手算如何考虑地震力的作用

⑴ 怎样确定其地震作用效应

1、结构振型数据（自振周期）
对于比较正常的工程设计，其不考虑折减的计算自振周期大概在下列范围内：
框架结构：T1=(0.08~0.1)n
框架—剪力墙结构和框架—筒体结构：T1=(0.06~0.08)n
剪力墙结构和筒中结构：T1=(0.04~0.05)n
式中，n为建筑物层数。
第二及第三振型的周期近似为：如果计算结果偏离上述数值太远，应考虑工程中截面是否太大、太小，剪力墙数量是否合理，应适当予以调整。反之，如果截面尺寸、结构布置都正常，无特殊情况而偏离太远，则应检查输入数据是否有错误。
以上的判断是根据平移振动振型分解方法来提出的。考虑扭转耦连振动时，情况复杂得多。首先应挑出与平移振动对应的振型来进行上述比较。至于扭转周期的合理数值，由于经验不多，尚难提出合理的周期数值。

结构的计算振型个数，振型个数一般可以取各个计算方向上振型参与质量达到90%所需的振型数。

最后控制结构的扭转刚度，即周期比（主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响）。

2、振型曲线和空间振型
在正常的计算下，对于刚度和质量比较均匀的结构，简化成单线的振型曲线应是比较连续光滑的曲线，不应有大进大出，大的凹凸曲折。第一振型无零点；第二振型在（0.7-0.8）H处有一个零点；第三振型分别在（0.4-0.5）H及（0.8-0.9）H处有两个零点。

除了查看简化的振型曲线外，对于复杂的结构尚应查看空间振型图，以清晰的了解空间振型的形式，比如了解出现扭转和平动耦合的具体情况，比如局部振型的情形，比如可能出现的模型错误之处等。

3、地震力
根据目前许多工程的计算结果，截面尺寸、结构布置都比较正常的结构，其底部剪力大约在下述范围内：
8度，II类场地土：Fek=(0.03~0.06)G
7度，II类场地土；Fek=(0.015~0.03)G
式中， 为底部地震剪力标准值；G为结构总重量。
层数多、刚度小时，偏于较小值；层数少、刚度大时，偏于较大值，当其它烈度和场地类型时，相应调整此数值。当计算的底部剪力小于上述数值（HiStruct注，要保证满足规范最小剪重比限值）时，宜适当加大截面、提高刚度，适当增大地震力以保证安全；反之，地震力过大，宜适当降低刚度以求得合适的经济技术指标。

4、水平位移特征
水平位移满足《高层规程》的要求，是合理设计的必要条件之一，但不是充分条件。即是说：合理的设计，水平位移应满足限值；但是水平位移限值满足，还不一定是合理的结构，还要考虑周期，地震力大小等综合条件。
因为，抗震设计时，地震力大小与刚度直接相关，当刚度小，结构并不合理时，由于地震力也小，所以位移也有可能在限值范围内，此时并不能认为结构合理，因为它的周期长、地震力太小，并不安全。《高层规程》位移限值放松较多，较容易满足，所以还应综合其它因素（HiStruct注，较高的高层(比如>150m)一般风位移起很大作用，风作用下结构的特征与地震力有很大不同，对结构设计上的要求也不一样）。结构的刚度尚应满足稳定性要求，即刚重比控制。
剪力墙结构的位移曲线具有悬臂弯曲梁的特征，位移越往上增大越快，成外弯形曲线。框架结构具有剪切梁的特点，越向上增长越慢，成内收形曲线。框架—剪力墙结构和框架—筒体结构处于两者之间，为反S形曲线，接近于一直线。在刚度较均匀情况下，位移曲线应连续光滑，无突然凹凸变化和折点。

5、内外力平衡
为防止计算过程中的偶然因素，必要时可检查底层的平衡条件： 为底层柱、墙在单组重力荷载下轴力，其和应等于总重量G。校核时，不应考虑分层加载。 为风荷载作用下的底层墙柱剪力，求和时应注意局部坐标与整体坐标的方向不同， 为全部风力值。注意不要考虑剪力调整和施工过程影响。对地震作用不能校核平衡条件，因为各振型采用SRSS法或CQC法进行内力组合后，不再等于总地震作用力。

6、对称性
对称结构在对称外力作用下，对称点的内力与位移必须对称。如有反常现象应检查输入数据是否正确。

7、渐变性
竖向刚度、质量变化较均匀的结构，在较均匀变化的外力作用下，其内力、位移等计算结果自上而下也均匀变化，不应有大正大负、大出大进等突变。（HiStruct注，设计规范一般限制刚度，质量和承载力的突变，但是仍然要保证变形的基本均匀性）

