构而言，反应谱适用性很好，也足够准确。
但是对于高柔结构而言，一般高阶振型的影响比较显著，采用时程分析的时候，等于其高频段的峰值并未被人为削成平台段，因此采用时程分析的时候此频段的地震响应可能很大，一般表现为高层建筑的顶部或者对其他结构对高阶振型影响显著部位，其地震响应峰值比反应谱分析结果要大（但是总体的剪力和弯矩差别则没这么明显）。
5.时程分析
理论上时程分析是最准确的结构地震响应分析方法，但是由于其分析的复杂性，且地震波的随机性，因此一般只是把它作为反应谱的验证方法而不是直接的设计方法使用。
高规规定：3 7～9度抗震设防的高层建筑，下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算：
1）甲类高层建筑结构；
2）表3.3.4所列的乙、丙类高层建筑结构；
3）不满足本规程第4.4.2～4.4.5条规定的高层建筑结构；
4）本规程第10章规定的复杂高层建筑结构；
5）质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构。
3.3.5 按本规程第3.3.4条规定进行动力时程分析时，应符合下列要求：
1 应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，且弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%。
2 地震波的持续时间不宜小于建筑结构基本自振周期的3～4倍，也不宜少于12s，地震波的时间间距可取0.01s或0.02s；
4 结构地震作用效应可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
HiStruct提醒大家需要注意以下几点：
A,选波的时候不仅与场地的情况有关，也与结构的动力特性有关，这样才能选出适合的地震波。
B,双向地震分析的时候主次向应该采用不同的地震波。
C,可适当调整地震波的峰值以满足规范的要求，但是不能调整太大，那样可能导致地震波与抗震设防水平和场地不适合。
D, 所谓“在统计意义上相符”指的是，其平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在各个周期点上相差不大于 20％。