框架結(jié)構(gòu)豎向地震作用加速度反應(yīng)譜及計(jì)算簡析

摘要：大量的地震災(zāi)害的研究報(bào)告表明豎向地震作用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的能造成較大的影響，相對(duì)于水平地震我國對(duì)豎向地震作用的研究還有待加強(qiáng)。本文簡單地介紹了三種應(yīng)用較為常見的豎向地震作用計(jì)算方法，并將其中的反應(yīng)譜法與靜力法做了簡單的比較；闡述了對(duì)結(jié)構(gòu)豎向與水平向加速度峰比值(V/H)產(chǎn)生影響的一些因素。

關(guān)鍵字：豎向地震；靜力法；反應(yīng)譜法；豎向加速度反應(yīng)譜

中圖分類號(hào)：TU31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

地震作用可以分為水平方向與豎直方向兩個(gè)方向的作用，在以往的觀念中，豎向地震作用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)所造成的破壞遠(yuǎn)不如水平地震作用所帶來的大。但是自1995年日本的阪神大地震后豎向地震作用這一概念漸漸被人們所重視起來。

我國現(xiàn)行的抗震規(guī)范中也只對(duì)在高烈度地區(qū)的高層建筑及一些特殊的大跨度、長懸臂結(jié)構(gòu)才會(huì)在設(shè)計(jì)中考慮加上豎向地震作用對(duì)其的影響，而在一般的建筑設(shè)計(jì)中則不會(huì)考慮到豎向地震作用所帶來的影響。根據(jù)水平與豎向地震作用加速度的比值(V/H比)，我們可以據(jù)此了解某次地震中豎向地震作用相對(duì)于水平地震作用所帶來的危害大小。根據(jù)多次的地震記錄，在一般情況下，地震作用的加速度V/H比值大約在0.5~0.65左右，而在現(xiàn)有的國內(nèi)外許多資料中，不難發(fā)現(xiàn)許多的地震記錄中V/H比達(dá)到1甚至有豎向地震加速度超過水平地震作用加速度的記錄。例如，1979年的美國帝國山谷地震[1]中V/H比值平均分布在0.77左右，但其中的最大值達(dá)到了2.4，1994年美國Northridge地震，記錄到V/H比值約為1.79，1995年的阪神大地震和我國的唐山大地震的某次余震的記錄中也發(fā)現(xiàn)，V/H比值約在1.0左右。

綜上所述，豎向地震作用的危險(xiǎn)性不容忽視，在對(duì)地震災(zāi)害的防御措施中，必須要考慮到豎向地震作用對(duì)其的影響，尤其是在高烈度地區(qū)和地震頻發(fā)區(qū)中更是不容忽視。由于V/H比值的不確定性，所以對(duì)其直接取值0.65是不準(zhǔn)確的，對(duì)豎向地震作用的計(jì)算方法的研究也有待完善。

1豎向地震作用計(jì)算方法介紹

1.1 底部軸力法（靜力法）

其中為豎向地震影響系數(shù)最大值，規(guī)范中取水平地震影響系數(shù)最大值的0.65倍。

1.2 豎向地震時(shí)程分析法

1.4 靜力法與反應(yīng)譜法的計(jì)算對(duì)比

2 豎向加速度反應(yīng)譜

我國目前的規(guī)范中尚未對(duì)豎向地震反應(yīng)譜有明確的規(guī)定，只是將其視為與水平地震反應(yīng)譜一致，僅僅只有最大地震影響系數(shù)稍有改變，其取值為水平地震最大地震影響系數(shù)的65%，這個(gè)取值有待商榷。正因?yàn)闆]有對(duì)豎向地震反應(yīng)譜有明確的規(guī)定，國內(nèi)外的許多專家學(xué)者在多次地震記錄中都對(duì)豎向地震作用進(jìn)行了研究，希望能找到準(zhǔn)確的豎向地震反應(yīng)譜。文獻(xiàn)指出影響地震作用中V/H比率的因素包括當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件、相應(yīng)的反應(yīng)譜的周期、距離震源中心的距離以及地震的震級(jí)大小等。隨著場地的距離增加V/H比率越來越小，在距離場地較近時(shí)，V/H值要大于0.65而離場地遠(yuǎn)時(shí)V/H值就有可能要小于0.65。

除此之外，關(guān)于豎向加速度反應(yīng)譜的研究中，徐龍軍等人通過對(duì)33次的地震記錄進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在考慮到以上一些影響因素的情況下，對(duì)于地震豎向加速度的規(guī)整化和雙規(guī)化反應(yīng)譜來說，其能夠表現(xiàn)出較好的一致性，并且有著良好的規(guī)律可循，因此可以將其視為設(shè)計(jì)豎向地震加速度的反應(yīng)譜的一種依據(jù)。耿淑偉等人對(duì)大量強(qiáng)震中的V/H比值進(jìn)行了研究分析發(fā)現(xiàn)了周期、場地條件以及震中距對(duì)V/H比值的一些具體影響。在場地周期較小時(shí)，規(guī)范中規(guī)定的取值是不足的，而當(dāng)場地周期較大時(shí)，規(guī)范所規(guī)定的取值取又是偏于保守的。國外的有些專家在對(duì)豎向地震作用進(jìn)行研究后也得到了與以上想法相類似的結(jié)論。

相對(duì)于中國規(guī)范，歐洲的規(guī)范[14]中很早就叫考慮到了以上一些因素的影響，通過大量的研究后，歐洲規(guī)范對(duì)于豎向地震作用的加速度反應(yīng)譜有了比較詳細(xì)的規(guī)定，不僅考慮到了周期等因素，還考慮到了場地以及震中距對(duì)其的影響，除此之外它還將豎向反應(yīng)譜的計(jì)算分為多個(gè)階段和多個(gè)反應(yīng)譜來計(jì)算以求得較為精確的值。

結(jié)語

本文利用一個(gè)較為簡單的框架結(jié)構(gòu)模型將規(guī)范中豎向地震作用的底部軸力計(jì)算法與豎向反應(yīng)譜法進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)一些問題，并對(duì)豎向加速度反應(yīng)譜中有關(guān)V/H值的選擇與影響因素做了一個(gè)分析，得到以下結(jié)論：

在高烈度地區(qū)以及地震頻發(fā)區(qū)豎向地震作用產(chǎn)生的破壞效果不容忽視。

在框架結(jié)構(gòu)中，有關(guān)豎向地震作用的計(jì)算，反應(yīng)譜法比規(guī)范所采用的底部軸力法要精確些。

隨著樓層的增加，反應(yīng)譜與底部軸力法計(jì)算所產(chǎn)生的結(jié)果的差距將會(huì)越來越大，所以對(duì)于高層建筑用底部軸力法所得出的豎向地震作用計(jì)算結(jié)果會(huì)偏小。

豎向地震作用的反應(yīng)譜的確定有待加強(qiáng)，其V/H比值不能簡單的取為0.65，還應(yīng)考慮到其他因素的影響。

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