8、合理性
设计较正常的结构，一般而言不应有太多的超限截面，基本上应符合以下规律：
1)柱、墙的轴力设计值绝大部分为压力（HiStruct注，当顶部竖向力小，水平力大的情况除外，但是此时要满足规范“注”的要求）；
2)柱、墙大部为构造配筋（HiStruct注，一般底部小偏压控制，上部转为大偏压控制）；

3)梁基本上无超筋（HiStruct注，强柱弱梁在实际中难实现，需要在设计阶段有更多考虑，在适当考虑楼板时，满足饶度和裂缝的使用要求）；
4)除个别墙段外，剪力墙符合截面抗剪要求。
5)梁截面抗剪不满足要求、抗扭超限截面不多。

⑵ 抗震设计中如何考虑结构的地震作用依据的原则是什么

地震时地面会发生水平运动和竖向运动，从而引起结构的水平振动和竖向振动，当结构体型复杂、质心和刚心不重合时，还会引起结构扭转振动。一般情况下，水平地震作用对结构起控制作用，对于明显不均匀，不对称的结构应考虑水平地震作用引起的扭转影响；高烈度区的高耸及高层结构、大跨及长悬臂结构应考虑竖向地震作用。
在抗震设计中，各类建筑结构的地震作用，应按下列原则考虑：
（1）通常认为地面运动水平分量较大，而结构抗侧能力有限，一般情况下，水平地震作用对结构起控制作用，可在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用全部由该方向抗侧力构件承担。
（2）有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，应考虑与各抗侧力构件平行的方向上的水平地震作用。
（3）对于质量和刚度在同一平面内或者沿高度方向明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作用引起的扭转影响，或采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。
（4）8度和9度区的大跨度结构、长悬臂结构、高耸结构及9度区的高层结构，应考虑竖向地震作用。

⑶ 能不能不考虑地震作用

1，
规范规定：2010抗震规范
5.1.1条3款：质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的
扭转影响。
2，
（1）从平面形状上判别：平面为l
形，t形等属于平面不规则的结构为明显不对称的结构，位移比无论为何值，均应考虑双向地震作用。
（2）位移比大于1.3的结构属平面不规则中的扭转不规则，无论平面形状对称与否，均应考虑双向地震作用。
（3）从竖向形状上判别：大地盘结构为明显的质量及刚度竖向不对称应考虑双向地震作用。
（4）竖向质量和刚度明显不对称的结构，如上下刚度差别较大，或上下的质量差别较大的结构应考虑双向地震作用。
3，
。规范考虑手算较繁，给出了不计算的范围及允许的计算方法，现在计算机计算，很方便，选上就可以了，根本不增加工作量，结算结果差别很小，符合工程要求。若抗侧力构件正交的结构完全对称，双向地震作用计算与单向地震作用计算完全相同。考虑和不考虑，程序计算结果相同，考虑和不考虑一样。
注意位移计算不考虑双向地震作用。对策（2）按规范判别考虑和不考虑。很繁。
4，建议规范组考虑地震的双向性客观存在，将规范简化改成‘结构应考虑双向地震作用的扭转影响’。

⑷ 地震力到底是怎么算出来的

地震荷载：（di
zhen
he
zai）earthquake
load（seismic
force）
又称地震力。结构物由于地震而受到的惯性力，土压力和水压力的总称。由于水平振动对建筑物的影响最大，因而一般只考虑水平振动。
地震力计算公式：地震力=自重×地震系数。

⑸ 地震力的计算过程

（一）地震力与地震层间位移比的理解与应用

⑴规范要求：《抗震规范》第3.4.2和3.4.3条及《高规》第4.4.2条均规定：其楼层侧向刚度不宜小于上部相邻楼层侧向刚度的70％或其上相邻三层侧向刚度平均值的80％。

⑵计算公式：Ki=Vi/Δui

⑶应用范围：

①可用于执行《抗震规范》第3.4.2和3.4.3条及《高规》第4.4.2条规定的工程刚度比计算。

②可用于判断地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端。

（二）剪切刚度的理解与应用

⑴规范要求：

①《高规》第E.0.1条规定：底部大空间为一层时，可近似采用转换层上、下层结构等效剪切刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化，γ宜接近1，非抗震设计时γ不应大于3，抗震设计时γ不应大于2.计算公式见《高规》151页。

②《抗震规范》第6.1.14条规定：当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下室结构的侧向刚度与上部结构的侧向刚度之比不宜小于2.其侧向刚度的计算方法按照条文说明可以采用剪切刚度。计算公式见《抗震规范》253页。

⑵SATWE软件所提供的计算方法为《抗震规范》提供的方法。

⑶应用范围：可用于执行《高规》第E.0.1条和《抗震规范》第6.1.14条规定的工程的刚度比的计算。

（三）剪弯刚度的理解与应用

⑴规范要求：

①《高规》第E.0.2条规定：底部大空间大于一层时，其转换层上部与下部结构等效侧向刚度比γe可采用图E所示的计算模型按公式（E.0.2）计算。γe宜接近1，非抗震设计时γe不应大于2，抗震设计时γe不应大于1.3.计算公式见《高规》151页。

②《高规》第E.0.2条还规定：当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度比不应小于相邻上部楼层的60％。

⑵SATWE软件所采用的计算方法：高位侧移刚度的简化计算

⑶应用范围：可用于执行《高规》第E.0.2条规定的工程的刚度比的计算。

（四）《上海规程》对刚度比的规定

《上海规程》中关于刚度比的适用范围与国家规范的主要不同之处在于：

⑴《上海规程》第6.1.19条规定：地下室作为上部结构的嵌固端时，地下室的楼层侧向刚度不宜小于上部楼层刚度的1.5倍。

⑵《上海规程》已将三种刚度比统一为采用剪切刚度比计算。

（五）工程算例：

⑴工程概况：某工程为框支剪力墙结构，共27层（包括二层地下室），第六层为框支转换层。结构三维轴测图、第六层及第七层平面图如图1所示（图略）。该工程的地震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.3g.

⑵1～13层X向刚度比的计算结果：

由于列表困难，下面每行数字的意义如下：以“／”分开三种刚度的计算方法，第一段为地震剪力与地震层间位移比的算法，第二段为剪切刚度，第三段为剪弯刚度。具体数据依次为：层号，RJX，Ratx1，薄弱层／RJX，Ratx1，薄弱层／RJX，Ratx1，薄弱层。

其中RJX是结构总体坐标系中塔的侧移刚度（应乘以10的7次方）；Ratx1为本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70％的比值或上三层平均刚度80％的比值中的较小者。具体数据如下：

1，7.8225，2.3367，否／13.204，1.6408，否／11.694，1.9251，否

2，4.7283，3.9602，否／11.444，1.5127，否／8.6776，1.6336，否

3，1.7251，1.6527，否／9.0995，1.2496，否／6.0967，1.2598，否

4，1.3407，1.2595，否／9.6348，1.0726，否／6.9007，1.1557，否

5，1.2304，1.2556，否／9.6348，0.9018，是／6.9221，0.9716，是

6，1.3433，1.3534，否／8.0373，0.6439，是／4.3251，0.4951，是

7，1.4179，2.2177，否／16.014，1.3146，否／11.145，1.3066，否

8，0.9138，1.9275，否／16.014，1.3542，否／11.247.1.3559，否

9，0.6770，1.7992，否／14.782，1.2500，否／10.369，1.2500，否

10，0.5375，1.7193，否／14.782，1.2500，否／10.369，1.2500，否

11，0.4466，1.6676，否／14.782，1.2500，否／10.369，1.2500，否

12，0.3812，1.6107，否／14.782，1.2500，否／10.369，1.2500，否13，0.3310，1.5464，否／14.782，1.2500，否／10.369，1.2500，否

注1：SATWE软件在进行“地震剪力与地震层间位移比”的计算时“地下室信息”中的“回填土对地下室约束相对刚度比”里的值填“0”；

注2：在SATWE软件中没有单独定义薄弱层层数及相应的层号；

注3：本算例主要用于说明三种刚度比在SATWE软件中的实现过程，对结构方案的合理性不做讨论。

⑶计算结果分析

①按不同方法计算刚度比，其薄弱层的判断结果不同。

②设计人员在SATWE软件的“调整信息”中应指定转换层第六层薄弱层层号。指定薄弱层层号并不影响程序对其它薄弱层的自动判断。

③当转换层设置在3层及3层以上时，《高规》还规定其楼层侧向刚度比不应小于相邻上部楼层的60％。这一项SATWE软件并没有直接输出结果，需要设计人员根据程序输出的每层刚度单独计算。例如本工程计算结果如下：

1.3433×107／（1.4179×107）＝94.74％>60％

满足规范要求。

④地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端的判断：

a）采用地震剪力与地震层间位移比

＝4.7283×107／（1.7251×107）＝2.74＞2

地下室顶板能够作为上部结构的嵌固端

b）采用剪切刚度比

＝11.444×107／（9.0995×107）＝1.25＜2

地下室顶板不能够作为上部结构的嵌固端

⑤SATWE软件计算剪弯刚度时，H1的取值范围包括地下室的高度，H2则取等于小于H1的高度。这对于希望H1的值取自0.00以上的设计人员来说，或者将地下室去掉，重新计算剪弯刚度，或者根据程序输出的剪弯刚度，人工计算刚度比。以本工程为例，H1从0.00算起，采用刚度串模型，计算结果如下：

转换层所在层号为6层（含地下室），转换层下部起止层号为3～6，H1=21.9m，转换层上部起止层号为7～13，H2=21.0m.

K1=[1/（1/6.0967+1/6.9007+1/6.9221+1/4.3251）]×107=1.4607×107

K2=[1/（1/11.145+1/11.247+1/10.369）×107=1.5132×107

Δ1=1/K1 ； Δ2=1/K2

则剪弯刚度比γe=（Δ1×H2）/（Δ2×H1）=0.9933

（六）关于三种刚度比性质的探讨

⑴地震剪力与地震层间位移比：是一种与外力有关的计算方法。规范中规定的Δui不仅包括了地震力产生的位移，还包括了用于该楼层的倾覆力矩Mi产生的位移和由于下一层的楼层转动而引起的本层刚体转动位移。

⑵剪切刚度：其计算方法主要是剪切面积与相应层高的比，其大小跟结构竖向构件的剪切面积和层高密切相关。但剪切刚度没有考虑带支撑的结构体系和剪力墙洞口高度变化时所产生的影响。

⑶剪弯刚度：实际上就是单位力作用下的层间位移角，其刚度比也就是层间位移角之比。它能同时考虑剪切变形和弯曲变形的影响，但没有考虑上下层对本层的约束。

三种刚度的性质完全不同，它们之间并没有什么必然的联系，也正因为如此，规范赋予了它们不同的适用范围。

⑹ 抗震计算中最大地震力作用方向如何确定

最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用，结构地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某各角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出，设计人员如发祥该角度绝对值大于15 度，应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算，以体现最不利地震作用方向的影响。

⑺ 如何考虑双向地震作用

现实中，地震作用基本属于随机，地震力可能来自于任何方向。
在建筑设计时，我们将水平地震力正交分解为两个方向，即坐标轴的x和y向。
当建筑物比较简单，也就是平面布置对称的时候，在x或y向地震作用下基本不存在扭转。这种情况下，可以分别计算x和y向地震力的作用，再进行包络设计。这称为单向地震作用。
而在建筑物复杂一些，用规范的原文来说就是“质量和刚度分布都明显不对称的结构”（《gb50011-2010）第5.1.1强制性条文），那么除了x和y向地震力分别作用，还应该考虑双向地震力同时作用下建筑物的反应。这就是双向地震作用。
在抗震设防烈度较高的地区，考虑双向地震力比单向地震力，许多构件的应力会增大很多。反映到施工图上就是构件的截面和配筋增大，再反映到造价上自然也就水涨船高。
所以是否考虑双向地震作用，关键在于规范所谓的“质量和刚度分布都明显不对称”到底怎么理解。而事实上规范并未对此概念有明确和量化的定义，因此工程实践中并没有唯一的标准。
目前最常见的做法，是位移比1.3以上考虑双向地震力，也有严格一些控制在1.2的。
朱丙寅对此问题也有掏浆糊风格的解释：如果认为建筑物比较重要，考虑应该严格一些，不怎么要紧的时候可以放松一些，你作为设计师自己看着办吧。
我认为，”质量和刚度分布都明显不对称“按照最严格的理解，是具有两个对称轴的平面，这样一来可以说绝大多数建筑都需要算双向地震力。
所以我觉得，作为一个工程师应该多从安全性考虑。那么只要甲方没有专门提出要求，都按照双向地震力考虑；而如果甲方提出一定不能考虑双向地震力，那么拿这个规范条文来谈判，尽量让甲方认可较严格的要求。

⑻ 在进行结构构件承载力验算时，考虑地震作用和不考虑地震作用有何不同

一般多层建筑考虑地震的影响作用不大，在一般抗震设防烈度地区，不就是把地震作为X Y向左右加到结构上吗。

⑼ 计算框架结构水平地震作用的手算方法一般有哪两种

底部剪力法，振型分解反应谱法

⑽ 框架结构地下室外墙配筋该如何考虑上部地震力与土侧压力的作用不知satwe是怎么计算的

框架结构体系可以不考虑地下室外墙对于整体计算时的作用。如果按照抗震墙去考虑，结构体系就是框架剪力墙结构了。
一般建立整体计算模型时可以输入或者不输入地下室外墙，在点取结构形式的时候选择框架，不考虑外墙在整体计算时的贡献。
地下室外墙配筋单独计算：现在比较常见的是按照悬臂梁（单层地下室）或者多跨连续梁（多层地下室）来考虑地下室外墙的配筋。荷载考虑：覆土压力、侧向土水平推力、地下水的水平推力（地下水位较高时）。